ДОНОР СУБЛИМИРУЕМЫХ ВЕЩЕСТВ, ТКАНЬ, ПОЛУЧЕННАЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ УКАЗАННОГО ДОНОРА, СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ СУБЛИМАЦИОННОГО ПЕЧАТНОГО УСТРОЙСТВА И ПРИЕМНИК, СПОСОБНЫЙ ПРИНЯТЬ СУБЛИМИРОВАННЫЙ СОСТАВ
DONOR OF SUBLIMATED SUBSTANCES, CLOTH PRODUCED WITH APPLICATION OF SPECIFIED DONOR, METHOD FOR OPERATION OF SUBLIMATION PRINTING DEVICE AND RECEIVER ABLE TO ACCEPT SUBLIMATED COMPOSITION

По данной заявке также испрашивается приоритет согласно Предварительной заявке на патент США №60/785527, зарегистрированной 24 марта 2006 г.
Областью данного изобретения является сублимация текстильных продуктов.
Обычные способы изготовления текстильных материалов являются комплексными, поскольку они включают большое количество стадий, процессов, основ и производственного оборудования. Начиная от обработки исходных природных или искусственных волокон и до готовой ткани, операции по изготовлению текстильных материалов в широком смысле можно классифицировать на две группы: сухая обработка и влажная обработка. Сухая обработка включает много стадий, но они представляют собой в основном механические процессы и, как правило, не производят такое количество загрязняющих окружающую среду отходов, как влажная обработка. Влажная обработка включает не только механические процессы, но также интенсивную химическую подготовку, которая может оказывать существенное воздействие на окружающую среду.
При традиционной влажной обработке ткань должна быть очищена и подготовлена и это часто включает промывку, отбеливание, термофиксацию, текстурирование и т.д. После подготовки ткань готова для нанесения узора и крашения, после чего часто применяют стадию отделки, в ходе которой ткань кондиционируют различными химическими реагентами, такими как мягчители ткани, противомикробные агенты, грязеотталкивающие агенты и т.д., чтобы обеспечить ей более эффективные характеристики и качество.
Существуют по меньшей мере две основные проблемы, связанные с традиционным способом влажной обработки. Во-первых, в ходе отдельных операций необходимо проводить много индивидуальных стадий, что означает необходимость использования многочисленных машин. Эти различные машины и стадии часто требуют перемещения текстильного материала из одного местав другое, или даже из одной страны в другую, чтобы получить конечный продукт.
Были сделаны попытки сэкономить время и трудозатраты, объединив несколько химических процессов в одну стадию. В патенте США №6251210 описан способ отделки ткани одновременно грязеотталкивающими, водоотталкивающими и противомикробными агентами. В патенте США №7037346 также описана основа текстильного материала, которая содержит многочисленные аппреты, относящиеся к группе фторсодержащих химических веществ. Ткани придают одновременно катионные и отталкивающие свойства, а затем эту ткань погружают в водный раствор перед тем, как направить ее на печатный станок для нанесения узора и крашения. Недостатки этих патентов заключаются в том, что они все еще не решают проблему объединения многочисленных стадий обработки в один непрерывный процесс. Опять-таки, многочисленные стадии обработки приводят к значительным затратам времени и труда, но они также создают и вторую, более серьезную проблему - загрязнение окружающей среды.
Применение катализаторов и химических веществ при традиционной влажной обработке часто вызывает необходимость защиты от загрязнений окружающей среды, от загрязняющих веществ в воздухе и воде. Были предприняты усилия по применению однопроходной сублимационной машины, что объединяет многие стадии обработки в один непрерывный процесс. Однако, поскольку не удалось подобрать коммерчески успешные и не производящие загрязнения окружающей среды катализаторы, однопроходный процесс все еще сталкивается с препятствиями для успешного промышленного применения.
Были также предприняты многочисленные усилия по созданию не вызывающих загрязнения окружающей среды катализаторов, как это показано в Патенте США №7101921 и корейском Патенте KR № 2050328 A, но эти катализаторы все еще не способны обеспечить изготовление текстильного материала на одной комбинированной однопроходной машине.
Задачей изобретения является создать единую однопроходную машину, которая включает все стадии влажной обработки в одном непрерывном процессе с катализаторами, не загрязняющими окружающую среду, что позволит снизить трудозатраты, время и загрязнение окружающей среды.
Таким образом, было бы желательно иметь текстильный материал, который предварительно обрабатывают, активируют и кондиционируют в непрерывном процессе с более высокой эффективностью и который в меньшей степени загрязняет окружающую среду. Также было бы желательным иметь ткань, которая бы поступала в машину в виде рулона или нарезанных кусков на установку для подготовки, отделки и прочного крашения и нанесения узора менее чем за одну минуту непрерывной работы и чтобы эта ткань была готова для немедленного раскроя или пошива.
Данное изобретение обеспечивает установку, системы и способы, в которых донор сублимируемых веществ содержит различные улучшающие свойства ткани агенты, которые активируют при различных температурах.
В предпочтительном примере реализации донор сублимируемых веществ содержит первый агент, улучшающий свойства ткани, который сублимируется из донора выше первой температуры, а затем следует второй агент, улучшающий свойства ткани, который сублимируется из донора выше второй температуры. Как первая, так и вторая температуры составляют выше 126,67°С (260°F), и вторая температура по меньшей мере на 5,56°С (10°F) выше, чем первая температура.
В другом предпочтительном примере реализации присутствуют первый и второй катализаторы, которые инициируют сублимацию первого и второго агентов, улучшающих свойства ткани, при первой и второй температурах соответственно. Катализаторы выбраны из группы, состоящей их олефинов, сульфониевых соединений, полианилиновых соединений и тетра-амидомакроциклических лигандов. Агенты, улучшающие свойства ткани, могут включать агенты для окончательной отделки и кондиционирования.
В еще одном предпочтительном примере реализации одним из агентов, улучшающих свойства ткани, является отбеливатель, противомикробное вещество или грязеотталкивающий агент. Первая и вторая температуры различаются по меньшей мере на 11,12°С или на 16,68°С (20°F или 30°F). Также предполагают, что донор содержит первое и второе различные красящие вещества, каждое из которых сублимируется из донора при температуре выше 182,22°C (360°F).
В другом предпочтительном примере реализации ткань, полученная с применением донора сублимируемых веществ, содержит в результате сублимации первый и второй агенты, улучшающие свойства ткани, при первой и второй температуре. Кроме того, ткань также содержит визуально определяемые количества как первого, так и второго красящего вещества, и ткань содержит определяемое количество первого улучшающего свойства ткани агента, и первый улучшающий свойства ткани агент выбран из отбеливателя, противомикробного вещества и грязеотталкивающего агента.
В предпочтительном примере реализации первое и второе красящие вещества сублимируют на ткань в непрерывном режиме. Ткань содержит определяемое количество второго агента, улучшающего свойства ткани, и каждый из этих первого и второго агентов, улучшающих свойства ткани, выбирают из отбеливающего агента, противомикробного вещества и грязеотталкивающего агента.
В еще одном предпочтительном примере реализации приемник содержит первый улучшающий свойства ткани агент, который вводят в приемник выше первой температуры, и второй улучшающий свойства ткани агент, который вводят в приемник выше второй температуры. Каждая из температур - первая и вторая - выше 126,67°С (260°F), и вторая температура по меньшей мере на 5,56°С (10°F) выше, чем первая температура.
2
В другом предпочтительном примере реализации способ эксплуатации сублимационного печатного устройства состоит из обеспечения донора, содержащего первый и второй агенты, улучшающие свойства ткани; совмещения по меньшей мере части этого донора и по меньшей мере части приемника; и затем нагревания донора от температуры (Т1) до температуры (Т2) в течение периода времени (S), определяемого следующим уравнением: Q=М·(Т1-Т2)·S. Q представляет собой энергию в калориях, необходимую для того, чтобы сублимировать донор, а М представляет собой массу в граммах на 1 см приемника. Соотношение является таким, что в зависимости от массы приемника и мощности источника тепла необходимы более длительное время сублимации и температура.
В еще одном предпочтительном примере реализации обеспечен способ эксплуатации сублимационного печатного устройства сначала путем обеспечения донора, который содержит первый улучшающий свойства ткани агент, сублимирующийся из донора выше первой температуры, а за ним следует второй улучшающий свойства ткани агент, сублимирующийся из донора выше второй температуры; при этом по меньшей мере часть донора совмещают с по меньшей мере частью приемника; а затем нагревания донора от 126,67°С (260°F) до 215,56°С (420°F) в течение периода времени по меньшей мере 0,3 секунд, 0,35 секунд, 0,5 секунд или 0,7 секунд.
Различные объекты, признаки, аспекты и преимущества данного изобретения станут лучше видны из последующего подробного описания предпочтительных примеров реализации данного изобретения с сопровождающими чертежами, на которых одни и те же численные обозначения обозначают одни и те же составные части.
Краткое описание чертежа
На чертеже представлено схематическое изображение оборудования для обработки в соответствии с изобретением.
Автор изобретения обнаружил, что в носителе-доноре, обработанном многочисленными исходными элементами, такими как не загрязняющие окружающую среду катализаторы, можно активировать сублимацию одного элемента за один момент времени, следуя соответствующему изменению температуры по установленной временной программе. Предпочтительно, обработанный донор, в отличие от стандартного донора, который поступает только с технологическими красителями, является источником ряда различных химических элементов, таких как отбеливающие агенты, агенты, улучшающие свойства ткани, и ряд других агентов, изменяющих свойства ткани.
В предмете данного изобретения используют единый источник энергии, чтобы инициировать последовательность химических событий, заложенных в обработанном носителе-доноре. Процесс сублимации регулируют посредством программы, включающей установленное время и соответствующие температуры. Сочетание обработанного донора и регулирования по времени и температуре позволяет осуществить однопроходный процесс сублимации наиболее экономически эффективным образом, а также это в существенной степени снижает загрязнение окружающей среды.
I. Обработанный донор
В общем, донор должен быть обработан или специальными красителями, или другими типами химических агентов, чтобы сублимировать их на приемник. Используемые и определяемые здесь химические агенты в возможно наиболее широком смысле включают химические вещества, агенты и материалы, при нанесении которых на поверхность ткани можно подготовить или кондиционировать ее при воздействии влаги и определенных температур.
Конкретно, донор можно обработать «подготавливающим агентом» или «подготавливающими агентами». Подготавливающий агент или агенты очищают или подготавливают ткань перед отделкой нанесением узора и крашением. Обычно подготавливающие агенты наносят первыми в ходе процесса сублимации. Подготавливающие агенты можно выбрать из известных материалов, применяемых в промышленности для подготовки ткани, например предпочтительная подготовка включает отбеливание. Однако подготавливающие агенты также включают агенты или химические составы, с помощью которых осуществляют термофиксацию, стабилизацию размеров, опаливание, отмывку и даже мерсеризацию для хлопка.
В предпочтительном примере реализации донор поступает на стадию отделки. Стадия отделки ткани включает любые операции, которые улучшают внешний вид и/или эксплуатационные свойства ткани. В то время как отделка охватывает несколько механических процессов, таких как текстурирование или ворсование (ратинирование), предполагают, что данная отделка предпочтительно является химическим процессом, который использует агенты, улучшающие свойства ткани. Используемые здесь термины «агент, улучшающий свойства ткани», и «агенты, улучшающие свойства ткани» определены в самом широком возможном смысле и включают химические вещества, агенты и материалы, при нанесении которых можно обрабатывать, отделывать или кондиционировать поверхность ткани под воздействием влаги и определенных температур. Агенты, улучшающие свойства ткани, можно выбрать из известных материалов, применяемых в промышленности для улучшения характеристик, таких как мягчитель ткани, агенты для придания несминаемости, противомикробные агенты, грязеотталкивающие агенты, адгезионные составы, водоотталкивающие агенты, огнестойкие агенты, антистатические агенты, агенты повышения жесткости, агенты, препятствующие измятию, дезодоранты, агенты, защищающие от моли, маслоотталкивающие агенты, средства против ржавчины и средства, предотвращающие усадку. Предполагают также, что агенты, улучшающие свойства ткани, включают кондиционеры, фармацевтические и нутрицевтические (питательные) агенты, которые обеспечивают питательную ценность посредством каталитического превращения поверхности ткани на коже человека, который ее носит. Также можно использовать агенты, поглощаемые кожей, когда на ткань нанесены специфические химические вещества, которые выделяются на кожу после каждой стирки.
Предпочтительно, чтобы химическую отделку с применением агентов, улучшающих свойства ткани, проводили на установке, обеспечивающей единый, непрерывный процесс отделки, или же осуществляли одновременно со стадией подготовки ткани. В зависимости от требуемых характеристик конечных продуктов, некоторые ткани можно отделывать в большей степени, чем другие. Важно отметить, что не существует общих рекомендаций для химического процесса, применяемого для любой основы ткани. Предполагают, что при заданной температуре и в течение заданного периода времени можно активировать различные агенты, улучшающие свойства ткани.
Другие химические агенты и добавки включают, не ограничиваясь этим, наполнители, поверхностно-активные вещества, ферменты, активаторы отбеливания, ускорители отбеливания, отбеливатели, источники щелочи, актибактериальные препараты, красящие вещества, отдушки, предшественники отдушек, вспомогательные вещества для отделки, диспергирующие агенты - кальциевые мыла, агенты, устраняющие дурной запах композиции, нейтрализаторы запаха, агенты на основе полимеров, ингибирующие перенос красителей, ингибиторы роста кристаллов, фотоотбеливатели, вещества, усиливающие выведение ионов тяжелых металлов, агенты, препятствующие потускнению, противомикробные агенты, антиоксиданты, агенты, препятствующие повторному осаждению, электролиты, модификаторы рН, загустители, абразивы, двухвалентные или трехвалентные ионы, соли ионов металлов, стабилизаторы ферментов, ингибиторы коррозии, диамины или полиамины и/или их алкоксилаты, стабилизирующие мыльную пену полимеры, растворители, технологические добавки, мягчители для ткани, оптические отбеливатели, гидротропы, добавки, подавляющие пенообразование, добавки, усиливающие пенообразование, мягчители ткани, антистатические агенты, фиксаторы красителей, ингибиторы истирания красителей, агенты, препятствующие отшелушиванию, агенты, уменьшающие сминание, агенты, увеличивающие стойкость по отношению к сминанию, грязеотталкивающие полимеры, грязеотталкивающие агенты, солнцезащитные агенты, агенты против выцветания, водоотталкивающие агенты, огнезащитные агенты и их смеси.
Катализаторами, применяемыми для активации химических элементов, предпочтительно являются не загрязняющие окружающую среду катализаторы, которые содержат малое количество токсичных веществ, если вообще содержат их. Некоторые предпочтительные катализаторы включают олефины, сульфониевые соединения, полианилиновые соединения и тетраамидомакроциклические лиганды. Однако предполагают, что для передачи исходных химических элементов на ткань можно использовать любые катализаторы, не наносящие вреда окружающей среде, или «зеленые» катализаторы.
В предпочтительном примере реализации нанесение узора и крашение ткани является конечной стадией в непрерывном процессе сублимации. При нагревании красители и красящие вещества будут реагировать или проявлять сродство к поверхностям некоторых волокон. В случае состава на основе красителей стадия нагревания вызывает переход частиц красителя из твердого в газообразное состояние. В газообразном состоянии частицы красителя входят в ткань, например в волокна полиэфирной ткани, и краситель осаждается. Тепло открывает поры в полиэфирном волокне, что позволяет газу входить в молекулярной форме, которая дает значительно более высокую отражающую способность и способна образовывать на основе более блестящую окраску. После стадии охлаждения частицы красителя оказываются захваченными внутри полиэфирного волокна, возможно, снова возвращаясь в твердое состояние, или же по меньшей мере будучи зафиксированы в твердых волокнах субстрата. Таким образом, когда белую ткань помещают напротив материала донора с нанесенным узором и к этому материалу подают тепло, молекулы возбуждаются и переходят в газообразное состояние. Поскольку теперь нагретые молекулы красителя проникают в нагретую ткань, эти молекулы красителя пронизывают ткань и становятся частью нитей этой ткани. Теперь несущие краситель молекулы являются постоянной частью внутреннего пространства ткани и на них не оказывает воздействия нормальная стирка или отбеливание.
Следует также помнить, что термины «краситель», «красители», «красящее вещество» и «красящие вещества» применяют в возможно более широком смысле и они включают типографскую краску и в действительности любой химический состав, который можно перенести на воспринимающий материал, чтобы окрасить этот материал. Следовательно, термины «краситель», «красители», «красящее вещество» и «красящие вещества» включают химические композиции, которые могут изменять цвет в зависимости от температуры или других условий, и даже химические составы, которые являются бесцветными при наложении, но становятся окрашенными при воздействии влаги или высокой температуры.
Также предполагают, что приемник можно непосредственно использовать для взаимодействия с различными химическими агентами. С помощью некоторого устройства можно наносить, напылять или впрыскивать различные химические агенты непосредственно на приемник. Поскольку приемник подвергают воздействию определенной температуры в течение определенного времени в соответствии с программой, химические агенты высвобождаются, а фаза катализатора существует непосредственно на приемнике. Таким образом можно нанести даже специальные красители, которые вводят в приемник и подвергают воздействию прямого или косвенного источника тепла в течение установленного времени. Под воздействием источника тепла красители реагируют, переносятся на приемник и остаются на нем. Это предпочтительно более применимо при изготовлении ковровых покрытий и ковриков, где сублимация материала из донора не всегда дает наилучшие результаты. Посредством прямой активации приемника химические агенты и красители можно нанести более эффективно.
II. Реализация
В приведенном на чертеже примере конфигурации технологический блок 100 обычно включает участок 10 нагревания и рабочий стол 20. На эту машину помещен непрерывный обрабатываемый материал 25, включающий материал-донор 30 с соответствующим подающим донор валком 32 и приемным валком 34 для донора; ткань 40 с соответствующим подающим валком 42 для ткани и приемным валком 44 для ткани; и приемник 50 с соответствующим подающим валком 52 для приемника и приемным валком 54 для приемника.
В предпочтительном примере реализации технологический блок 100 может обрабатывать текстильный материал за один проход, подготавливая его, нанося узор, окрашивая и отделывая его. Преимуществом такого процесса является то, что стадию отделки можно осуществить перед стадиями крашения и нанесения узора.
Предпочтительно материал-донор 30 можно выбрать из известных типов донорной бумаги или из других материалов, применяемых в промышленности. Предполагают, что материал-донор 30 кондиционируют рядом агентов для подготовки, агентов для улучшения свойств ткани и красителей. Материал-донор предпочтительно представляет собой тонкий лист, имеющий поверхность, на которой могут временно находиться агенты для подготовки, агенты, улучшающие свойства ткани, и красители. При нагревании материала-донора в некоторых временных пределах и при некоторой температуре каталитический механизм инициирует высвобождение этих агентов для подготовки, агентов, улучшающих свойства ткани и красителей на ткань.
Кроме того, можно добавить применение не загрязняющих окружающую среду катализаторов, таких как TAML (железо-тетраамидомакроциклический лиганд - соединение, разработанное Институтом Carnegie Mellon для «зеленого» окисления), чтобы инициировать механизм высвобождения для распределения агентов для подготовки, агентов, улучшающих свойства ткани и красителей, так, чтобы он работал быстрее и безопаснее. Также можно предположить другие не загрязняющие окружающую среду катализаторы, такие как макроциклические тетраамиды, описанные в столбце 4, строки 6-24, патент США №61003941. Этот патент включен здесь в виде ссылки во всей своей полноте. Там, где определение или использование термина во включенном в виде ссылки материале не соответствует или противоречит определению этого термина, приведенному здесь, применяют определение этого термина, приведенное здесь, а определение этого термина, приведенное в материале ссылки, не применяют.
Затем материал-донор 30 проходит через нагревающую часть 16 для сублимации. Нагревающая часть 16 обычно включает вращающийся первичный нагревающий элемент 12, фиксированный нагревающий элемент 14 и теплопроводное полотно 16. Положение полотна 16 определено установочными устройствами 16А-16Е. Скорость вращения, конфигурация и размеры нагревающей части 16 определяют время воздействия вызывающего сублимацию тепла на слоистую заготовку из материала-донора 30, приемника 50 и ткани 40.
Таким образом, предполагают, что по меньшей мере с одной стороны приемника должно быть приложено количество тепла, достаточного для осуществления сублимации в течение всего процесса, от подготовки ткани до отделки ткани и, наконец, для проведения нанесения узора и крашения ткани, в течение по меньшей мере 5 секунд, более предпочтительно по меньшей мере 10 секунд, 20 секунд, 40 секунд, 60 секунд, а наиболее предпочтительно 80 секунд. Однако предполагают, что любое нагревание от 5 секунд до 30 минут является ожидаемым приемлемым диапазоном.
Предполагают также, что диапазон температур сублимации для процесса в целом начинается предпочтительно от не менее 126,67°С (260°F) и предпочтительно до не более 198,89°С (390°F).
Однако диапазон по температуре и времени, в котором происходит сублимация, зависит от характеристик приемника. Соотношение между временной и температурной программой в отношении калорий, необходимых для приемника конкретного размера, является следующим:
Q=М·(Т1-Т2)·S,
2
где М обозначает массу, которую измеряют в граммах на 1 см приемника. Т1 обозначает первую температуру, а Т2 обозначает вторую температуру. S обозначает время в секундах. Соотношение является таким, что необходимое количество калорий зависит от массы приемника и диапазона по времени и температуре. Предпочтительно температурный диапазон составляет от по меньшей мере 126,67°С (260°F) и до не более 226,67°С (440°F). Однако предусматривают, что в зависимости от массы приемника требуются различные температурные диапазоны.
Предпочтительным является нагревание принудительно создаваемым потоком горячего воздуха, хотя можно использовать и другие источники тепла, например инфракрасные нагреватели, если они адекватно проникают в ткань на глубину проникновения красящего состава. В дополнение к нагреванию можно применять другие механизмы для активации химических элементов или катализаторов внутри донора, а также нанесения красителей, который может быть выбран из механизмов, обычно применяемых с конкретными сочетаниями катализаторов, красителей и основ.
Предпочтительно, источник тепла непрерывно контактирует с донором, чтобы осуществить сублимацию. Однако предусматривают, что тепло можно косвенно приложить к приемнику, не повреждая этот приемник. Тепло можно даже подавать короткими импульсами, чтобы получить максимальную температуру без продолжительной выдержки. Высокая энергия, обеспечиваемая в виде высокой температуры в течение очень короткой продолжительности по времени, разрывает связи и рассеивает тепло на доноре. Например, по мере того как происходит сублимация из донора на приемник, импульсы тепла подают только на сторону донора, которая не касается приемника. Каталитическое превращение химических агентов все еще происходит при работе в импульсном режиме источника тепла, даже при более высоком подъеме температуры. Если тепло при высокой температуре подают не импульсами, приемник можно повредить. Работа в импульсном режиме источника тепла позволяет существовать на приемнике различным фазам катализатора, независимо от фаз в доноре. Это является еще одним примером гибкости программы по времени и температуре.
Несмотря на то, что в настоящее время предпочтительной является непрерывная обработка, также предусматривают, что реализацию объекта данного изобретения можно осуществлять дискретным образом; например, если собирать слоистые заготовки, а тепло и давление применять последовательно к каждому образцу. В этом отношении конкретно предусматривают, что приемник может быть вырезан из массивного материала. Имеются существующие машины (например, Monti Antonio™, Practix™ и другие машины на основе цилиндра), которые можно модифицировать так, чтобы они работали в соответствии с описанными здесь концепциями изобретения.
В предпочтительном примере реализации, в ходе программы материал-донор будет или реагировать, или проявлять сродство к различным агентам для подготовки, агентам, улучшающим свойства ткани и красителям. Следует также понимать, что термины «программа», «программы» применяют в возможно более широком смысле, чтобы включить конкретные и соответствующие время и температуру, при которых агент для подготовки, агент, улучшающий свойства ткани или краситель активируют и диспергируют в ткани. Таким образом, термины «программа» и «программы» включают некоторый диапазон температур для установленных временных рамок.
Например, когда материал-донор поступает в технологическое оборудование, первым будет активирован агент для подготовки, предпочтительно отбеливатель, когда на первом шаге программы температура достигает 143,33°С (290°F), но не более 160,0°С (320°F) на время по меньшей мере 1,8 секунд.
В другом примере реализации первый отбеливатель для подготовки активируют при добавлении первого катализатора и выполнении первого шага программы. Из-за природы первого катализатора первый шаг программы предпочтительно включает более высокую температуру и более короткий период времени.
После активации первого агента для подготовки материал-донор предположительно проходит через технологическое оборудование для активации второго агента для подготовки на втором шаге программы. Иначе, на втором шаге программы активируют первый агент для улучшения свойств ткани. Например, на втором шаге программы можно активировать мягчитель ткани, гипохлорит кальция. Второй шаг программы предпочтительно имеет температуру 160,0°С (320°F), которая выше, чем на первом шаге программы, в течение примерно такого же времени, как на первом шаге. Затем, на третьем шаге программы, который предпочтительно имеет температуру 173,89°С (345°F) - выше, чем на втором шаге, и продолжительность примерно такую же, как на втором шаге, активируют третий агент, улучшающий свойства ткани. Процесс повторяют до тех пор, пока все агенты, улучшающие свойства ткани, не будут активированы и распределены в ткани.
Предпочтительно, вслед за активацией всех агентов, улучшающих свойства ткани, на материал-донор в ходе четвертого, пятого, шестого и т.д. шагов программы наносят для распределения первый краситель. Предполагают, что стадия нагревания обеспечивает переход частиц красителя из твердого состояния в газообразное. Предпочтительный диапазон температур для перехода частиц красителя в приемник предпочтительно составляет более 182,22°C (360°F) в течение по меньшей мере 2,5 секунд. Однако можно также предположить и другие диапазоны, например температуру от 193,33°С (380°F) до 215,56°С (420°F) в течение по меньшей мере 10 секунд. По мере того, как нагретые молекулы красителя входят в теперь уже нагретую ткань, они изменяют свое местоположение и становятся частью нитей ткани. Теперь загруженные молекулы красителя являются стабильной частью внутреннего пространства ткани и на них не воздействует обычная стирка или отбеливание.
Приемник 50 может быть любым материалом, который может принять сублимированный состав. Этот материал наиболее часто включает полиэфиры и другие синтетические полимеры, которые абсорбируют красители при высокой температуре и давлении, при этом предпочтительные в настоящее время материалы приемника включают истинно синтетические или нецеллюлозные материалы (например, полиэфир, нейлон, акрил, модакрил и полиолефин), их смеси и т.д. Предполагают, что материалы приемника могут также включать природные волокна (например, хлопок, шерсть, шелк, лен, пеньку, рамп и джут), полусинтетические или целлюлозные волокна (например, вискозный искусственный шелк и ацетат целлюлозы), но такие волокна не очень хорошо «берут» имеющиеся в настоящее время пигменты. Приемники могут быть гибкими или жесткими, отбеленными или неотбеленными, белыми или окрашенными, ткаными, неткаными, трикотажными или не трикотажными, или же представлять собой любое сочетание этих или других факторов. Таким образом, приемник может, например, включать тканый материал на одной стороне и нетканый, или другой тканый материал на другой стороне. Среди прочего, предполагают, что приемники могут включать ткани или волокна, применяемые для одежды, транспарантов, флагов, занавесей и других настенных покрытий и даже ковровых покрытий.
Ткань 40 можно выбрать из известных рулонных тканей, используемых в промышленности, и ее используют в данном примере реализации для поглощения красителей, которые полностью проходят через приемник 50 и материал-донор 30. В примерах реализации по данному изобретению она также служит для защиты механических частей от избыточного пигмента.
Преимущества описанных здесь способов и систем огромны. Вместо того, чтобы перевозить ткань с места на место, а часто из одной страны в другую при подготовке к сборке в конечный готовый к использованию продукт, обеспечен единый процесс для подготовки, отделки, нанесения узора и крашения ткани. Этот комплексный происходящий в одном помещении процесс не только экономит огромное количество средств и времени, но также эффективно устраняет многие химические отходы, которые сопровождают традиционные способы производства текстильных материалов.
Применяя соответствующее программирование по времени и температуре для введения химических добавок, в данном изобретении преодолевают преграды, которые препятствовали предшествующим попыткам создания способа с однопроходным процессом. Помимо обеспечения не загрязняющих окружающую среду катализаторов для активации химических добавок обеспечен единый источник энергии в соединении с разумным применением и программируемой подачей энергии для еще более полного и эффективного способа производства текстильных материалов. Снижение затрат времени и труда обеспечивает привлекательное и коммерчески жизнеспособное применение данного изобретения.
ПРИМЕРЫ
Последующие примеры конкретно иллюстрируют примеры реализации данного изобретения и помогают специалистам понять и осуществить на практике данное изобретение. Они приведены только с целью разъяснения и их не следует воспринимать как ограничивающие каким-либо образом объем данного изобретения.
ПРИМЕР 1 - Химические агенты
Далее приведена группа химических агентов, которые можно использовать в ходе сублимации, выполняя заданную программу по времени и соответствующей температуре.
Отбеливатель
2
2
Обычно для ткани с заданными характеристиками отбеливание представляет собой предпочтительный способ подготовки ткани. Задачей отбеливания является обесцвечивание естественно присутствующих пигментов с получением отбеленной ткани, которая может воспринимать красители, без повреждения ткани. Можно применять различные источники отбеливания, например окислительные отбеливатели и восстановительные отбеливатели. Предпочтительно, в качестве отбеливающих агентов можно использовать окислительные отбеливатели, такие как гипохлорит натрия (NaOCl), гипохлорит кальция (CaClO), перекись водорода, персульфаты, пербораты и перкарбонаты, наряду с перуксусной кислотой; и восстановительные отбеливатели, такие как диоксид серы и дитионат натрия.
Более предпочтительно применяют гипохлорит кальция или гипохлорит натрия. Оба эти вещества являются превосходными дезинфицирующими агентами от плесени и других имеющихся бактерий, и оба имеются в продаже. Коммерческий гипохлорит натрия содержит по меньшей мере от 12 до 15% активного хлора, и гипохлорит натрия можно найти в виде твердого материала, который содержит по меньшей мере 65% активного хлора.
Время и температура отбеливания взаимосвязаны. По мере возрастания температуры необходимо меньшее время для активации отбеливающего агента. Более высокая концентрация отбеливателя также требует меньшего времени и температуры для активации. Предпочтительно применяют источники отбеливания, которые могут быть активированы при комнатной температуре или температуре от 137,78°С до 160,0°С (от 280°F до 320°F) в течение предпочтительного периода времени от 1,8 секунд до 2,2 секунд.
Количество применяемых отбеливающих агентов зависит от различных типов и характеристик ткани. Например, если должны применять более темные красители, может отсутствовать необходимость отбеливать ткани. Пример предпочтительного состава для отбеливания можно видеть в Таблице 1.
Таблица 1
Состав отбеливателя
NaOCl
2,5% активного отбеливателя
Na<sub>2</sub>CO<sub>3</sub>
1,0% буфер для регулирования рН
Предпочтительно отбеливание проводят на едином непрерывном оборудовании, где время и температура скоррелированы так, чтобы активировать отбеливающие агенты на ткани.
Другие типы отбеливателей, такие как перекись водорода, могут требовать более высокой температуры для разложения и в зависимости от других применяемых агентов они могут служить лучшими отбеливающими агентами в едином сублимационном оборудовании непрерывного действия.
Можно также допустить хлорит натрия, другой отбеливающий агент, который позволяет проводить отбеливание при значительно более высоком уровне температуры.
Мягчитель ткани
Мягчители ткани применяют для улучшения ощущения ткани при носке путем ликвидации твердости или жесткости. Мягчители также улучшают стойкость к истиранию, увеличивают прочность на разрыв, уменьшают обрывы нити при шитье и уменьшают повреждение иглой при прострачивании одежды. Большинство мягчителей подразделяют на три основные химические категории, описывающие ионную природу молекулы: анионные, катионные и неионные. Большинство мягчителей основано также на конденсатах жирной кислоты и амина и их можно использовать в широком диапазоне по времени и температуре.
Предпочтительными мягчителями являются анионные мягчители, которые проявляют превосходную стабильность при высокой температуре. Анионные мягчители, такие как сульфаты, сульфонированные амиды жирных кислот и сложные эфиры, не мешают действию других аппретов и действуют как противопенная добавка, а также проявляют существенные свойства в отношении повторного увлажнения. Предполагают, что ткани обрабатывают мягчителями посредством применения соответствующей программы изменения времени и температуры. Предпочтительный мягчитель получают на основе синтеза амида жирной кислоты при введении в состав мягчителя соответствующих добавок, одновременно с добавлением смазки, которую можно активировать кислотными катализаторами.
Композиции мягчителей могут изменяться в зависимости от требуемого действия и природы обрабатываемой ткани. Наиболее эффективными молекулярными группами, применяемыми в текстильных мягчителях, являются углеводородные радикалы, имеющие в целом от 8 до 20 атомов углерода. Предпочтительно предполагают многофункциональные мягчители высокого класса, которые содержат не только эмульгированные конденсаты жирной кислоты, но также соответственно и различные кремнийорганические соединения и воски. Такие сочетания не только позволяют получить явно лучшие эффекты, но и свойства этих мягчителей можно специально подобрать, чтобы они удовлетворяли индивидуальному комплексу требований.
Можно использовать многие источники мягчителей ткани, при условии, что их можно активировать при комнатной температуре или при температуре от 154,45 до 176,67°С (от 310°F до 350°F) в течение периода времени от 2,0 секунд до 2,3 секунд. Например, в патенте США №4185961 описан мягчитель ткани, который включает водный раствор, содержащий диметилолдигидроксиэтилен мочевину (ДМДГЭМ) и кислотный катализатор, приведенный в столбце 2, строки 14-21. В патенте США №7108725 описан мягчитель ткани, включающий пленку, в которую заключена водорастворимая композиция с составом, включающим примерно от 5% до 20 мас.% от массы этой композиции полидиметилсилоксана или его производного, приведенных в столбце 61, строки с 52 по 67, и в столбце 62, строки с 1 по 45.
Допустимы также неионные мягчители, такие как кремнийорганические соединения, производные этиленоксида и углеводородные воски на основе парафина или полиэтилена. Кремнийорганические соединения, например, представляют собой прозрачные, как вода, масла, которые стабильны до высоких температур и не обесцвечивают ткань.
Репелленты
Можно применять репелленты из многих источников. Грязеотталкивающими агентами обрабатывают ткань для того, чтобы противостоять проникновению жидкости или грязи в статических условиях, включающих только массу капли и капиллярные силы. Маслоотталкивающие агенты препятствуют размещению масла на верхней части ткани и останавливают проникновение масла в поверхность ткани. Водоотталкивающие агенты активируют поры на поверхности тканей, чтобы туда проникал воздух и пары воды, в отличие от агентов, придающих водонепроницаемость, которые блокируют проникновение воды при высоком гидростатическом давлении.
-3
-3
Для тканей, которым следует придать водоотталкивающие свойства, критическое поверхностное натяжение на поверхности волокна следует снизить примерно до (25-30)·10 Н/м (25-30 дин/см). Маслоотталкивающие свойства требуют, чтобы поверхностное натяжение на поверхности волокна было снижено до 13·10 Н/м (13 дин/см). Предпочтительные источники репеллентов включают фторуглеродные аппреты. Фторсодержащие полимеры препятствуют проникновению масел в ткань или же препятствуют прилипанию грязи к поверхности волокна. Причиной возникновения большинства пятен является осаждение жидких красящих веществ на ткани. Для текстильных материалов, которые нельзя стирать, например для обивочных тканей и ковров, фторсодержащие аппреты дают более действенное и эффективное обеспечение отталкивающих свойств в отношении пятен и грязи. Типичный состав приведен в Таблице 2. Этот аппрет можно нанести наложением состава на ткань посредством одноходового блока сублимации при температуре по меньшей мере от 165,56°С до 187,78°С (от 330 до 370°F) в течение по меньшей мере от 2,2 до 2,4 секунд. Циклы сушки осуществляют посредством дополнительного нагревания ткани на следующей стадии, в ходе дополнительного шага программы.
Таблица 2
Состав фторсодержащего репеллента
Агенты
% концентрация в ванне
Фторсодержащий продукт
2,0-3,0
Водоотталкивающий агент на основе смолы и воска
2,0-3,0
ДМДГЭМ
10-15
Катализатор MgCl<sub>2</sub>
2,5-4,0
Полиэтиленовый мягчитель
0,5-2,0
Несмачивающее поверхностно-активное вещество
0,03-0,05
Уксусная кислота
0,05-0,1
Предусматривают другие типы отталкивающих агентов, такие как парафиновые воски, гидрофобные вещества на основе углеводородов, N-метилолстеарамид, пиридиновые соединения, смолообразующие соединения и даже кремнийорганические соединения. Репелленты наносят в виде органического раствора.
Грязеотталкивающие агенты
Грязеотталкивающие агенты кондиционируют ткань, чтобы блокировать стойкие частицы и загрязнители, которые могут проникнуть в ткань. Большинство грязеотталкивающих агентов являются неионными; например, неионный грязеотталкивающий полимер, описанный в реферате Патента США №4849257, который включен здесь в виде ссылки. Предпочтительным грязеотталкивающим агентом является полимерный агент, который включает сополимерные звенья из повторяющихся этиленовых и/или пропиленовых групп. Фторсодержащие полимеры являются примером неионного грязеотталкивающего агента, который обеспечивает превосходное двойное действие для выведения масла и пятен. Например, Scotchgard Brand Duat-Action Fabric Protector, уникальный блоксополимер, разработанный ЗМ Company, обеспечивает чистку двойного действия. Гибридная основа полимера состоит из сегментов на основе полиоксиэтилена, объединенных с сегментами, содержащими перфторалифатические группы с длинной цепью.
Другие полезные грязеотталкивающие агенты могут включать анионные или катионные полимеры. Подходящие анионные полимерные или олигомерные грязеотталкивающие агенты описаны в Патенте США №4018569, который включен здесь в виде ссылки, столбец 3, строки 25-50. Другие подходящие полимеры описаны в Патенте США №4808086, который включен здесь в виде ссылки, столбец 2, строки 45-55.
Аппрет предпочтительно можно нанести путем наложения состава на ткань посредством одноходового блока сублимации при температуре по меньшей мере от 165,56°С до 187,78°С (от 330°F до 370°F) в течение по меньшей мере от 2,2 до 2,4 секунд.
Противомикробные агенты
Противомикробные агенты изменяют характеристики поверхности ткани, чтобы воспрепятствовать проникновению в ткань микробов или бактерий. Предпочтительные источники противомикробных агентов включают высокоэффективные агенты, которые содержат ионы серебра, например оксид серебра - превосходный противомикробный агент. Обладая зарядом, серебро генерирует ионное поле на поверхности ткани, и бактерии обмениваются ионами с оксидом серебра при контакте с тканью, что, в свою очередь, нарушает стенки их клеток и убивает их. В патенте США №6436420 описан высокоэффективный противомикробный агент на основе серебра, который является подходящим источником.
Предусматривают также другие не содержащие серебра источники. В реферате патента США №5271952, рефератах патентов США №№4410593 и 5458906 раскрывают ионы меди как подходящий источник противомикробных агентов. Современная технология позволяет инкапсулировать нанополимеры на поверхности ткани для увеличения проникновения и дисперсии, как в случае, описанном в подробном описании патента США №7112621. Наконец, в патенте США №6251210, столбец 4, строки 33-50, описан способ получения грязеотталкивающего, водоотталкивающего и противомикробного агентов на текстильной ткани. Все эти ссылки включены здесь во всей своей полноте.
Подобным образом противомикробные агенты можно наносить путем наложения состава на ткань посредством одноходового блока сублимации при температуре по меньшей мере от 165,56°С до 187,78°С (от 330°F до 370°F) в течение по меньшей мере от 2,2 до 2,4 секунд.
Адгезионные средства
Адгезионные средства применяют предпочтительно для флокирования. Флокирование представляет собой способ нанесения орнамента на ткань, в котором мелко рубленные волокна наносят на покрытые адгезионным средством поверхности. В большинстве процессов флокирования применяют мелко нарезанные натуральные или синтетические волокна. В процессе флокирования основу из ткани сначала покрывают адгезионным средством, а затем наносят тонкие или состоящие из одной нити волокна (обычно нейлон, вискозу или полиэфир) и сушат. Отделка флоком придает поверхности декоративную и/или функциональную характеристику, например инициалы школ или эмблемы.
Диаметр отдельной нити предпочтительно составляет несколько тысячных сантиметра, а по длине она составляет от 0,25 до 5 мм. В предпочтительном примере реализации сначала на донорную основу наносят слой адгезионного средства, а затем его быстро высушивают при высокой температуре. Это удаляет влагу из адгезионного средства, но все еще сохраняет свойства кристаллов этого адгезионного средства. Затем наносят волокна флока и после выхода адгезия создает низкую прочность на разрыв, которая позволяет волокнам расположиться вертикально и встать дыбом, создавая эффект флокирования.
Флок может представлять собой натуральные или синтетические материалы, такие как хлопок, вискоза, нейлон и полиэфир. Предпочтительным типом флока является нарезанный флок, который получают из качественных волокнистых синтетических материалов. При нарезке получают очень однородную длину флока. Предпочтительная длина флока составляет от 0,3 мм до 0,5 мм, а диаметр 1,7-22 (дтекс). Однако также допустим размолотый флок, который получают из отходов хлопка или синтетического текстильного материала.
Для флокирования можно применять большое количество адгезионных средств. В общем, адгезионные средства для флока представляют собой системы, катализируемые как в одну, так и в две стадии. Предпочтительным адгезионным средством могут быть клеи на основе как пластизоля, так и воды, и они могут иметь консистенцию красящего состава на основе пластизоля.
Красители и красящие вещества
Предпочтительные для использования в данных композициях красители и красящие вещества включают хорошо растворимые в воде красители, например красители LIQUITINT, поставляемые Milliken Chemical Company.
В композициях по данному изобретению можно применять любые красители, но неионные красители являются предпочтительными, чтобы снизить взаимодействие с модификатором дзета-потенциала и/или ингибитором переноса красителя, применяемых в сочетании с композициями по данному изобретению.
Подходящие красители включают, не ограничиваясь этим, кислотный черный 1 (Acid Black 1), Кислотный синий 3 (Acid Blue 3), Кислотный синий 9 алюминиевый лак (Acid Blue 9 Aluminum Lake), Кислотный синий 74 (Acid Blue 74), Кислотный зеленый 1 (Acid Green 1), Кислотный оранжевый 6 (Acid Orange 6), Кислотный красный 14 алюминиевый лак (Acid Red 14 Aluminum Lake), Кислотный красный 27 (Acid Red 27), Кислотный красный 27 алюминиевый лак (Acid Red 27 Aluminum Lake), Кислотный красный 51 (Acid Red 51), Кислотный фиолетовый 9 (Acid Violet 9), Кислотный желтый 3 (Acid Yellow 3), Кислотный желтый 3 алюминиевый лак (Acid Yellow 3 Aluminum Lake), Кислотный желтый 73 (Acid Yellow 73), Основной синий 6 (Basic Blue 6), Основной желтый 11 (Basic Ye4ow 11), Каротин (Carotene), Бриллиантовый черный 1 (Brilliant Black 1), Бромкрезоловый зеленый (Bromocresol Green), Зеленые пигменты на основе оксидов хрома (Chromium Oxide Greens), Карри красный (Curry Red), D&C Синий №1 алюминиевый лак (D&C Blue #1 Aluminum Lake), D&C Синий №4 (D&C Blue #4), D&C Коричневый №1 (D&C Brown #1), D&C Зеленый №3 алюминиевый лак (D&C Green #3 Aluminum Lake), D&C Зеленый №5 (D&C Green #5), D&C Оранжевый №4 алюминиевый лак (D&C Orange #4 Aluminum Lake), D&C Красный №6 (D&C Red #6), D&C Красный №6 алюминиевый лак (D&C Red #6 Aluminum Lake), D&C Фиолетовый №2 (D&C Violet #2), D&C Желтый №7 (D&C Yellow # 7), D&C Желтый №11 (D&C Yellow #11), D&C Синий №1 (D&C Blue # 1), FD&C Желтый №5 алюминиевый лак (FD&C Yellow #5 Aluminum Lake), оксиды железа, оранжевый пигмент 5, красный пигмент 83, желтый пигмент 73, оранжевый 1 на растворителе, желтый 18 на растворителе, ультрамарины и стеарат цинка.
ПРИМЕР 2 - График программирования однопроходного введения добавок
Одним из примеров реализации данного изобретения является сублимация материала-донора, которая включает активацию отбеливающего агента, противомикробного агента, и/или грязеотталкивающего агента, с последующим нанесением узора и крашением из донора.
Запланированное высвобождение и связывание каждого из скомпонованных химических агентов осуществляют на основе выдержки в течение определенного времени при определенной температуре. Химические агенты наносят в виде слоя или компонента на донорную основу. Когда этот донор помещают в контакте с целевым объектом (обычно тканью), к блоку (донор и объект) подают тепло. При более низких температурах оба они остаются инертными, но если температуру этого блока повышают, то это инициирует каталитический фазовый переход в каждом из агентов, улучшающих свойства ткани, до крашения и/или нанесения узора из донора в той же установке. Нижеприведенный график демонстрирует выделение химических элементов в зависимости от времени и температуры.
При комнатной температуре донор, содержащий специальные красители и печатные краски, был перед сублимацией пропитан отбеливающим агентом, гипохлоритом кальция в концентрации 1:20, оксидом серебра противомикробным агентом в концентрации 1:50 и Scotchgard - грязеотталкивающим агентом.
После обработки донор проходит через однопроходную сублимационную установку, начиная с предварительного подогрева при оптимальной температуре 126,67°С (260°F). Процесс сублимации начинается в точке А, и донор остается инертным из-за низкой температуры и малой продолжительности времени сублимации. По мере того как материал-донор продолжает сублимироваться при температуре 143,33°С (290°F) примерно в течение 1,80 секунд в точке В1, активируется гипохлорит кальция - отбеливающий агент. Сразу после активации отбеливающего агента материал-донор проходит далее через однопроходную установку, и в точке В2 активируются противомикробные агенты при температуре 165,56°С (330°F) в течение 2,0 секунд. Затем в точке В3 активируется грязеотталкивающий агент при еще более высокой температуре 185,0°С (365°F) при общем времени сублимации 2,25 секунд. Затем без перерыва однопроходная сублимационная установка сублимирует донор на приемник - ткань, для осуществления стадии крашения и нанесения узора в однопроходной установке при температуре 196,11°С (385°F) при общем времени 2,5 секунд в точке С. В случае непрерывного плавного способа можно завершить процесс сублимации в целом менее чем за одну минуту, без какого-либо воздействия на окружающую среду.
Таким образом, были описаны конкретные примеры реализации и применения программирования по времени и температуре внесения добавок. Однако специалистам должно быть ясно, что, кроме уже описанных, возможно осуществить значительно больше модификаций, не удаляясь от изложенной концепции изобретения. Таким образом, предмет данного изобретения ограничен только сущностью изобретения, изложенной в прилагаемой формуле изобретения. Более того, при интерпретации как описания изобретения, так и формулы изобретения, все термины следует интерпретировать возможно наиболее широким образом, который соответствует контексту. В частности, термины «включает» и «включающий» должны быть интерпретированы как относящиеся к элементам, компонентам или стадиям не исключительным образом, указывая на то, что упомянутые элементы, компоненты или стадии могут быть представлены, или использованы, или объединены с другими элементами, компонентами или стадиями, которые явно не упомянуты. Если описание и пункты формулы изобретения относятся по меньшей мере к одному понятию, выбранному из группы, состоящей из А, В, С… и N, то это следует интерпретировать в том смысле, что требуется только один элемент из этой группы, а не А плюс N или В плюс N, и т.д.