聚酯纖維紡前著色技術(shù)的工藝特點(diǎn)及其環(huán)保作用

聚酯纖維紡前著色技術(shù)的工藝特點(diǎn)及其環(huán)保作用

聚酯纖維具有斷裂強(qiáng)度高、形狀穩(wěn)定、形狀規(guī)范、抗彎性好、抗褶皺性好、易洗、干燥等優(yōu)點(diǎn)。這是理想的紡織品纖維。但是由于它的分子排列高度規(guī)整,緊密斂集,結(jié)晶度和取向度高,又缺乏吸色基團(tuán),因此,常規(guī)聚酯纖維在常溫常壓下無(wú)法進(jìn)行染色,導(dǎo)致染色設(shè)備要求高、投資多、三廢處理麻煩等問(wèn)題。因此,采用節(jié)能、環(huán)保的著色技術(shù),對(duì)促進(jìn)聚酯纖維的可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。聚酯纖維紡前著色具有工藝簡(jiǎn)單、牢度好、無(wú)三廢污染等優(yōu)點(diǎn),尤其適用于大批量生產(chǎn)及開(kāi)發(fā)滌綸交織織物。使用有色纖維作為紡織原料,由于本身已具有產(chǎn)品所需要的顏色,不再需要通過(guò)印染處理,消除了紡織產(chǎn)品生產(chǎn)鏈中印染廢水對(duì)環(huán)境的影響,是紡織行業(yè)的一項(xiàng)清潔生產(chǎn)技術(shù),將對(duì)保護(hù)環(huán)境產(chǎn)生積極的作用。我國(guó)從20世紀(jì)80年代初期開(kāi)始引進(jìn)紡前著色聚酯纖維的生產(chǎn)技術(shù),已在產(chǎn)業(yè)用纖維等方面得到了廣泛的應(yīng)用。近年來(lái),由于紡前著色技術(shù)在節(jié)約能源和減少三廢等方面有明顯的優(yōu)點(diǎn),在環(huán)境保護(hù)要求日益嚴(yán)格的今天更具有現(xiàn)實(shí)的使用價(jià)值,發(fā)展前景良好。1色牢度好,環(huán)保健康常規(guī)聚酯纖維染色一般在130～140℃,0.3～0.4MPa壓力下進(jìn)行,經(jīng)過(guò)懸浮,軋染和干燥,焙烘等步驟。有些混紡纖維難以承受這么高的溫度,需要采用載體輔助染色。高溫染色法和載體染色法不僅消耗能量高,三廢污染嚴(yán)重,而且在高溫染色時(shí)纖維表面有低聚體析出,載體染色則光牢度欠佳,而且染色中使用的分散染料有的可致癌,有害健康。因此色牢度優(yōu)良、環(huán)保、健康的聚酯紡前著色工藝在世界上迅速發(fā)展起來(lái)。紡前著色是指在聚合過(guò)程中或聚合后,在紡絲以前通過(guò)加入染料制得有色纖維及長(zhǎng)絲的生產(chǎn)工藝。在聚合物溶液中加入有色的無(wú)機(jī)和有機(jī)顏料或染料擠壓紡長(zhǎng)絲染色的方法,由于染料混和在聚合物中,故其成品的色牢度很高。這種先染后紡的工藝,具有縮短工藝路線、減少能耗、降低成本的明顯優(yōu)勢(shì)。最終產(chǎn)品外觀效果好、色澤均勻,色牢度高,受到色織、針織、毛紡等行業(yè)的普遍歡迎。因此聚酯纖維的紡前著色法是解決滌綸染色難、滿足某些產(chǎn)品要求的最有效的途徑。同時(shí)紡前著色所用著色劑為溶劑染料,不含禁用結(jié)構(gòu)和成分,所用染料能夠承受300℃以上的高溫,紡絲過(guò)程中無(wú)任何氣體和廢水排放,對(duì)人體不造成傷害,染料利用率達(dá)100%。1.1技術(shù)的關(guān)鍵1.1.1國(guó)內(nèi)色母粒開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀色母粒是由顏料、分散劑和載體經(jīng)充分混合、熔融重新造粒而成。色母粒技術(shù)的核心在于顏料、分散劑和載體的相互兼容,關(guān)鍵在于:①提高顏料的分散性,目標(biāo)在于提高色母粒中顏料含量和著色效率;②著色劑的各項(xiàng)色牢度指標(biāo)好;③色母粒應(yīng)具有一定的粘度;④色母粒的一致性好。色母粒加工過(guò)程包括顏料及載體等的研磨、篩選、物料與各種添加劑的充分?jǐn)嚢杌旌?、造?在這4個(gè)步驟中尤以攪拌混合最關(guān)鍵,若混合不勻則紡絲時(shí)極易產(chǎn)生色差。我國(guó)對(duì)色母粒的研究開(kāi)發(fā)已有20多年的歷史,但由于相關(guān)原材料、技術(shù)水平等與國(guó)外存在著差距,進(jìn)展緩慢,國(guó)產(chǎn)色母粒產(chǎn)品結(jié)構(gòu)單一,品種不全,質(zhì)量低、通用型產(chǎn)品占很大比重。世界色母粒的生產(chǎn)集中在幾十個(gè)超級(jí)大公司,他們的顏料、分散劑等原材料品種齊全,已形成了系列化和專業(yè)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu),卡博特公司也壟斷了世界上30%黑色母粒的生產(chǎn),科萊恩公司、漢納公司、休門公司等壟斷世界上大部分色母粒的生產(chǎn)和銷售。色母粒未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)是朝多功能化、高顏色含量和高技術(shù)含量方向發(fā)展。高濃度色母粒用顏料的80%市場(chǎng)份額被國(guó)外跨國(guó)公司壟斷,色母粒中顏料含量越高,顏料愈難分散,對(duì)顏料的要求越高。分散劑在色母粒制備中起潤(rùn)濕和包覆顏料、輔助顏料在載體中進(jìn)行分散的作用,分散劑的微細(xì)化、高功能化和專用化是今后的發(fā)展方向。國(guó)外對(duì)分散劑的研究比較全面和深入,品種比較齊全?？迫R恩公司最近推出了一種新型顏料分散助劑——Ceridust系列微粉蠟,這種微粉臘特別適用于難分散的顏料及高檔有機(jī)顏料等的分散。目前,在歐美等國(guó)家色母粒顏料分散過(guò)程中已普遍使用這種微粉臘。國(guó)內(nèi)分散劑的品種則較少,常用的低相對(duì)分子質(zhì)量聚乙烯蠟是采用裂解法生產(chǎn),相對(duì)分子質(zhì)量分布寬、雜質(zhì)多、有異味,對(duì)顏料的分散效果差。隨著數(shù)字紡織技術(shù)的迅猛發(fā)展,通過(guò)電腦測(cè)色配色技術(shù),可制得色譜齊全、色澤均勻、色牢度好的色母粒。1.1.2司紡前添加系統(tǒng)色母粒注射設(shè)備目前主要使用的有以下幾種類型:一是以瑞士K-TRON公司為代表的T-21減量注射器,采用單位時(shí)間內(nèi)小料斗中色母粒重量逐步減少的計(jì)量法來(lái)控制母粒的加入量,熔融時(shí)與聚酯切片進(jìn)行混合;二是以天津愛(ài)尼機(jī)電公司為代表的轉(zhuǎn)盤注色機(jī),它是采用先通過(guò)計(jì)量盤對(duì)色母粒和聚酯切片進(jìn)行體積計(jì)量,在混合料斗里進(jìn)行第一次混合,熔融時(shí)再進(jìn)行第二次混合,是目前采用得比較多的方法;三是EMS(德國(guó)-瑞士)公司的紡前添加系統(tǒng),可添加母粒、粉末甚至液態(tài)染料,添加母粒時(shí)其主要特點(diǎn)是可對(duì)色母粒進(jìn)行熔融、計(jì)量和將其直接加入到紡絲箱體中。聚合物和添加劑的混合是在一個(gè)特殊的熔體混合泵進(jìn)行。在紡絲染色前直接加入添加劑,避免了色母粒在高溫區(qū)長(zhǎng)時(shí)間的停留,著色后的纖維顏色比較鮮艷,該技術(shù)是目前的先進(jìn)技術(shù);四是德國(guó)吉瑪公司在20世紀(jì)90年代推出在線色料混合添加裝置,它為直接紡生產(chǎn)工藝帶來(lái)紡前著色的可能性。色母粒注射技術(shù)的關(guān)鍵是色母粒計(jì)量準(zhǔn)確、色母粒與聚酯切片的均勻混合、設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定。1.1.3藝的設(shè)計(jì)的內(nèi)容紡前著色是將色母粒與本色切片干燥、精確計(jì)量,均勻混合、再經(jīng)熔融過(guò)濾,然后紡絲、拉伸、卷繞,生產(chǎn)工藝的設(shè)計(jì)要注意干燥后色母粒的含水率、色母粒不能結(jié)塊、色母粒在管路中不能搭橋,色母粒添加量的選擇、色母粒與本色切片混合的均勻性、熔融的均勻性,冷卻條件和拉伸的均勻性,另外還要注意開(kāi)停車、開(kāi)停位、切換預(yù)過(guò)濾器的生產(chǎn)管理等。紡前著色纖維的技術(shù)目前主要向著差別化纖維發(fā)展,如有色超細(xì)纖維、有色異形纖維。1.2紡織廢水的分類傳統(tǒng)的紡織工藝是“先紡后染”,纖維先輕紡紗、織布,由色織廠或印染廠染成各種需要的顏色,最終加工成紡織品和服裝品。染色是紡織產(chǎn)業(yè)鏈中污染最為嚴(yán)重的行業(yè),印染廢水占整個(gè)紡織行業(yè)生產(chǎn)廢水總量的80%,印染廢水水量大、成分復(fù)雜、色度深、堿度高、有機(jī)物含量大?！凹徢叭旧睙o(wú)廢水,基本可以達(dá)到廢水的零排放,具有明顯的優(yōu)勢(shì)。(1)使纖維均勻染色紡前著色方法無(wú)須要求纖維具有親和力(或結(jié)合力)即可使著色劑均勻分散在纖維中,使纖維均勻著色。特別對(duì)于結(jié)晶度高、分子鏈斂集緊密,且缺乏與染料分子直接結(jié)合的活性基團(tuán),使得染料分子不易進(jìn)入纖維內(nèi)部,造成染色困難的纖維,該方法是解決此類纖維染色困難的關(guān)鍵,而且紡前著色所用顏料具有一定的通用性。(2)染色布局和表面活性劑等聚酯纖維的紡前染色可致使染色均勻。在紡絲條件一定的情況下,顏料沿長(zhǎng)度方向均勻滲透于長(zhǎng)絲中。纖維結(jié)晶度等結(jié)構(gòu)差異不影響紡前染色的均勻性,而在浴染過(guò)程中由于纖維的生產(chǎn)和物理化學(xué)處理難以保證其內(nèi)部結(jié)構(gòu)晶區(qū)和無(wú)定型區(qū)的均勻分布,織物往往容易產(chǎn)生色差、色斑、色花等染色缺陷。因此,普通染色法的染色均勻性在3.5～4級(jí),而紡前染色無(wú)論批量大小,批與批之間也不會(huì)出現(xiàn)不能接受的色差,染色均勻性能達(dá)到4～4.5級(jí)。(3)染色纖維的染色從紡前著色纖維的結(jié)構(gòu)上看,著色劑與聚酯形成表里一致的均勻固溶體,因此著色纖維經(jīng)洗滌、日曬具有良好的染色牢度,絕大多數(shù)有色織物皂洗和摩擦牢度達(dá)到部頒標(biāo)準(zhǔn)4～5級(jí),日曬牢度大多數(shù)達(dá)到5級(jí)以上。(4)有利于突出織物風(fēng)格因有色纖維在紡織加工過(guò)程中不通過(guò)高溫高壓的染色工序,纖維的老化、并絲、損傷、收縮和變形現(xiàn)象大為減少,因此,縮短了生產(chǎn)周期,提高了產(chǎn)品質(zhì)量,同時(shí)為紡織加工提供了良好的條件,對(duì)突出織物風(fēng)格創(chuàng)造十分有利的條件。(5)織物染色工藝優(yōu)化除了在色母粒制造和紡絲時(shí)纖維顏色調(diào)整過(guò)程中存有少量顏料隨廢絲(料)損失外,在紡前著色纖維正常生產(chǎn)過(guò)程中,顏料利用率接近100%,當(dāng)干色含量接近2%時(shí),即可獲得深色,明顯優(yōu)于采用織物常規(guī)染色的染料利用率,且所用顏料價(jià)格便宜。普通染色工藝流程是白色坯布→前處理→高溫高壓染色→定型→打包。紡前著色只需在紡絲工廠增加1套小干燥、1套色母粒注射設(shè)備,可利用原有廠房空間,不需增加占地面積,直接使用有色絲加工織物的工藝流程:色織坯布→平幅水洗→定型→打包,因?yàn)楹?jiǎn)化了染色工藝,成本要比普通染色法降低55%以上,使得紡前著色在經(jīng)濟(jì)上頗具吸引力。(6)紡前脫色生產(chǎn)產(chǎn)生的廢水在常規(guī)染色中,每染1kg纖維織物,則要產(chǎn)生2～10kg以上的廢水,對(duì)環(huán)境污染較為嚴(yán)重。紡前著色生產(chǎn)過(guò)程中,除換色及清理設(shè)備時(shí)產(chǎn)生少量的廢料,以及為冷卻色母粒生產(chǎn)制備設(shè)備排掉少量冷卻水外,正常生產(chǎn)中不需要載體或熱水,所以它的生產(chǎn)過(guò)程幾乎沒(méi)有影響環(huán)境的廢水產(chǎn)生,生產(chǎn)過(guò)程環(huán)?；?。為此,紡前著色纖維可視為綠色纖維進(jìn)行推廣使用。1.3色母粒結(jié)構(gòu)單一、品種不全、質(zhì)量低紡前著色生產(chǎn)方式存在一定的不足,主要有顏色調(diào)整較為困難,配色需經(jīng)過(guò)染(顏)料色母粒加工、著色纖維加工、紡織加工、染整加工各環(huán)節(jié),且國(guó)內(nèi)色母粒結(jié)構(gòu)單一、品種不全、質(zhì)量低,影響紡前著色纖維的加工成本和加工質(zhì)量。例如,滌綸紡絲溫度高,應(yīng)選擇耐熱性高的染料。因此紡前著色的色譜調(diào)節(jié)不及一般染色法靈活,色澤上有一定的局限性,因此它還不能完全取代常規(guī)染色法;紡前著色由于加入了異類成分,纖維的強(qiáng)度比白絲降低4%左右,尤其在紡細(xì)旦絲生產(chǎn)中,設(shè)備清洗難,廢料難回收,不適宜小批量生產(chǎn)等。2發(fā)展趨勢(shì)2.1染色均勻度和堅(jiān)定度紡前染色技術(shù)目前主要應(yīng)用在生產(chǎn)專用品如汽車業(yè)、造船業(yè)、戶外應(yīng)用和土工布等方面,它在一切需要有高度染色均勻度和堅(jiān)牢度的領(lǐng)域中已占據(jù)了穩(wěn)固的地位,但在傳統(tǒng)紡織行業(yè)中的應(yīng)用還不多,隨著環(huán)境保護(hù)意識(shí)的不斷加強(qiáng)和技術(shù)水平的不斷提高,正在越來(lái)越顯現(xiàn)它的重要性,其應(yīng)用領(lǐng)域必將不斷拓寬。紡前著色纖維將由汽車內(nèi)飾發(fā)展到繡花線、縫紉線、服飾面料、產(chǎn)業(yè)用紡織品等多個(gè)領(lǐng)域。2.2采用電腦脫色技術(shù)色母粒技術(shù)正向著科學(xué)、環(huán)保、高效的方向發(fā)展。色母粒生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)充分利用色母粒專業(yè)委員會(huì)提供的信息,制訂行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),不斷創(chuàng)新,開(kāi)發(fā)多功能和高技術(shù)含量的色母粒產(chǎn)品,以滿足市場(chǎng)的需要。紡前著色技術(shù)今后可采用電腦配色技術(shù),實(shí)現(xiàn)色母粒切片熔融紡有色滌綸的多色配色效果,添加劑在紡絲染色前直接加入,可減少添加劑的熱應(yīng)力和停留時(shí)間,從而使色絲達(dá)到品種豐富、色譜齊全、色澤均勻、色牢度好、纖維著色鮮艷度好的效果?，F(xiàn)在的紡前著色都設(shè)計(jì)成大批量連續(xù)化的生產(chǎn)線,今后應(yīng)盡可能增加紡前著色纖維生產(chǎn)的靈活性。例如采用Maxflex體系,可以在不同的紡絲部位生產(chǎn)不同的產(chǎn)品,能經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)小規(guī)模高性能的紡前著色纖維。隨著紡織技術(shù)的發(fā)展,復(fù)合型面料越來(lái)越多,紡前著色企業(yè)應(yīng)加強(qiáng)技術(shù)研發(fā),提高有色纖維差別化能力,開(kāi)發(fā)紡前著色纖維的新品種,以滿足面料加工的要求。2.3對(duì)環(huán)境的影響2004年世界聚酯生產(chǎn)量達(dá)到38600kt,其中纖維24000kt,聚酯瓶11000kt,薄膜3600kt。由于聚酯的分子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性強(qiáng),不易降解,大量的廢棄聚酯纖維、瓶和薄膜已造成嚴(yán)重的白色污染。如果埋填,既占土地,又影響植物生長(zhǎng);如果焚燒,對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染,甚至可能產(chǎn)生致癌物;如果堆肥,它是很難生物降解的物質(zhì),所以將廢棄聚酯回收處理后作為滌綸紡織原料或用在工程塑料方面,實(shí)現(xiàn)廢棄聚酯的再生利用。廢棄聚酯經(jīng)過(guò)回收、破碎、除雜、清洗、烘干、熔融紡絲紡制成滌綸短纖維,用于生產(chǎn)有色紡織品、非織造布、玩具充填料及其它后道產(chǎn)品,這樣就從源頭上消除了白色污染,保護(hù)了生態(tài)環(huán)境,降低產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。3是解決紡前紡前染前行業(yè)發(fā)展中的突出問(wèn)題由于色織和針織行業(yè)較大的原料需求和色紡產(chǎn)品自身的成本、價(jià)格優(yōu)勢(shì)、環(huán)保特征等因素的綜合作用,紡前著色在色織行業(yè)有較大的發(fā)展空間,由于紡前著色纖維具有卓越的色牢度,工藝簡(jiǎn)單,節(jié)約能源,染色均勻性好,三廢少等優(yōu)點(diǎn);且隨著紡織科學(xué)生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展,紡前著色的色譜齊全,色澤鮮艷,也可用于小批量生產(chǎn),相信聚酯有色絲的清潔生產(chǎn)不但在工業(yè)類還將在民用類紡織品展現(xiàn)它美好的發(fā)展前景。在環(huán)境要求越來(lái)越高的今天,世界的水資源問(wèn)題日顯突出,紡前著色的污水零排放,對(duì)當(dāng)今環(huán)境保護(hù)和紡織業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重大意義。鑒于我國(guó)目前高檔次、高質(zhì)量的纖維母粒生產(chǎn)企業(yè)少,色澤艷麗、技術(shù)指標(biāo)要求高的色母粒的生產(chǎn)還有一定困難;紡絲企業(yè)的技術(shù)人員對(duì)染色色澤、色光控制、消光劑對(duì)色澤的影響等染色技術(shù)涉及不多,高檔紡織品用紡前著色的質(zhì)量控制技術(shù)還不成熟;