三種商用染色打樣機對不同織物染著機制之研究 (二)

三種商用染色打樣機對不同織物染著機制之研究 (二)

嚴建國

材料與纖維系

摘要

本研究使用目前染整業用三種染色機打樣：甘油浴 式高溫高壓染色機、紅外線染色機及漩渦振盪式染色 機，分別以 (1) 酸性染料染尼龍織物、 (2)直接染料染 天絲棉織物，並比較其染色性。實驗結果顯示：以尼龍 染色織物與天絲棉染色織物之表觀色強度而言，紅外線 染色機皆略優於漩渦振盪式染色機，而較優於甘油浴式 高溫高壓染色機。以尼龍染色織物之均染性而言，除 Erionyl Blue A – R 均染性三者皆不佳外，其餘染料之均 染性，以紅外線染色機之均染性較佳，甘油浴式及漩 渦式染色機則優劣互見；另以天絲棉染色織物之均染 性而言，則甘油浴式高溫高壓染色機、紅外線染色機 及漩渦振盪式染色機在低染料濃度時差別不大，但在 較高濃度時則各有優劣。 關鍵詞：甘油浴式高溫高壓染色機、紅外線染色機、漩 渦振盪式染色機、尼龍織物、天絲棉織物、酸 性染料、直接染料

壹、前言

1928 年，Wallace Hume Carothers應聘在美國杜邦

公司設於威明頓的實驗室中進行有機化學研究，他主 持了一系列用聚合方法獲得高分子量物質的研究。 1930 年，杜邦研發人員 Julian Hill 發明合成纖維，此 為尼龍的前身。1935 年，Carothers以己二酸與己二胺 為原料製得聚合物，由於上述兩種單體中均含有6 個 碳原子，當時稱為「聚合物 66」。接著，他將此一聚 合物熔融後經注射針擠出，在張力下拉伸成為纖維， 這種纖維即「聚醯胺66 纖維」；1939 年實現工業化後 定名為尼龍(Nylon)，是最早實現工業化的合成纖維。 尼龍的合成奠定了合成纖維工業的基礎，它的出 現使紡織品的面貌煥然一新。用這種纖維織成的尼龍 絲襪既透明又比普通絲襪耐穿。1939 年 10 目 24 日杜 邦公司在總部所在地公開銷售尼龍絲長襪時引起轟 動，被視為珍奇之物而爭相搶購，人們曾用“像蜘蛛絲 一樣細，像鋼絲一樣強韌，像蠶絲一樣美”的詞句來讚 譽此種纖維，到1940 年 5 月尼龍纖維織品的銷售已遍 及美國各地。 從第二次世界大戰爆發直到1945 年，尼龍被轉用 來製造降落傘、飛機輪胎、窗簾布、軍服等軍用產品。 由於尼龍的特性和廣泛的用途，第二次世界大戰後發 展非常迅速。其各種產品從絲襪、衣著到地毯，漁網 等，發展快速，產品種類難以計數，與聚酯纖維及聚 丙烯腈纖維合稱「三大合成纖維」[1]。 1978 年，英國 Courtaulds 公司開發成功新溶媒 纖維素纖維 (New Solvent-Spun Lyocell Fibre)之製造 技術。自1988 年開始試銷其產品，隨即於 1992 年 底開始正式推出其18,000 噸／年規模之商業量化產 品，經前述四年左右之歷練與評估，其乾濕強力、 柔軟性、光澤與染色性皆佳，另包含微纖化之特性 等因素，已可證實其為目前已問世之纖維中最適合 人體穿著之優質纖維，具有極佳之人體親和性，更 重要的是：其生產方式接近於「零污染」，此為其他 任何纖維所無者。除此之外，其尚具有接近天然纖

維之自然生物降解性，且較之天然纖維之栽培或養 殖過程中需使用農藥、殺蟲劑等而言更為符合人類 對新環保之需求[2-3]。 新溶媒纖維素纖維之正式名稱為「Lyocell」，其 在市場上之商標名稱為「Tencel」，即俗稱之「天絲 棉」。以一項新產品之生命週期而言，它已脫離「探 索期」而進入「成長期」，1997 年底之產量為 10 噸 ／年，1998 年底之產量為 20 噸／年，2000 年產量 約為30 噸／年，可謂成長快速，此與強力嫘縈已 20 年以上仍未能超越10 噸／年之產量相比較，可見其 受重視之程度[4]。 國內最上游之製纖業已有相關企業投入其之研 發，但進程仍嫌太慢，以目前之大環境而言，它可 能是我國紡織業無需外移而可整體再創新榮景之唯 一機會，亦可藉此掃除「污染」之形象。 紡織工業中，染色工程是非常重要的一環。染色 的成敗，往往牽涉到巨額的利潤、賠償金，甚至廠家 的信譽。台灣的中小型代染工廠在極盛時期可多達六 千家，可見其重要性。 本專題研究使用目前在業界使用最多的三種類 型，即「甘油浴式高溫高壓染色機」、「紅外線染色機」 及「漩渦振盪式染色機」，以直接染料染著 Tencel 織 物。以固定染色溫度、染色時間、浴比等條件，僅改 變染料之濃度而予以染色，最後，比較其染色性之優 劣。

貳 、 理 論

2-1 尼龍纖維與分散性染料 2-1-1 尼龍纖維的化學結構 尼龍為聚醯胺的商業名稱，具有醯胺基 (-CONH) 為其特徵。常見的有Nylon-6 及 Nylon-66。 Nylon-6 為己內醯胺 (caprolactam) 之聚合物，Nylon-66 為己 二酸與己(亞甲基)二胺 (hexamethylene diamine) 之縮 合物。 2-1-2 酸性染料 2-1-2-1 酸性染料化學構造上之特徵[5-6] 酸性染料因本身為磺酸或羧基酸之鈉鹽，易溶於 水，成膠體與直接染料一樣呈陰離子性，其化學反應 如下式： D – SO3 Na(s) → D – SO3-(aq) + Na+(aq) 若使染液呈酸性狀態會降低染料之溶解度，同時 因為染液呈酸性，羊毛、尼龍等纖維上之 – NH2 形 成 – NH3+，易於產生離子鍵結合，故 pH 值降低會增 進酸性染料之上色速率。 D – SO3Na + W – NH3+ → W – NH3–SO3–D + Na+ 2-1-2-2 化學構造分類[7] 1. 偶氮類 色譜較齊，以黃、橙、紅色為主，藍色主要為藏青 色。紫和綠色不夠豔亮，商品中的棕色多數是拼混 染料，黑色在數量上屬大宗。 2. 蒽醌類 主要為藍色，色光豔亮，耐日光牢度優良，適於做 外衣料的染色加工。 3. 三苯基甲烷類 此類染料以鮮豔的紫、藍、綠色著稱，但不耐日曬。 4. 氧雜蒽(呫噸)類 主要為玫瑰紅與紅紫色，耐日光牢度差。 5. 硝基并胺類 為數不多，主要為黃色，耐光牢度高。 6. 靛藍類 由靛藍經磺化反應而得，是均染性較佳的藍色染 料，色光與靛藍相近，牢度同樣較差。 7. 氮雜萘(喹啉)類 嫩黃色多屬此類，各項牢度較差，可與藍色拼染果 綠色。 8. 苯二甲藍(酞花青)類 湖藍色染料多數是酞花青的磺化產物，適於羊毛與 蠶絲的染色，具有較佳的耐光牢度。 9. 碳氫長鏈分子類 在分子結構的苯環上引入C4H9 至C12H25 碳氫長鏈 者，能明顯地提高耐縮絨牢度，而不影響染料原有 色度。

2-1-3 聚醯胺纖維的染色理論 2-1-3-1 酸性染料染色[8-11] 聚醯胺纖維分子的兩端一為氨基，一為羧基，中 間部分為醯胺基。在弱酸性染浴中，會使氨基帶上正 電荷，而羧基的解離卻被染浴中的酸質所抑制。酸性 染料的色素陰離子部分，在弱酸性介質中能與纖維上 帶正電荷的氨基端基發生成鹽結合。同時也能在醯胺 基部位上產生氫鍵結合。當染液 pH 值降低到 2 ~ 3 時，在醯胺基部分也發生結合。但酸性過低會使聚醯 胺纖維強度受損。染色時一般採用pH 4 ~ 6 ，酸性越 強染料染著也越快，但易生染斑。染淺色時為防止染 著速度快，可將染浴pH 值提高到 7 以上。酸性染料 對尼龍織物的染色，主要採用弱酸性到中性染法。染 色時隨著溫度的升高，染料染著量也會迅速提高，為 防止染斑的產生，染色時需加入均染劑。 由於聚醯胺纖維含疏水性組成較多，在水中溶脹 較難，在接近玻璃轉位溫度(Tg 點) 時，染料染著速率 很慢，達到 Tg 點後染著速率增加很快，所以影響染 著速率之因素除了 pH 值外，溫度也是一重要因素， 故染色時應仔細控制溫度。弱酸性浴染色的酸性染料 對聚醯胺纖維的親和力一般較高，均染性很差，單靠 芒硝等簡單中性鹽類還不能達到均染目的，往往要選 用專用的陰離子化合物作均染劑。 以酸性染料染尼龍纖維，可有效提高其濕摩擦堅 牢度，染料可溶於水中，呈陰離子性，分子量小，對 羊毛、尼龍等之聚醯胺纖維具有親和性，而對纖維素 纖維的親和力小。 2-2 天絲棉纖維與直接染料 2-2-1 天絲棉纖維的特性 英國 Courtaulds 公司所開發的天絲棉纖維是屬於 一種 100%纖維素纖維，係由溶劑紡絲法所製成者， 其製程完全是物理性的，也就是在纖維製造過程中完 全沒有化學反應之發生，與一般傳統市售之纖維素纖 維的生產方式是不一樣的，後者需要仰賴化學反應改 變分子結構賦予其可溶性而生成聚合溶液。故從環保 之觀點來說，此種生產製程是符合環保需求的，在製 程中主要的釋出物是水，沒有絲毫其他氣體的釋出， 因此，很顯然地當天絲棉纖維具有此一獨特之物性 時，它就具有為人們所感興趣的無污染性生產，此點 也就是天絲棉纖維將成為本世紀纖維主流之原因。除 此之外，天絲棉纖維由原料至最終纖維都是 100%之 纖維素，因此是屬於完全具有生物可分解性的。自然 界碳元素蛻變成CO2與水之循環中，利用這些產品之 再成長與光合作用之奇蹟，大約估算祇需10 年，然而 利用石油化學燃料，從再循環時間算起有效耗盡自然 資源之合成纖維，則估計需要一百萬年[12]。 天絲棉纖維之乾強力顯著地高於一般嫘縈纖維, 且接近於聚酯纖維。在濕潤狀態下，天絲棉纖維仍保 有其強力之85%，且為人造纖維素纖維中唯一濕強力 大於棉纖維者。天絲棉纖維還具有非常高之剛性，導 致水洗縮率低，使織物與成衣在水洗後顯示一非常優 異的尺寸安定性。 天絲棉纖維之微纖化前處理工程方面，天絲棉的 微纖化有第一次、第二次微纖化，使織物具有機能性、 高質感、懸垂性等。微纖化技術是天絲棉纖維特有的 加工流程，共兩次微纖化，主要目的是顯現纖維的質 感。微纖化的關鍵技術：在 pH 值、溫度、浴比、運 轉條件之設定、機台選擇等五個因素當中，以溫度的 影響最大，整體能量的提高，會加強微纖化的作用， 天絲棉織物在平幅下加工不會有微纖化效果，必需在 繩狀染色機加工才有效果，然而不同機種有不同的摩 擦效果，故必須選擇合適的機器[4]。 雖然天絲棉纖維是英國Courtaulds 公司歷經多年 開發的新產品，但卻為一跨國際性纖維，在英國研發， 美國生產，目前年產量兩萬噸，且陸續擴廠生產中， 故價格昂貴，比棉貴60%，比嫘縈貴 50%以上。此纖 維最大的特色在於其乾強力近似於聚酯纖維，而濕強 力僅下降15%左右，較一般嫘縈纖維 50%的下降率來 得安定，感覺像絲，所以尺寸安定性頗佳。這種纖維 之厚斜紋梭織布，感覺像絲，不但柔軟，又有懸垂性， 且有抖動感，再加上具有絲般光澤，手感變化多端， 可配合服裝潮流趨勢的變化[13]。 2-2-2 天絲棉纖維之製造流程[12] 天絲棉纖維採用溶液紡絲法以針葉樹為原料，將

其漂洗成木漿後，再加入飽和氨基系的溶劑使其溶 解，在溶解過程中，並不會產生任何的衍生物和化學 作用，經過濾器過濾後，控制好紡液黏度，經過紡嘴 直接紡成絲，是100%之再生棉纖維。橫切面呈圓形， 纖維製程的單位面積、單位時間、單位材質等運用的 效益是傳統纖維的7 倍，且整個溶液紡絲的過程中， 約有 98.5%的溶液可循環再利用，大大減低對環境的 傷害及汙染。其作業流程如圖所示： 木漿 氧化胺 ↘ ↙ 聚合 ↓ 溶解 ↓ 過濾 蒸發 ↓ 紡絲 ↓ 水洗 → 精製 ↓ 乾燥 ↓ 纖維 2-2-3 直接染料的化學構造分類[7] 1. 一般性直接染料 具有磺酸基( – SO3H ) 或羧酸基( – COOH) 等水溶 性基團，對纖維素具有較大的親和力，在中性染液 中能直接染色，亦能染蠶絲、羊毛。 染法簡單， 上色容易，但堅牢度較差，需經適當之後處理以利 固色。 (1) 聯苯胺及非聯苯胺結構的偶氮染料 此類品種最多，色譜最齊，早期應用最廣；分 子內之特徵為具有聯苯胺結構。 (2) 二苯乙烯偶氮染料 此類染料分子內之特徵為具有二苯乙烯結構， 同時具有偶氮基。 2. 直接耐日光染料 其耐日光牢度一般在 4 級以上，較一般性直接染 料為高。此類染料的化學結構為偶氮、噻唑、二芳 基脲、三聚氰胺、二噁嗪、酞花青及部分含有錯合 金屬的偶氮染料。 含有錯合金屬的偶氮染料，其偶氮基兩側的部位上 有兩個羥基，或在染料分子末端有水楊酸的殘基結 構。為了簡化染色後銅鹽處理及避免發生顏色改變 的現象，故有將這些染料直接製成銅金屬離子錯合 物，使它們成為能溶於水，又具有耐日光、耐水洗 的染料。 (1) 二芳基脲偶氮染料 此類染料分子內之特徵為具有二芳基脲結構， 同時具有偶氮基。一般具有良好的耐光牢度。 (2) 三聚氰胺偶氮染料 此類染料分子內之特徵為具有三聚氰胺結構， 是由三聚氰氯與具有氨基的染料或芳香族胺類 縮合成為三聚氰胺結構的化合物。對纖維素纖 維具有很好的親和力，耐光牢度佳，但品類不 多，一般只有綠、紅和藍色三種顏色。 (3) 二噁嗪染料 此類染料擁有較為鮮豔的藍色，其特點為：耐 光牢度特別良好，以及不易為保險粉(低亞硫酸 鈉)或雕白粉(次硫酸氫鈉-甲醛)所還原脫色。 (4) 酞花青系直接染料 具有酞花青結構的直接染料是銅酞花青的衍生 物，色澤豔亮純正，有極家的耐光牢度。 由於此類染料分子結構不是平面直線構型，故 纖維的直接性較差，染色性能不及偶氮染料， 染料分子大，上色慢，只有在染液中加入較多 的芒硝，並在沸染的條件下才能透染。 3. 直接銅鹽染料 此類染料必須以銅鹽進行後處理，才能得到真實色 光與最佳的牢度，因而可大為提增其使用價值。在 結構上的特徵為：在偶氮基兩側的部位上有兩個羥 基，或在染料分子末端有水楊酸的殘基結構，因而 能與二價銅離子錯合成配價化合物。

4. 直接重氮染料 此類染料的分子結構中，具有可重氮化的氨基 (– NH2)。應用時，依通常的方法染色後，再經重氮化 處理，使染料在纖維上進行重氮化，最後再用偶合 劑進行偶合，形成較深的色澤，並能提高其濕處理 牢度。 直接重氮染料分子結構中可以重氮化的氨基，主要 是偶氮基之對位上。此外，染料分子末端具有間位 二氨基苯，或間位氨基萘酚等結構者，亦可選擇適 當偶合劑與之偶合。 2-2-4 染色原理 一般我們把不用媒染劑而能直接染著於纖維素纖 維的染料稱為直接染料。而直接染料與纖維素分子 的 – OH 之間形成氫鍵結合的置換基，又直接染料的 芳香族環當做陽離子受容體的氫結合。而 – OH 基是 當做電子吸引基參與結合，染料分子中芳香族核的H 原子是成為陽子受容基以促成氫鍵結合，相對於通常 的氫結合，本型的氫鍵結合稱為π 型氫結合。 纖維素纖維參與染色的官能基是每個葡萄糖單位 有三個 – OH 基，其中之一為一級醇（–CH2OH），其 餘兩個為二級醇（＞CHOH），染著是以這些醇基與染 料分子間的氫鍵結合為主體，另一方面也藉染料分子 中的芳香族環與纖維高分子間的無極性凡得瓦爾力產 生結合，染料分子無法進入形成結晶領域之膠粒構造 部份的纖維結晶部份，所以染著主要發生於非結晶領 域中配列較雜亂的纖維鏈部份。 若以染色性為主體來考慮纖維素纖維構造，則因 其化學構造中的醇基有親水性，或成為染著活性點， 所以像直接性染料等親水性染料可用來染色[14]。

參 、 結 果 與 討 論

3-1 染色試布的測試 3-1-1 表觀色強度 (K/S)

表觀色強度 (appearance color strength) 可用以外 觀評估染色布顏色之深淺，其係應用下列公式求得：

(

)

R R S K 2 2 1 / = − 其中， K：吸收係數； S：散射係數； R：試布(完全不透明體)的反射率。 唯現代之測色儀已可由連線之電腦直接計算出欲 測之K/S 值，故無需再用手動計算了。所用之測色儀 為Datacolor 公司，SF600 PLUS-CT 型電腦測配色系 統，所用偵測孔徑為30 mm 之大孔徑。 3-1-2 標準誤差 (

σ

) 標準誤差 (standard derivation，STDEV) 可用以 評估染色試布之均染程度，其係對每一塊試布之相對 位置上測定5 點之 K/S 值，代入標準誤差公式求取σ 值，此可直接應用微軟之 Excel 軟體中統計之標準誤 差函數的計算公式：

(

)

(

1

)

2

−

−

Σ

=

n

x

x

σ

其中，

x

： 某一單測色點之 K/S 值；

x

： 5 個測色點 K/S 值的平均值；

n

： 測色點數，於此

n

= 5 。

σ

值係用來評估染色試布表面是否均染，其值愈 小表均染程度愈佳。 3-1-3 平均色差值 ( EΔ )

平均色差值(average color difference) 亦可用以評 估染色試布之均染程度，其係對每一塊試布之相對位 置上測定5 點之 L*, a*, b* 值，再以每兩點為一組， 將其個別之 L*, a*, b* 值代入色差公式求取五組 ΔE 值，色差公式如下：

(

) (

) (

)

2 1 2 2 1 2 2 1 2* L * a * a * b * b * L E= − + − + − Δ

( ) ( ) ( )

2 2 2 * * * a b L + Δ + Δ Δ = 其中， ΔE ： 兩測色點之色差； ΔL*： 兩測色點之明度差；

Δa*： 兩測色點之 a 軸值差； Δb*： 兩測色點之 b 軸值差。 前述五組ΔE 值，求取其平均色差值 ( EΔ )，此 值可用來評估染色試布表面是否均染，其值愈小表均 染程度愈佳。 3-2 尼龍纖維

本研究使用 Erionyl Red A–3B、Erionyl Yellow A–R、 Erionyl Yellow A–3G 與 Erionyl Blue A–R 等 三支酸性染料，固定下列染色條件：染色溫度100℃、 染色時間60 分鐘、浴比 1：20，變換染料濃度為 0.1、 0.2、0.4、0.8、1.6 及 3.2 % o.w.f.，以「甘油浴式高溫 高壓染色機」(簡稱甘油式染色機)、「紅外線染色機」 及「漩渦振盪式染色機」(簡稱漩渦式染色機)分別施 染尼龍織物各兩次，所得染色試布經熨燙後應用測色 儀測定各試布之表觀色強度；並利用K/S 值，代入標 準誤差公式求取σ 值，並比較其結果。另外利用不同 點之L*, a*, b* 值代入色差公式求取 ΔE 值， 三種染色機之染色處理條件及染程升溫曲線皆相 同，如下：

Erionyl dyes： 0.1、0.2、0.4、0.8、1.6、3.2 % o.w.f. Albegal FFA： 0.4 g/L Cibafluid C： 1.0 g/L Univadine NT： 2.0 g/L Sodium acetate： 2.0 g/L Acetic acid (80%)： 0.4 g/L 浴比 ＝ 1 ： 20 染程升溫曲線： 100 C 60 min.o 40 Co (2 C / min.)o 皂洗 水洗 3-2-1 表觀色強度的比較

1. 以 Erionyl Red A–3B 染料 (λmax = 570 nm) 而言，

三種染色機之 K/S 值隨染料濃度之增加而升高之 趨勢相似，但顯然地，紅外線染色機略高於甘油式 染色機與漩渦式染色機，而後兩者幾乎相同(圖 1)。 E r io n y l R ed A - 3 B 0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 C o n c. (% o. w. f. ) K / S 甘油式 紅外線 漩渦式

圖1 使用三種染色機，以 Erionyl Red A–3B 染尼龍 織物之 K/S vs Conc. 之曲線圖

2. 以 Erionyl Yellow A–R 染料 (λmax = 450 nm) 而

言，三種染色機之K/S 值隨染料濃度之增加而升高 之趨勢相似，且其結果甚為相近，但紅外線染色機 略高於甘油式染色機與漩渦式染色機 (圖 2)。 E r io n y l Yello w A - R 0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 C o n c. (% o. w. f. ) K / S 甘油式 紅外線 漩渦式

圖2 使用三種染色機，以 Erionyl Yellow A–R 染尼龍 織物之K/S vs Conc. 之曲線圖

3. 以 Erionyl Blue A–R 染料 (λmax = 630 nm) 而言，三

種染色機之K/S 值隨染料濃度之增加而升高之趨勢 相似，但顯然地，紅外線染色機略高於漩渦式染色 機，而兩者皆較高於甘油式染色機 (圖 3)。 Er io n y l B lu e A - R 0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 C o n c. (% o. w. f. ) K / S 甘油式 紅外線 漩渦式

圖3 使用三種染色機，以 Erionyl Blue A–R 染尼龍織 物之K/S vs Conc. 之曲線圖

另外，由圖1-3 所呈現之 K/S vs Conc.之曲線圖 顯示：Erionyl Blue A–R 幾乎成直線，表示尼龍織物 對其染著率離飽和平衡值尚遠；Erionyl Yellow A–R 尚 略成直線狀，表示其尚未達飽和平衡狀態；Erionyl Red A–3B 則呈現水平緩和曲線狀，故 3.2% o.w.f.之濃度已 使其接近飽和平衡狀態。 但三種染色機之染色結果顯 示：紅色染料相當穩定；黃色其次，藍色染料之曲線 較紊亂，顯示其色彩較敏感，故在測色儀中之光源照 射下其K/S 值較不穩定。 3-2-2 均染性的比較

1. 以紅色染料 Erionyl Red A–3B 而言，比較標準誤 差，則紅外線染色機之均染性在較低濃度時較佳， 甘油式及漩渦式染色機則相當 (表一)，其中，甘油 式染色機在較低濃度時之均染性優於漩渦式染色 機，於較高濃度時則相反。

表一 使用三種染色機，以 Erionyl Red A–3B 染尼 龍織物的標準誤差 標準誤差(σ) 濃 度 (% o.w.f.) 甘油式 紅外線 漩渦式 0.1 0.06 0.04 0.06 0.2 0.07 0.06 0.10 0.4 0.08 0.05 0.17 0.8 0.37 0.40 0.23 1.6 0.27 0.31 0.16 3.2 0.22 0.22 0.22 另比較平均色差值，則在低濃度時，皆顯現較 差之均染性；若以整體而言，則紅外線染色機之均 染性較佳，甘油式染色機則略優於漩渦式染色機 (表二)。

表二 使用三種染色機，以 Erionyl Red A–3B 染尼 龍織物的平均色差值 平均色差值( EΔ ) 濃 度 (% o.w.f.) 甘油式 紅外線 漩渦式 0.1 1.05 0.40 0.96 0.2 0.52 0.30 0.69 0.4 0.58 0.19 0.62 0.8 0.59 0.47 0.49 1.6 0.53 0.42 0.68 3.2 0.43 0.63 0.39 2. 以黃色染料 Erionyl Yellow A–R 而言，仍是紅外線

染色機之均染性較佳，甘油式及漩渦式染色機則優 劣互見 (表三)，但甘油式染色機大抵皆優於漩渦式 染色機。

表三 使用三種染色機，以 Erionyl Yellow A–R 染尼 龍織物的標準誤差 標準誤差(σ) 濃 度 (% o.w.f.) 甘油式 紅外線 漩渦式 0.1 0.05 0.01 0.38 0.2 0.04 0.02 0.06 0.4 0.08 0.10 0.08 0.8 0.10 0.03 0.07 1.6 0.10 0.11 0.04 3.2 0.05 0.11 0.10 另比較平均色差值，則在低濃度時，亦皆顯現 較差之均染性，且漩渦式染色機在高濃度時之均染 性亦較差；若以整體而言，則紅外線染色機之均染 性最佳，甘油式染色機則較優於漩渦式染色機 (表 四)。

表四 使用三種染色機，以 Erionyl Yellow A–R 染尼 龍織物的平均色差值 平均色差值( EΔ ) 濃 度 (% o.w.f.) 甘油式 紅外線 漩渦式 0.1 1.30 0.64 1.48 0.2 0.27 0.55 0.60 0.4 0.64 0.20 0.53 0.8 0.44 0.47 0.74 1.6 0.40 0.17 1.12 3.2 0.38 0.11 0.87

3. 以藍色染料 Erionyl Blue A–R 而言，紅外線染色機 之均染性較佳，甘油式及漩渦式染色機則優劣互見 (表五)，粗略觀之，甘油式染色機之均染性較優於 漩渦式染色機。

表五 使用三種染色機，以 Erionyl Blue A–R 染尼龍 織物的標準誤差 標準誤差(σ) 濃 度 (% o.w.f.) 甘油式 紅外線 漩渦式 0.1 0.02 0.02 0.03 0.2 0.05 0.07 0.05 0.4 0.03 0.03 0.06 0.8 0.07 0.05 0.16 1.6 0.12 0.10 0.07 3.2 0.09 0.07 0.18 另比較平均色差值，則在低濃度時，仍皆顯現 較差之均染性；若以整體而言，則紅外線染色機之 均染性最佳，甘油式染色機與漩渦式染色機則優劣 互見(表六)。

表六 使用三種染色機，以 Erionyl Blue A–R 染尼龍 織物的平均色差值 平均色差值( EΔ ) 濃 度 (% o.w.f.) 甘油式 紅外線 漩渦式 0.1 0.55 0.45 0.38 0.2 0.51 0.22 0.52 0.4 0.32 0.11 0.19 0.8 0.26 0.26 0.22 1.6 0.52 0.19 0.30 3.2 0.42 0.15 0.70 總而言之，三支染料以不同濃度在三種染色機中 染著於尼龍織物後，經測試計算標準誤差(σ) 所得之 均染性，在不同濃度條件下優劣互見，不過，大致上 在較低濃度時，因色淺，故顯現之外觀色強度相差不 多，故顯得較均染，相對地，在較高濃度則均染性較 差。若以平均色差值( EΔ ) 相較，則大抵皆在低濃度 時，皆顯現較差之均染性，而在中等濃度時較為平均； 若以整體而言，則紅外線染色機之均染性最佳，甘油 式染色機則較優於漩渦式染色機。但必須說明上述結 果係由測色儀所測出之結果，實則一般人眼因個人敏 銳度的因素，未必能察覺同一塊染色試布上顏色深淺 的差異。 3-3 天絲棉纖維

本 專 題 研 究 使 用 Sirius Scarlet K-CF 、 Sirius Yellow S-2G 與 Sirius Blue K-CFN 等三支直接染料， 固定下列染色條件：染色溫度 85℃、染色時間 60 分 鐘、浴比 1：20，變換染料濃度為 0.1、0.2、0.4、0.8、 1.6 及 3.2 % o.w.f.，以「甘油浴式高溫高壓染色機」(簡 稱甘油式染色機)、「紅外線染色機」及「漩渦振盪式 染色機」(簡稱漩渦式染色機) 分別施染天絲棉織物各 兩次，所得染色試布經熨燙後應用測色儀測定各試布 之表觀色強度；並利用K/S 值，代入標準誤差公式求 取

σ

值，並比較其結果。另外利用不同點之L*, a*, b* 值代入色差公式求取ΔE 值。 三種染色機之染色處理條件及染程升溫曲線皆相 同，如下：

Sirius dyes： 0.1、0.2、0.4、0.8、1.6、3.2 % o.w.f. Na2SO4： 5% o.w.f. (for 0.1~0.8%) 10% o.w.f. (for 1.6%) 20% o.w.f. (for 3.2%) 浴比 ＝ 1 ： 20 染程升溫曲線： 85 C 60 min.o 40 Co (2 C / min.)o 皂洗 水洗 3-3-1 表觀色強度的比較

1. 以 Sirius Scarlet K-CF 染料 (λmax = 510 nm) 而

言，三種染色機之K/S 值隨染料濃度之增加而升高 之趨勢相似，但顯然地，紅外線與甘油式染色機皆 高於漩渦式染色機，而前兩者幾乎相同 (圖 4)。

Siriu s Scar let K- C F 0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 C o n c. (% o. w. f. ) K / S 甘油式 紅外線 漩渦式

圖4 使用三種染色機，以 Sirius Scarlet K-CF 染 Tencel 織物之 K/S vs Conc. 之曲線圖 2. 以 Sirius Yellow S-2G 染料 (λmax = 420 nm) 而言，

三種染色機之K/S 值隨染料濃度之增加而升高之趨 勢相似，但甘油式染色機略高於紅外線染色機，而 後者又高於漩渦式染色機 (圖 5)。 Sir iu s Yello w S- 2 G 0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 C o n c. (% o. w. f. ) K / S 甘油式 紅外線 漩渦式 圖5 使用三種染色機，以 Sirius Yellow S-2G 染 Tencel 織物之 K/S vs Conc. 之曲線圖 3. 以 Sirius Blue K-CFN 染料 (λmax = 600 nm) 而言，

三種染色機之K/S 值隨染料濃度之增加而升高之趨 勢相似，但顯然地，甘油式與紅外線染色機皆高於 漩渦式染色機，而前兩者幾乎相同，以甘油式染色 機略高些 (圖 6)。 另外，由圖4-6 所呈現之 K/S vs Conc.之曲線 圖顯示：Sirius Blue K-CFN 幾乎成直線，表示天絲 棉織物對其染著率離飽和平衡值尚遠；其餘染料則 略成直線狀，表示其尚未達飽和平衡狀態。 三種染 色機之染色結果顯示：藍色染料皆相當穩定；紅色 其次，黃色染料Sirius Yellow S-2G 之曲線較紊亂， 顯示其色彩較敏感，故在測色儀中之光源照射下其 K/S 值較不穩定。 Siriu s B lu e K-C FN 0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 C o n c. (% o. w. f. ) K / S 甘油式 紅外線 漩渦式 圖6 使用三種染色機，以 Sirius Blue K-CFN 染 Tencel 織物之 K/S vs Conc. 之曲線圖 3-3-2 均染性的比較 1. 以紅色染料 Sirius Scarlet K-CF 而言，紅外線及甘 油式染色機之均染性在較低濃度時較佳 (表七)，於 較高濃度時，以紅外線染色機最佳，其次為甘油式 染色機，而漩渦式染色機則顯示均勻性不佳。 表七 使用三種染色機，以 Sirius Scarlet K-CF 染 Tencel 織物的標準誤差 標準誤差(σ) 濃 度 (% o.w.f.) 甘油式 紅外線 漩渦式 0.1 0.03 0.02 0.20 0.2 0.03 0.04 0.15 0.4 0.13 0.03 0.35 0.8 0.11 0.05 0.57 1.6 0.23 0.14 0.24 3.2 0.22 0.14 0.93 另比較平均色差值，則甘油式染色機與紅外線 染色機在各濃度較平均，但在漩渦式染色機則為在 低濃度時顯現較差之均染性；若以整體而言，則甘 油式染色機之均染性最佳，紅外線染色機則較優於 漩渦式染色機 (表八)。

表八 使用三種染色機，以 Sirius Scarlet K-CF 染 Tencel 織物的平均色差值 平均色差值( EΔ ) 濃 度 (% o.w.f.) 甘油式 紅外線 漩渦式 0.1 0.36 0.25 0.97 0.2 0.27 0.62 0.90 0.4 0.50 0.63 0.79 0.8 0.33 0.73 0.60 1.6 0.38 0.80 0.59 3.2 0.25 0.62 0.49 2. 以黃色染料 Sirius Yellow S-2G 而言，紅外線及甘 油式染色機之均染性在較低濃度時較佳 (表九)，於 較高濃度時，以漩渦式染色機最佳，甘油式及漩渦 式染色機則優劣互見。 表九 使用三種染色機，以 Sirius Yellow S-2G 染 Tencel 織物的標準誤差 標準誤差(σ) 濃 度 (% o.w.f.) 甘油式 紅外線 漩渦式 0.1 0.04 0.06 0.06 0.2 0.04 0.05 0.10 0.4 0.14 0.08 0.09 0.8 0.25 0.49 0.07 1.6 0.35 0.25 0.14 3.2 0.22 0.38 0.31 另比較平均色差值，則甘油式染色機與紅外線染 色機在低濃度時，皆顯現較差之均染性；若以整體而 言，則紅外線染色機之均染性較佳，甘油式染色機則 略優於漩渦式染色機 (表十)。 表十 使用三種染色機，以 Sirius Yellow S-2G 染 Tencel 織物的平均色差值 平均色差值( EΔ ) 濃 度 (% o.w.f.) 甘油式 紅外線 漩渦式 0.1 0.78 0.53 0.98 0.2 0.75 0.65 0.61 0.4 0.80 0.36 0.97 0.8 0.49 0.40 0.97 1.6 0.60 0.28 0.66 3.2 0.97 0.46 0.85 3. 以藍色染料 Sirius Blue K-CFN 而言，紅外線及甘 油式染色機之均染性在較低濃度時較佳 (表十 一)，而其中又以前者稍優於後者；於較高濃度時， 以紅外線染色機最佳，其次為甘油式染色機，而漩 渦式染色機則顯示均勻性不佳。 表十一 使用三種染色機，以 Sirius Blue K-CFN 染 Tencel 織物的標準誤差 標準誤差(σ) 濃 度 (% o.w.f.) 甘油式 紅外線 漩渦式 0.1 0.06 0.04 0.10 0.2 0.07 0.03 0.14 0.4 0.07 0.05 0.12 0.8 0.26 0.11 0.19 1.6 0.20 0.10 0.22 3.2 0.38 0.15 0.55 另比較平均色差值，則甘油式染色機與紅外線 染色機在高濃度時，皆顯現較差之均染性，其他濃 度則相當接近，而漩渦式染色機在低與高濃度較 差；但若以整體而言，則紅外線染色機之均染性甚 佳，甘油式染色機則較優於漩渦式染色機 (表十 二)。 表十二使用三種染色機，以Sirius Blue K-CFN 染 Tencel 織物的平均色差值 平均色差值( EΔ ) 濃 度 (% o.w.f.) 甘油式 紅外線 漩渦式 0.1 0.59 0.30 1.07 0.2 0.57 0.21 0.98 0.4 0.48 0.18 0.54 0.8 0.58 0.23 0.46 1.6 0.59 0.25 0.64 3.2 0.70 0.57 0.77

綜合觀之，三支染料以不同濃度在三種染色機中 染著於 Tencel 織物後，經測試計算標準誤差(σ)所得 之均染性，在不同濃度條件下優劣互見，大致上在較 低濃度時，因色淺，故顯現之外觀色強度相差不多， 故顯得較均染，相對地，在較高濃度則均染性較差。 若以平均色差值( EΔ ) 相較，則大抵皆在低或高濃度 時，皆顯現較差之均染性，而在中等濃度時較為平均； 若以整體而言，除以Sirius Scarlet K-CF 染 Tencel 織 物所得平均色差值係以甘油式染色機為最佳外，其餘 兩種染料皆以紅外線染色機之均染性為最佳，甘油式 染色機則較優於漩渦式染色機。但必須說明上述結果 係由測色儀所測出之結果，實則一般人眼因個人敏銳 度的因素，未必能察覺同一塊染色試布上顏色深淺的 差異。

肆 、 結 論

經由前述之探討，可得結論如下： (1) 各色系酸性染料染尼龍織物所得之表觀色強度 (K/S 值)：紅外線染色機略優於漩渦振盪式染色 機，優於甘油浴式高溫高壓染色機。 (2) 各色系酸性染料染尼龍織物所得之標準誤差(

σ

值)：甘油浴式高溫高壓染色機、紅外線染色機及 漩渦振盪式染色機在低染料濃度時差別不大，但 在較高濃度時則各有優劣，但大體言之，紅外線 染色機優於甘油浴式高溫高壓染色機與漩渦振盪 式染色機，而後兩者間則相當。 (3) 各色系酸性染料染尼龍織物所得之平均色差值 ( EΔ ) ：在低濃度時，三種染色機皆顯現較差之 均染性，而在中等濃度時較為平均；若以整體而 言，則紅外線染色機之均染性最佳，甘油式染色 機則較優於漩渦式染色機。 (4) 各色系直接染料染天絲棉織物所得之表觀色強度 (K/S 值)：紅外線染色機略優於漩渦振盪式染色 機，優於甘油浴式高溫高壓染色機。 (5) 各色系直接染料染天絲棉織物所得之標準誤差 (

σ

值)：甘油浴式高溫高壓染色機、紅外線染色 機及漩渦振盪式染色機在低染料濃度時差別不 大，但在較高濃度時則各有優劣，但大體言之， 紅外線染色機優於甘油浴式高溫高壓染色機與漩 渦振盪式染色機，而後兩者間則相當。 (6) 各色系直接染料染天絲棉織物所得之平均色差值 ( EΔ ) ：在較低或高濃度時，皆顯現較差之均染 性，而在中等濃度時較為平均；若以整體而言， 除以Sirius Scarlet K-CF 染 Tencel 織物所得平均 色差值係以甘油式染色機為最佳外，其餘兩種染 料皆以紅外線染色機之均染性為最佳，甘油式染 色機則較優於漩渦式染色機。

伍 、 未 來 展 望

本研究所獲致的結果並不能直接反映漩渦振盪式 染色機為不適用之染色打樣機，因為某一類型染色打 樣機之優劣比較上應將其個別之購置成本、折舊率、 操作界面之便利性，以及試布之裝填方式、加熱媒介、 熱能的傳遞方式、染液的質傳效率等等因素考慮在 內。而由於三種染色機間的比較，牽涉到因素甚多， 本研究僅就其染色結果之一端提出一點個人之淺見。 期望有機會能就前述影響因素繼續深入研究，以期完 成更精確之評比，而能供染色業界使用之參考，更能 提供染色機製造者改進染色打樣機之參考。

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The Study of Dyeing Process of Various Fabrics Using Three Type Dyeing

Machines

Yen Chien-Kuo

Department of Materials and Textiles

Abstract

This study using three different types of dyeing machines, including Rapid dyeing machine, Roaches dyeing machine, and Hang Jie dyeing machine to dye (a) Nylon fabric with acid dyes, and (b) Tencel fabric with direct dyes, and compare their dyeing properties individually. According to the appearance color strength of dyed Nylon and Tencel fabrics, Roaches dyeing machine is slightly better than Hang Jie dyeing machine, and considerably better than Rapid dyeing machine. As to the evenness property of dyeing of dyed Nylon fabrics, except Erionyl Blue A – R appears inferior results for all of three dyeing machines, Roaches dyeing machine has the best performance and the other two dyeing machines have no discrimination between good and bad. On the other hand, it has no obvious divergence between three dyeing machines at lower dye concentration, but it appears conspicuous discrepancies between each others for the evenness property of dyeing of dyed Tencel fabrics.

Keywords：Rapid dyeing machine, Roaches dyeing machine, Hang Jie dyeing machine, Nylon fabric, Tencel fabric, acid dye,