染色单元及染色装置的制作方法

本发明涉及一种染色单元及染色装置，尤其涉及一种适用于高压环境的染色单元及染色装置。

背景技术：

目前追求环保的社会中，产业界都希望能在生产处理上减少废料，并尽可能利用可再生的物料或能源，且加强对生产后废弃物的处理，以回收循环再使用。传统的染色工艺是以水为介质，浸染过程完成后所产生的废水中具有重金属及难被分解的有机染色助剂等，具有上述化学物质的废水所造成的水污染对自然界与生态环境造成极大的复原压力。

超临界流体染色是现今染色工艺中一个备受瞩目的环保技术。通常物质的温度及压力超过临界温度及临界压力时，就会进入超临界流体(Supercritical Fluid，简称：SCF)的状态。超临界流体兼具低粘度、高扩散系数及低表面张力等像气体的特性，又具有高密度及高溶解能力等像液体的特性，且不同的物质在形成超临界流体后会具有不同的化学特性。举例来说，超临界流体对物质的溶解能力会随着环境的温度及压力的改变而改变，且二氧化碳在进入超临界流体状态后可增加亲油性，进而具有溶解有机物的能力。因此，超临界二氧化碳可以使非极性染料溶解，再通过超临界流体所具有的低表面张力的特性，从而可轻易地渗入到多孔性组织中。二氧化碳的超临界流体染色不需经由水作为媒介且不具毒性，因此可以解决现有染色制程中所造成的环境污染，例如是废水污染。

现有的二氧化碳超临界流体染色中，来自高压钢瓶的二氧化碳液体通过温度及压力的调整来形成二氧化碳超临界流体。二氧化碳超临界流体接着通过染料瓶来溶解染料，接着再将溶解染料后的二氧化碳超临界流体通入放置织物的染色槽中。在上述染色过程中，二氧化碳超临界流体及染料需要经由高压管线才能到达染色槽，除了使处理设备的结构复杂以外，还增加了染色处理后清理高压管线及染料瓶的繁复手续，进而降低整体处理效率，甚至影 响染色成品的良率。

技术实现要素：

本发明提供一种染色单元及染色装置。

本发明提供一种染色单元，其可以在高压空间中提供良好的染色效果。

本发明提供一种染色装置，其可以在单一腔体中完成良好的染色效果。

本发明的染色单元适于在具有流体的高压空间中移动。上述染色单元包括磁性染色轴体以及连接磁性染色轴体的染料混合腔体。磁性染色轴体用以使纤维制品缠绕，染料混合腔体用以容置染料，且染料混合腔体适于让高压空间中的流体通过。

本发明的染色装置包括上述的染色单元、容置染色单元及流体的高压钢体以及磁力单元。高压钢体包括盖体以及高压容置腔，且高压容置腔及盖体用以形成高压空间。磁力单元提供磁力至高压空间中，且上述磁力适于使磁性染色轴体沿着一方向在高压空间中移动。

在本发明的一实施例中，上述的染料混合腔体包括容置空间以及至少染料流体通孔。染料配置于容置空间中，染料流体通孔连接容置空间及高压空间，且染料流体通孔适于让流体通过容置空间。

在本发明的一实施例中，上述的染料混合腔体还包括覆盖染料流体通孔的过滤层。

在本发明的一实施例中，上述的磁性染色轴体包括中空卷轴、配置于中空卷轴内部的磁性元件以及连接面。中空卷轴适于使纤维制品沿着轴心缠绕。连接面配置于中空卷轴在轴心的方向上的一端，连接面连接中空卷轴及染料混合腔体，且连接面具有至少一染色流体通孔，染色流体通孔适于让流体通过。

在本发明的一实施例中，上述的中空卷轴及磁性元件之间形成流动空间，中空卷轴沿着轴心环绕流动空间，流动空间远离连接面的一端与高压空间相通。

在本发明的一实施例中，上述的染色流体通孔连接流动空间。

在本发明的一实施例中，上述的中空卷轴具有多个卷轴流体通孔，这些卷轴流体通孔连接流动空间及中空卷轴的外表面。

在本发明的一实施例中，上述的磁性染色轴体还包括至少一单向阀，单向阀与染色流体通孔连接以控制流体在染色流体通孔的流向。

在本发明的一实施例中，上述的染色单元还包括连接磁性染色轴体及染料混合腔体的连接单元。

在本发明的一实施例中，上述的连接单元包括第一端及第二端。第一端具有螺纹且用以连接磁性染色轴体，第二端具有螺纹且用以连接染料混合腔体。

在本发明的一实施例中，上述的流体为超临界流体。

在本发明的一实施例中，上述的纤维制品为针织物(knitting fabric)、梭织物(woven fabric)、不织布(nonwoven fabric)或纱线。

在本发明的一实施例中，上述的连接面的周缘与高压容置腔的内表面可滑动地接触。

在本发明的一实施例中，上述的染色装置还包括安全阀，配置于高压容置腔并连接高压空间。安全阀适于在高压空间中的气压到达安全阀值时开启。

基于上述，本发明的染色单元适于在高压空间中移动，且其因为包括染料混合腔体，因此可以直接让高压空间中的流体与染料混合，进而让磁性染色轴体上的纤维制品良好地染色。本发明的实施例的染色装置可以直接在高压空间中完成染料的混合及纤维织品的染色，不需额外的管线。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1A是本发明的第一实施例的染色单元及纤维织品的示意图；

图1B是本发明的第一实施例的染色单元的剖面图；

图2A是本发明的第二实施例的染色单元的示意图；

图2B是包括有图2A的染色单元的染色装置的剖面图。

附图标记说明：

B：磁力；

d1、d2：方向；

R：轴心；

40、40A：高压空间；

42A：流体；

50、50A：染料；

52、52A：纤维制品；

100、100A：染色单元；

110、110A：磁性染色轴体；

120、120A：染料混合腔体；

121、122、121A、122A：染料流体通孔；

124：容置空间；

126：过滤层；

130、130A：中空卷轴；

131A：外表面；

132A：卷轴流体通孔；

140：磁性元件；

150、150A：连接面；

151A：周缘；

152、152A：染色流体通孔；

154A：单向阀；

160、160A：流动空间；

162：端；

170A：连接单元；

172A：第一端；

174A：第二端；

200A：高压钢体；

210A：盖体；

212A：夹套；

214A：提把；

216A：锁定螺杆；

218A：杯盖；

220A：高压容置腔；

221A：安全阀；

222A：单向阀；

224A：冷却水道；

226A：感测单元；

228A：加热器；

230A：磁力单元；

300A：染色装置。

具体实施方式

图1A是本发明的第一实施例的染色单元及纤维织品的示意图。请参照图1A，在本发明的第一实施例中，染色单元100适于在具有流体的高压空间40中移动，且染色单元100包括互相连接的磁性染色轴体110以及染料混合腔体120。图1B是本发明的第一实施例的染色单元的剖面图。请参照图1B，在本实施例中，染料混合腔体120用以容置染料50，且染料混合腔体120适于让高压空间40中的流体通过。因此，高压空间40中的流体可以在通过染料混合腔体120的过程中溶解染料50。更详细地说，高压空间40中的流体在通过染料混合腔体120时可与染料50接触，进而流体与染料可形成具有染色功能的溶液，其中流体为溶剂，而染料50为溶质。

举例来说，本实施例的染色单元100可以让高压空间40的流体可以沿着方向d1流入染料混合腔体120，使流入染料混合腔体120的流体溶解染料50，从而流体可作为染料50的载体以使得染料50沿着方向d2流出染料混合腔体120。因此，装有染料50的染料混合腔体120可以使通过的流体溶解染料50，同时因为染色单元100适于在具有流体的高压空间40中移动，故染色单元100在高压空间40中移动的同时也会带动流体的流动，进而使染料50更易于溶解于流体中。

在本实施例中，磁性染色轴体110用以使纤维制品52缠绕，因此染色单元100在高压空间中移动时，磁性染色轴体110所缠绕的纤维制品52可以被溶解染料50后的流体染色。简单来说，本实施例的染色单元100可以在高压空间40中的移动，且高压空间40中的流体可以通过染料混合腔体120来溶解染料50并形成染料流体，进而使磁性染色轴体110上的纤维制品52染色。

由上述可知，本实施例的染色单元100在高压空间40中移动时，可以在单一高压空间40中使流体溶解染料50并同时对纤维制品52染色，因此可以提供一种易于操作的染色方式。

在本实施例中，上述高压空间40中的流体例如是超临界流体，也就是高压空间40中的温度至及压力都超过物质的临界温度及临界压力而使得所述物质在高压空间40中形成超临界流体。本实施例的染色单元100适于在高温、高压的环境中移动，且染色单元100的染料混合腔体120适于让超临界流体通过，进而使染料50可以溶解于超临界流体中，因此可以在高温、高压的环境中提供易于操作的染色方式。更具体来说，本实施例的染色单元100可以提供易于操作的超临界流体染色方式。

具体来说，在本实施例中，流体例如是二氧化碳(Carbon Dioxide，简称：CO₂)，且高压空间40中的温度例如是介于摄氏0度至摄氏150度之间，且高压空间40中的压力例如是介于每平方公分0公斤重至每平方公分500公斤重。在本发明的实施例中，高压空间的温度介于摄氏110度至摄氏130度之间，且高压空间中的压力介于每平方公分240公斤重至每平方公分300公斤重，但本发明不限于此。

另一方面，本实施例中的染料混合腔体120供流体通过的方向并不限于上述的方向d1及d2，也就是上述内容仅用以举例说明流体在染料混合腔体120中的其中一种流向，并非用以限定本发明。详细来说，请参照图1B，在本发明的第一实施例中，上述的染料混合腔体120包括容置空间124以及染料流体通孔121、122。染料50配置于容置空间124中，染料流体通孔121、122连接容置空间124及高压空间40，且染料流体通孔121、122适于让高压空间40中的流体进出容置空间124，但本发明并不限于流体在各染料流体通孔121、122的流向。本实施例的染料流体通孔122位于染料混合腔体120远离磁性染色轴体110的表面，而染料流体通孔121位于染料混合腔体120的侧面，上述侧面垂直连接染料流体通孔122所在的表面，但本发明不限于此。

另一方面，在本实施例中，染料混合腔体120还包括覆盖染料流体通孔121、122的过滤层126。过滤层126可以阻隔染料50而使其无法直接通过染料流体通孔121、122，藉此避免染料50直接接触容置空间124以外的区域，进而使染色单元100所染出的纤维制品52可以保有良好的品质。

请参照图1A及图1B，在本发明的第一实施例中，磁性染色轴体110包括中空卷轴130、配置于中空卷轴130内部的磁性元件140以及连接面150。磁性元件140的材料例如包括铁氧体、铝镍钴合金、钕或其他具有铁磁性或亚铁磁性的材料，因此当外来磁场施加于染色单元100时，固定于染色单元100的磁性元件140就会带动染色单元100。

中空卷轴130适于使纤维制品52沿着轴心R缠绕。具体来说，本实施例的中空卷轴130具有侧面，所述侧面环绕轴心R使纤维制品52可以沿着轴心R缠绕在侧面上。连接面150配置于中空卷轴130在轴心R的方向上的一端，连接面150连接中空卷轴130及染料混合腔体120，且连接面150具有染色流体通孔152，染色流体通孔152适于让高压空间40中的流体通过。也即，连接面150位于中空卷轴130及染料混合腔体120之间。高压空间40中的流体先通过染料流体通孔121、122并溶解染料50后，连接面150上的染色流体通孔152可以使溶解了染料50的流体沿着例如是方向d1通过，进而使缠绕于中空卷轴130的纤维制品52被染色。

另一方面，请参照图1B，本实施例的中空卷轴130及磁性元件140之间形成流动空间160。中空卷轴130沿着轴心R环绕流动空间160，且流动空间160远离连接面150的一端162与高压空间40相通。也就是说，在染色单元100沿着例如是方向d1移动的同时，自染色流体通孔152进入流动空间160的溶解了染料50的流体可以自流动空间160的所述端162流至邻近中空卷轴130的高压空间40，进而使缠绕于中空卷轴130的纤维制品52可以被良好地染色。简单来说，本实施例的染色流体通孔152连接流动空间160，但本发明不限于此。在本实施例中，中空卷轴130沿着连接面150的外缘垂直地连接于连接面150，也就是中空卷轴130垂直于轴心R的截面面积与连接面150的面积相同，但在本发明的其他实施例中，上述中空卷轴垂直于轴心的截面面积还可以小于连接面的面积。

在本发明的第一实施例中，上述的纤维制品52例如是针织物、梭织物、不织布或纱线。也就是说，第一实施例的染色单元100的磁性染色轴体110可以使针织物、梭织物、不织布或纱线缠绕，进而在高压空间40中被具有染料50的超临界流体溶液染色，提供了一种便利的染色方式。

图2A是本发明的第二实施例的一种染色单元的示意图。图2B是包括有 图2A的染色单元的染色装置的剖面图。在此必须说明的是，下述实施例沿用前述实施例的元件标号与部分内容，其中采用相同的标号来表示相同或近似的元件，并且省略了相同技术内容的说明。关于省略部分的说明可参考前述实施例，下述实施例不再重复赘述。请参考图2A及图2B，染色装置300A包括染色单元100A、容置染色单元100A及流体42A的高压钢体200A以及磁力单元230A。高压钢体200A包括盖体210A以及高压容置腔220A，且高压容置腔220A及盖体210A用以形成容置染色单元100A及流体42A的高压空间40A。

本实施例的染色单元100A与第一实施例的染色单元100大致相似，但二者主要差异之处在于：在本实施例中，中空卷轴130A具有多个卷轴流体通孔132A，这些卷轴流体通孔132A连接流动空间160A及中空卷轴130A的外表面131A；磁性染色轴体110A还包括单向阀154A，且单向阀154A与染色流体通孔152A连接；染料混合腔体120A具有多个染料流体通孔122A；以及，染色单元100A还包括连接磁性染色轴体110A及染料混合腔体120A的连接单元170A。

在本实施例中，卷轴流体通孔132A可以让流体42A自流动空间160A往中空卷轴130A的外表面131A流动，让流体42A在流动空间160A及高压空间40A之间的通量增加，因此可以让中空卷轴130A上所缠绕的纤维制品52A可以充分地被染料50A及流体42A的溶液染色。

在本实施例中，单向阀154A控制高压空间40A中的流体42A在染色流体通孔152A的流向，使邻近染料混合腔体120A附近的流体42A可以适度的流到流动空间160A。

另一方面，本实施例的染料混合腔体120A远离磁性染色轴体110A的一面具有多个染料流体通孔122A，从而使得流体更易于进入到染料混合腔体120A的染料容置空间中。

在本实施例中，染色单元100A的连接单元170A包括第一端172A及第二端174A。第一端172A具有螺纹且用以连接磁性染色轴体110A，第二端174A具有螺纹且用以连接染料混合腔体120A。更具体来说，本实施例的连接单元170A例如是螺杆，藉以使磁性染色轴体110A和染料混合腔体120A之间有良好地连接效果。

本实施例的磁力单元230A提供磁力B至高压空间40A中，且上述磁力B适于使磁性染色轴体110A沿着方向d1在高压空间40A中移动。磁力单元230A例如是电磁铁或永久磁铁，其提供给磁性染色轴体110A的磁力B会随时间改变(例如改变电流量、角度或距离)，因此可以造成染色单元100A在高压空间40A中的沿着方向d1来回移动，进而辅助染料50A的溶解及纤维制品52A的染色。

进一步来说，在本实施例中，上述的连接面150A的周缘151A与高压容置腔220A的内表面可滑动地接触。也就是说，本实施例的连接面150A及中空卷轴130A不同于上述的连接面150及中空卷轴130，连接面150A的面积大于中空卷轴130A垂直于方向d1的截面积，也就是连接面150A相对较中空卷轴130A凸出，因此连接面150A的周缘151A可以通过与高压容置腔220A的内表面可滑动地接触来在染色单元100A移动时提供良好的导向功能。

在本实施例中，染色装置100A还包括安全阀221A，其配置于高压容置腔220A并连接高压空间40A。安全阀221A适于在高压空间40A中的气压到达安全阀值时开启。具体来说，安全阀221A例如可以在高压空间40A中的气压超过安全阀值时提供泄压的功能，进而使染色装置100A中高压刚体200A的高压空间40A中的压力维持在安全的范围。

详细来说，本实施例的盖体210A还包括夹套212A、提把214A、锁定螺杆216A以及杯盖218A，且盖体210A用以与高压容置腔220A互相密合来形成高压空间40A。本实施例的盖体210A可承受例如每平方公分500公斤重的压力。本发明的实施例中的盖体并不限于上述的元件构造，还可以视高压容置腔220A的构造及高压空间40A的压力大小来调整各元件的配置。另一方面，由于本实施例的高压钢体200A是由高压容置腔220A和盖体210A所紧密结合而成，因此通过可开启的盖体210A及可以在单一腔体染色的染色单元100A，本实施例的染色装置300A在染色结束后可以更易于清洁。

本实施例的高压容置腔220A还包括单向阀222A、冷却水道224A、感测单元226A以及加热器228A。单向阀222A用以与流体供应装置连接，且单向阀222A用以确保流体42A只会流入高压空间40A而不会逆流至其他管线中。感测单元226A用以感测高压空间40A中被加热器228A加热或被冷却水 道224A冷却的温度，但本发明不限于此。在其他实施例中，感测单元226A还可以对高压空间40A中的压力作监控，藉以使整体染色流程更加安全。由于本实施例的染色装置300A包括有染色单元100A，在对纤维制品52A染色的过程中染料50A及流体42A都维持在高压空间40中，因此可以提供便于操作又方便清洗的染色过程。

在本发明的实施例中，高压钢体200A的容量小于等于700毫升，高压钢体200A适于充填400公克以下的二氧化碳，且中空卷轴130A适于缠绕50公克以下的纤维制品52A。在本发明的实施例中，高压钢体适于充填300公克至340公克的二氧化碳，且中空卷轴适于缠绕13至40公克的纤维制品。

以下将列举本发明的实验例的染色品质相关数据来说明本发明的染色单元及染色装置所能带来的功效。在以下的实验例中，经由上述第二实施例的染色装置300A所染出的纤维制品的染色力度及均染性数值请参照如下表一的内容：

表一、染色装置的染色力度与均染性评估

上述表观色力度总值(单位K/S)是利用Datacolor DC650分光仪以大孔径、D65光源、10度角所量测出的有关于颜色深度的表观色力度总值及有关于色差的CMC色差。各数据组为染色后纤维制品依序由内侧至外侧排列的多个区域中各四点的量测平均值，其中数据组1为最内侧。

在本发明的实验例1中，纤维制品是布重为每平方公分125公克的聚酯针织布15公克，染料为0.1％对布重(On-Weight Fabric,owf)的分散染料 C.I.Red 152，二氧化碳用量为310公克，染色条件是以摄氏120度的温度及每平方公分275公斤重的气压染色60分钟。

在本发明的实验例2中，纤维制品是布重为每平方公分125公克的聚酯针织布14公克，染料为0.2％owf的分散染料C.I.Red 152，二氧化碳用量为325公克，染色条件是以摄氏120度的温度及每平方公分265公斤重的气压染色60分钟。

在本发明的实验例3中，纤维制品是布重为每平方公分125公克的聚酯针织布28公克，染料为0.1％owf的分散染料C.I.Blue 291.1，二氧化碳用量为320公克，染色条件是以摄氏120度的温度及每平方公分240公斤重的气压染色60分钟。

在本发明的实验例4中，纤维制品是布重为每平方公分125公克的聚酯针织布14公克，染料为0.2％owf的分散染料C.I.Blue 291.1，二氧化碳用量为320公克，染色条件是以摄氏120度的温度及每平方公分290公斤重的气压染色60分钟。由上述表一的内容可知，本发明的实施例的染色装置所染出的纤维织品的表观色力度总值差异极小，且CMC色差值都不超过0.8，因此本发明的实施例的染色装置可以提供良好的染色效果。

综上所述，本发明的实施例的染色单元包括互相连接的染料混合腔体及磁性染色轴体，通过染色单元在高压空间中移动即可完成对纤维制品的染色，提供了简易的染色方式。本发明的实施例的染色装置因为应用上述的染色单元，因此用以溶解染料的流体及具有染料的流体溶液只会存在于染色装置的高压钢体中而不需额外通往其他管线，因此不但可以提供简易的染色方式，还提供了易于清洁或更换染料的染色装置。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。