本发明涉及用于使用溶解于液氨中的染料溶液来进行染色和整理处理的方法和对应装置。
本发明应用于织物、非织造织物、针织品和纱线上，用来染色并且大体上改进产品特性。
发明背景
长期以来，在意图改进由纤维素纤维制成的纺织品的产品特性的整理处理中，已研究并应用了使用液氨浴的工艺。在此工艺中，在-34℃的温度、即在大气压下氨液化的温度下，用液氨浸渍织物持续通常从1秒变化至30秒的时间。
由于氨对纤维素纤维施加溶胀效果、具有纤维素的结晶取向、而不对纤维结构造成破坏的事实，织物的品质得以改进。
当纤维素纤维受浸渍时，液氨的小分子不仅穿透至纤维素的非晶区中还穿透至结晶区中，断裂氢键以使得纤维可完全溶胀。在后续蒸发阶段，随着新氢键的产生，原来为I型的纤维素以一定百分比变换成III型纤维素。
具体而言，随着在液氨中浸渍时间增加，纤维素从I型至III型的转换以渐进更大的百分比成比例地发生。
通过这种整理处理赋予纤维素织物的主要益处为：
-丝般光泽；
-更好的尺寸稳定性；
-机械阻力增加；
-免烫性质的很大改进；
-外观改进；
-织物看起来“新”，甚至在重复洗涤之后也是如此；
-触感柔软；
-对染料的亲和性提高；
-均匀染色。
已表明在纺织工业中，液化氨可无任何问题地使用和再循环。另一方面，保护环境的规章正变得越来越严格，并且这是考虑液氨还在染色处理中用作溶剂的好理由。
许多用于在水介质中对纺织品染色的染料溶解于液氨中，并且因此所述方法可用来对许多类纤维进行染色。
利用溶解于液氨中的染料来染色的方法具有排除与水质、耗水量和后续纯化相关的所有问题的优点。所述方法还排除了诸如润湿剂、电解质、软化剂、载体、延迟剂和平衡剂的众多辅助产品和化学产品。
文件US 3 824 076描述了染色方法，其中提到在实验室中对织物的极小样本进行的试验。在此文件中，纺织材料利用主要由液氨、染料、苛性钠和水组成的氨溶液来染色。文件中所描述的染色配方可在对织物或针织品的小样本进行的试验中有效，但不能在工业上应用于对大量纺织品染色。
这是因为，通常工业应用中处理的织物具有不均匀分布的湿度并且可在纺织品的各种区域中具有不规则收缩，从而所得颜色将不均匀并且染料还将未充分固定至纤维。
本发明的目的在于获得用于对纺织材料染色的工业方法和对应装置，其中染色是利用含有染料的氨溶液进行的；所述方法组合了由液氨所保证的固定的益处与染色工艺的染料、助剂、水和蒸汽的大幅节省。
申请人已设计、测试并具体化了本发明来克服技术现状的不足之处并且获得这些和其它目的和优点。
技术实现要素：
本发明在独立权利要求中阐述和表征，而从属权利要求描述本发明的其它特性或主要发明观念的变体。
根据本发明，用于利用含有溶解于其中的染料的氨溶液来对纺织材料染色和同时整理的方法提供以下步骤：
-制备含有染料的氨溶液并且将所述溶液送至用于加工纺织材料的机器；有利地，制备氨溶液的步骤还包括控制水相对于含有液氨和水的溶液的总重量的百分比；
-在所述纺织材料进入加工机器中之前，调整纺织材料中存在的水相对于纺织材料干重的百分比；
-使纺织材料经过安全密封件进入所述机器中；
-利用氨溶液浸渍纺织材料至少几秒，使纺织材料保持机械约束以防止不需要的收缩；
-从仍保持机械约束的纺织材料中挤出过量氨溶液，以便获得相对于纺织材料干重约80％-100％的可调整吸液率(pick-up)；
-在加工机器内从仍保持机械约束的纺织材料中完全蒸发氨；
-使经染色和干燥的纺织材料经过安全密封件从加工机器离开。
在实施方案的一个形式中，在从加工机器离开后，纺织材料经受汽蒸循环。
如果进行，汽蒸可在大气压或高压下利用饱和或过热水蒸气在轧蒸蒸汽机中进行，用来将染料决定性地固定至纺织纤维。
在实施方案的一个形式中，在从加工机器离开时，纺织材料利用水和可能利用皂洗经受洗涤循环来去除未固定至纤维的最小百分比的染料。
根据变体，具有染料的氨溶液还包含一定量的苛性碱，所述苛性碱选自例如氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化锂。
根据另一变体，具有染料的氨溶液还包含一定量的碳酸钠。
根据另一变体，具有染料的氨溶液还包含一定量的蒸馏水。
在实施方案的一个形式中，有利地始终保持冷却的氨溶液在一个或多个槽中与加工机器分开制备。
利用上述方法，因此可利用溶解于液氨中的选定染料来同时染色和整理所有纤维素纤维(棉、亚麻、大麻、黄麻、苎麻和其它)、所述纤维的混合物、所述纤维与合成纤维的混合物、人造纤维(粘胶纤维、高湿模量粘胶纤维(polynosic)、莫代尔纤维、醋酸纤维、三醋酯纤维、铜氨纤维和其它)、人造纤维的混合物、人造纤维与纤维素纤维的混合物、人造纤维与合成纤维的混合物、动物源性纤维(羊毛、开士米、马海毛、安哥拉山羊毛、山羊毛、蚕丝和其它)以及动物源性纤维与所有上述纤维的混合物。
诸如聚酰胺的一些合成纤维也可使用本发明来染色。
所述工艺可利用保持在大气压下、或在低于大气压的可调整压力下、或再在高于大气压的可调整压力下的介质来连续或不连续地应用。
所使用染料可选自活性染料、直接染料、分散染料的类别，和在较小程度上硫化染料、酸性染料、金属化酸性染料以及如果先前经还原情况下的还原染料(vat dye)的类别。
所使用染料可呈粉末形式、或已经溶解于水中的液体形式。
已知以下湿度率：羊毛中18.25％，棉中8.5％，大麻中12％，黄麻中13.75％，亚麻中12％，粘胶纤维中13％，醋酸纤维中9％以及三醋酯纤维中7％。
湿度可视纤维来源、纱线支数、制品的重量和类型以及其它参数而变化。
湿度还可在织物的中心与侧边之间、或同一块织物的起始与末端之间变化。湿度还可在织物中非均匀分布。
如果具有相同重量和形态、具有相同吸液率、但具有不同湿度率的各种棉织物利用溶解于液氨中的染料来浸渍，则这些织物在染色和干燥之后将具有不同颜色强度。
穿透至纤维素纤维内的氨分子使纤维素纤维溶胀并因此还缩短。
例如，重120g/m2、精梳纱Ne 80、未受机械约束、利用相对于棉织物干重的150％液氨吸液率浸渍的棉织物的几乎完全收缩(约在经向上10％和在纬向上7％)发生在不到4秒中。
未受机械约束、利用相对于其干重100％的吸液率浸渍的同一制品的几乎完全收缩发生在不到6秒中。
未受机械约束、利用相对于其干重60％的吸液率浸渍的同一制品的几乎完全收缩发生在不到12秒中。
如果具有确定吸液率和未受机械约束的织物利用溶解于液氨中的染料来浸渍，则在干燥之后染色织物可在中心与织边之间、或在制品的起始与末端之间具有不同颜色强度，这一现象是因为通过在织物的各个点中非均匀收缩而产生的材料不规则增厚。
在根据本发明的方法中，湿度受调整并且在整个纺织材料中均匀分布，因为随着染色步骤期间湿度的每一变化，溶解于液氨中的染料的浓度将在纤维上直接变化，从而则在纺织品的不同区域中存在对应的不同颜色强度。
由于这个理由，根据本发明，在用氨溶液浸渍之前，纺织材料经干燥以便具有均匀分布的预定百分比的湿度。
纺织材料可使用相对染色机安装的干燥器、或替代地通过使用拉幅机(rameuse)来干燥。由湿度检测器监测、将在纺织材料上留下的水的百分比是可调整的并且可因制品而异。大体而言，在纤维素纤维和动物源性纤维中，已发现相对于纤维干重约4％-5％的湿度是有利的。
从含有大量水、或水未均匀分布的纤维素纺织材料中去除水，以便获得相对于纺织材料干重4％-5％的残留湿度的百分比，是迅速和相对简单的工艺：相反地，蒸发仍在纺织纤维芯中存在的最后百分比的水是花费时间的工艺。
由于这个理由，出于本发明的目的，在上文所指示的百分比处停止是便利的，所述百分比还在整个织物或针织品中均匀分布。在合成纤维的情况下，残留湿度为约0.5％-1％，再次相对于纺织材料的干重。
正如我们所说，在有利的解决方法中，氨染色溶液可在服务加工机器的一个或多个槽中制备；如果在大气压下工作，则在机器中准备引入纺织品浸渍区域中的溶液温度必须始终保持很低，大约-30℃/-36℃的液化温度。
基于染料的氨染色溶液可包括：
-主要地，液氨；
-以g/升计一定百分比的溶解于溶液中的粉末状染料，或以cc/升计一定量的含有染料的水溶液；
-可能地，最小百分比的蒸馏水；在深色的情况下，其中必需增加以克/升计待溶解染料的重量，一些粉末状染料可在单独液氨中有可溶性问题，并且因此必须添加一定百分比的水来使这些染料可溶；水的百分比可相对于含有液氨和水的溶液的总重量从3％变化至10％；
-可能地，可相对于溶液的总体从0.5％变化至2％的百分比、浓缩至50波美的苛性碱；所述苛性碱可为氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化锂；
-可能地，最小百分比的碳酸钠或碳酸钾。
为了不抑制从I型纤维素变换至III型纤维素的液氨与纤维素纤维的反应，根据本发明，优选水，即纤维内的湿气和氨染色溶液中的水(添加至溶液的可能蒸馏水、可能染料中的水和苛性碱中的水)的全部百分比，应不超过相对于含有液氨和水的溶液的总重量20％的最大值；已预定并且在处理循环期间受监测的所述值作为纤维和待溶解于溶液中的染料的函数而选择。溶液中水的百分比可例如通过电子密度计来监测；在大气压下，例如，1升水重1千克，而1升液氨重0.682千克。
在替代的解决方法中，在利用氨溶液染色之前，纺织材料经受利用含有苛性碱和可能碳酸盐的水溶液的处理，之后受后续干燥，从而在纺织品上留下预设百分比的含有上述盐的湿气。
为了提高染色量并且改进纤维素纤维的特性，在50波美下苛性碱的百分比可提高至总溶液的约5％-10％。
实际上，通过提高百分比，形成了含有选定染料和苛性碱的氨溶液，目的是与单独用液氨进行处理相比增加纤维素纤维中的丝光效果。
如果利用如上述的氨溶液来处理羊毛制品，则获得所有纤维的最佳固定。
利用本发明获得了多个优点，诸如：
-纤维素纤维经整理；
-在纤维表面上和纤维深处均匀染色；
-颜色明亮；
-染色量极高；在活性染料的情况下，活性染料仅与纤维素羟基而不与水羟基反应，如在水介质中进行染色的情况下；
-颜色牢固性非常高；
-排除几乎所有在水介质中染色中存在的化学助剂；
-几乎完全排除水；
-大幅节省热能；
-没有不需要的纺织材料收缩；
-因为氨是可连续地再循环和重复使用的，所以以几乎零污染来进行染色。
附图简要说明
我们现将详细地提及本发明实施方案的一个形式，在附图中示出所述形式的实例。
具体而言，图1示意地显示出根据本发明用于纺织品的染色和整理装置。
实施方案的一个形式的详述
我们现将以例示本发明的方式来给出实例，这不应理解为本发明的限制。例如，到其为实施方案的一个形式的部分的程度所显示或描述的特性可对实施方案的其它形式采用或与实施方案的其它形式结合采用来产生实施方案的另一个形式。要理解本发明将包括所有此类修改和变体。
用于纺织品的染色和整理装置在附图中通过附图标记10来大体上和整体地指示。
染色和整理装置10包括加工机器11，其中在这种情况下，存在瓮12，瓮12含有由13指示的溶解于液氨中的染料溶液。
使以预定湿度制备的纺织材料14经过安全密封件15引入加工机器11内，准备通过浸没在染料和液氨的溶液中来染色。
在引入之前，纺织材料14由两个加热气缸16a和16b来干燥，并且然后由冷却气缸17来冷却，这降低了纺织材料14的温度。
在从冷却气缸17离开时，仍在纺织材料14上的湿气的百分比由湿度检测器18来监测；在纤维素纤维或动物源性纤维的情况下，残留湿度有利地保持在相对于纺织品干重4％-5％。
要理解对于属于不同类型的纤维而言，和/或根据加工条件，在从干燥单元离开时残留湿度值可与上文所示的值不同。
然后，使纺织材料14浸没在瓮12中，用染料和液氨的溶液来浸渍。
在浸没和浸渍步骤中，和在加工机器11内的整个通路期间，纺织材料14在第一张紧辊19与第二张紧辊23之间保持机械约束，第一张紧辊19设置在加工机器11内、接近其入口，第二张紧辊23设置在加工机器11内、接近其的出口。
因此，纺织材料14在辊19与辊23之间以所需张紧程度保持在张力下。
在此处所示的情况下，第二辊20部分浸没在染料和液氨的溶液中并且决定纺织材料14在瓮12内的路径，并且设置在瓮12的出口、电动的第三辊21与挤压辊22配合来进行从纺织材料14中第一次去除过量染色溶液。
在浸渍步骤期间，氨的小分子携带染料和水合物，快速穿透至纤维素的非晶区和结晶区；由于纤维内仍存在湿气，通过纤维溶胀来进一步促进穿透。在纺织材料14在辊19与辊23之间保持机械约束并且处于可调整张力的情况下，浸渍发生在瓮12内持续大体上约2-3秒的时间。
为了保证待在整个纤维中均匀分布的氨溶液13相对于纺织材料14干重约80％-100％的可调整吸液率，从浸渍瓮12离开的制品立即在辊21与辊22之间受挤压。
待均匀分布的氨溶液的约80％-100％的可调整吸液率是防止纤维变形的最佳值，所述纤维在挤压期间处于溶胀和塑性条件下。
在此处所示的解决方法中，在从挤压单元离开时纺织材料14经受干燥循环，其中所有存在的氨均受蒸发，以便在纤维上仅留下染料、苛性碱和最小量的水。
通过使纺织材料14靠在一系列加热气缸24的表面直接接触来获得氨的完全蒸发，加热气缸24处于预设温度下并且一个接着一个设置、有利地所有加热气缸24均彼此接触。
在此步骤中，和蒸发氨一样，纤维中存在的一定百分比的水也加热至约100℃的温度，以使得纺织材料14上沉积的染料被化学地预固定或固定至纤维。
实际上，在水合物存在下，活性染料至纤维素纤维的固定是由于纤维中存在的水的温度升高以及染料和纤维自身的温度升高。
氨气和可能的水蒸气通过多个抽吸单元25来从干燥器中吸收，然后可传送至预冷凝器以通过冷却单元随后冷凝至液态。
在优选的解决方法中，氨气可随后以已知方式再次冷凝至液态：因此所得液氨将再次准备用于另一使用。
在干燥步骤之后，使干燥和染色的纺织材料14经过安全密封件115从加工机器离开。
加工机器11内的工作压力优选保持在稍低压条件下以防止氨泄漏至工作地点中；在变化的解决方法中，压力还可保持在大气压下，或在保持完全关闭的不连续机器情况下处在高于大气压的可调整压力的条件下。
为了保证或完成染料至纤维的固定，在从加工机器离开之后，纺织材料14可在汽蒸机器26内经受按所示解决方法进行的汽蒸循环。
汽蒸机器26可为轧蒸型，利用饱和水蒸气或过热蒸汽。
汽蒸循环可在大气压或可能地在压力条件下进行限定时间。
在替代染色工艺中，在从加工机器11的干燥区域离开之后，染色纺织材料14用含有苛性碱和可能碳酸盐的水溶液浸渍，并且然后在蒸汽机中汽蒸，在所述蒸汽机中染料固定至纤维。
在汽蒸结束时，减少百分比的未固定至纤维的染料通过在洗涤机器27中进行的洗涤循环来优选地去除，在这种情况下洗涤机器27包括利用热水和可能皂洗的第一洗涤机器28，然后接着是在第二洗涤机器29中的最终洗涤。
洗涤时间是短暂的并且水消耗极有限，甚至在用活性染料染色的纤维素纤维的情况下也是如此，因为未固定至纤维的染料的百分比是最小的。
利用染料的氨溶液对纱线进行的染色必须从经轴到经轴地进行，即，从解开设置在加工机器11入口的纺织品的经轴，到缠绕设置在加工机器11出口的染色纺织品的经轴：换言之，纱线保持邻近并且缠绕在大小合适的经轴周围。
明显的是，在不脱离本发明的领域和范围的情况下，可对如以上所述的方法和装置作出修改和/或部分添加。