着色技术与其产品现状

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本文作者：余晓华杨蕴敏作者单位：常州纺织服装职业技术学院

熔融纺纤维的纺前着色

熔融纺纤维主要指聚酰胺、聚酯和聚丙烯纤维等。一般熔融纺纤维纺前着色的工艺流程如图1所示。一直以来，影响熔融纺纤维纺前着色技术发展进程的关键主要在于化纤母粒生产技术及母粒注射、混合技术。

1色母粒生产技术

熔纺纤维纺前着色技术规模化发展的关键是色母粒生产技术的发展和成熟。现阶段，全球色母粒市场体系基本呈垄断经营状态，其生产集中于几个超级大公司中。例如垄断世界炭黑生产的超级大公司卡博特也垄断了全球30%黑色母粒的生产；其他主要色母粒生产商还包括Clarian（t科莱恩）、汉纳、休门等。而国内色母粒生产企业则主要集中在广东、江苏、浙江、上海、山东等地。目前，国内的色母粒企业也已开始走出小规模、低产能的生产方式，逐渐向大型化、规模化发展。目前以聚乳酸为载体的色母粒也已开发出来，这为聚乳酸纤维的纺前着色提供了可能。颜（染）料品质高低决定色母粒品质档次。国产颜（染）料可达到国外中档颜（染）料水平，但与国外高档产品相比，其在产品纯度，特别在颜（染）料表面处理上还有一定差距。目前国内彩色颜（染）料、钛白粉和炭黑，都有了较高品质的产品，基本能够满足色母粒的要求；国内白色母粒中颜料含量一般也能达到70%。目前全球80%的高浓度色母粒用颜料市场被国外公司占领。颜（染）料的发展方向是研制环保的着色力高、分散性能好的无机颜（染）料和稳定性更好的有机颜（染）料。美国SunChemical公司推出一种类似于颜料分散体的产品——色砂，色砂中颜料含量最高可达90%，分散效果好，可直接使用，也可以与树脂混合制备高浓度的色母粒。色母粒加工技术的核心在于颜（染）料、载体和分散剂的相互兼容，关键在于：提高颜（染）料的分散性，提高色母粒中颜（染）料含量和着色效率，提高颜（染）料的高效、微细化、无毒和稳定性；颜（染）料的各项色牢度指标优良；色母粒应具有一定的粘度；色母粒的一致性优良。其发展趋势是开发高浓度、颜色鲜艳、色谱齐全、色泽均匀、色牢度好的着色母粒和多功能母粒，如阻燃、抗静电、抗菌、保温、导电母粒等。随着数字纺织技术的迅猛发展，通过电脑测配色和色母粒复配技术，可实现色母粒多色系无限彩配色效果。

2色母粒注射、混合技术

色母粒注入是将不同的料以不同的百分比、系数和密度注入到不同的螺杆挤压机中，然后以不同的速度和压力将不同的量挤入计量泵中，从而纺出不同规格品种的纤维。在这一过程中，最容易出现的问题就是纤维着色不匀、产生色差，尤其是当色母粒的添加量越小，计量、混合越不均匀，纤维就越易产生色差，在纺浅色时更是明显。因此，通过对色母粒的注射、混合设备进行改善，就可有效改善色母粒与高分子聚合物的共混性，减少色丝的色差。色母粒注射、混合工艺的关键是根据产品的要求进行色母粒准确计量、色母粒与高分子聚合物的均匀混合以及设备的稳定运行。色母粒注射、混合设备的发展推动了纤维纺前着色技术的装备水平，大大提高了生产效率。（1）人工添加目前在一些产量较小、产品要求较低的非织造布和短纤维企业，色母粒注入仍采用人工计量的方式，偏差较大，导致产品与预期效果有较大差异，产品品质较低。（2）瑞士K-TRON公司等的T-21减量注射器采用单位时间内小料斗中色母粒重量逐步减少的计量法来控制母粒的加入量，计量单元直接安装在挤压机的进料口上，在进入挤压过程的前一刻，色母粒进入并与聚合物切片进行混合。该方法属于重量计量型，在低用量时准确度较高，可满足有色短纤维和普通有色长长丝纺前着色要求。（3）小螺杆注射器使用程控小螺杆挤压机将色母粒干燥后精确计量并连续注入大螺杆挤压机入料口中心，使色母粒与聚合物切片混合，连续进入螺杆挤压区，在螺杆挤压熔融过程中充分混合均匀。该项技术需要注意以下几点：一是色母粒从小螺杆输至大螺杆时通道要畅通，防止粘连；二是若大螺杆的输出量发生变化，小螺杆的输出量要作同步调整，才能保证色母粒的加入比例。该装置属于体积计量，装置制造成本低，可满足有色短纤维和普通有色长丝的纺前着色要求，产品可用于有色缝纫线、非织造布、色织物等中。（4）天津爱尼公司等的转盘式注射器采用计量盘分别对色母粒和聚合物切片进行体积计量，在下面的小料仓进行初步的搅拌混合，然后再一同进入螺杆挤压机混合和熔融。该装置由于增加了一道混合工序，使色母粒和聚合物的混合均匀性提高，从而可获得更好的染色均匀性。该装置可用于着色均匀性要求较高的有色长丝的生产。生产过程中需要注意计量盘规格的选择，不能用纺色母粒添加比例大的计量盘纺添加比例比较小的纤维，反之也不要用纺色母粒添加比例小的计量盘纺添加比例比较大的纤维，否则会造成色差。（5）EMS公司的纺前添加系统该系统可添加母粒、粉末甚至液态染料，其中在添加母粒时可对色母粒进行熔融、计量并将其直接加入到纺丝箱体中。聚合物和添加剂的混合是在一个特殊的熔体混合泵中发生的。在纺丝染色前直接加入添加剂，避免了色母粒在高温区长时间的停留，着色后的纤维颜色比较鲜艳。该设备价格相对昂贵，生产出的有色长丝着色均匀性较好、色牢度高、可织造性能高，其产品织物耐磨性好、强度高，产品可用于高附加值的汽车内饰和着色均匀要求较高的军需产品等中。（6）德国吉玛公司的在线色料混合添加装置德国吉玛公司在20世纪90年代推出在线色料混合添加装置，该装置是将输出的熔体与精确计量的色料粉末添加剂按比例喂入，通过动态混合设备均匀混合，然后再注射到管线上，熔体经静态混合器进行两次混合后，直接纺丝。该装置为直纺生产工艺带来了纺前着色的可能性。

3纺前着色产品及其应用领域

有色聚酯短纤维可用于针刺、水刺、化学粘合法的非织造布中，其产品广泛用于过滤材料、电池隔膜材料、电器的隔热材料、土工材料等。有色聚酯短纤维也可纺成纱线，做成织物，应用于服装、装饰产品中。有色聚酯长丝可用于色织产品，包括服装（如军衣、军裤）、装饰（如窗帘、汽车内饰）、产业用（如蓬盖布、汽车安全气囊、土工布）等；或制成有色缝纫线（如皮革、制鞋业和绣花用）、工业用网绳和线带；也可作为体育器材材料等。有色聚酰胺纤维具有较好的防沾污性，并经得起化学剂清洗而不褪色，可用于汽车簇绒地毯、安全带、充气安全袋、降落伞材料、体育器材材料等。聚丙烯染色极困难，只能采用纺前着色的方法进行着色。有色聚丙烯短纤维可应用于服装、床上用品、地毯等，有色聚丙烯长丝可应用于包装材料、过滤布、工作服、水龙带等，有色聚丙烯纺粘非织造布产品可应用于医疗领域的一次性手术服和手术帽、非织造布袋、过滤材料等。熔融纺纤维的纺前着色产品开发趋势是开发功能性有色纤维（如抗静电有色、阻燃有色、高吸湿有色、抗菌有色）、超细有色、有色聚乳酸纤维、有色再生纤维等。

溶液纺纤维的纺前着色

溶液纺纤维的纺前着色是将固体颜（染）料混入聚合物溶液中，经纺丝和后处理而制成有色纤维，一般工艺流程如图2所示。溶液纺纤维纺前着色的优点是具有优良的耐光和耐气候的色牢度，但也存在着明显的缺点：（1）有色原液需经脱泡、过滤后方可纺丝，污染纺丝系统，更换颜色需进行很好的清洁，花费人力和成本，不适合小批量生产；（2）颜（染）料对溶液中溶剂的稳定性要好，且在溶液中的分散性要好，目前符合要求的颜（染）料种类较少；（3）颜色不够鲜艳、色谱不齐全。近年来国外溶液纺纤维的纺前着色采用原液着色专用剂先制成浓缩母粒（即色母粒），再在纺丝时按一定比例加入，或者在接近纺丝时加入色母粒，缩短有色原液行程，可减少污染，缩短色种变换时间。目前多色系的有色腈纶已得到开发，其应用领域包括绒线、地毯、人造毛皮、野营帐篷、遮阳篷布、车篷、旗帜、户外用品等。有色维纶可与棉花混纺制成服装，也可制成针织内衣、床上用品、装饰用布、工作服、鱼网等。氯纶染深色极困难，纺前着色为其提供了一条很好的着色途径。氯纶本身具有很好的化学稳定性、阻燃性和保暖性，但不耐热。有色氯纶主要应用于耐化学药剂工作服，过滤布，防燃沙、床垫布等室内装饰用品，保暖絮填材料等。间位芳香族聚酰胺纤维（芳纶1313）染色困难，可采用纺前着色。有色芳纶1313主要用于制作阻燃隔热防护服和阻燃装饰布等。溶液纺纤维的纺前着色产品开发趋势是高性能有色纤维、有色再生纤维素纤维等的开发，并丰富有色溶液纺纤维的产品色系。

纺前着色技术由于生产过程中“三废”少、成本低，产品着色均匀、色牢度高等越来越受青睐。纺前着色技术的发展关键在于：一是高品质、分散性好、多色系、环保的颜（染）料；二是高浓度、颜色鲜艳、色谱齐全、色泽均匀的着色母粒和多功能色母粒（如阻燃、抗静电、抗菌、保温、导电母粒）；三是颜（染）料或色母粒与聚合物均匀混合；四是要依据产品机械性能、耐光性能、着色均匀性和生产成本的要求选择不同品质的颜（染）料、色母粒和混合设备，并注意生产工艺和条件的控制，生产出适合不同领域产品要求的多色系有色纤维。在环保要求越来越高的当前，国内的颜料、色母粒、色母粒注射设备生产企业和纤维生产商均面临着很大的发展机遇和挑战。建议相关企业积极利用国内科研院所的研发平台，加强国内纺前着色技术的一条龙研究开发，开发出高品质颜料、新型分散剂、高浓度的彩色母粒和功能母粒，并进行有色纤维的差别化、系列化、品牌化开发，提升整个产业的综合实力和国际影响力。