繊維材料の染色及び仕上げ方法並びに対応する装置

本発明は、液体アンモニアに染料を溶解させた溶液を用いた染色及び仕上げ処理を行う方法及び対応する装置に関する。

本発明は、織物、不織布、ニットウェア及び糸に適用して、製品を染色し、一般に、製品の特性を向上させるものである。

セルロース繊維からなる織物製品の製品特性を向上させることを目的とする仕上げ処理においては、液体アンモニア浴を用いる方法が、長い間、研究され用いられている。この方法では、織物に、通常1〜30秒で変動する時間、−34℃すなわちアンモニアが大気圧で液化する温度で、液体アンモニアを含浸させる。

アンモニアが、セルロース繊維の構造にダメージを与えることなしに、セルロースの結晶配向をもたらす膨潤作用をセルロース繊維に及ぼすので、織物の質が向上する。

セルロース繊維を含浸させると、液体アンモニアの小さい分子が、セルロースの非晶質の部分だけでなく、結晶質の部分にも浸み込み、水素結合を切断するので、セルロース繊維が全体的に膨潤することができる。次の蒸発段階において、新たな水素結合が生じ、当初はI型であったセルロースが、ある割合で、セルロースIII型に変化する。

特に、I型からIII型へのセルロースの変換は、液体アンモニアへの含浸時間が増えるにつれて、次第により大きな割合で生じる。

この仕上げ処理によってセルロース織物に与えられる主な利点は: 絹のような光沢になる、 寸法安定性がより良好になる、 機械抵抗が向上する、 洗濯しただけのノーアイロンで着られるウォッシュ・アンド・ウェア特性が大幅に向上する、 見た目が向上する、 繰り返して洗濯した後でさえも、セルロース織物が「新しく」見える、 肌触りが柔らかくなる、 染料に対する親和性が向上する、 染色が均一になる、 などである。

繊維産業において、何ら問題なしに、液化アンモニアを使用し、再利用できることが分かっている。一方、環境を保護する規制は、だんだんと厳しくなっており、これが、液体アンモニアを、染色処理においても溶剤として用いることについて考慮すべき、もっともな理由である。

水媒質中で織物を染色するのに用いられる染料の多くが、液体アンモニアに溶解されるので、こうした方法を用いて多くの種類の繊維を染色することができる。

液体アンモニアに溶解させた染料を用いて染色する方法には、水の質、水の消費及びその後の精製と相関する全ての問題をなくすという利点がある。こうした方法は、多数の助剤及び化学製品、例えば、湿潤剤、電解質、柔軟剤、担体、遅延剤及びイコライザなども不要にする。

米国特許第3824076号は、染色方法を開示しており、その中で、研究室で極めて小さい織物のサンプルに対して行った試験に言及がなされている。この特許文献では、繊維材料が、主として液体アンモニア、染料、苛性ソーダ及び水からなるアンモニア溶液によって、染色される。この特許文献に開示された染色方法は、織物又はニットウェアの小さいサンプルに対して行った試験においては有効であるが、工業的に適用して大量の織物を染色することはできない。

これは、しばしば、工業的な用途で処理される織物では、水分が均一に分布しておらず、それらの織物は、生地のいろいろな部分で不揃いな縮みを有することがあるので、得られる色合いが均一にならず、染料が十分に繊維に定着しないことがあるためである。

本発明の目的は、繊維材料を染色する工業的な方法と、対応する装置を得ることであり、これらの工業的な方法及び対応する装置においては、染料を含むアンモニア溶液を用いて染色が行われ、この工業的な方法は、液体アンモニアによって保証される定着の利点と、染色過程での染料、助剤、水及び蒸気の劇的な節約の利点を併せ持っている。

本願出願人は、本発明を案出し、試験して具体化し、従来技術の欠点を克服し、これら及び他の目的と特有の効果を達成した。

本発明は、独立請求項に記載され特徴付けられており、一方、従属請求項は、本発明の他の特徴、すなわち本発明の主たる構想に対する変更形態を開示している。

本発明によれば、繊維材料を、溶解した染料を含むアンモニア溶液で染色し、同時に仕上げる方法が、以下の工程: 染料を含むアンモニア溶液を調製し、前記アンモニア溶液を、繊維材料処理械に送る工程であって、アンモニア溶液を調製する工程が、好ましくは、液体アンモニアと水を含むアンモニア溶液の総重量に対する水の割合を制御することをさらに含む工程、 前記繊維材料が、繊維材料処理機に入る前に、繊維材料の乾燥重量に対する繊維材料内に存在する水の割合を調節する工程、 繊維材料が、安全シールを通って繊維材料処理機に入る工程、 繊維材料を、機械的に拘束された状態に維持して、繊維材料に、アンモニア溶液を少なくとも2〜3秒含浸させ、望ましくない収縮を防止する工程、 機械的に拘束されたまま状態に維持された繊維材料から、余分なアンモニア溶液を搾り出し、繊維材料の乾燥重量に対して約80〜100%の調節可能な含浸率を得る工程、 繊維材料処理機内で、まだ機械的に拘束された状態に維持された繊維材料から、アンモニアを全面的に蒸発させる工程、 染色され乾燥された繊維材料が、安全シールを通って繊維材料処理機から出る工程、 を含んでいる。

実施の形態の一例では、繊維材料処理機を出ると、繊維材料は、蒸気処理サイクルにかけられる。

蒸気処理を行う場合には、蒸気処理を、飽和又は過熱水蒸気を用い、パッドスチーム式蒸気処理機内で、大気圧又は高圧で行い、染料を織物繊維にしっかりと固定してもよい。

実施の形態の一例では、繊維材料処理機からの出口で、繊維材料を、水を用い、必要に応じて石鹸処理をする洗浄サイクルにかけ、繊維に定着しなかった、少量の染料を取り除く。

変更形態によれば、染料を含むアンモニア溶液は、ある量の、例えば水酸化ナトリウム、水酸化カリウム又は水酸化リチウムから選択される苛性水酸化物(caustic hydrate)をさらに含んでいる。

別の変更形態によれば、染料を含むアンモニア溶液は、ある量の炭酸ナトリウムをさらに含んでいる。

他の変更形態によれば、染料を含むアンモニア溶液は、ある量の蒸留水をさらに含んでいる。

実施の形態の一例では、染料を含むアンモニア溶液は、好ましくは常に低温に維持され、1以上のタンク内で、繊維材料処理機とは別個に調製される。

したがって、上述の本発明による方法を用いると、液体アンモニアに溶解した選択した染料を用いて、全てのセルロース繊維(綿、亜麻、麻、ジュート、ラミー、その他)、それらの繊維の混合物、それらの繊維と合成繊維、人造繊維(ビスコース、ポリノジック、モーダル、アセテート、トリアセテート、キュプラ、その他)との混合物、人造繊維の混合物、人造繊維とセルロース繊維の混合物、人造繊維と合成繊維の混合物、動物由来の繊維(ウール、カシミア、モヘア、アンゴラ、ヤギの毛、絹、その他)、動物由来の繊維と上記繊維との混合物を、同時に染色し仕上げることができる。

合成繊維には、ポリアミドなど、同様に本発明を用いて染色できるものがある。

本発明による方法は、大気圧又は大気圧よりも低い調節可能な圧力又は大気圧よりも高い調節可能な圧力に維持された媒質を用いて連続的又は不連続に適用することができる。

用いる染料は、反応染料、直接染料、分散染料の種類、より狭い範囲では、硫化染料、酸性染料、含金属酸性染料及び予め還元されていればバット染料の種類から選択してよい。

用いる染料は、粉末の形態でも、既に水に溶解した液体の形態でもよい。

湿潤度(humidity rate)は、ウールでは18.25%、綿では8.5%、麻では12%、ジュートでは13.75%、亜麻では12%、ビスコースでは13%、アセテートでは9%、及びトリアセテートでは7%であることが知られている。

この湿潤度は、繊維の出所、番手、製品の重量及びタイプ並びに他のパラメータに応じて変わりうる。

この湿潤度は、布地の中央部と端部との間、又は同じ反の初めと終わりとの間でも変わりうる。この湿度は、布地全体を通じて不均一に分布していることもある。

同じ重さと、同じ含浸率の構造を有するが、異なる湿潤度を有する、種々の綿織物に、液体アンモニアに溶解させた染料を含浸させると、これらの綿織物は、染色と乾燥の後では、異なる色の明暗度を有することがある。

セルロース繊維内に浸み込むアンモニア分子が、セルロース繊維を膨潤させ、その結果、縮ませる。

例えば、120g/m²の重さの綿織物で、コーマ糸Ne 80、機械的に拘束されていない、綿織物の乾燥重量に対する150%の液体アンモニア含浸率で含浸させた綿織物のほとんど全面的な収縮(縦方向に約10%、横方向に約7%)は、4秒未満で生じる。

同じ綿織物製品で、機械的に拘束されていない、綿織物の乾燥重量に対する100%の含浸率で含浸させた綿織物のほとんど全面的な収縮は、6秒未満で生じる。

同じ綿織物製品で、機械的に拘束されていない、綿織物の乾燥重量に対する60%の含浸率で含浸させた綿織物のほとんど全面的な収縮は、12秒未満で生じる。

所定の含浸率を有し、機械的に拘束されていない織物に、液体アンモニアに溶解した染料を含浸させると、乾燥後、乾燥させた織物は、中央部と端部との間、又は織物製品の初めと終わりとの間で、色の明暗度が異なることがあり、この現象は、織物のいろいろな箇所における不均一な収縮によって生じる織物材料の不規則な厚さに起因している。

本発明による方法では、水分は調節されて繊維材料全体にわたって均一に分布している。染色工程中に水分が変化するたびに、繊維に付着する液体アンモニアに溶解した染料の濃度が直ちに変化して、織物の異なる部分で、対応した異なる色の明暗度になるからである。

このため、本発明によれば、アンモニア溶液を含浸させる前に、繊維材料は、乾燥されることにより、均一に分布した所定の水分割合を有する。

繊維材料は、染色機械と向かい合って設置された乾燥機を用いて、又は、代わりに、布地を乾燥するラメーズ(rameuse)を用いて乾燥してよい。湿度検知器によってモニタされる繊維材料に残す水の割合は、調節可能であり、製品ごとに変わりうる。一般に、セルロース繊維及び動物由来の繊維では、それらの繊維の乾燥重量に対して約4〜5%の湿潤度が好ましいことが分かっている。

多量の水を含んだセルロース繊維材料からの水又は均一に分布していない水を除去して、セルロース繊維材料の乾燥重量に対して4〜5%の残留水分を得ることは、迅速で比較的簡単なプロセスであるが、これに対し、織物繊維の芯部にまだ残っている最終割合の水を蒸発させるのは、時間のかかるプロセスである。

このため、本発明においては、織物又はニットウェア全体にわたって均一に分布した水の上記の割合で停止するのが好ましい。合成繊維の場合には、残留水分は、繊維材料の乾燥重量に対して、約0.5〜1%である。

説明したように、好ましい解決策では、アンモニア染色溶液は、繊維材料処理機に供給する1以上のタンク内で製造してよく、アンモニア染色溶液の温度は、作業が大気圧で行われ、繊維材料処理機内の織物を含浸させる箇所に導入する準備ができるのには、アンモニア染色溶液の液化温度である−30℃〜−36℃付近の低温に常に保たれていなければならない。

アンモニア染色溶液は、染料を基準にして: 主として液体アンモニア、 液体アンモニアに溶解したg/Lの割合の粉末染料、又はcc/Lの量の染料含有水溶液、 必要に応じて、極小割合の蒸留水。溶解させる染料の重量すなわちg/Lを増やす必要がある暗色の場合、粉末染料の中には、単独の液体アンモニアへの溶解度に問題を有するものがある。そのため、ある割合の水を添加して、そのような粉末材料を溶解できるようにしなければならない。水の割合は、液体アンモニアと水を含むアンモニア染色溶液の総重量に対して3%〜10%で変動する、 必要に応じて、50ボーメに濃縮された苛性水酸化物の溶液の総量に対して0.5%〜2%で可変の割合の苛性水酸化物。苛性水酸化物は、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム又は水酸化リチウムでよい、 必要に応じて、極小割合の炭酸ナトリウム又は炭酸カリウム、 を含んでいてもよい。

液体アンモニアとセルロース繊維との反応、それによるセルロースI型からセルロースIII型への変換を妨げないよう、本発明によれば、全ての水、すなわち、セルロース繊維内の水分及びアンモニア染色溶液の水(必要に応じてアンモニア染色溶液に添加された蒸留水、必要に応じて増量した染料の水分及び苛性水酸化物の水分を含む)の割合は、液体アンモニアと水を含むアンモニア染色溶液の総重量に対して20%の最大値を超えないことが好ましい。予め決定され処理サイクル中にモニタされる、この最大値は、セルロース繊維とアンモニア染色溶液に溶解させる染料の関数として選択される。アンモニア染色溶液中の水の割合は、例えば、電子密度計により大気圧でモニタすることができ、例えば、1リットルの水は重さが1キログラムであり、1リットルの液体アンモニアは重さが0.682キログラムである。

他の解決策では、アンモニア溶液を用いて染色される前に、繊維材料は、苛性水酸化物及び必要に応じて炭酸塩を含む水溶液で処理され、その後乾燥される前に、上記塩類を含む所定の割合の水分を織物に残す。

50ボーメでの苛性水酸化物の割合を、アンモニア溶液の総量の約5%〜10%に増やし、染色収率を上げ、セルロース繊維の特性を向上させてもよい。

実際、苛性水酸化物の割合を増加させることにより、液体アンモニア単独で行う処理と比較して、セルロース繊維におけるシルケット加工効果が高くなった選択された染料と苛性水酸化物を含むアンモニア溶液が生成する。

ウール製品を、上述のアンモニア溶液で処理すると、全ての繊維への最適な定着が達成される。

本発明を用いると、多くの特有の効果、例えば: セルロース繊維が、仕上げられる、 繊維の表面部も深部も均一に染色される、 色彩が鮮やかである、 染色収率が極めて高い。反応染料の場合には、反応染料は、セルロースの水酸基のみと反応し、水媒質中で行われる染色の場合のように、水の水酸基とは反応しない、 色が非常に堅牢で、変色しにくい、 染色中、水媒質中に存在するほとんど全ての化学助剤が不要となる、 水が、ほぼ全て不要となる、 熱エネルギーが劇的に節約になる、 繊維材料の望ましくない収縮がない、 アンモニアが、連続的に再生処理することができ、再利用が可能なので、染色をほとんど汚染なしに行うことができる、 という特有の効果が得られる。

一例が添付図面に示されている本発明の実施の形態の一例を詳細に説明する。

本発明による織物製品の染色及び仕上げ装置を概略的に示している。

本発明を説明する目的で、一例を提示するが、この例示は、本発明を限定するものと解してはならない。例えば、実施の形態の1構成の一部分であるとして示され又は説明された特徴は、実施の形態の他の構成に取り入れて、又は実施の形態の他の構成と共同して、実施の形態の別の構成を作ることができる。本発明は、こうした変更及び変更態様の全てを含むものと考えられる。

織物製品の染色及び仕上げ装置が、一般的にその全体を参照符号10により、添付図面に示されている。

この織物製品の染色及び仕上げ装置は、処理機11を備えており、この処理機には、この例では、参照符号13によって示す液体アンモニアに染料を溶解させた溶液を収容するバット12設けられている。

所定の水分で調製された繊維材料14が、処理機11内に、安全シール15を通って導入され、染料と液体アンモニアの溶液に浸漬することによって染色される状態になる。

繊維材料14は、導入される前に、2個の加熱したシリンダ16a及び16bによって乾燥された後、冷却されたシリンダ17によって冷却されて、繊維材料の温度が下がる。

冷却したシリンダ17からの出口で、水分検知装置18によって、繊維材料14に残る水分の割合がモニタされる。セルロース繊維又は動物由来の繊維の場合には、残留水分は、織物の乾燥重量に対して4〜5%に保つのが好ましい。

当然ながら、異なる種類の繊維に関しては、及び/又は処理条件に応じて、乾燥ユニットからの出口における残留水分の値は、先に示した値と異なっていてもよい。

次いで、繊維材料14は、バット12内で浸漬され、染料と液体アンモニアの溶液で含浸される。

浸漬及び含浸工程中、並びに繊維材料が処理機11内を通過する間ずっと、繊維材料14は、処理機11の内側で処理機の入口近傍に配置された第1の張力付与ロール19と、処理機11の内側で処理機の出口近傍に配置された第2の張力付与ロール23との間で、機械的に束縛された状態に保たれる。

したがって、張力付与ロール19と張力付与ロール23との間で、繊維材料14は、所望の張力度で張力が掛けられる。

ここに示す例の場合には、2番目のロール20が、染料と液体アンモニアの溶液に部分的に浸され、バット12内での繊維材料14の経路を定め、バット12からの出口に設けられた電動式の3番目のロール21が、圧搾ロール22と協働して、繊維材料14からの余分な染色溶液の第1の除去を行う。

含浸工程中、アンモニアの小さい分子が、セルロースの非晶質部分及び結晶質部分に迅速に浸み込んで、染料及び染料との水和物を運び込み、まだセルロース繊維内に残っている水分によってセルロース繊維が膨潤することにより、浸み込みがさらに促進される。繊維材料14が、張力付与ロール19と張力付与ロール23との間で、調節可能な張力で機械的に束縛された状態に維持され、バット12内で、通常約2〜3秒間、含浸が行われる。

含浸バット12から出る織物製品を、直ちに3番目のロール21と圧搾ロール22との間で圧搾し、繊維材料14の乾燥重量に対して、セルロース繊維全体にわたって均一に分布させるアンモニア溶液13の約80〜100%の調節可能な含浸率を確保する。

均一に分布させるアンモニア溶液の約80〜100%の調節可能な含浸率は、圧搾中、膨潤した塑性状態のセルロース繊維の変形を防止するのに最適な値である。

ここで提示する解決策では、圧搾ユニットからの出口で、繊維材料14は、存在する全てのアンモニアを蒸発させ、染料、苛性水酸化物及び極小量の水だけがセルロース繊維に残る乾燥サイクルに供される。

アンモニアの全面的な蒸発は、繊維材料14を、予め設定された温度にある、次々に設けられ、好ましくは、各々が互いに接触する、一連の加熱されたシリンダ24の表面に直接接触させることによりなされる。

この工程では、アンモニアの蒸発と共に、セルロース繊維に存在する、水分も約100℃の温度まで加熱されるので、繊維材料14に付着した染料が、セルロース繊維に化学的に予備定着又は定着される。

実際、苛性水酸化物の存在下での反応染料のセルロース繊維への定着は、セルロース繊維に存在する水の温度上昇及び染料と繊維自体の温度上昇によりもたらされるものである。

複数の吸気ユニット25によって乾燥装置から取り込まれるアンモニアガス及び生じ得る水蒸気は、次いで、予備凝縮装置に送られた後、冷却装置によって液体の状態に凝縮させてもよい。

好ましい解決策においては、アンモニアガスを、続いて、公知の方法で再び液体の状態に凝縮させてもよく、こうして得られた液体アンモニアは、直ちに再び他の用途に用いることができる。

乾燥工程の後、乾燥され染色された繊維材料14は、安全シール115を通って処理機から出される。

処理機11内の作業圧力は、やや減圧状態に保持して、アンモニアが仕事場に漏れ込むのを防止するのが好ましい。変更形態として、この作業圧力は、全閉に保たれた不連続機の場合には、大気圧又は大気圧よりも高い調節可能な圧力に維持されていてもよい。

処理機を出た後、繊維材料14を、図示の解決策では蒸気処理機26内で行われる蒸気処理サイクルにかけ、染料のセルロース繊維への定着を確保又は完遂してもよい。

蒸気処理機26は、飽和水蒸気又は過熱蒸気を用いるパッドスチーム式のものでよい。

蒸気処理サイクルは、所定の時間、大気圧又は必要に応じて加圧条件下で行ってよい。

以上とは異なる染色プロセスでは、処理機11の乾燥域を出た後、染色された繊維材料14に、苛性水酸化物及び必要に応じて炭酸塩を含む水溶液を含浸させた後、繊維材料を、染料をセルロース繊維に定着させる蒸気処理機内で蒸気処理する。

蒸気処理の終わりに、セルロース繊維に定着しなかった、少量の染料を、洗浄機27内で行う洗浄サイクルによって取り除くことが好ましく、洗浄機27は、この例示の実施の形態の場合には、熱水を用い必要に応じて石鹸処理をする第1の洗浄機28と、次いで最終洗浄を行う第2の洗浄機29を備えている。

セルロース繊維に定着しない染料の割合は、微少なので、たとえ反応染料でセルロース繊維を染色した場合でも、洗浄時間は短く、水の消費量が極めて限られている。

糸を染料のアンモニア溶液で染色するには、ビームからビームへと、すなわち、処理機11の入口に配置された織物を繰り出すビームから処理機11からの出口に配置された染色された織物を巻き取るビームへと行われなければならない。言い換えると、糸は、隣接状態に維持されて適した大きさのビームに巻き付けられる。

本発明の分野及び範囲を逸脱することなしに、これまで説明してきた方法及び装置に、変更及び/又は部分的な追加を行うことができることは、明らかである。