提高染浴成分吸除率的角质材料染色方法

摘要

本发明将纤维与两性表面活性剂的碱溶液接触而预处理纤维后用基本上不存在表面活性剂类匀染剂的染液将染料附着在预处理纤维上或将纤维与包括下述表面活性活性剂的碱溶液的染液接触后在染液中加染料而从染液中将染料附着在纤维上，其中所用新表面活性剂化合物包括上式烷氧基化羟基磺基内铵盐，式中R1为选自C12H15至C21H43的烃基，R2和R3为聚(环氧烷)基，均含3—21个环氧烷单元。

说明书

本发明涉及角质纤维染色方法，可用于受损的羊毛染色，但并不仅限于此。在优选方案中，本发明涉及对加入染浴的防虫剂平衡吸除率的改进，其值远高于现有方法达到的值。本发明主要涉及湿染法，其中用不同于如水分散性染料的水溶性染料。在具体方面，本发明提出可在染色前处理角质纤维的新表面活性剂化合物。

羊毛和其它角质纤维常用从酸液中除料的方法染色：该液常含除染料外的各种制剂。这些制剂目的是控制染料经纤维吸着的方式并因而控制最终染色的均匀程度。这些化合物统称为“匀染剂”，可为无机盐，如硫酸钠，但对于许多羊毛染料，各种表面活性剂作匀染剂更有效。可单独或混合使用阴离子、阳离子或两性表面活性剂经除料法对羊毛染色。这些匀染剂，尤其是表面活性剂的作用方式常包括与染料形成复合物，与单独的染料相比，羊毛吸着该复合物更均匀。

将受损的羊毛染色以避免最终产品中的疵点外观时提高染料吸着均匀度就尤为重要，因此表面活性匀染剂常在受损的羊毛染色时应用。受损羊毛为因受气候损伤而使纤维尖和根部具有明显不同的染色性的羊毛。“疵点”指相邻纤维或同根纤维各部分间因色彩不同造成的不合格斑点效果，这是受损羊毛染色时常见的现象。

虽然染料/表面活性剂复合物可提高染料吸着均匀度，但形成复合物可降低染料的平衡除料率，这样会浪费染料并可造成排污问题，这又是含重金属原子，如铬、钴或铜的染料的具体问题。

染浴中存在表面活性匀染剂造成的羊毛染色中另一可能的问题是应用贮存或使用期间防止羊毛产品受虫害，如蛾害的化学品。除料法常在羊毛中用防虫剂，可经单独操作用于染色工艺，但常将这些制剂加入染浴，使其与染料一起附在羊毛上。在染浴中存在表面活性匀染剂以提高染色质量的情况下，就羊毛吸附防虫剂而言可获得不利影响（可参见例如Zimmerman，M，and Hcker，H.Studies on moth-Proofing of wool with Permethrin，Milliand Textilberichte，69，（1988），P.909）。这种效果类似上述许多匀染剂对染料排除率的影响。减少从染浴中排除防虫剂的不良后果是进行处理地点的排出物可能含有大量有害于环境的防虫剂。

国际专利公开WO88/07602（申请PCT/AU88/00086）公开了染浴条件下比常用条件温和情况下提高染料排除率的方法，其中在染色处理前单独在碱性条件下用两性表面活性剂对角质纤维，如羊毛进行含水预处理。现已惊人地发现，这种预处理可提高染色性能，同时又不必向染浴中加常见表面活性匀染剂。具体地讲，对染色性的改进涉及到优异的匀染性和受损点覆盖性，这是与未处理物料比较而言的，当然其中基本不存在匀染剂，而且在不存在匀染剂情况下可达到极高的染料排除率。还已发现，向染浴中加防虫剂时，可提高染色性能，而且在防虫剂与染料同时应用时可达到很高的防虫剂排除率。

同时已惊人地发现，为碱性溶液选择合适的两性表面活性剂，可用单一浴液顺序进行预处理和染色步骤，其中适当转换步骤间的液体。

因此本发明第一方面提出将染料附着在角质纤维上的方法，其中包括将纤维与两性表面活性剂碱性溶液接触而将其预处理，然后用基本上不存在表面活性匀染剂的染液将染料附着到预处理纤维上。

“基本上不存在”指染浴完全不含表面活性匀染剂或其浓度大大低于纤维染色用染浴中常用浓度。

更具体地讲，染色溶液含水和水溶性染料，优选为酸性。

本发明第二方面提出将染料附着在角质纤维上的方法，其中从基本上不含匀染剂的染液中将染料附着到已将其与两性表面活性剂碱液接触而预处理的纤维上。

由于极低浓度的表面活性剂可提高纤维染色性能，所以预处理所需表面活性剂量没有绝对的下限。但是，为获得优化结果，优选就被处理纤维而言使表面活性剂量至少等于0.1%oww。

本发明预处理用两性表面活性剂可含各种阳离子和阴离子基团，优选阳离子基团为胺盐，四元氮，吡啶鎓或取代咪唑啉基，而阴离子基团为羧基，硫酸酯，硫代硫酸酯，磺酸或磷酸盐残基。两性制剂可含一种以上的阳离子和/或阴离子基团，也可含其它中性基团，如烃或环氧烷链。

以下两性表面活性剂特别有用：

（a）下式N-烷基内铵盐和磺基内铵盐：

其中R₁，R₂和R₃为烷基，n≥1，X^-为-COO^-或-SO-₃;

（b）下式烷基酰胺内铵盐和磺基内铵盐：

其中R₁，R₂和R₃为烷基，m≥1，n≥1，X^-为-COO^-或-SO-₃;

（c）下式两性表面活性剂：

其中R₁为常含少于22碳的烷基，m和n常为1-30的整数，X^-为-COO^-，-SO-₃，-OSO-₃，-SSO-₃，或HPO-₄，Y为酰胺或其它脂肪酸衍生物;

（d）下式的两性表面活性剂：

其中R₁为常含少于22碳的烷基，m和n常为1-30的整数，X^-为-COO^-，-SO-₃，-SSO-₃或HPO-₄，Y为常含少于5碳的取代或未取代烷基;或

（e）下式的两性表面活性剂：

其中R为脂肪酸根，R₁为H，Na或CH₂COOM，X为OH，阴离子表面活性硫酸酯或磺酸酯的酸性盐或盐，Y为COOM，CH₂COOM或HOCHCH₂SO₃M，M为Na，H或有机碱。

另外已发现，特别有效的本发明用两性表面活性剂包括本发明第三方面的一类新化合物。在这方面，本发明提出表面活性化合物，其中包括下式烷氧基化羟基磺基内铵盐：

其中R₁为选自C₁₂H₂₅直至C₂₁H₄₃的烃基，R₂和R₃为聚（环氧烷）基，其中均含n个环氧烷单元，3≤n≤21。

R₂和R₃优选均为聚环氧乙烷或聚环氧丙烷基或聚环氧乙烷与聚环氧丙烷单元的混合基。

R₂和R₃更优选分别含n₁+n₂环氧烷单元，且3≤n₁+n₂≤21。

在本发明第一和第二方面的方法中，要求的表面活性剂量取决于产品中活性成分的百分比，但一般为0.1-20g/l，应用时液比30∶1。

如上所述，预处理在碱性条件下进行，最适宜PH高于7，但低于11，预处理液PH值可用有机或无机试剂或其混合物经任何常见方法确定。虽不是基本要求，但可方便地应用缓冲体系，因为这可保证达到该效果的最大程度再现性。特别有用预处理PH8-8.5，因为这可优化改进染色性能，而同时又可尽可能减少纤维碱降解可能性。

可在5-100℃的任何温度下进行处理，特别适宜的温度为常用于洗涤羊毛的温度，如20-50℃。尽管可用1分钟至数小时的任何处理时间，但常见的是10-60分钟。

该方法的优点是这种处理可联入正常的羊毛加工顺序中，如作为宽松邻巾，毛线条片，帽子，毛线，毛织品或服装染色前的预处理，也可将该处理作为羊毛原料洗涤最终阶段的一部分。

按本发明的某些实施方案，将染液废弃并用新配制染浴对羊毛染色。材料在染色前冲洗，但这并不是必须的。被处理物料立即染色或干燥并在随后某一时刻染色，其中并没有任何效果差异。

按另一方案，该预处理和该染料附着步骤在单一溶液中进行，浴液最初为预处理碱液，后转换成使染料附着的染液，所用两性表面活性剂的选择应使其在浴液转换之前基本上从浴中排除。一般来说，为此适用的两性表面活性剂中烷氧基具有3-21单元，优选7-15单元，特别是用选自作为本发明第三方面所述化合物的表面活性剂。

因此，本发明第四方面提出将染料附着在角质纤维上的方法，其中包括将纤维与包含两性表面活性剂碱液的浴液接触后将染料加入浴液并从浴液中将染料附着在纤维上，其中该两性表面活性剂包括下式烷氧基化羟基磺基内铵盐：

其中R₁为选自C₁₂H₂₅至C₂₁H₄₃的烃基，R₂和R₃为聚合（环氧烷）基，均含n个环氧烷单元，而3≤n≤21，并且该浴液中基本上不存在除该烷氧基化羟基磺基内铵盐而外的任何表面活性匀染剂。

纤维与碱性浴液接触后，加染料前浴液优选从碱液转为酸液。

本发明第四方面中惊人地发现，受损处可达到优异的覆盖，同时又不会滞留加入染浴中的防虫剂，如合成拟除虫菊酯，苄氯菊酯。这一发现与目前市售表面活性剂类染料匀染剂的效果形成鲜明对比。以对受损处达到良好覆盖所要求浓度应用这些产品，羊毛上可出现明显的苄氯菊酯除料滞留现象，一浴方法是独特的，其中可获得染料匀染剂的优点，同时又不会降低羊毛吸着防虫剂。这一现象具有重要的环境效果，因为从羊毛染房中排出的液体中高浓度的苄氯菊酯对水生动物可能有毒。

可以认为一浴方案很有效。因为选定两性表面活性剂更易于被纤维吸收，因此该表面活性剂对预处理步骤很有效，同时又不要求达到会留下明显的残留表面活性剂的有效浓度。可能必须适当选择两性表面活性剂浓度，这样可使基本上完全被纤维吸着，从而在向浴液加入染料之前使其中基本上不存在残留表面活性剂。

在一浴方法中，可用相同浴液进行预处理和染色步骤，因此在本发明第四方面的一实施方案中一浴方法包括以下步骤：

（a）羊毛在碱性条件下（PH优选大于7，不高于11，如8）用两性试剂处理;

（b）浴液调为酸性PH（PH优选低于7，不低于3，如4.5）;

（c）加染料和防虫剂（如苄氯菊酯）;

（d）染浴加热到平衡温度（常为85-100℃），在此温度下保持要求时间以实现染色;和

（e）排除废液并冲洗羊毛。

在一浴方法中重要的是不用过量的两性表面活性剂，否则染料和防虫剂的吸着就会延迟。但是如上所强调的，在（低）浓度表面活性剂下惊人地发现对受损处覆盖率有很大的提高，该表面活性剂不会抑制防虫剂，如苄氯菊酯的吸着。已发现染液∶羊毛比大于10∶1或以下或0.4%oww的液比应用时，加入染液的50%活性产品量应不超过0.2%oww。

在本发明上述任何方面，可用所有类型的角质纤维染色用染料：如酸匀染，酸轧染，1∶1预金属化，1∶2预金属化，铬，活性染料。

羊毛染料一般要求酸浴，加酸将PH调为小于7的要求值即可确定染浴，具体酸可用所加染料类型确定。在某些情况下，可向染浴中加入无机盐，如硫酸钠或其它不干扰染料吸除的制剂，其例子为防沫剂和染料分散剂，如萘磺酸钠，木素硫酸盐或某些聚（环氧烷）衍生物，必要时也可加防虫剂，如防蛾剂。

在染浴确定后，可将温度升到要求值并保持要求时间进行染色。尽管可用70-110℃的温度，但适用染色温度为75-100℃。

可处理角质纤维常为新的或再加工绵羊毛，包括经例如防收缩或其它处理的改性羊毛，但角质纤维也可为以下来源：阿尔帕卡，安哥拉山羊毛，开士米，马海毛，骆马绒，原驼毛，兔毛，驼毛，驼羊毛或人发或这些纤维与绵羊毛的混合物。物料可全部由角质纤维组成或其与合成纤维和长丝物料或与天然或再生纤维素纤维或与其它天然纤维，特别是丝的混合物。

构成本发明第三方面并用于本发明第四方面方法的上述烷氧基化羟基磺基内铵盐制法是将表氯醇（2，3-环氧-1-氯丙烷）与烷氧基化胺在丙二醇和水的混合物中反应几小时后加亚硫酸钠并在更高温度下让反应再持续几小时。

以下实施例详述本发明。

例1

精纺毛织物（25g）40℃下用含0.5g下式化合物/l的溶液以20∶1的染液∶物料比处理30分钟：

其中R为牛脂肪胺烃基，m+n＝8。

溶液用碳酸钠和碳酸氢钠的混合物调为PH8-8.5。

处理后废液排除，然后用新鲜染液染样品，其中染液∶物料比20∶1，先加热到40℃并用甲酸调为PH4.5。加入含有以下染料，即0.175%oww  Neutrichrome  Grey  SBG和0.059%oww  Neutrichrome  Bordeaux  S3B的溶液后，25分钟将染浴加热到90℃，染色时间30分钟，之后将染浴冷到75℃，样品冲洗后干燥。染浴完全除料，冲洗时也无染料脱除。样品染色均匀，无疵点。

还按以下常见方法用上述染料混合物将毛织物样品染色。染浴定为40℃并用乙酸调为PH4.5。其中还加入匀染剂（0.5%oww  Albegal  A，Ciba-Geigy），这是羊毛染色过程中常用的。加染色混合物后，染液以2℃/分钟的速度加热到其沸点，并保持30分钟。染液冷到75℃并将样品冲洗后干燥。与90℃下预处理羊毛达到的完全染浴除料方法相比，该常见沸腾方法达到的除料率要低得多。

例2

洗涤过的松散羊毛（44g）样品在40℃下用含0.5g下式化合物/l的溶液以10∶1的液比处理30分钟。

其中R为含18碳烃基，m+n＝7。

溶液用碳酸钠和碳酸氢钠的混合物调为PH8-8.5。

处理后按例1所述方法排除废液并用新鲜染浴以10∶1的染液∶物料比90℃下对样品染色。染液在染色循环终了时无色，表明染料完全除去了。

按例1的方法在沸点条件下以10∶1的染液∶物料比对洗涤松散羊毛样品染色，染色循环终了时染液无色，表明染料吸除率低于上述按本发明进行的染色。

而且，将90℃下按本发明方法染色的羊毛与沸点下按常见方法染色的样品相比，可以看出前者的受损处覆盖率要好得多。

例3

精纺羊毛织物样品（25g）按例1所述方法处理，然后排除废液并用新鲜浴染样品。所用染色方法同于例1，只是染浴加热到沸点，而不是90℃，沸点下染色时间30分钟。

比较样品如例1用含0.5%oww  Albegal  A的浴染色。

染色循环结束时的两种染浴比较表明本发明预处理羊毛沸点下所达到的除料率优于Albegal  A存在下常见沸点染色方法达到的除料率。

例4

洗涤松散羊毛样品（44g）按例2处理，然后排除废液并用新鲜浴以10∶1的染液∶物料比对样品染色。所用染色方法同于例1，只是染浴加热到沸点，而不是90℃，沸点染色时间15分钟。

比较样品按例1染色。

染色循环终了时两种染浴比较表明本发明预处理羊毛沸点下达到的吸除率优于常见方法沸点下Albegal  A存在时达到的吸除率。而且，本发明方法预处理并沸点染色羊毛与未处理并在Albegal  A存在下染色的羊毛比较表明前者在受损处覆盖率方面优异。

例5

两种羊毛织物样品40℃分别按例1和2在PH8-8.5下处理30分钟。

处理后排除废液并用新鲜染浴分别将样品染色，所用方法同于例1，只是在染液40℃时向染浴中加入0.25%oww市售防蛾剂Perigen（Wellcombe），90℃染色30分钟。

对比染色在表1所列各种浓度匀染剂存在下于沸点进行，表1所列制剂常用于羊毛染色，其染浴中也含0.25%oww  Perigen。

每次染色后的染液样品进行分析以确定防蛾剂活性成分（合成拟除虫菊酯），其中（a）染浴冷到75℃后，但去除羊毛前，（b）排除染浴后用于冲洗羊毛的液体，结果见表1。

表1

染色吸除后的染浴中和冲洗液中防蛾剂的浓度

表1结果清楚地表明，与用于羊毛染色的常见方法相比，本发明新方法防蛾剂吸除率优异。

例6

按以下方法制备烷氧基化羟基磺基内铵盐：

在每一情况下，将表氯醇（2，3-环氧-1-氯丙烷）（0.1mol）与下式乙氧基化胺（0.1mol）反应：

反应在1，2-丙二醇（0.2mol）和水（0.2mol）的混合物中进行，反应混合物40℃保持3小时，在此期间不断加2N盐酸（0.1mol）保持PH8。40℃持续搅拌2小时后加0.1mol亚硫酸钠，温度升到100℃，并保持6小时。反应产物为下式化合物：

在另外的制造方法中，用该法制成以下具体化合物：

（ⅰ）k＝18，m+n＝10

（ⅱ）k＝16，m+n＝15

（ⅲ）k＝17，m+n＝5

例7

洗涤松散羊毛样品按例2以10∶1的液比和PH8-8.5处理，其中用含0.5g例6（ⅰ）的产品/l的溶液，即：

其中R为含18碳烃基，m+n＝10。

处理后排除废液并用新鲜浴按例2对羊毛染色，只是染料混合物用0.016%oww  Neutrichrome  Bordeaux  S-3B（Crompton  and  Knowles），0.027%oww  Neutrichrome  Grey  SBJ和0.0068%oww  Coomassie  Blue  B（ICI）代替。染色循环结束时，染液完全透明，表明染料完全被吸除。

洗涤羊毛样品按例1的方法沸点下以10∶1的液∶物比染色，只是染浴中加1.0%，而不是0.5%oww  Albegal  A。染色循环结束时，肉眼观察染浴表明存在残留染料，与上述90℃用预处理羊毛染色相比，染料吸除率明显低。90℃按本发明染色羊毛样品与沸点下按常规方法染色羊毛样品比较表明前者的受损处覆盖率高得多。

例8

洗涤松散羊毛样品按例7处理，其中用以纤维计为0.5%oww例6化合物（ⅱ），即例7所示R为含16碳烃基，m+n＝15的结构。处理后排除废液并用新鲜浴按例2染色羊毛，只是染料混合物用0.016%oww  Neutrichrome  Bordeaux  S-3B（Crompton  and  Knowles），0.027%oww  Neutrichrome  Grey  SBJ和0.0068%oww  Coomassie  Blue  B（ICI）代替。染色循环结束时，染液完全透明，表明染料完全被吸除。

洗涤羊毛样品按例1的方法以10∶1的液∶物比沸点下进行染色，只是向染浴中加1.0%，而不是0.5%oww  Albegal  A。染色循环结束时，肉眼观察染浴表明存在残留染料，与上述90℃用预处理羊毛染色相比，染料吸除率明显低。90℃按本发明染色羊毛样品与沸点下按常规方法染色羊毛样品比较表明前者的受损处覆盖率高得多。

例9

洗涤松散羊毛样品按例7处理，其中用以纤维计为0.5%oww例6化合物（iii），即例7所示R为含17碳烃基，m+n＝5的结构。处理后排除废液并用新鲜浴按例2染色羊毛，只是染料混合物用0.016%oww  Neutrichrome  Bordeaux  S-3B（Crompton  and  Knowles），0.027%oww  Neutrichrome  Grey  SBJ和0.0068%oww  Coomassie  Blue  B（ICI）代替。染色循环结束时，染液完全透明，表明染料完全被吸除。

洗涤羊毛样品按例1的方法以10∶1的液∶物比沸点下进行染色，只是向染浴中加1.0%，而不是0.5%oww  Albegal  A。染色循环结束时，肉眼观察染浴表明存在残留染料，与上述90℃用预处理羊毛染色相比，染料吸除率明显低。90℃按本发明染色羊毛样品与沸点下按常规方法染色羊毛样品比较表明前者的受损处覆盖率高得多。

例10

处理洗涤松散羊毛样品，其中液∶物比10∶1，PH8，用0.2%oww例7所述产品（50%活性）40℃处理30分钟。预处理后液体用甲酸酸化至PH4.5，并加入含苄氯菊酯的防虫剂，Pythrin  WB（Rudolf  Chemicals）（0.9%  oww的10%活性产品）。加染料Neutrichrome  Bordeaux  S-3B（0.2%oww）后染浴25分钟加热到90℃，并保持30分钟。染料液排除后冲洗羊毛，分析保存的除料染浴和冲洗液样品中的苄氯菊酯。

肉眼观察表明染料已完全被吸到羊毛上了，而受损处覆盖率大大高于未处理羊毛样品同样用0.2%oww  Neutrichrome  Bordeaux  S-3B染色后达到的覆盖率。

染浴中和冲洗液中苄氯菊酯浓度分别为180ppb和270ppb，这些值为加入染浴中苄氯菊酯量的99.5%吸除百分比。

与上述数值形成鲜明对比的是，沸点下存在常见匀染剂（Avolan  UL  75，Bayer）时染色样品使除料染浴中苄氯菊酯浓度为10000ppb以上，这使加入染浴中的苄氯菊酯量吸除水平低于90%。

例11

洗涤松散羊毛样品用0.2%oww例7所述产品以10∶1的液∶毛比和PH7.5于40℃处理15分钟，然后用甲酸将液体酸化至PH4.5并加入0.5%oww染料Lanaset  Red  G（Ciba-Geigy）。染浴45分钟加热到沸点，并保持15分钟，结束时染料完全被吸到羊毛上。

例12

纯羊毛织物样品用0.4%oww例11说明的产品以20∶1的液∶毛比和PH7.5时40℃处理20分钟，然后用甲酸将液体调为PH4.5并加入染料Erio  Red  2B（1.8%oww）和Erio  Blue  BGL（0.8%oww）（Ciba-Geigy）。染浴45分钟加热到沸点，并再保持10分钟，结束时染料已完全吸除。

例13

松散羊毛样品同例11预处理并染色，只是在升温前将0.9%oww市售防蛾配方Perigen  EC（Wellcombe）加入染浴（Perigen  EC含10%（质量/体积）的合成拟除虫菊酯，苄氯菊酯）。除料染浴和冲洗液中苄氯菊酯浓度分别为310ppb和230ppb。

与这些结果相比，沸点下在1%oww常见匀染剂（Albegal  A，Ciba-Geigy）存在时染色的样品使除料染浴中的苄氯菊酯浓度高于7000ppb。而且，本发明方法染色的羊毛样品的“受损处”覆盖率优于在常见匀染剂存在下染色样品。