用于改善印花和染色的环境影响的组合物的制作方法

背景技术：

1、表面活性剂是具有表面活性的两亲分子，在众多行业领域中具有潜在的应用前景。因此，目前由数千种不同表面活性分子组成的表面活性剂市场正处于迅速扩张的态势。大约60％的表面活性剂用作洗涤剂和个人护理品的化合物。其他用途还包括药物和补充剂、纸张及纺织品、油气回收、生物修复、农业、化妆品、涂料和油漆、食品生产和加工以及建筑等。

2、表面活性分子的特性可以通过亲水亲油均衡值(hlb)进行衡量。hlb是表面活性分子中亲水部分和亲油部分的大小与强度的均衡值。例如，形成稳定乳剂需要特定的hlb值。在水/油乳剂和油/水乳剂中，表面活性分子的极性部分朝向水，而非极性基团朝向油，从而降低油相与水相之间的界面张力。

3、hlb值范围为0到20左右，较低hlb值(例如10或更低)的油溶性更强，适用于油包水乳剂；而较高hlb值(例如10或更高)水溶性更强，适用于水包油乳剂。诸如发泡、润湿、去污和增溶能力等其他特性也取决于hlb。

4、合成表面活性剂和化学表面活性剂的优势在于它们易于生成，而且可一句分子结构进行定制来实现所需功能。因此，目前已开发出数千种不同的表面活性剂，每种表面活性剂均具有特定功能。尽管这为生成使用表面活性剂的各类产品提供了丰富的选择，但表面活性剂功能的特殊性意味着要生产具备多功能性的产品，必须依赖更多种类和组合的表面活性剂。例如，用作润湿剂的表面活性剂不一定可用作洗涤剂，而用作乳化剂的表面活性剂不一定能用作防腐剂。

5、因此，几十年来造成了过度使用和过度生产化学表面活性剂。随着消费者意识和监管意识的不断提高，化学表面活性剂的缺点也开始浮出水面，例如，它们对人类和动物的潜在毒性和已知毒性；在环境(包括水生环境、土壤和地下水)中的持久性；在生产和应用过程中对气候变化的影响；以及与其他化学品的不兼容性。

6、使用表面活性剂对环境影响较大的行业之一是印花业。印花是指在纺织品、服饰或纸张等表面印上文字、图像、设计内容或图案。

7、印花有从手工冲压到机器自动化大规模印花等几种不同的类型。在胶版印刷中，将铝或木材等材料制成的凸版或雕刻版雕刻或蚀刻成图案。将油墨涂抹在凸版或雕刻版上，然后利用压力将油墨转移到所需表面(例如，纺织品或纸张)上，从而产生印模。

8、柔版印刷类似于胶版印刷，但凸版是柔性材料(通常是聚合物)除外。如此一来，几乎可在任何类型的承印物(包括塑料、金属膜、玻璃纸和纸张)上进行高速轮转印刷。对于要印刷的每种颜色，均必须制作单独的印版，并填充单独的颜色，然后进行连线印刷，使其与之前印刷的颜色重叠，形成设计内容。

9、丝网印刷是使用聚酯、尼龙或金属制成的细网，将其拉伸到框架内或卷到金属滚筒上。在丝网上绘制拦截模具，形成所需设计的底版。然后，将丝网放在或卷到承印物上，油墨通过丝网未遮挡区域，在承印物上形成设计内容。丝网印刷是一种常见的服饰印刷方法。

10、最后，另一种常见的印刷方法是数码印刷(包括喷墨印刷和激光印刷等)。数字文件可易于转换成印刷的图像或文字。所有颜色均可同时印刷，无需分开印刷。

11、在喷墨印刷中，使用喷嘴将大量油墨滴沉积在承印物上，直接在承印物上逐步形成印刷图案。激光印刷是将激光束反复穿过带负电荷的滚筒(称为“鼓”)，选择性地收集带电粉状油墨(墨粉)，并将油墨转移到纸上形成图案。然后对纸张进行加热，使图像与纸张永久融合。

12、印刷需要使用着色剂将图像或设计内容传递到承印物上。染料和色素均可用作印刷油墨的着色剂。在色素型油墨(干印刷)中，着色剂是由分散在溶剂中的细小色素颗粒组成的胶体系统。溶剂可为水性溶剂或有机溶剂。

13、在更常用于书写用具和纺织品的染料型油墨(湿印刷)中，着色剂以溶液的形式存在，或以浸渍染料的乳胶分散液或聚合物微乳液的形式存在。大多数水溶性染料均为离子化合物。与染料型油墨相比，印刷油墨中的色素通常不溶于水。因此，色素在使用时往往会停留在承印物的表面，有些颗粒位于纤维之间，而不会像染料那样饱和并与承印物发生化学结合。

14、当前油墨的配方可能很复杂，除了色素之外，还包括其他添加剂的用途和性能。附加成分可包括：溶剂和共溶剂(分别用作载体介质和控制润湿性能及干燥性能)；分散剂/乳化剂(使保持色素悬浮)；保湿剂(减少设备过早干燥和结壳)；粘合剂(确保着色剂固色到基材上)；扩散剂和/或润湿剂(控制油墨在承印物上的扩散和渗透)；杀菌剂(抑制生物生长)；ph值调节剂、增溶剂、防卷边剂、消泡剂和/或增稠剂等，所有成分均可根据印刷工艺的类型以及所使用的设备和承印物进行微调。在某些纺织品印刷中，可添加额外胶质或淀粉来生成更像糊状的油墨。

15、众多油墨配方均使用苛刻溶剂以及化学表面活性剂和合成聚合物。然而，人们越来越希望排除有机溶剂，以限制油墨配方中挥发性有机化合物(voc)的释放。因此，人们一直在推动用水替代这些溶剂。然而，水性油墨需要特定的添加剂来降低水的表面张力，从而使承印物表面更容易润湿并与色素相互作用。表面活性剂通过聚集在液-气界面和固-液界面的表层来实现这一目的。这在溶剂型油墨中也很有用。印刷中的润湿剂实例包括但不限于苯甲酸钠、水杨酸钠、炔二醇聚氧乙烯醚、苯磺酸钠、烷基磺酸盐和烷基芳基磺酸盐以及烷基磺基琥珀酸酯。

16、表面活性剂在印刷中的其他用途还包括分散和稳定。色素油墨通过研磨和分散工艺将色素加入连续相中制备而成。色素颗粒可在储存或使用过程中聚集，从而影响色素颗粒的大小和形状，进而决定颜色的浓淡和耐光性。因此，色素油墨在研磨过程中需要在色素浆中加入分散剂，以生成胶体稳定的混合物，使油墨能够可靠地喷射而不会堵塞打印头喷嘴。这些分散剂通常是聚合物和/或表面活性剂。表面活性剂和/或聚合物吸附在色素颗粒上，并在其上形成一层涂层，旨在使色素颗粒相互排斥而不是聚集在一起。此外，表面活性剂通过平衡某些着色剂色素的表面张力，还有助于尽可能减少色间渗色和色斑。

17、印刷中的表面活性剂分散剂实例包括但不限于烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、二烷基苯烷基氯化铵、烷基磺化甜菜碱和聚氧乙烯烷基醚。

18、此外，表面活性剂还可用于清洁和维护印刷设备。例如，通过防止和/或清除喷嘴、加热器、轮转印刷机、油墨瓶和丝网中的油墨沉积物，可保持印刷质量和设备功能。磷酸酯是常用的适宜表面活性剂，同时非表面活性剂聚磷酸盐、surfynol或乙酰烯醇也可用于此用途。

19、在为油墨化学选择表面活性剂时要考虑的一个问题是，多种离子型表面活性剂倾向于稳定泡沫。油墨中形成的泡沫可阻碍油墨流动，在喷嘴处产生气泡和积聚油墨，导致油墨误滴到承印物上。因此，可能需要额外的表面活性剂作为消泡剂或抗泡剂，渗入泡沫中的液气界面，从而减缓泡沫的形成。否则，应避免使用泡沫稳定表面活性剂和/或用具有泡沫不稳定特性的表面活性剂替代。

20、除了承印物的印花，纺织品、纸张和其他纤维材料的染色也经常使用类似组合物来呈现统一的颜色。更具体地说，染色涉及染料分子进入纤维内部，染料分子吸附在纤维结构上并扩散到整个纤维中。基于表面活性剂的分散剂和润湿剂有助于染料在染色介质中均匀分散，并使染色溶液适当渗透到纤维基质中。染色工艺可在原纤维、纱、纱线束或线轴、线、布、织物片和成衣以及纸浆和成品纸上进行。通常情况下，将待染色的特定材料浸入液态染料中或以液态染料喷洒。其他方法利用二氧化碳或其他染料载体，而不是水。

21、染色行业造成的影响很大一部分是由于消耗了大量的水和纺织助剂。例如，在对纺织品进行染色后，通常会使用加热老化过程来帮助着色剂封接到位。对环境的额外影响来自于封接后清洗纺织品；清洗时使用洗涤剂去除多余处理剂，例如着色剂、增稠剂和印花或染色材料的副产物。这可导致过度使用化学品、用水过量和水污染。

22、纺织品、纸张、包装和其他日常材料的印花和染色是化学和水密集型工艺，具有若干潜在的环境和健康负面影响。因此，需改进印花和染色组合物和方法，减少对环境和健康的影响。

技术实现思路

1、本公开提供了改善诸如纺织品、纸制品和包装等印花和染色的材料生产的环保型组合物和方法。更具体地说，本公开提供了用于印花和染色的油墨和工艺中使用的化学品的“绿色”替代品。有利地，本公开的组合物和方法有助于减少这些工艺中产生的水和化学品用量，并减少废水污染。

2、在某些实施例中，本公开的组合物和方法将“绿色”分子的用途融入印花或染色工艺中，以减少化学品用量、减少用水量、降低水污染和/或为印花或染色工艺提供附加好处。

3、在某些实施例中，本公开的方法包括在用于印花或染色的油墨中用“绿色”分子替代化学表面活性剂。在某些实施例中，方法包括在传统上使用化学表面活性剂的印花或染色工艺的一个或多个步骤中替代绿色分子。

4、在一些实施例中，“绿色”分子是生物两亲分子，其可以用作诸如洗涤剂、润滑剂、乳化剂、增溶剂、润湿剂、分散剂、抗菌剂，或用于在纺织品、纸制品或其他表面或其原材料上印花或染色工艺中的其他功能。

5、此外，在一些实施例中，生物两亲分子可用作助剂或添加剂，用于改善诸如印刷油墨、染料、溶剂、洗涤剂、润滑剂、整理剂、抗菌剂、乳化剂或用于表面印花或染色的其他处理剂，以及改善用于印花和/或染色的设备的性能和维护。

6、在某些具体实施例中，本公开提供了一种用于表面印花或染色的油墨组合物，其中组合物包括着色剂和生物两亲分子。

7、在某些实施例中，着色剂是色素或染料。在一些实施例中，着色剂可为颗粒和/或纳米颗粒的形式，其大小为10nm至1,000nm等。

8、组合物可通过将着色剂与生物两亲分子在水和/或另一种溶剂中混合而成。在一些实施例中，生物两亲分子形成将着色剂包裹在内的胶束。在某些实施例中，然后将着色剂混合物加到水或溶剂中，以生成水性油墨或染料或溶剂型油墨或染料。

9、可选地，组合物还可包括一种或多种添加剂，例如载体、溶剂、共溶剂、分散剂、乳化剂、保湿剂、粘合剂、润湿剂、杀菌剂、ph值调节剂、增溶剂、防卷边剂、媒染剂、消泡剂、抗泡剂、洗涤剂和/或增稠剂。在某些实施例中，生物两亲分子可起到上述一种或多种添加剂的作用。

10、在某些实施例中，提供了改善表面印花和/或染色对环境影响的方法，其中方法包括将根据本公开的生物两亲分子应用于表面，替代和/或补充传统上用于印花或染色的一种或多种组合物和/或步骤中的化学活性剂、添加剂或助剂。

11、在某些实施例中，方法包括将根据本公开的油墨组合物应用于表面上，使其中的油墨和/或着色剂固定在表面上或进入表面中。在某些实施例中，生物两亲分子有助于将着色剂输送到表面上，以实现固色。在某些实施例中，生物两亲分子具有以下一种或多种用途：润湿剂、增溶剂、分散剂、乳化剂、粘度调节剂、洗涤剂、抗泡剂和/或杀菌剂。

12、例如，表面可为纺织品或服饰，或纺织品或服饰的纤维、纱、线、布或织物原料；纸制品或纸制品的纸浆原料；和/或包装、聚合物、包装材料、陶瓷、木材或其任何原料。

13、在某些实施例中，生物两亲分子可作为印花后或染色后洗涤剂使用，以去除干燥、固色和/或封接后表面多余的油墨组合物成分。

14、在某些实施例中，生物两亲分子可用作脱墨剂或洗涤剂，用于去除废纸、废纸浆、纺织品和聚合物中的印刷墨，以备回收和再利用。生物两亲分子可应用于待脱墨的材料上，其中生物两亲分子有助于将油墨从待脱墨的材料上剥离。例如，可将废纸浆与水混合，并加入生物两亲分子，有助于油墨浮到表面进行清除。

15、在一个实施例中，方法包括将生物两亲分子作为洗涤剂或清洁组合物用于印花和/或染色设备，以清洁、提高和/或保持设备的性能。例如，设备可为滚筒、丝网或喷嘴。

16、在某些实施例中，本公开的方法还包括测试印花质量、抗粘着性、发泡性、耐洗刷性、耐光牢度、渗色、剪切稳定性、光泽度、耐水性、附着力和干燥性中的一项或多项，并根据测试结果按需调整工艺。例如，这可包括清洁设备和/或在印花或染色工程的一个或多个步骤中添加生物两亲分子。

17、在某些实施例中，本公开提供了一种印花和/或染色的产品，根据本公开的油墨组合物在印花和/或染色产品上或其内固色，其中印花和/或染色的产品是诸如纺织品、服饰、纸张、包装、包裹、聚合物、陶瓷、木材或其原材料等。

18、在优选实施例中，生物两亲分子是糖脂类生物表面活性剂(例如，槐糖脂、鼠李糖脂、纤维二糖脂、甘露糖赤藓糖醇脂和/或海藻糖脂)。在一些实施例中，还可使用其他生物表面活性剂，例如脂肽(诸如表面活性素、伊枯草菌素、丰原素、节活性素和/或地衣素等)、黄酮哌脂、磷脂(诸如心磷脂)、脂肪酸酯化合物和高分子量聚合物(诸如脂蛋白、脂多糖-蛋白质复合物和多糖-蛋白质-脂肪酸复合物等)。

19、在某些实施例中，方法利用包括一种或多种槐糖脂(slp)分子的组合物和/或包含slp分子的酵母培养物。例如，slp分子可为酸性(直链)slp(asl)、乳糖slp(lsl)、二乙酰化slp、单乙酰化slp、酯化slp、氨基酸-slp缀合物、金属-slp缀合物、盐形slp、slp氨基醇、从脂肪链中去除羰基的slp和/或slp分子的任何其他衍生物。slp分子可为纯slp分子或粗slp分子。

20、在某些实施例中，本公开利用了酵母菌株和/或其生长的副产物。例如，在一些实施例中，方法包括施用一种基于微生物的产物，基于微生物的产物包括培养的球拟假丝酵母atcc 22214和/或微生物生长的产物(例如slp)。在某些实施例中，组合物中的酵母可为无活性酵母和/或处于各种生长状态(例如无性形态或孢子形态)。在某些其他实施例中，从培养物中除去酵母细胞，因此培养液、微生物生长副产物以及某些情况下的少量残留细胞物质仍可供使用。

21、有利地，根据本公开使用slp时，有若干优点使其非常适合用于印花和染色。首先，它们出色的润湿能力有助于减少水和化学润湿剂的用量；因此，它们有助于减少水污染和废水处理。此外，在自然状态下，它们的弱阴离子特性使其与天然纤维和合成纤维兼容。再则，slp具有多功能性、低起泡性、低临界胶束浓度(cmc)和可生物降解性。