109 專技高考高等考試 紡織工程技師 染色工程（包括煉漂、染色與印花） 考古題詳解

核心觀念

蛋白質動物纖維以羊毛與蠶絲為主，兩者的精練目標不同：

• 羊毛精練（scouring）：去除羊毛脂、汗垢、土砂及其他雜質，使纖維潔淨、均勻潤濕。羊毛含有天然油脂，精練時須兼顧去污與纖維保護。
• 蠶絲精練（degumming，脫膠）：去除包覆絲素的絲膠，使生絲柔軟、光澤增加、手感改善。精練過度會損傷絲素，使蠶絲強度下降。

兩種纖維都以適當溫度、藥劑濃度、時間及機械作用控制精練程度；但羊毛主要防止氈縮與羊毛角蛋白受損，蠶絲則主要防止絲素受鹼及熱的侵蝕。

解題方法

本題可依「纖維種類—精練方法—代表條件—實務注意事項」作答。先分述羊毛與蠶絲，再補充共同的浴比、洗淨及品質控制原則，即可完整回應題目所要求的「方法、條件與注意事項」。

羊毛精練方法與條件

1. 肥皂—鹼精練法

利用肥皂的乳化、分散作用去除羊毛脂，並以少量鹼助洗。可用於羊毛原毛或羊毛製品的水洗精練。

• 常用藥劑：肥皂或合成界面活性劑，配合少量碳酸鈉等弱鹼。
• 常見精練溫度約 45–60°C；原毛工業精練常採多槽連續處理，槽液溫度與鹼度依羊毛含脂量及設備調整。
• 精練液宜維持弱鹼性，避免強鹼與過長處理時間。
• 精練後以溫水洗淨，再逐步降溫，避免急冷造成油脂再沉積。

2. 中性合成洗劑精練法

以非離子或適當的合成界面活性劑去除羊毛脂及污垢，將浴液控制在近中性，減少鹼對角蛋白的損害。

• 常見控制範圍為 pH 6.5–7.5、約 55–70°C；實際條件須依原毛狀態、洗劑種類及設備調整。
• 適用於要求減少纖維損傷或需穩定控制品質的精練作業。
• 洗劑用量及浴液更新應足夠，避免污物與油脂重新沾附纖維。

3. 溶劑精練法

利用有機溶劑溶解羊毛脂，以去除油脂類雜質。此法須使用適當的密閉設備及溶劑回收系統，並嚴格控制安全與環境條件；一般水洗精練仍較常見。

蠶絲精練方法與條件

蠶絲精練的核心是去除絲膠。精練前須依產品用途決定脫膠程度；完全脫膠、半脫膠及部分脫膠會形成不同手感與重量。

1. 肥皂精練法

肥皂浴是傳統且常用的脫膠方法。肥皂可使絲膠膨潤並逐步溶出，對絲素相對溫和。

• 使用皂液或適當的合成洗劑，常在近沸點條件處理。
• 常見條件約為 90–95°C、1–2 小時，具體時間依生絲含膠量、浴比及目標脫膠程度調整。
• 可分段精練，處理後充分漂洗，避免已脫除的絲膠重新附著。

2. 肥皂—碳酸鈉精練法

以肥皂為主要精練劑，少量碳酸鈉提高浴液鹼性及助洗能力。碳酸鈉用量須受控，因鹼度過高會加速絲素受損。

核心觀念

本題在考酸性染料染蠶絲的電腦配色基礎資料建立、配色原理、實務校正與生產管理。答題須把「光學配色模型」和「染料在蠶絲上的實際染色行為」連起來：電腦配色不是只輸入染料色卡，而是先建立染料在指定基材、染色條件下的光譜與濃度資料，再用數學模型預測配方，並由實際試染與回饋修正。

酸性染料在染浴中解離成帶負電的染料陰離子；蠶絲蛋白質在酸性條件下帶有較多正電荷，染料可藉由離子吸引及氫鍵、凡得瓦力等作用吸附於纖維。染浴 pH、溫度、升溫速率、保溫時間、浴比及助劑均會影響上染速度、平衡上染量與勻染性，因此染料基礎資料必須在可重現的條件下取得。

應用原理：Kubelka–Munk 配色法

不透明或近似不透明染色試片常以 Kubelka–Munk（K–M）函數描述反射率與吸收、散射的關係：

其中 $R_\infty$ 為試片在足夠厚度下的光譜反射率，$K$ 為吸收係數，$S$ 為散射係數。若基材、織物結構與加工條件固定，並假設染料間作用近似可加成，混色的吸收貢獻可近似表示為：

其中 $c_i$ 為第 $i$ 種染料濃度，$k_{i,\lambda}$ 為該染料在波長 $\lambda$ 的單位濃度光學係數。電腦以多波長的量測資料求出各染料用量，使預測反射光譜接近目標光譜；實務上還需將濃度限制、成本、染料相容性及可操作性納入配方求解。

計算配方後，系統通常將試樣與標準樣的光譜轉換為 CIE 色度值，並計算色差，例如 CIE $L^*a^*b^*$ 色差：

K–M 模型提供配色的光學近似，並不代表染料在任何濃度、浴程或基材上都呈線性；資料庫必須以實際染色試片建立，配方也須經試染驗證。

染料基礎資料製作方法

1. 固定基材與前處理：選定蠶絲品種、織物組織及批次，統一煉練、脫膠、洗淨與乾燥條件。試片須具代表性，並避免油污、殘留助劑或含水率差異。
2. 建立染色標準條件：明確規定浴比、染料濃度範圍、染浴 pH、助劑種類與用量、升溫曲線、最高溫度、保溫時間、攪拌方式及洗後處理。酸性染料對蠶絲宜控制酸度與升溫，使染料逐步上染，兼顧上染率與勻染性。
3. 製作單染料濃度系列：每支染料分別配製多個已知濃度的單染試片；各試片均按同一標準染程製作。濃度點應涵蓋實際常用範圍，濃度間距須足以呈現染料濃度與色深關係。
4. 量測光譜並建檔：試片完成洗淨、乾燥及調濕後，以分光光度計量測可見光範圍的光譜反射率，保存各染料、各濃度對應的光譜資料；同步記錄 CIE 色度值、配方、染程、批號與試片資訊。
5. 建立染料光學係數與染色特性：由反射率換算 K–M 函數，求得各染料的濃度—光學反應資料。另以實際上染試驗掌握染料的上染速率、飽和趨勢、相容性及不同染程下的色相偏移。
6. 混色試染與資料修正：以資料庫配出代表性的混色配方並實際染色，比較預測光譜與實測結果。把偏差納入校正資料，必要時依染料組合、濃度區間或染程建立修正係數及適用範圍。

實務作業注意事項

核心觀念

本題考查聚酯纖維與尼龍纖維的纖維結構、染料適用性及染色機構，並進一步要求將兩種纖維的染色條件整合為適用於聚酯／尼龍（T/N）混紡織物的一浴一段染程。作答時應先分述兩種纖維的常規染色方法，再說明混紡染色如何兼顧兩者，並交代染色流程與操作控制要點。

聚酯纖維（PET）結構緻密、結晶度高、缺乏可供離子型染料結合的基團，主要以分散染料染色。尼龍纖維（聚醯胺）含有末端胺基與羧基，具有可離子化的染座，常以酸性染料染色，也可用分散染料染色。

解題方法與染色機構

一般聚酯纖維

主要染料與方法：分散染料高溫高壓染色。 聚酯在常壓沸染時不易吸收染料，常於約 $125\sim130^\circ\mathrm{C}$ 的高溫高壓條件下染色；也可採熱熔染色，先浸軋分散染料，再經乾燥與高溫熱處理，使染料擴散進入纖維。

分散染料在水中以微細粒子分散，染色時先溶解少量染料，染料分子由染浴擴散至纖維表面，再進入聚酯的非晶區。高溫使纖維鏈段活動增加、自由體積擴大，染料分子因而能擴散進入纖維。染料進入後，主要藉由范德華力、偶極作用及疏水作用留在纖維內，並非與聚酯形成共價鍵。

**常規流程：**前處理後配製分散染料染浴，升溫至高溫高壓條件並保溫至染著均勻，降溫後排液、水洗，再視染料與牢度要求進行還原清洗，以去除纖維表面的浮色。

一般尼龍纖維

主要染料與方法：酸性染料染色。 尼龍可於酸性染浴中採浸染，常見染料包括均染型酸性染料與縮絨型酸性染料。染色溫度通常由低溫逐步升至沸染附近，並依染料均染性、色深及纖維規格調整升溫與保溫條件。尼龍亦可採分散染料染色，但傳統主法為酸性染料染色。

尼龍分子鏈含末端胺基，酸性條件下胺基質子化為帶正電的胺基座；酸性染料在水中形成帶負電的色素離子，兩者以離子鍵結合。染料也可與尼龍形成氫鍵及范德華作用。染浴的 pH、升溫速度與酸劑加入方式會影響染料吸盡速度與染色均勻性。

使用縮絨型酸性染料時，染料與纖維的親和力較高、吸盡較快，需特別控制染浴條件以避免不勻染；均染型酸性染料通常較易控制染色均勻性。

T/N 混紡的一浴一段環保染程

染料選擇與染著機構

可採用適用於聚酯／聚醯胺混紡的分散染料一浴染色法：以分散染料同時染色聚酯與尼龍，避免在同一染程中分別使用聚酯用分散染料與尼龍用酸性染料。選用時須確認分散染料對兩種纖維皆有適當親和力、色相相容性與牢度，並符合目標色深及染程條件。

染浴中的分散染料先由水相移至纖維表面，再擴散進入兩種纖維：

• **聚酯部分：**高溫使聚酯鏈段活動增加，分散染料進入非晶區，主要以物理作用留著。
• **尼龍部分：**分散染料以分子形式進入尼龍，主要由疏水作用、范德華力及氫鍵等作用留著；

核心觀念

本題比較兩種在織物上形成色彩圖案的方式，並分析網版印花與數位噴墨印花的生產特性。

**染色（Dyeing）**是使染料或顏料在纖維、紗線或織物上形成預定且大致均勻的色彩。其作業通常以染液處理整批材料，染料在染浴中移動、吸附，並經擴散、固著等作用使材料著色。

**印花（Printing）**則是將色漿依圖案局部施加於織物表面，再經乾燥、固著及必要的水洗等後處理，使圖案位置著色。印花可視為局部、具圖案選擇性的著色；色漿通常較染液稠，目的在控制圖案邊界與避免向周圍擴散。

解題方法

比較時可從「著色範圍、施色方式、色料狀態、圖案能力」切入：

兩者都是紡織品著色方法，且都須配合纖維種類選擇染料或顏料及適當固著條件；差異在於染色以整體均勻著色為主，印花以局部圖案著色為主。

網版印花與數位噴墨印花

**網版印花（Screen Printing）**以具有圖案開孔的網版作為模板，將色漿刮過網版，使色漿穿過開孔並轉印至布面。網版可為平版或圓筒版。

優點：

• 色漿施加量較大，容易取得高色深與良好遮蓋效果。
• 對大批量、固定圖案的生產效率高；產量增加後，單位成本通常較低。
• 可使用多種色料與色漿配方，適用於不同布種及特殊印花效果。
• 生產設備成熟，量產品質穩定。

缺點：

核心觀念

本題分成兩部分：一是染料與顏料為何呈現顏色，二是螢光物質吸收光後為何會再放出光。兩者都與光和物質的能量交換有關，但一般色料主要呈色於選擇性吸收與反射／透射；螢光物質則會在吸收光後，另行放出較低能量的光。

1. 有色色料的發色

可見光約為 $400\text{–}700\ \mathrm{nm}$。當分子或固體中的電子吸收特定波長的光，從較低能階躍遷到較高能階，該波長便被吸收；未被吸收而反射或透射的光進入眼睛，形成所見顏色。物體呈現的顏色通常是其吸收光的互補色。例如，色料吸收較多藍光，反射光中紅、黃成分較多，外觀便偏黃橙色。

染料分子常含有具有共軛結構的發色基團，例如偶氮基、硝基、羰基、醌式結構等。共軛系統中的電子可吸收光能，常見躍遷包括 $\pi\rightarrow\pi^*$ 與 $n\rightarrow\pi^*$。共軛程度增加時，電子能階間距通常減小，吸收波長因而可能往較長波長移動，使分子吸收進入可見光範圍。

依傳統發色理論，發色團是使分子具有吸收可見光能力的基團；助色團如 $\mathrm{-NH_2}$、$\mathrm{-OH}$、$\mathrm{-SO_3H}$ 等，能藉由共振或電子效應改變發色團的吸收波長與強度，也會影響水溶性、離子性及對纖維的親和力。具發色團的化合物可稱為生色體；加入適當助色團後，常能使其成為具實用性的染料。助色團並非單純「讓顏色變深」：其效果取決於分子結構與所連接的發色系統。

對有機染料而言，分子發色常由共軛與電子躍遷說明；顏料則除了分子吸收，也可能由晶體中的能帶躍遷、金屬離子的晶場躍遷或電荷轉移等機制呈色。因此不能把所有顏料的發色都簡化成有機染料的共軛發色團理論。

2. 染料與顏料的呈色方式

染料通常能溶於染浴，或在染色條件下以分子、離子等形式進入纖維，並藉由離子鍵、氫鍵、凡得瓦力或共價鍵等作用留著於纖維。其色相主要由染料分子的吸收特性決定。

顏料通常不溶於染浴，而以微粒分散於纖維或黏結劑中，靠黏著、樹脂成膜等方式固定。顏料呈色除了選擇性吸收，也受粒子大小、分散狀態、折射率及光散射影響；散射可提高遮蓋力，並影響表觀色彩與明度。

解題方法