TWI910991B - 染料組合物的製造方法及染料組合物 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種染料組合物的製造方法及染料組合物，該方法包括將提供的藍色染料原料加入大量冷水進行脫鹽純化程序，使經過該脫鹽純化程序處理的該藍色原料液中的鹽類含量為未經過該脫鹽純化程序處理的該藍色原料液中的鹽類含量的35%以下，之後加入助溶劑與共溶劑，得到該染料組合物，該助溶劑提高藍色染料的溶解度，並且該共溶劑將染料的溶解度維持在一定水平之上，使用該方法製備而得的染料組合物具有高溶解度，在保持一定溶解度的情形下，具有較佳的色牢度以及上色率。

Description

染料組合物的製造方法及染料組合物

本發明係關於製造染料組合物的技術領域，特別是關於一種染料組合物的製造方法及染料組合物。

染色是為紡織品及其他材料添加顏色的重要製程，在染整業、紡織業及其他相關產業有相當重要的經濟地位。其中，酸性染料是用於此製程的重要染料之一。

酸性染料是一類結構上帶有酸性基團的水溶性染料。能與蛋白質纖維分子或聚醯胺纖維分子中的氨基以離子鍵相結合，在酸性、弱酸或中性條件下適用。酸性染料主要用於羊毛、真絲等蛋白質纖維和聚醯胺纖維的染色和印花，也可用於皮革、墨水、造紙和化妝品的著色以及食用色素。

酸性染料在水中的溶解度是其有效性的一個重要因素，其溶解度決定了酸性染料溶解和應用於材料上的難易程度，若溶解度極小，對於親水性纖維無法上色，則在染色時會形成染料斑，造成布料顏色不均。

因此，具有優異色牢度的酸性染料能確保染色材料在暴露於光、水和熱等環境因素後仍能保持其顏色。因此，在水中具有高溶解度和優異的色牢度特性是酸性染料的重要指標。

影響酸性染料的溶解度的一指標因素就是酸性染料半成品中所含鹽類的濃度。染料半成品的純化程度越高，染料半成品的溶解度也會相對提升。更具體地說，染料半成品中鹽類濃度越高(未經純化或純化效果不佳)，染料的溶解度越低。現有製程所製備的酸性染料(例如藍色染料)的溶解度不佳，大約只有2 公克/公升(g/L)的溶解度，因為其中含有大量鹽類。若是在20°C左右，溶解度更是降低到只有1g/L左右。

因此，現有技術中為了提高染料的溶解度，將染料半成品加入分散劑，於研磨機長時間研磨分散至染料分子顆粒變小(例如研磨分散至平均粒徑約800nm)，藉以提高染料的溶解度。但研磨機的研磨結構為金屬屬性，長時間研磨過程會導致研磨結構中的金屬離子的析出，使得經過研磨的染料中會帶有鉻(Cr)、鈷(Co)、鐵(Fe)等重金屬殘留，這類重金屬從毒理學以及環境觀點來看是危險的，對於後續將染料應用於紡織品繼而再與人體接觸的過程將產生不利於健康的影響，因此應予以排除。此外，若要增加進行將殘留的重金屬去除的步驟，需要耗費額外的成本與工序，同時重金屬的洗滌與廢水排放亦會造成例如染料廢水處理等隨之而來的環保問題。

因此，本發明的目的在於提供一種染料組合物，以解決現有技術中為了提高酸性染料溶解度，採用研磨機將染料分子研磨至顆粒變小，導致研磨後的染料中會帶有重金屬殘留的問題。

本發明提供了一種染料組合物的製造方法，包括下列步驟：提供一藍色染料原料；將水加入該藍色染料原料以形成一藍色原料液，並對該藍色原料液進行一脫鹽純化程序，其中，該脫鹽純化程序包括將藍色原料液與水以介於1：5~1：100間的一範圍的一比例混合以進行脫鹽純化，使經過該脫鹽純化程序處理的該藍色原料液中的鹽類含量降低至為未經過該脫鹽純化程序處理的該藍色原料液中的鹽類含量的35%以下； 烘乾經純化的該藍色原料液以形成一藍色染料；以及將該藍色染料與一助溶劑及一共溶劑進行混合，得到該染料組合物。

在本發明的一實施例中，該藍色染料包括下面化學式(1)之結構，且該助溶劑包括聚乙烯吡咯烷酮；  化學式(1)。

在本發明的一實施例中，染料組合物還包括一共溶劑，該共溶劑為可溶性澱粉及葡萄糖所組成的群組中的其中之一。

在本發明的一實施例中，相對於100重量份的該藍色染料，該助溶劑的量為5重量份至65重量份，該共溶劑的量為35重量份至95重量份。

在本發明的一實施例中，該染料組合物還包括一酸性染料。

在本發明的一實施例中，該藍色染料與該助溶劑之重量比範圍為1:0.02~0.4。

在本發明的一實施例中，該藍色染料與該酸性染料之重量比範圍為1:0.04~0.2。

在本發明的一實施例中，藍色染料與共溶劑之重量比範圍可為1:0.1~0.7。

在本發明的一實施例中，在步驟S20中，透過將大量冷水加入該藍色原料液進行該脫鹽純化程序，其中該藍色原料液與冷水的比例介於1：10~1：30間的一範圍。

另一方面，本發明還提供一種染料組合物，該染料組合物是依據如上所述之染料組合物的製造方法所製備的。該染料組合物包括藍色染料、助溶劑、以及共溶劑，並且可選擇地還包括酸性染料。

本發明提供的染料組合物的製造方法及染料組合物，通過用大量的冷水來純化染料原料液，以去除染料原料液中所含的大量鹽類，使經過該脫鹽純化程序處理的該藍色原料液中的鹽類含量大幅低於為未經過該脫鹽純化程序處理的該藍色原料液中的鹽類含量，並加入助溶劑來提高染料的溶解度，以及可選擇地加入共溶劑將染料的溶解度維持在一定水平之上。換言之，將染料原料液脫鹽來進行純化，得到純化程度高的染料原料液，可以提升染料的溶解度，而助溶劑與共溶劑則分別提升與維持染料的溶解度，進一步增加染料的著色強度，如此可降低染料用量，不但環保且可降低生產成本。更重要的是，通過本發明的染料組合物的製造方法中的脫鹽純化程序，將不再需要對染料進行長時間研磨，可以避免為了用研磨機將染料分子研磨至顆粒變小，導致研磨後的染料中會帶有重金屬殘留的問題。

茲有關本發明之技術內容及詳細說明，現配合圖式說明如下：

請參考圖1，顯示了依據本發明一實施例所提供的染料組合物的製造方法的流程示意圖。如圖1所示，本發明的染料組合物的製造方法包括下列步驟：

步驟S10：提供一藍色染料原料；

步驟S20：將水加入該藍色染料原料以形成一藍色原料液，並對該藍色原料液進行一脫鹽純化程序；其中，該脫鹽純化程序包括將該藍色原料液與水以介於1：5~1：100間的一範圍的一比例混合以進行脫鹽純化，使經過該脫鹽純化程序處理的該藍色原料液中的鹽類含量降低至為未經過該脫鹽純化程序處理的該藍色原料液中的鹽類含量的35%以下；

步驟S30：烘乾經純化的該藍色原料液以形成一藍色染料；以及

步驟S40：將該藍色染料與一助溶劑及一共溶劑進行混合，得到該染料組合物。

在步驟S10中，該藍色染料原料可以是目前習知的染料，例如，在這個實施例中為藍色酸性染料，但本發明並不以此為限。

由於目前市售的染料通常具有較高的鹽類含量，容易在多次使用後，使染缸或製程中的管路中形成缸垢或皂垢，導致製程中的設備需要經常清洗或將管路更換。因此，在步驟S20中，透過將大量冷水加入該藍色原料液進行脫鹽純化，可以去除藍色原料液中至少65%以上的鹽類，在不同實施例中，透過將大量冷水加入該藍色原料液進行脫鹽純化，可以去除藍色原料液中至少80%以上的鹽類。透過將大量冷水加入該藍色原料液進行脫鹽純化，使得經過該脫鹽純化程序處理的該藍色原料液中的鹽類含量為未經過該脫鹽純化程序處理的該藍色原料液中的鹽類含量的35%以下，換句話說，經過大量冷水脫鹽純化處理後的該藍色原料液中的鹽類含量相較於未經過大量冷水脫鹽純化處理後的該藍色原料液中的鹽類含量，前者的鹽類含量降低了至少65%，即前者的鹽類含量降低至35wt%以下；較佳的，經過大量冷水脫鹽純化處理後的該藍色原料液中的鹽類含量相較於未經過大量冷水脫鹽純化處理後的該藍色原料液中的鹽類含量，前者的鹽類含量降低了至少80%，即前者的鹽類含量降低至20wt%以下。

進一步地，在經步驟S30烘乾形成該純化的藍色染料後，在步驟S40中， 將經過脫鹽純化的藍色染料與助溶劑及共溶劑混合，即得到該染料組合物。其中，該藍色染料包括下面化學式(1)之結構：化學式(1)。

在一實施例中，所使用的化學式(1)結構之染料為已知之化合物，可以用已知文獻之方法來製備，例如美國專利US2,008,796A中所述之方法，具體而言，例如，可以將C.I.酸性藍129與甲醛進行反應以製備得到化學式(1)結構之染料；亦可使用市售化合物。

所使用的助溶劑包括聚乙烯吡咯烷酮(polyvinylpyrrolidone, PVP)。本發明之染料組合物藉由包含該助溶劑而可以顯著提升該藍色染料在水中的溶解度，使具有化學式(1)結構之該藍色染料在水中的溶解度從原本低於5克/升大幅提高到20克/升以上；較佳者，溶解度可為30克/升以上；更佳者，可達到50~70克/升的優異溶解度效果。

較佳地，本發明所用之聚乙烯吡咯烷酮之重量平均分子量(Mw)範圍為40,000~60,000，更佳為45,000 ~55,000，例如PVP-K30。

具體而言，該藍色染料與該助溶劑之重量比範圍可為1:0.02~0.4，較佳者，為1:0.1~0.4。將藍色染料與該助溶劑之重量比範圍可以顯著提升藍色染料在水中的溶解度。可以理解的，此重量比範圍不旨在限制本發明，在能達到本發明之染料組合物提升溶解度的效果之前提下的重量比範圍皆不脫離本發明之精神。

在一實施例中，染料組合物還包括一共溶劑，該共溶劑為可溶性澱粉及葡萄糖所組成的群組中的其中之一。本申請發明人經多次實驗結果發現，在染料組合物中加入助溶劑將有助於提高染料在水中的溶解度，並且可選擇地加入共溶劑將有助於將所提高的溶解度維持在一定水平之上。更具體地說，在水中具有高溶解度和優異的色牢度是染料的重要指標，而影響染料溶解度優劣的因素則是染料本身的純化程度，通過將大量冷水加入該藍色原料液進行脫鹽純化，其中該藍色原料液與冷水的比例介於1：10~1：30間的一範圍，可以去除藍色原料液中至少65%以上的鹽類，甚至可以去除藍色原料液中至少80%以上的鹽類。因此提高純化程度對於提升染料溶解度是有利的，進一步加入助溶劑提高染料在水中的溶解度，並加入共溶劑將所提高的溶解度維持在一定水平之上，達到提升/維持溶解度的效果。

在一實施例中，相對於100重量份的該酸性染料，該助溶劑的量為5重量份至65重量份，該共溶劑的量為35重量份至95重量份。助溶劑與共溶劑的相對含量對於染料的溶解度會產生不同影響，詳細的含量比例即對溶解度的具體影響將於文後的實施例描述。

在本發明的一實施例中，該染料組合物還包括一酸性染料。在本發明之染料組合物中進一步添加該酸性染料，除了可以進一步增加溶解度之外，還可以增加該染料組合物的染色色域範圍，以增加市場應用性。

具體而言，該藍色染料與該酸性染料之重量比範圍可為1:0.04~0.2。可以理解的，此重量比範圍不旨在限制本發明，在不影響本發明之染料組合物提升溶解度的效果之前提下的重量比範圍皆不脫離本發明之精神。

另一方面，本發明還提供一種染料組合物，該染料組合物是依據如上所述之染料組合物的製造方法所製備的。該染料組合物包括藍色染料、助溶劑、以及共溶劑，並且可選擇地還包括酸性染料。

本發明染料組合物所使用的具有化學式(1)結構之藍色染料雖然具有寶藍色之艷麗色彩及優異的色牢度，但於水中之溶解度不佳(低於5克/升)，用於染色時會造成染色不均，出現染色斑之問題。化學式(1)

因此，本申請之發明人致力於維持具有化學式(1)結構之藍色染料優異的色牢度的同時，提高其於水中之溶解度，以解決染色時出現染色斑的問題。

[藍色染料]

本發明的染料組合物包括藍色染料，該藍色染料包括上述化學式(1)結構之染料。在本說明書中，雖然該化學式(1)結構之染料係以磺酸鈉鹽之方式呈現，但為所屬領域之通常知識者所習知者，其亦可以游離態(磺酸根)等形式呈現。進一步地，該化學式(1)結構之鈉鹽亦可以其他金屬鹽取代，例如鋰等之鹼金屬鹽。

本發明中所使用的化學式(1)結構之染料為已知之化合物，可以用已知文獻之方法來製備，例如美國專利US 2,008,796A中所述之方法，具體而言，例如，可以將C.I.酸性藍129與甲醛進行反應以製備得到該化學式(1)結構之染料；亦可使用市售化合物。

[助溶劑]

本發明之染料組合物中所使用的助溶劑包括聚乙烯吡咯烷酮(polyvinylpyrrolidone, PVP)。本發明之染料組合物藉由包含該助溶劑而可以顯著提升藍色染料在水中的溶解度，使具有化學式(1)結構之藍色染料在水中的溶解度從原本低於5克/升大幅提高到20克/升以上；較佳者，溶解度可為30克/升以上；更佳者，可達到50~70克/升的優異溶解度效果。

較佳地，本發明所用之聚乙烯吡咯烷酮之重量平均分子量(Mw)範圍為40,000~60,000，更佳為45,000 ~55,000，例如PVP-K30。

具體而言，藍色染料與助溶劑之重量比範圍可為1:0.02~0.4，較佳者，為1:0.1~0.4。

[酸性染料]

本發明之染料組合物中所使用的酸性染料包括紫色酸性染料、綠色酸性染料、或其他顏色之酸性染料等。例如紫色酸性染料可以包括C.I.酸性紫48，綠色酸性染料可以包括C.I.酸性綠27。可以理解的，在不影響本發明之染料組合物提升溶解度的效果之前提下，任何其他酸性染料之添加亦不脫離本發明之精神。在本發明之染料組合物中進一步添加酸性染料，除了可以進一步增加溶解度之外，還可以增加染料組合物的染色色域範圍，以增加市場應用性。

具體而言，藍色染料與酸性染料之重量比範圍可為1:0.04~0.2，可以將增加染料組合物的染色色域範圍的效果最大化。

[共溶劑]

共溶劑為可溶性澱粉，例如糊精等。在不同實施例中，共溶劑為葡萄糖。甚至在一些實施例中，可以選擇性地不加入共溶劑。如果說助溶劑的功用是提高染料的溶解度，則共溶劑的效果則是將染料的溶解度維持在提高溶解度後的一定水平之上。具體而言，藍色染料與共溶劑之重量比範圍可為1:0.1~0.7，可以最穩定的將染料的溶解度維持在一定的溶解度水平(例如大於30 g/l)之上。

[添加劑]

在不影響本發明之染料組合物提升溶解度的效果之前提下，本發明之染料組合物可以包括添加劑。添加劑包括填充劑或其他助劑，例如助色劑、紫外線吸收劑、抗菌劑、防黴劑、抗靜電劑、阻燃劑等。

在應用上，本發明之染料組合物可遵循習知方法進行染色。例如，在浸染方法中，將織品(尼龍布)引入至pH值保持在3.5與6之間的水性染料浴中，隨後使水性染料浴從室溫穩定地加熱至100℃之溫度。將染料浴及織品在此溫度下再保持40分鐘，冷卻後，再從織品上沖洗掉未固定的染料。

水性染料浴可以包括0.1重量%的染料組合物的水溶液，進一步地，可加入如硫酸銨之pH助劑或均染劑等。可以理解的是，水性染料浴可依照需求使用不同的染料組合物濃度或依需求添加不同的共溶劑與添加劑。

染料組合物之製備實施例

染料G-1:

助溶劑:聚乙烯吡咯烷酮(PVP-K30)

共溶劑: 可溶性澱粉(糊精)或葡萄糖

酸性染料: C.I.酸性紫48

製備實施例1: 取100重量份的染料G-1，與10重量份的聚乙烯吡咯烷酮及90重量份的可溶性澱粉，倒入攪拌機混合均勻而成染料組合物1。

製備實施例2: 取100重量份的染料G-1，與20重量份的聚乙烯吡咯烷酮及80重量份的可溶性澱粉，倒入攪拌機混合均勻而成染料組合物2。

製備實施例3: 取100重量份的染料G-1，與30重量份的聚乙烯吡咯烷酮及70重量份的可溶性澱粉，倒入攪拌機混合均勻而成染料組合物3。

製備實施例4: 取100重量份的染料G-1，與40重量份的聚乙烯吡咯烷酮及60重量份的可溶性澱粉，倒入攪拌機混合均勻而成染料組合物4。

製備實施例5: 取100重量份的染料G-1，與50重量份的聚乙烯吡咯烷酮及50重量份的可溶性澱粉，倒入攪拌機混合均勻而成染料組合物5。

製備實施例6: 取100重量份的染料G-1，與40重量份的聚乙烯吡咯烷酮及60重量份的可溶性澱粉，倒入攪拌機混合均勻而成染料組合物6。

製備實施例7: 取100重量份的染料G-1，與40重量份的聚乙烯吡咯烷酮及60重量份的葡萄糖，倒入攪拌機混合均勻而成染料組合物7。

製備實施例8: 取100重量份的染料G-1，與50重量份的聚乙烯吡咯烷酮及50重量份的葡萄糖，倒入攪拌機混合均勻而成染料組合物8。

製備比較例1: 取100重量份的染料G-1，與4重量份的可溶性澱粉，倒入攪拌機混合均勻而成而成比較組合物1。

製備比較例2: 取100重量份的染料G-1，與10重量份的C.I.酸性紫48和4重量份的可溶性澱粉，倒入攪拌機混合均勻而成而成比較組合物2。

上述製備實施例1~9及製備比較例1~2所制得的染料組合物1~9及比較組合物1~2的組成比例和其於水中的溶解度結果如表1所示。

表1

(重量份)	染料G-1	助溶劑	共溶劑 (糊精)	共溶劑 (葡萄糖)	溶解度(g/l)
染料組合物1	100	10	90	/	30
染料組合物2	100	20	80	/	40
染料組合物3	100	30	70	/	50
染料組合物4	100	40	60	/	55
染料組合物5	100	50	50	/	60
染料組合物6	100	60	40	/	70
染料組合物7	100	40	/	60	50
染料組合物8	100	50	/	50	55
比較組合物1	100	0	4	/	5
比較組合物2	100	0	4	/	5

取1g上述製備實施例1~8或製備比較例1~2所制得的染料組合物置於150ml的燒杯中，加入85℃的蒸餾水100ml，攪拌充分使其溶解，再將其配置成染色濃度為1%、浴比為1∶30的染液，於燒杯中放入尼龍布(Nylon Taffeta)，以1.5℃/分的速度升溫至100℃，保溫45分鐘，冷卻後取出染色後的尼龍布，經水洗烘乾後測試。

將染色後的尼龍布以肉眼目視直接判別是否有染色斑， X表示有明顯的染色斑，○表示肉眼目視下無明顯染色斑，◎表示肉眼目視下色彩均勻，無染色斑，其測試結果見表2。

表2

	染色斑
染料組合物1	○
染料組合物2	◎
染料組合物3	◎
染料組合物4	◎
染料組合物5	◎
染料組合物6	◎
染料組合物7	◎
染料組合物8	◎
比較組合物1	X
比較組合物2	X

由上述實施例和比較例可知，該染料組合物藉由包含聚乙烯吡咯烷酮，而可以使具有化學式(1)結構之藍色染料在保持優異色牢度的同時，可以顯著改善其於水中的溶解度，進而解決所述藍色染料在染色時容易出現染色斑之問題。

相較於先前技術，在本發明的染料組合物的製造方法中，透過步驟S20將該染料原料中較多的雜質且較複雜的鹽類去除後，有助於使透過本發明的製造方法所製造的染料組合物仍能保持30 g/L至70 g/L的溶解度，如此能夠在保持一定溶解度的情形下，具有較佳的色牢度以及上色率，同時能夠避免鹽類成分複雜而容易產生皂垢，或是在皂垢產生時由於成份單一而能較輕易的以化學手段清除。進一步地，本發明的染料組合物的製造方法通過用大量的冷水來純化染料原料液，以去除染料原料液中所含的大量鹽類，使經過該脫鹽純化程序處理的該藍色原料液中的鹽類含量大幅低於為未經過該脫鹽純化程序處理的該藍色原料液中的鹽類含量，並加入助溶劑來提高染料的溶解度，以及可選擇地加入共溶劑將染料的溶解度維持在一定水平之上。換言之，將染料原料液脫鹽來進行純化，得到純化程度高的染料原料液，可以提升染料的溶解度，而助溶劑與共溶劑則分別提升與維持染料的溶解度，進一步增加染料的著色強度，如此可降低染料用量，有助於降低染色殘液的濃度以及重金屬殘留，可以進一度降低對環境的危害以及工業製程的成本，以達節能減碳及環境永續的目的。更重要的是，通過本發明的染料組合物的製造方法中的脫鹽純化程序，將不再需要對染料進行長時間研磨，可以避免為了用研磨機將染料分子研磨至顆粒變小，導致研磨後的染料中會帶有重金屬殘留的問題。

雖然本發明已以多個較佳實施例揭露，然其並非用以限制本發明，僅用以使具有通常知識者能夠清楚瞭解本說明書的實施內容。本領域中任何熟習此項技藝之人士，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種更動、替代與修飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

S10~S40:步驟

圖1為本發明一實施例所提供的染料組合物的製造方法的流程示意圖。

S10~S40:步驟

Claims (8)

1. 一種染料組合物的製造方法，該方法包括下列步驟： 步驟S10：提供一藍色染料原料； 步驟S20：將水加入該藍色染料原料以形成一藍色原料液，並對該藍色原料液進行一脫鹽純化程序，其中，該脫鹽純化程序包括將該藍色原料液與水以介於1：5~1：100間的一範圍的一比例混合以進行脫鹽純化，使經過該脫鹽純化程序處理的該藍色原料液中的鹽類含量為未經過該脫鹽純化程序處理的該藍色原料液中的鹽類含量的35%以下，使經過該脫鹽純化程序處理的該藍色原料液中的鹽類含量降低至35wt%以下； 步驟S30：烘乾經純化的該藍色原料液以形成一藍色染料；以及 步驟S40：將該藍色染料與一助溶劑及一共溶劑進行混合，得到該染料組合物； 其中，該共溶劑為糊精或葡萄糖。
2. 如請求項1所述之染料組合物的製造方法，其中，該藍色染料包括下面化學式(1)之結構，且該助溶劑包括聚乙烯吡咯烷酮；  化學式(1)。
3. 如請求項1所述之染料組合物的製造方法，其中，相對於100重量份的該藍色染料，該助溶劑的量為5重量份至65重量份，該共溶劑的量為35重量份至95重量份。
4. 如請求項1所述之染料組合物的製造方法，其中，該染料組合物還包括一酸性染料。
5. 如請求項1所述之染料組合物的製造方法，其中，該藍色染料與該助溶劑之重量比範圍為1:0.02~0.4。
6. 如請求項4所述之染料組合物的製造方法，其中，該藍色染料與該酸性染料之重量比範圍為1:0.04~0.2。
7. 如請求項1所述之染料組合物的製造方法，其中，在步驟S20中，透過將冷水加入該藍色原料液進行該脫鹽純化程序，其中該藍色原料液與冷水的比例介於1：10~1：30間的一範圍。
8. 一種染料組合物，該染料組合物是依據如請求項1至7所述之染料組合物的製造方法所製備的。