本發明涉及用于使用溶解于液氨中的染料溶液來進行染色和整理處理的方法和對應裝置。
本發明應用于織物、非織造織物、針織品和紗線上，用來染色并且大體上改進產品特性。
發明背景
長期以來，在意圖改進由纖維素纖維制成的紡織品的產品特性的整理處理中，已研究并應用了使用液氨浴的工藝。在此工藝中，在-34℃的溫度、即在大氣壓下氨液化的溫度下，用液氨浸漬織物持續通常從1秒變化至30秒的時間。
由于氨對纖維素纖維施加溶脹效果、具有纖維素的結晶取向、而不對纖維結構造成破壞的事實，織物的品質得以改進。
當纖維素纖維受浸漬時，液氨的小分子不僅穿透至纖維素的非晶區中還穿透至結晶區中，斷裂氫鍵以使得纖維可完全溶脹。在后續蒸發階段，隨著新氫鍵的產生，原來為I型的纖維素以一定百分比變換成III型纖維素。
具體而言，隨著在液氨中浸漬時間增加，纖維素從I型至III型的轉換以漸進更大的百分比成比例地發生。
通過這種整理處理賦予纖維素織物的主要益處為：
-絲般光澤；
-更好的尺寸穩定性；
-機械阻力增加；
-免燙性質的很大改進；
-外觀改進；
-織物看起來“新”，甚至在重復洗滌之后也是如此；
-觸感柔軟；
-對染料的親和性提高；
-均勻染色。
已表明在紡織工業中，液化氨可無任何問題地使用和再循環。另一方面，保護環境的規章正變得越來越嚴格，并且這是考慮液氨還在染色處理中用作溶劑的好理由。
許多用于在水介質中對紡織品染色的染料溶解于液氨中，并且因此所述方法可用來對許多類纖維進行染色。
利用溶解于液氨中的染料來染色的方法具有排除與水質、耗水量和后續純化相關的所有問題的優點。所述方法還排除了諸如潤濕劑、電解質、軟化劑、載體、延遲劑和平衡劑的眾多輔助產品和化學產品。
文件US 3 824 076描述了染色方法，其中提到在實驗室中對織物的極小樣本進行的試驗。在此文件中，紡織材料利用主要由液氨、染料、苛性鈉和水組成的氨溶液來染色。文件中所描述的染色配方可在對織物或針織品的小樣本進行的試驗中有效，但不能在工業上應用于對大量紡織品染色。
這是因為，通常工業應用中處理的織物具有不均勻分布的濕度并且可在紡織品的各種區域中具有不規則收縮，從而所得顏色將不均勻并且染料還將未充分固定至纖維。
本發明的目的在于獲得用于對紡織材料染色的工業方法和對應裝置，其中染色是利用含有染料的氨溶液進行的；所述方法組合了由液氨所保證的固定的益處與染色工藝的染料、助劑、水和蒸汽的大幅節省。
申請人已設計、測試并具體化了本發明來克服技術現狀的不足之處并且獲得這些和其它目的和優點。
技術實現要素：
本發明在獨立權利要求中闡述和表征，而從屬權利要求描述本發明的其它特性或主要發明觀念的變體。
根據本發明，用于利用含有溶解于其中的染料的氨溶液來對紡織材料染色和同時整理的方法提供以下步驟：
-制備含有染料的氨溶液并且將所述溶液送至用于加工紡織材料的機器；有利地，制備氨溶液的步驟還包括控制水相對于含有液氨和水的溶液的總重量的百分比；
-在所述紡織材料進入加工機器中之前，調整紡織材料中存在的水相對于紡織材料干重的百分比；
-使紡織材料經過安全密封件進入所述機器中；
-利用氨溶液浸漬紡織材料至少幾秒，使紡織材料保持機械約束以防止不需要的收縮；
-從仍保持機械約束的紡織材料中擠出過量氨溶液，以便獲得相對于紡織材料干重約80％-100％的可調整吸液率(pick-up)；
-在加工機器內從仍保持機械約束的紡織材料中完全蒸發氨；
-使經染色和干燥的紡織材料經過安全密封件從加工機器離開。
在實施方案的一個形式中，在從加工機器離開后，紡織材料經受汽蒸循環。
如果進行，汽蒸可在大氣壓或高壓下利用飽和或過熱水蒸氣在軋蒸蒸汽機中進行，用來將染料決定性地固定至紡織纖維。
在實施方案的一個形式中，在從加工機器離開時，紡織材料利用水和可能利用皂洗經受洗滌循環來去除未固定至纖維的最小百分比的染料。
根據變體，具有染料的氨溶液還包含一定量的苛性堿，所述苛性堿選自例如氫氧化鈉、氫氧化鉀或氫氧化鋰。
根據另一變體，具有染料的氨溶液還包含一定量的碳酸鈉。
根據另一變體，具有染料的氨溶液還包含一定量的蒸餾水。
在實施方案的一個形式中，有利地始終保持冷卻的氨溶液在一個或多個槽中與加工機器分開制備。
利用上述方法，因此可利用溶解于液氨中的選定染料來同時染色和整理所有纖維素纖維(棉、亞麻、大麻、黃麻、苧麻和其它)、所述纖維的混合物、所述纖維與合成纖維的混合物、人造纖維(粘膠纖維、高濕模量粘膠纖維(polynosic)、莫代爾纖維、醋酸纖維、三醋酯纖維、銅氨纖維和其它)、人造纖維的混合物、人造纖維與纖維素纖維的混合物、人造纖維與合成纖維的混合物、動物源性纖維(羊毛、開士米、馬海毛、安哥拉山羊毛、山羊毛、蠶絲和其它)以及動物源性纖維與所有上述纖維的混合物。
諸如聚酰胺的一些合成纖維也可使用本發明來染色。
所述工藝可利用保持在大氣壓下、或在低于大氣壓的可調整壓力下、或再在高于大氣壓的可調整壓力下的介質來連續或不連續地應用。
所使用染料可選自活性染料、直接染料、分散染料的類別，和在較小程度上硫化染料、酸性染料、金屬化酸性染料以及如果先前經還原情況下的還原染料(vat dye)的類別。
所使用染料可呈粉末形式、或已經溶解于水中的液體形式。
已知以下濕度率：羊毛中18.25％，棉中8.5％，大麻中12％，黃麻中13.75％，亞麻中12％，粘膠纖維中13％，醋酸纖維中9％以及三醋酯纖維中7％。
濕度可視纖維來源、紗線支數、制品的重量和類型以及其它參數而變化。
濕度還可在織物的中心與側邊之間、或同一塊織物的起始與末端之間變化。濕度還可在織物中非均勻分布。
如果具有相同重量和形態、具有相同吸液率、但具有不同濕度率的各種棉織物利用溶解于液氨中的染料來浸漬，則這些織物在染色和干燥之后將具有不同顏色強度。
穿透至纖維素纖維內的氨分子使纖維素纖維溶脹并因此還縮短。
例如，重120g/m2、精梳紗Ne 80、未受機械約束、利用相對于棉織物干重的150％液氨吸液率浸漬的棉織物的幾乎完全收縮(約在經向上10％和在緯向上7％)發生在不到4秒中。
未受機械約束、利用相對于其干重100％的吸液率浸漬的同一制品的幾乎完全收縮發生在不到6秒中。
未受機械約束、利用相對于其干重60％的吸液率浸漬的同一制品的幾乎完全收縮發生在不到12秒中。
如果具有確定吸液率和未受機械約束的織物利用溶解于液氨中的染料來浸漬，則在干燥之后染色織物可在中心與織邊之間、或在制品的起始與末端之間具有不同顏色強度，這一現象是因為通過在織物的各個點中非均勻收縮而產生的材料不規則增厚。
在根據本發明的方法中，濕度受調整并且在整個紡織材料中均勻分布，因為隨著染色步驟期間濕度的每一變化，溶解于液氨中的染料的濃度將在纖維上直接變化，從而則在紡織品的不同區域中存在對應的不同顏色強度。
由于這個理由，根據本發明，在用氨溶液浸漬之前，紡織材料經干燥以便具有均勻分布的預定百分比的濕度。
紡織材料可使用相對染色機安裝的干燥器、或替代地通過使用拉幅機(rameuse)來干燥。由濕度檢測器監測、將在紡織材料上留下的水的百分比是可調整的并且可因制品而異。大體而言，在纖維素纖維和動物源性纖維中，已發現相對于纖維干重約4％-5％的濕度是有利的。
從含有大量水、或水未均勻分布的纖維素紡織材料中去除水，以便獲得相對于紡織材料干重4％-5％的殘留濕度的百分比，是迅速和相對簡單的工藝：相反地，蒸發仍在紡織纖維芯中存在的最后百分比的水是花費時間的工藝。
由于這個理由，出于本發明的目的，在上文所指示的百分比處停止是便利的，所述百分比還在整個織物或針織品中均勻分布。在合成纖維的情況下，殘留濕度為約0.5％-1％，再次相對于紡織材料的干重。
正如我們所說，在有利的解決方法中，氨染色溶液可在服務加工機器的一個或多個槽中制備；如果在大氣壓下工作，則在機器中準備引入紡織品浸漬區域中的溶液溫度必須始終保持很低，大約-30℃/-36℃的液化溫度。
基于染料的氨染色溶液可包括：
-主要地，液氨；
-以g/升計一定百分比的溶解于溶液中的粉末狀染料，或以cc/升計一定量的含有染料的水溶液；
-可能地，最小百分比的蒸餾水；在深色的情況下，其中必需增加以克/升計待溶解染料的重量，一些粉末狀染料可在單獨液氨中有可溶性問題，并且因此必須添加一定百分比的水來使這些染料可溶；水的百分比可相對于含有液氨和水的溶液的總重量從3％變化至10％；
-可能地，可相對于溶液的總體從0.5％變化至2％的百分比、濃縮至50波美的苛性堿；所述苛性堿可為氫氧化鈉、氫氧化鉀或氫氧化鋰；
-可能地，最小百分比的碳酸鈉或碳酸鉀。
為了不抑制從I型纖維素變換至III型纖維素的液氨與纖維素纖維的反應，根據本發明，優選水，即纖維內的濕氣和氨染色溶液中的水(添加至溶液的可能蒸餾水、可能染料中的水和苛性堿中的水)的全部百分比，應不超過相對于含有液氨和水的溶液的總重量20％的最大值；已預定并且在處理循環期間受監測的所述值作為纖維和待溶解于溶液中的染料的函數而選擇。溶液中水的百分比可例如通過電子密度計來監測；在大氣壓下，例如，1升水重1千克，而1升液氨重0.682千克。
在替代的解決方法中，在利用氨溶液染色之前，紡織材料經受利用含有苛性堿和可能碳酸鹽的水溶液的處理，之后受后續干燥，從而在紡織品上留下預設百分比的含有上述鹽的濕氣。
為了提高染色量并且改進纖維素纖維的特性，在50波美下苛性堿的百分比可提高至總溶液的約5％-10％。
實際上，通過提高百分比，形成了含有選定染料和苛性堿的氨溶液，目的是與單獨用液氨進行處理相比增加纖維素纖維中的絲光效果。
如果利用如上述的氨溶液來處理羊毛制品，則獲得所有纖維的最佳固定。
利用本發明獲得了多個優點，諸如：
-纖維素纖維經整理；
-在纖維表面上和纖維深處均勻染色；
-顏色明亮；
-染色量極高；在活性染料的情況下，活性染料僅與纖維素羥基而不與水羥基反應，如在水介質中進行染色的情況下；
-顏色牢固性非常高；
-排除幾乎所有在水介質中染色中存在的化學助劑；
-幾乎完全排除水；
-大幅節省熱能；
-沒有不需要的紡織材料收縮；
-因為氨是可連續地再循環和重復使用的，所以以幾乎零污染來進行染色。
附圖簡要說明
我們現將詳細地提及本發明實施方案的一個形式，在附圖中示出所述形式的實例。
具體而言，圖1示意地顯示出根據本發明用于紡織品的染色和整理裝置。
實施方案的一個形式的詳述
我們現將以例示本發明的方式來給出實例，這不應理解為本發明的限制。例如，到其為實施方案的一個形式的部分的程度所顯示或描述的特性可對實施方案的其它形式采用或與實施方案的其它形式結合采用來產生實施方案的另一個形式。要理解本發明將包括所有此類修改和變體。
用于紡織品的染色和整理裝置在附圖中通過附圖標記10來大體上和整體地指示。
染色和整理裝置10包括加工機器11，其中在這種情況下，存在甕12，甕12含有由13指示的溶解于液氨中的染料溶液。
使以預定濕度制備的紡織材料14經過安全密封件15引入加工機器11內，準備通過浸沒在染料和液氨的溶液中來染色。
在引入之前，紡織材料14由兩個加熱氣缸16a和16b來干燥，并且然后由冷卻氣缸17來冷卻，這降低了紡織材料14的溫度。
在從冷卻氣缸17離開時，仍在紡織材料14上的濕氣的百分比由濕度檢測器18來監測；在纖維素纖維或動物源性纖維的情況下，殘留濕度有利地保持在相對于紡織品干重4％-5％。
要理解對于屬于不同類型的纖維而言，和/或根據加工條件，在從干燥單元離開時殘留濕度值可與上文所示的值不同。
然后，使紡織材料14浸沒在甕12中，用染料和液氨的溶液來浸漬。
在浸沒和浸漬步驟中，和在加工機器11內的整個通路期間，紡織材料14在第一張緊輥19與第二張緊輥23之間保持機械約束，第一張緊輥19設置在加工機器11內、接近其入口，第二張緊輥23設置在加工機器11內、接近其的出口。
因此，紡織材料14在輥19與輥23之間以所需張緊程度保持在張力下。
在此處所示的情況下，第二輥20部分浸沒在染料和液氨的溶液中并且決定紡織材料14在甕12內的路徑，并且設置在甕12的出口、電動的第三輥21與擠壓輥22配合來進行從紡織材料14中第一次去除過量染色溶液。
在浸漬步驟期間，氨的小分子攜帶染料和水合物，快速穿透至纖維素的非晶區和結晶區；由于纖維內仍存在濕氣，通過纖維溶脹來進一步促進穿透。在紡織材料14在輥19與輥23之間保持機械約束并且處于可調整張力的情況下，浸漬發生在甕12內持續大體上約2-3秒的時間。
為了保證待在整個纖維中均勻分布的氨溶液13相對于紡織材料14干重約80％-100％的可調整吸液率，從浸漬甕12離開的制品立即在輥21與輥22之間受擠壓。
待均勻分布的氨溶液的約80％-100％的可調整吸液率是防止纖維變形的最佳值，所述纖維在擠壓期間處于溶脹和塑性條件下。
在此處所示的解決方法中，在從擠壓單元離開時紡織材料14經受干燥循環，其中所有存在的氨均受蒸發，以便在纖維上僅留下染料、苛性堿和最小量的水。
通過使紡織材料14靠在一系列加熱氣缸24的表面直接接觸來獲得氨的完全蒸發，加熱氣缸24處于預設溫度下并且一個接著一個設置、有利地所有加熱氣缸24均彼此接觸。
在此步驟中，和蒸發氨一樣，纖維中存在的一定百分比的水也加熱至約100℃的溫度，以使得紡織材料14上沉積的染料被化學地預固定或固定至纖維。
實際上，在水合物存在下，活性染料至纖維素纖維的固定是由于纖維中存在的水的溫度升高以及染料和纖維自身的溫度升高。
氨氣和可能的水蒸氣通過多個抽吸單元25來從干燥器中吸收，然后可傳送至預冷凝器以通過冷卻單元隨后冷凝至液態。
在優選的解決方法中，氨氣可隨后以已知方式再次冷凝至液態：因此所得液氨將再次準備用于另一使用。
在干燥步驟之后，使干燥和染色的紡織材料14經過安全密封件115從加工機器離開。
加工機器11內的工作壓力優選保持在稍低壓條件下以防止氨泄漏至工作地點中；在變化的解決方法中，壓力還可保持在大氣壓下，或在保持完全關閉的不連續機器情況下處在高于大氣壓的可調整壓力的條件下。
為了保證或完成染料至纖維的固定，在從加工機器離開之后，紡織材料14可在汽蒸機器26內經受按所示解決方法進行的汽蒸循環。
汽蒸機器26可為軋蒸型，利用飽和水蒸氣或過熱蒸汽。
汽蒸循環可在大氣壓或可能地在壓力條件下進行限定時間。
在替代染色工藝中，在從加工機器11的干燥區域離開之后，染色紡織材料14用含有苛性堿和可能碳酸鹽的水溶液浸漬，并且然后在蒸汽機中汽蒸，在所述蒸汽機中染料固定至纖維。
在汽蒸結束時，減少百分比的未固定至纖維的染料通過在洗滌機器27中進行的洗滌循環來優選地去除，在這種情況下洗滌機器27包括利用熱水和可能皂洗的第一洗滌機器28，然后接著是在第二洗滌機器29中的最終洗滌。
洗滌時間是短暫的并且水消耗極有限，甚至在用活性染料染色的纖維素纖維的情況下也是如此，因為未固定至纖維的染料的百分比是最小的。
利用染料的氨溶液對紗線進行的染色必須從經軸到經軸地進行，即，從解開設置在加工機器11入口的紡織品的經軸，到纏繞設置在加工機器11出口的染色紡織品的經軸：換言之，紗線保持鄰近并且纏繞在大小合適的經軸周圍。
明顯的是，在不脫離本發明的領域和范圍的情況下，可對如以上所述的方法和裝置作出修改和/或部分添加。