人造纤维的染色方法与流程

本发明涉及一种人造纤维的染色方法，尤指一种低浴比、低耗能、低用水，以减少染液体积达到环保、节能效果的人造纤维的染色方法。

背景技术：

人造纤维，以聚酯（polyester）和尼龙（nylon）两种高分子材料广为人知，相较于天然纤维具有较佳的延展性、抗水、防污特性，应用于衣料、居家生活、汽车纺织品、工业纺织品或旅行用品等产品，其中以纺织产业最为广泛使用。纺织业为配合各产业对个性化、时尚化、小批量、货期短产品色度的需求须将人造纤维染色，而「打色样」是非常重要的一件前置作业，色样的准确性攸关货品是否得以出货。

然而人造纤维为一种疏水性纤维，本身缺乏亲水性基团，因而染料分子不易进入人造纤维内部，造成染色性不良，需借助其他方式使染料进入，例如高温高压染色法（hightemperature&highpressuredyeing）。一般而言，聚酯纤维需使用130℃~135℃的高温及高压染色，色相才会均一，色牢度才能维持在3级以上，但能源消耗高；而一般尼龙染整温度为95℃~100℃，且需持温40分钟以上，耗费工时长，进而造成染色效率低。除因人造纤维本身化学结构关系，长年来皆有色牢度差及染不深的缺点，此外受限浴比值的比例亦会影响染色物的上染性、匀染性、移染性。

如中国台湾发明第i304831号专利「反应性染料组合物及其应用」，虽然其揭露染整温度不需至100℃，但染液须另外加入纯碱后加热至60℃并维持该温度直至染色完毕，染色耗时约一小时。染色完成后，尚须额外进行水洗、皂洗和干燥等程序，整个过程中浪费许多资源且会消耗大量能源。

随着科技进步，人造纤维的染色时间有逐渐缩短的趋势，但浸染上色步骤后的洗涤步骤却仍然无法省略，如中国台湾发明第i404847号专利「聚酯基材的表面处理方法」，该案揭露先对聚酯基材进行加热，化学活性较低的聚酯基材表面容易被染色，后续再进行染色时，染色时间才可以缩短至1分钟内。但该加热处理需时10秒至5分钟，且加热温度必须介于100℃～180℃间，后续的洗涤步骤还需大量用水冲洗染色物上的染剂，进而产生大量环境废水。

众所皆知地，染整制程是纺织产业中最具污染性的一环，需消耗大量的用水与化学品，且会排放出染色废水。染整业制程所排放的染色废水具高色度、多变性、高化学需氧量（chemicaloxygendemand,cod）、高悬浮固体浓度（suspendedsolids,ss）及生物难分解等特性，其影响水体呈现颜色、降低气体溶解度及影响水中生态环境，对自然生态危害重大。

综上所述，现有技术仍然存在以下问题：

一、损耗能源

传统染色方法为调和染剂需大量用水，在染色完后还需大量用水清洗染布或调和固色剂。另因人造纤维的化学结构关系，还需额外以高温或是高压的方式才能顺利进行染色，除了外加机台设备昂贵之外，染色过程中除需大量用水，且染色所需持续加热也会造成机台损耗、电力成本增加。

二、打色样成本高

颜色会受季度及流行所影响，且各个厂商的要求亦不同，因此无法预先大量备料，如为配合客户需求进行少量打样，而每次打色样的程序与大量产制程序相同，且因浴比值关系，材料有固定消耗量，皆会造成用水、染剂消耗，成本无法降低，如色样不符顾客的色度需求，无法另行利用，将导致工厂积货，增加成本。

三、不利环保

传统染色过程中的每一程序皆需使用化学药剂及大量用水，因此会产生大量废水，而染色废水具高化学需氧量、高悬浮固体浓度及生物难分解等特性，不但耗费能源也不利生态环保。

因此，如何针对上述所存在的缺点，研发出一种低耗能、缩短染色时间与提升染色效率的制程方法，以达到减少环境污染的环保节能的目标，不仅环境可以永续长存，制造商也可创造更多商机，提升在市场上的竞争力。

技术实现要素：

针对上述技术问题，本发明提供一种人造纤维的染色方法，包含一制备步骤、一混合步骤、一浸染步骤、一辊压步骤及一烘干步骤。

首先，进行该制备步骤，制备一人造纤维，接着，进行该混合步骤，将一染料、一交联剂，及适量的水投入一容置槽中进行混合，取得一染液，其温度在20℃~40℃，然后，进行该浸染步骤，将该人造纤维料浸入该容置槽中，以取得一经染色的染色人造纤维，接着进行该辊压步骤，利用一滚轮组将该染色人造纤维辊压整平，其中，该滚轮组具有二对向设置的滚轮，最后进行该烘干步骤，将该染色人造纤维进行烘干。

本发明的又一技术手段，上述的混合步骤中，该染料的质量百分比例为0.01%~10%、该交联剂的质量百分比例为0.01%~30%、该水的质量百分比例为60%~99.8%。

本发明的另一技术手段，上述的混合步骤中，该染料包括一发色基团（chromophore），及一含有羟基（–oh）或胺基（–nh2）的助色官能团（auxochrome），该交联剂包含异氰酸酯基（－nco）。

本发明的再一技术手段，上述的异氰酸酯基（－nco）与羟基（–oh）的摩尔比值为1至50，且由该染料、交联剂及水所混合成的染液可保存0.5至24小时

本发明的又一技术手段，上述的浸染步骤更包含一设置在该容置槽上的抵压件，该抵压件可相对该容置槽调整其设置高度，且该容置槽可为多槽式容置槽。

本发明的另一技术手段，上述的浸染步骤中，该人造纤维的浸染时间不超过5秒。

本发明的再一技术手段，上述经染色的染色人造纤维的色牢度（colorfastness）可达3级（grade3）以上。

本发明的又一技术手段，上述人造纤维的染色方法更包含一位于该烘干步骤后的卷收步骤，将该染色人造纤维进行卷收。

本发明的另一技术手段，上述人造纤维的染色方法更包含一位于该卷收步骤后的裁切步骤，对卷收一定长度后的人造纤维进行裁切，以得到一成品，且该染色方法的整体生产速度为3~30米/分钟。

本发明的再一技术手段，上述的人造纤维材料是选自于聚氨酯（polyurethane,pu）、聚四氟乙烯（polytetrafluoroethylene,ptfe）、热塑性聚氨酯（thermoplasticpolyurethane,tpu）、热塑性弹性体（thermalplasticelastomer,tpe）、聚酰胺纤维（polyamidefiber）中的一种或多种的组合。

本发明的有益效果在于，利用上述人造纤维的染色方法，不需大量用水、产生废水，且染色制程时间短，不仅可有效缩短生产流程，提升生产效率，亦可节约能源的使用。

附图说明

图1为本发明人造纤维的染色方法较佳实施例的流程示意图；

图2为本发明人造纤维的染色方法较佳实施例的剖面示意图。

附图中的符号说明：

11制备步骤；12混合步骤；13浸染步骤；14辊压步骤；15烘干步骤；16卷收步骤；17裁剪步骤；

2人造纤维；

3容置槽；31染液；

4抵压件；

5滚轮组；51滚轮；

6烘干机；

7卷收机；

8裁切机。

具体实施方式

为了阐明本发明的特点及技术内容，以下结合附图对本发明的较佳实施例进行详细说明。

参阅图1及图2，为本发明人造纤维的染色方法较佳实施例的流程示意图和剖面示意图，该人造纤维的染色方法包含一制备步骤11、一混合步骤12、一浸染步骤13、一辊压步骤14，及一烘干步骤15。

首先，进行该制备步骤11，制备一人造纤维2，其中，该人造纤维2是选自于聚氨酯（polyurethane,pu）、聚四氟乙烯（polytetrafluoroethylene,ptfe）、热塑性聚氨酯（thermoplasticpolyurethane,tpu）、热塑性弹性体（thermalplasticelastomer,tpe）、聚酰胺纤维（polyamidefiber）。实际实施时，可依使用需求选择不同人造纤维2，不应以此为限。

接着，进行该混合步骤12，将一染料、一交联剂，及适量的水投入一容置槽3中进行混合，以取得一染液31，其温度在20℃~40℃，较佳地，该染液31只要在常温下即可。其中，该染料的质量百分比例为0.01~10%、该交联剂的质量百分比例为0.01~30%、该水的质量百分比例为60~99.8%。该染料包括一发色基团，及一含有羟基（–oh）或胺基（–nh2）的助色官能团。该染料可以为酸性染料或是反应性染料等，视所需染色的颜色而定，而所谓发色基团是指分子中与颜色有关的部分。当分子吸收某特定可见光的波长射出或反射其他波长的光时会产生颜色。该交联剂中包含异氰酸酯基（－nco）。此外，异氰酸酯基（－nco）与羟基（–oh）的摩尔比值为1至50，且该染液31可保存0.5~24小时，可以重复利用，再次利用时不影响染色效果。

然后，进行该浸染步骤13，将该人造纤维料2浸入该容置槽3中，以取得一经染色的染色人造纤维。其中，该浸染步骤13更包含一设置在该容置槽3上的抵压件4，该抵压件4可相对该容置槽3调整其设置高度，如容置槽3内的染液31水位降低，该抵压件4可往容置槽3方向移动，降低该抵压件4的高度，使该人工纤维2可充分浸染在该染液31中，减少废液产生；反之，如容置槽3内的染液31水位升高，该抵压件4可往该容置槽3反方向移动，升高该抵压件4的高度，使该人工纤维2可适当浸染在该染液31中，不会过度染色。因此，该人造纤维2及染液31不须维持一定的浴比值，只要该容置槽3内的染液31维持一定染色浓度，即可利用该抵压件4调整该人造纤维2于该容置槽3中的浸染位置，达到低浴比的效果。

较佳地，该浸染步骤13中的容置槽3可为多槽式，使该人造纤维2经过两次浸染步骤13以加深其颜色，便于配合染色深浅需求。

接着，在该浸染步骤13，该单位体积的人造纤维2的浸染时间不超过5秒，以达到连续浸染效果。相较传统染色方法，需将染色物浸染在该染液31时间达数分钟或更久者长达数钟头，本发明可以有效减短浸染时间、提高染色效率。

然后，进行该辊压步骤14，利用一滚轮组5将该染色后的人造纤维2进行辊压整平，其中，该滚轮组5具有二对向设置的滚轮51，可将该经染色的人造纤维2压平、除水，减少褶痕，方便后续干燥定型，实际实施时，也可以设置多组滚轮51以达到更好的整平、除水效果。

最后，进行该烘干步骤15，将该染色的人造纤维2以120℃-180℃进行烘干30分钟。实际操作时，可利用一烘干机6进行烘干，达到固色效果。

值得一提的是，各国对于色牢度有不同的测试标准，如中国国家标准cns、美国aatcc、日本jis、国际标准iso、德国din、英国bs色牢度测试，在本较佳实施例中，该染色后的人造纤维2经美国aatcc61-iia标准进行色牢度测试，其色牢度可达3级以上，无明显褪色或变色现象，可保持染色物的外观美感。

本发明人造纤维的染色方法，更包含一位于该烘干步骤15后的卷收步骤16，将该染色后的人造纤维2进行卷收。实际操作时，可利用一卷收机7进行卷收，可避免该人造纤维2产生折痕，方便后续使用。

本发明人造纤维的染色方法，更包含一位于该卷收步骤16后的裁切步骤17，对卷收一定长度后的人造纤维2进行裁切，以得到一成品。实际操作时，可利用一裁切机8进行裁切。

本发明的整体产能可以达到3~30米/分钟的生产速度。该生产速度受烘干机8尺寸大小影响，如以大型烘干机8进行烘干步骤15，该烘干机8中可容纳较多的染色物以缩短生产时间，提升生产速度至30米/分钟；反之，如以小型烘干机8进行烘干，该烘干机8中所容纳的染色物较少，会延长生产时间，降低生产速度至3米/分钟。使用者可依实际生产环境决定该烘干机8的尺寸大小，在此不再多加赘述。另外，由于本发明的方法为一条线作业，在后端的卷收步骤16可以依据不同厚度及弹性的人造纤维2，调整机器卷动的速度来控制该人造纤维2浸入该容置槽3的时间，以达到连续染色、烘干、大量生产的目的。

经由上述说明可知，本发明人造纤维的染色方法确实具有以下优点：

一、节省能源

经由不同比例的染料、交联剂，及水的混合，可使不同人造纤维色相鲜明，且颜色种类多元，该浸染步骤13可以在常温下实施，无须全程高温，减少电费成本及能源消耗。此外，搭配抵压件4的使用，可视该染液31多少调整染色物的浸染位置，达到低浴比的效果，且色牢度可达3级以上。

二、提高效能

本发明的浸染步骤13缩短染色物浸染时间，提高染色效率，且不影响染色效果，该辊压步骤14、该烘干步骤15、该卷收步骤16，及该裁切步骤17借由一连贯作业制程，可以一气呵成将染色物进行烘干、卷收、裁切，便利该人造纤维2后续的运送、利用。

三、环境友好

本发明所使用的染料不含或不产生有害芳香胺，生物降解性（biodegradability）强，且染料本身不含持续性有机污染物，符合现代生态环保的趋势。

综上所述，本发明人造纤维的染色方法，可以根据不同人造纤维2对不同颜色的需要使用不同染料分子的发色基团及助色团，除了色相齐全，大批染色质量稳定，不会造成色差，且该人造纤维2不因染色而失去其透气性等特性及触感，且经申请人以美国aatcc61-iia标准测试，色牢度仍可达3级以上。另外，借由一连串的染色流程，将该人造纤维2经过制备、混合、浸染、辊压、烘干、卷收，及裁切等步骤，以一连贯作业提升制程的效率，以取得该经染色的人造纤维2，过程中可缩短整体染色制程及时间且减少染料，又因用水量较少，进而减少所排放的废液，可达到对环境友善的目的，充分满足市场上的需求，进而提升在市场上的竞争力，因此能够达到本发明的目的。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，当不能以此限定本发明实施的范围，凡是依据本发明申请专利权利要求范围及说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。

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