增加了美感的浮雕绒头织物 【发明领域】
本发明涉及浮雕织物基质，具体地说是指绒头织物以及制备这种织物的方法。更具体地说，本发明涉及一种浮雕方法，其中包括织物中浮雕区域的纤维的拉伸张力减小，这样，通过机械方法，就可以更容易的除去绒头织物中选定的区域。此发明也包含一种颜色洗涤和染色方法，这些方法可以用于提高纺织物中浮雕区域的视觉效果，同时，根据实际需要，也可以用于消除由于在浮雕过程中带来的紧靠着浮雕区域的一些不理想的漂白花纹。发明背景
在生产绒头织物时，为了提高其装饰吸引力，经常希望在织物的表面上制造一种浮雕效果。虽然已经有一些技术可以产生这种浮雕表面，但都还不能令人满意。
早期的一种获得这种浮雕效果的方法是，使用经过雕刻或其它方法处理的加热的印花辊子或印花板来在绒头织物的表面上生产希望得到的浮雕图案。当时用这种加热的雕刻辊子时，深度是通过部分或全部熔融需要浮雕的区域达到地。然而，这种方法可能使纤维失去其特有的完整性，并且互相粘结在一起，这样就导致织物以及浮雕区域的手感变得粗糙和令人无法满意。当今的一些印花技术也还没有能够彻底成功地解决这些问题。
已知另外也有一些浮雕方法是通过化学手段来收缩纤维。这些使用化学收缩剂来产生印花区域的方法一般都不能令人满意，其原因是印花区域的手感粗糙。
另外一种产生浮雕织物的方法是，用化学试剂部分或全部溶解那些与化学溶液接触的纤维。由于溶剂可能毁坏需被印花的区域的整个绒头长度，这会使织物的底部暴露出来，所以使用溶剂在选定的区域溶解纤维没有获得成功。即使绒头的彻底溶解可以避免，其纤维的完整性也可能受到损坏，结果亦会导致织物的手感粗糙。
美国的McBride等人的专利US4846845公开了一种另人满意的浮雕方法，在此将其全部内容引入作为参考。这种方法包括使用化学织物降解剂来对绒头织物进行选择性地雕刻，并把此过程作为整个印染的一部分。接着，把绒头织物进行加热、中和降解剂、洗涤及干燥。最后，用机械方式把降解的织物除去后便得到了浮雕的绒头织物。由于所用的织物降解剂对邻近浮雕部分的区域中的染料组分以及染料直接涂布的区域有破坏作用，结果，由这种方法得到的浮雕织物中与浮雕区域紧连接的区域常常会出现漂白的“晕圈区域”。当从远处看时，这些晕圈区域要比浮雕织物中有纹理的部分更明显，因此也就损害了图案区域的整个外观。到目前为止，还没有能从视角上减弱或彻底消除这些晕圈区域的方法。
本发明提供了这样一种方法，它包括使用一种稀释的染料溶液对整个织物基质表面进行处理，也就是对浮雕部分与非浮雕部分均进行染色，但是程度不同。浮雕区域相对于非浮雕区域来说对所使用的稀释染料更具有亲和性。有些令人惊奇的是，与浮雕区域紧邻的非浮雕区域对所使用的稀释染料具有中适度亲和性，也就是说染料的相对浓度在浮雕区域最大，在非浮雕区域最小，而与浮雕区域紧连接的非浮雕区域中的边界区域的浓度则介于浮雕区域与非浮雕区域之间。这一方法的结果在视觉上显著地减弱了浮雕区域周围的晕圈强度。此外，这一方法还出人意料地使浮雕绒头织物的浮雕效果从外观上加深。因为这些原因，本发明与现有技术相比就有很大进步。需要在这里指出的是，本发明中提到的“织物”具有广泛的含义，除了家具装潢织物及类似物外，还包括地毯，垫子。发明概述
本发明提供了一种既有印刷图案，又有各种不同绒头高度的浮雕表面的浮雕绒头织物。与现有的浮雕产品相比，本发明所生产的浮雕织物更美观。这一改进的浮雕织物是通过化学浮雕方法实现的，首先对图案构型中的绒头表面高度进行有选择的降低，然后再用一种稀释的染料溶液对整个织物进行染色。这种“稀释”的染色方法与“茶染”织物相似，它也是通过使用相对稀释的染料(低浓度)使织物具有整个色泽。本发明所生产的浮雕产品使浮雕区域更加突出而且看上去比实际要深，特别是从远处看时。附图的简要说明
图1表示在本发明的染色织物上，两种染料在第一绒头区与第二绒头区的边界区域的位置及相对浓度的示意图。
图2表示在本发明的染色织物上，单一一种染料在第一绒头区与第二绒头区的边界区域的位置及相对浓度的示意图。
图3表示在本发明的染色织物上，三种染料在第一绒头区与第二绒头区的相邻边界区域的位置及相对浓度的示意图。发明的优选实施方案的描述
本发明提供了一种对未浮雕的绒头织物(也可以是已经染色或饰以图案的织物)进行浮雕的方法，包括：
(a)根据绒头织物的图案，让绒头表面与一种纤维降解组合物选择性地接触，所述组合物包含一种纤维降解剂，它的浓度足以降低绒头纤维的拉伸强度，并任选地用纤维降解剂将第一种染料择性地涂布在图案和选定区域中。
(b)把绒头织物加热至180°F以上，但是要低于250°F(优选用气流加热)，此温度足以降解选定的绒头纤维并且使染料上染；
(c)冲洗绒头织物，以从绒头织物上除去那些残存的纤维降解组合物组分；
(d)以机械方式除去已降解的绒头织物；
(e)用酸中和溶液来中和纤维降解组合物，该酸中和溶液含有选自第一主族金属和第二主族金属的氢氧化物、碳酸盐或磷酸盐的组分的组合物；
(f)冲洗掉绒头织物上残留的酸中和组合物；
(g)用低浓度的染料对浮雕绒头织物的整个表面进行染色处理；
(h)冲洗步骤(g)已经浮雕并染色的绒头织物，并用机械方法除去那些残余的增稠剂和多余的染料；和
(I)用适当的方法干燥绒头织物。
从步骤(g)开始，这种方法也可以用于任何已经用化学或其它方法浮雕的绒头基质。
现在让我们再看附图，图1表示两种染料在第一绒头区10与第二绒头区20的边界区域的位置及相对浓度。第一绒头区10的绒头高度比第二绒头区20的绒头高度高。边界区域15可以理解为第一绒头区10与紧邻的第二绒头区20的部分区域。如图1所示，第一种染料由向前的斜线表示，第二种染料(在这一实施例中可以是稀释染料)由向后的斜线表示。此外，除了与第二绒头区20紧邻的边界区域15外，第一种染料的浓度在第一绒头区10上基本一致并相对较高。第一种染料和第二种染料的浓度在边界区域15上均相对较低。在第二绒头区20中，第二种染料(可能被稀释)的浓度基本一致并相对较高(相对于第二种染料在边界区域15的浓度)。
图2表示单一一种染料在第一绒头区10与第二绒头区20的边界区域的位置及相对浓度，在这里公开的这种稀释染料涂布于一个已浮雕的但未上染的基质时发生。在这个例子中，第一种染料可以是稀释染料，并且用向后的斜线表示。第一种染料的浓度在第一绒头区10上基本一致并相对较低。第一种染料在边界区域15上的浓度界于其在第一绒头区10与第二绒头区20上的浓度之间。在第二绒头区20中，第二种染料的浓度基本一致并相对较高(相对于第二种染料在边界区域15的浓度)。
图3试图表明本发明对于在饰以图案和浮雕之前已经被均一地染色的织物基质的效果。此图表示第一种染料(用向前的斜线表示)、第二种染料(用向后的斜线表示)以及第三种染料(用垂直的间断线表示)的相对位置及浓度。此外，除了在边界区域15，由于在第二绒头区20上使用的浮雕剂的迁移效应而使其上第一种染料浓度减低外，第一种染料的浓度在第一绒头区10上基本一致并相对较高。在边界区域15中的第二种染料的浓度(相对于在第二绒头区20)在第一绒头区10相对较低，在远离边界区域15的第二种染料的浓度甚至更低。类似的情况也发生在第三种染料在第一绒头区10中的相对浓度。如上所讨论的，由于在第二绒头区20上使用的浮雕剂的迁移，边界区域15具有适度的第一种染料浓度、第二种染料浓度以及第三种染料浓度。第二种染料的浓度(相对于在边界区域15)在第二绒头区20上基本一致并相对较高，而第三种染料的浓度在第二绒头区20上比在第一绒头区10和边界区域15上都低，这就反映了浮雕试剂对与其接触的染料具有降解作用。
本发明可适用的织物基质事实上包括所有的绒头织物，特别是那些用于覆盖地板的织物(地毯与垫子)、家具装潢织物以及其他室内装潢物。这些织物在浮雕操作和彻底染色操作之前可以上染，也可以不上染。包含绒头织物的纤维的例子包括本领域技术人员公知的由聚酰胺制备的合成纤维如尼龙、天然纤维如羊毛、以及混纺纱。本发明中使用的优选绒头织物包括尼龙和尼龙-羊毛混纺纱。这里使用的术语“合成纤维”包括那些具有主要聚合物链完整部分的重复基团并能形成结构单元沿链的轴向取向的细丝的长链聚酰胺。
本发明中涉及到的聚酰胺树脂一般是用二羧基酸与二元胺反应得到，或通过氨基羧酸自缩合而制得。例如，尼龙6，6(由己二胺与脂肪酸缩合而成)、尼龙6(由五氨基己酸自缩合而得)以及许多由聚合二盐酸和聚胺化合物制备的聚合物。优选的织物为尼龙6、尼龙6，6和羊毛与这两种尼龙之一的混纺纱。
本发明中用到的纤维降解组合物是为了使绒头织物产生想要的浮雕效果。纤维降解剂是纤维降解组合物中主要的活性成分。为了便于讨论，此处的术语“纤维降解组合物”被定义为任何有活性的化学化合物或组合物，当涂布到绒头织物上时，这些物质会使涂布的绒头织物的绒头变脆或使其强度减弱而在实际上没有溶解纤维。这样，降解的绒头部分就可以在后继的处理工艺中用传统的机械方法除去。这些纤维降解组合物也应该在后继的浮雕操作中能够基本从绒头上除去或至少被中和。这也应该能够增加浮雕区域的纤维对将要在后继浮雕操作中使用的染料的亲和性。
在纤维降解组合物中的纤维降解剂的浓度应该足以降低纤维的强度，以便在加热以后纤维可以用机械方法除去。浮雕剂的浓度不应该太高，以防止后继的机械除去操作中引起纤维完整性的彻底破坏。实际发现，纤维降解组合物中含的纤维降解剂优选是一种或多种苯甲磺酸的异构体，以纤维降解组合物的重量计，纤维降解剂的含量优选在10％到70％之间，更优选在15％到50％之间。
纤维降解剂与一种合适的稀释剂一起存在于纤维降解组合物中。这种稀释剂可以是一种溶剂或一种对这种纤维-降解剂可溶的溶质。如果这种纤维-降解剂不溶，那么它在组合物中就应该以细粉状的形式存在，也就是微粉的形式存在，其颗粒直径应该在100微米或更小，优选在20微米或更小。这样就能够使纤维降解剂在需要的绒头区域内得到均一的分散。纤维降解组合物中优选含有大量的水，它可以作为纤维降解剂的溶剂，尽管可能含有其它溶剂(如甲醇和乙醇)。在这种情况下，纤维拉伸强度的改变被认为是由于纤维分子中键的断裂而引起的水解反应造成的。因此，纤维降解剂反应液中应该含有氢离子，而这可以使用水作为溶剂来实现。
纤维降解组合物中也应该含有一种增稠(例如，天然或合成的树胶和纤维素衍生物)，这样的话，在一些织物印刷技术中，组合物的粘度就可以根据实际需要的情况而改变。特定粘度的组合物就能够使纤维降解剂粘合在纤维上，同时也就形成了浮雕图案。另外，如果组合物的粘度过低，那么它就可能渗透或迁移至临近区域，从而破坏图案的清晰度。一般情况下，组合物的粘度优选在100至1000厘泊之间(25℃下，用Brookfield，三号锭子的转速为30rpm时测定)。
以需要浮雕的基质区域的重量计，涂布于绒头织物的纤维降解剂组合物的量可以在50％至500％之间，优选在150％至250％之间。涂布于绒头织物的纤维降解组合物实际上可以以一种透明组合物的形式使用，这样产品的改变就仅限于其浮雕效果。不用染料，这种浮雕过程会得到不染色或具有牢固的色泽的织物，其具有如图2所示的浮雕表面。
或者，更优选地，可使用印刷织物所用的染料或颜料组合物将纤维降解组合物涂布在选定区域内，这样在与选择性使用了纤维降解组合物相邻的选定区域上的颜色看起来就非常明显(如图1所示)。可以使用的染料包括酸性染料、酸性前金属化染料、酸性耐缩绒染料、分散染料、直接染料以及纤维活性染料。粘度与染料浓度都应该控制。最终的效果是得到与印刷图案相配合的雕刻花纹。
关于选定的涂布纤维降解剂的区域，其上的绒头除去程度(也即浮雕深度)可以通过改变使用的纤维降解组合物的量，或改变在纤维降解组合物中纤维降解剂的浓度，或同时改变二者来控制。此外，在选定区域的绒头除去量也可以通过改变纤维降解组合物渗入织物绒头的深度来控制。渗透率可以控制，例如通过改变化学纤维降解组合物的粘度来控制。
在绒头织物上涂布纤维降解组合物可以用现有的印刷设备来实现，这就避免了使用昂贵的雕刻与浮雕设备。因为这种浮雕技术通过除去部分绒头而非通过收缩特定绒头来达到，所以其产品通常具有比用其它方式得到的同样深度的浮雕品更好的手感。同时，相对于机织织物和手工浮雕织物来说，这种技术的产品也具有用平行印刷技术所生产的产品的所有优点。使用纤维降解组合物的优选装置可以是一种染料喷射装置，例如象均已转让给Milliken Research Corporation的Norman E.Klein和William H.Stewart的美国专利US4084615和HaroldL.Johnson，Jr的美国专利US4984169中所公开的装置，这些公开内容在此引入作为参考。其它也可以使用，但可能不优选的装置包括Zimmer生产的ChromojetTM印刷装置以及其它一些印刷装置，它们可以选择性地将染料或化学组合物涂布到织物基质。
当绒头织物上已经涂布了纤维降解组合物后，织物的温度应该加热到足以使纤维的拉伸强度降低的温度。如果任选地使用了染料，加热也可以使染料牢固。虽然当用气流加热时，温度可以在120°F至250°F之间，但温度优选控制在180°F至212°F之间。
一般情况下，绒头织物都应该被加热足够长的时间，以便使选定的绒头区域进行降解。如果以气流方式加热，则加热的时间最少也需1分钟，优选是3分钟到30分钟。加热时间的长短应该调整到使特定的纤维基质降解到所需要的程度。因此，如果加热的时间太短，则降解不够，这会影响到后继的机械除去绒头操作的进行。而如果加热的时间太长，则绒头会彻底分解，这会导致所得的产品由于在处理区域无剩余绒头或雕刻区域手感差而不理想。
加热处理以后，把绒头织物在室温(比如75°F)下用水洗涤，以便除去那些纤维降解组合物的残余组分。
如上面所述，对选定的涂布了纤维-降解剂的绒头织物区域可以通过机械方法来除去。在上面描述过的洗涤操作中，只要把洗涤溶液高速喷洒到整个基质表面，就可以将绒头织物机械除去。或者，这种对降解区域的机械除去可以用一个简单的搅拌器来完成它可以对需要除去的降解纤维所在的整个表面进行除去。一种优选的除去方式是使用真空系统，如由E-Vac生产的Spray-Vac系统，在此系统中，水被喷洒在织物上，然后再用真空吸除。在一般情况下，所需要的机械除去的程度以及所使用的优选除去方式由浮雕区域内降解的纤维的剩余拉伸强度决定的。如上所述，降解绒头的机械除去可以在洗涤的同时完成，也可以在洗涤以后完成，但必须在织物的干燥前完成。
绒头织物在干燥之前(优选在机械除去之后)，在洗涤之后，优选使用酸性-中和溶液进行处理，该酸性-中和溶液包含选自第一主族金属和第二主族金属的氢氧化物、碳酸盐、磷酸盐的组分的组合物。在本发明中，由于存在残余的纤维降解剂，因此，消除纤维降解剂的反应活性这一步被证明是非常重要的：(a)这可以阻止成品绒头织物在使用过程中绒头织物纤维的进一步降解，和(b)它也可以最大可能地减少与浮雕区域紧邻区域(也即边界区域)的颜色损失。也可以通过洗涤的方法来除去绒头织物上存在的绒头降解组合物组分。
已经知道，纤维降解剂会引起与选定的需要处理的区域紧相邻的区域上的染料降解。为了尽可能地减低这种不需要的降解，这里使用了一种可以消除这种降解的另一种染料。这一染料的使用可以被认为是一种“茶染”过程，其中这种稀释的染料(也即低浓度的染料)被均一地涂布到整个基质上。在使用了纤维降解组合物的区域上的纤维表现出了比非浮雕区域上的纤维对这种稀释染料更强的亲和力。由于浮雕区域上的纤维的上染能力相对提高，这就使浮雕效果从视觉看更加明显，特别是从远处看时。这里可以使用的染料包括那些在图案上染过程中已经使用的染料，即酸性染料、酸性前金属化染料、酸性耐缩绒染料、分散染料、直接染料以及纤维活性染料。为了便于解释，这里使用的这种稀释染料被称为第二种染料，因为在大多数情况下，它也是基质上涂布的第二种染料。然而，如上文所述，在浮雕操作之前的织物，可能已经以单色或用一种或几种颜色的图案构型染色，或者此织物已经被浮雕但还没有上染。
绒头织物上涂布的第二种染料可以用单色涂布器、溢流涂布器、化学轧染或辊隙涂布器、泡沫涂布器、Zimmer生产的ChromojetTM印刷装置、在美国专利US4084615和US4984169中公开的印刷装置以及在其他工艺中使用的适当的染色和化学涂布器。第二种染料可以加热涂布，以便迅速固色，也可以在室温下涂布，这时，其随后的固色步骤用加热或热气流完成。在固色时，使用的温度范围可以在大约120°F至大约250°F之间，如果使用气流加热，其温度优选在大约180°F至大约212°F之间。用气流加热时，实验发现其加热时间最少需要1分钟，优选在2分钟到5分钟之间。此外，当用红外加热时，其所需要的时间应该保证使织物的表面温度在大约120°F到大约200°F之间。
绒头织物加热完成以后，须对其进行洗涤处理，以便除去那些残留的第二种染料组分。在此过程中，同时也可以用机械方法除去那些织物上的化学或纤维残留成分。
最后，根据传统工艺，已经浮雕并印染的绒头织物需要进行干燥处理。具体地，织物可以在大约220°F到大约310°F之间进行干燥，而优选则在大约230°F到大约260°F之间进行。有效的干燥时间为大约3分钟到大约15分钟之间。任何适当的干燥方法都可以使用，包括但不局限于蒸发、红外以及微波等方法。
本发明的方法可以实现大规模生产。其产品可以用以装饰地板、墙壁、天花板、绸缎、家具用品、衣物以及其他类似物，事实上，这些产品可以用于任何使用绒头织物地方。它们可以很容易地装饰任何绒头织物的表面。同时，对本领域的技术人员来说，其可用于许多其它的场合。
下面的实施例仅起说明的作用，在任何情况下都不应被理解为构成对本发明主题的限定。除了特别说明以外，所有份数和百分数均以重量单位计。实施例1
在这一实施例中，这种方法应用于包含100％的DuPont长丝，StainmasterTM尼龙6，6，896AS型，Semi Dull，Trilobal，17dpf的簇绒地毯。此地毯的簇绒厚度为1/8英寸，每平方码重量为40.0盎司，簇绒纱线尼龙6，6簇生在机织的聚丙稀背面。
首先，用阳离子聚合物溶液把地毯润湿至大约为其干重的70％(以下百分数均指干重)以增强想要染色的地毯的印染颜色。接着，将干重的250％的纤维降解组合物涂布到预先选定的地毯区域。然后将具有几种不同颜色的传统上使用的酸性染料水溶液涂布到地毯上的其他区域，就可以产生出印染地毯。在涂布纤维降解组合物和酸性染料时，用美国专利US4084615和US4984169中公开的装置。
纤维降解组合物包含Xanthan树胶(其量应该足以使其粘度达到大约450厘泊(用Brookfield II粘度计，三号锭子转速为30rpm时测定))、2％的矿物油(“Ortholube”，Milliken & Company的分公司MillikenChemical有售)和含有大约38％的对甲基苯磺酸的纤维降解剂。酸性染料水溶液由Xanthan树胶(其量足以使粘度达到大约450厘泊)和酸性前金属化染料(其浓度依据颜色和不同色泽的深度大约在0.5％到大约3％之间)组成。
把地毯用212°F的气流加热处理8分钟，以便使纤维和浮雕液发生反应，并同时使染料固色。再用温水(75°F)洗涤，接着用真空除去残留在织物上的那些降解纤维、化学试剂和增稠剂。为了中和未反应的纤维-降解剂，把地毯通过加入50％的氢氧化钠pH值为10S.U.的洗浴进行处理。最后再把地毯洗涤一次，并再用真空去除那些多余的染料和中和用化合物。
用一个溢流涂布器，将酸性染料水溶液涂布到整个地毯基质350％干重。此酸性染料的水溶液由Xanthan树胶(其量足以使粘度达到大约450厘泊)、0.2％润湿用表面活性剂、0.5％的消泡剂和0.01％的酸性染料组成。把地毯常规加热3分钟，以便固色。再一次把地毯进行洗涤和用真空处理，以便去除由溢流染色带来的增稠剂和多余的染色化合物，传统干燥在280°F下进行。
在处理过程中和结束后，观察到了下面一些现象：
(1)在气流处理之前，浮雕区域的绒头高度没有降低，重量也没有损失。
(2)在气流处理之后，浮雕区域的绒头高度降低大约20％到30％之间。在浮雕区域，虽然纤维的完整性没有改变，但纤维的强度却显著降低。
(3)在洗涤和中和操作步骤完成以后，在预先选定的浮雕区域内，大概有70％的绒头被除去。
(4)在完成最后的染色操作之前，浮雕区域呈现白色，由于浮雕区域边界染料的降解，因此呈现出轻微的漂白花纹。
(5)最后的染色操作使白色区域染色，覆盖了漂白花纹，增强了纹理效果，这样就使浮雕区域从远处看时视觉效果更加明显。实施例2
重复实施例1，不同的是在涂布纤维降解组合物和印染浆料之前，用一个单色涂布器对地毯进行染色处理。印染染料较浅，看起来也较易被洗掉，这样，地毯的浮雕区域也就比其他区域看起来颜色较浅。实施例3
重复实施例1，不同的是地毯不是全部在线染色，而是进行干燥、卷起、用实施例2中的单色涂布器通过染色区域。其结果与实施例1相同。