聚酯纖維紡前著色技術(shù)的工藝特點及其環(huán)保作用

聚酯纖維紡前著色技術(shù)的工藝特點及其環(huán)保作用

聚酯纖維具有斷裂強度高、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。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,因此,常規(guī)聚酯纖維在常溫常壓下無法進行染色,導致染色設備要求高、投資多、三廢處理麻煩等問題。因此,采用節(jié)能、環(huán)保的著色技術(shù),對促進聚酯纖維的可持續(xù)發(fā)展至關(guān)重要。聚酯纖維紡前著色具有工藝簡單、牢度好、無三廢污染等優(yōu)點,尤其適用于大批量生產(chǎn)及開發(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,不再需要通過印染處理,消除了紡織產(chǎn)品生產(chǎn)鏈中印染廢水對環(huán)境的影響,是紡織行業(yè)的一項清潔生產(chǎn)技術(shù),將對保護環(huán)境產(chǎn)生積極的作用。我國從20世紀80年代初期開始引進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用。近年來,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,在環(huán)境保護要求日益嚴格的今天更具有現(xiàn)實的使用價值,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壓力下進行,經(jīng)過懸浮,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,三廢污染嚴重,而且在高溫染色時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。紡前著色是指在聚合過程中或聚合后,在紡絲以前通過加入染料制得有色纖維及長絲的生產(chǎn)工藝。在聚合物溶液中加入有色的無機和有機顏料或染料擠壓紡長絲染色的方法,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。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,紡絲過程中無任何氣體和廢水排放,對人體不造成傷害,染料利用率達100%。1.1技術(shù)的關(guān)鍵1.1.1國內(nèi)色母粒開發(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,目標在于提高色母粒中顏料含量和著色效率;②著色劑的各項色牢度指標好;③色母粒應具有一定的粘度;④色母粒的一致性好。色母粒加工過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攪拌混合、造粒,在這4個步驟中尤以攪拌混合最關(guān)鍵,若混合不勻則紡絲時極易產(chǎn)生色差。我國對色母粒的研究開發(fā)已有20多年的歷史,但由于相關(guān)原材料、技術(shù)水平等與國外存在著差距,進展緩慢,國產(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)集中在幾十個超級大公司,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。色母粒未來的發(fā)展趨勢是朝多功能化、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%市場份額被國外跨國公司壟斷,色母粒中顏料含量越高,顏料愈難分散,對顏料的要求越高。分散劑在色母粒制備中起潤濕和包覆顏料、輔助顏料在載體中進行分散的作用,分散劑的微細化、高功能化和專用化是今后的發(fā)展方向。國外對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顏料等的分散。目前,在歐美等國家色母粒顏料分散過程中已普遍使用這種微粉臘。國內(nèi)分散劑的品種則較少,常用的低相對分子質(zhì)量聚乙烯蠟是采用裂解法生產(chǎn),相對分子質(zhì)量分布寬、雜質(zhì)多、有異味,對顏料的分散效果差。隨著數(shù)字紡織技術(shù)的迅猛發(fā)展,通過電腦測色配色技術(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,采用單位時間內(nèi)小料斗中色母粒重量逐步減少的計量法來控制母粒的加入量,熔融時與聚酯切片進行混合;二是以天津愛尼機電公司為代表的轉(zhuǎn)盤注色機,它是采用先通過計量盤對色母粒和聚酯切片進行體積計量,在混合料斗里進行第一次混合,熔融時再進行第二次混合,是目前采用得比較多的方法;三是EMS(德國-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,添加母粒時其主要特點是可對色母粒進行熔融、計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特殊的熔體混合泵進行。在紡絲染色前直接加入添加劑,避免了色母粒在高溫區(qū)長時間的停留,著色后的纖維顏色比較鮮艷,該技術(shù)是目前的先進技術(shù);四是德國吉瑪公司在20世紀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)鍵是色母粒計量準確、色母粒與聚酯切片的均勻混合、設備運行穩(wěn)定。1.1.3藝的設計的內(nèi)容紡前著色是將色母粒與本色切片干燥、精確計量,均勻混合、再經(jīng)熔融過濾,然后紡絲、拉伸、卷繞,生產(chǎn)工藝的設計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,另外還要注意開停車、開停位、切換預過濾器的生產(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)鏈中污染最為嚴重的行業(yè),印染廢水占整個紡織行業(yè)生產(chǎn)廢水總量的80%,印染廢水水量大、成分復雜、色度深、堿度高、有機物含量大?！凹徢叭旧睙o廢水,基本可以達到廢水的零排放,具有明顯的優(yōu)勢。(1)使纖維均勻染色紡前著色方法無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,使得染料分子不易進入纖維內(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,顏料沿長度方向均勻滲透于長絲中。纖維結(jié)晶度等結(jié)構(gòu)差異不影響紡前染色的均勻性,而在浴染過程中由于纖維的生產(chǎn)和物理化學處理難以保證其內(nèi)部結(jié)構(gòu)晶區(qū)和無定型區(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,而紡前染色無論批量大小,批與批之間也不會出現(xiàn)不能接受的色差,染色均勻性能達到4～4.5級。(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到部頒標準4～5級,日曬牢度大多數(shù)達到5級以上。(4)有利于突出織物風格因有色纖維在紡織加工過程中不通過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,同時為紡織加工提供了良好的條件,對突出織物風格創(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纖維顏色調(diào)整過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)過程中,顏料利用率接近100%,當干色含量接近2%時,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,因為簡化了染色工藝,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,對環(huán)境污染較為嚴重。紡前著色生產(chǎn)過程中,除換色及清理設備時產(chǎn)生少量的廢料,以及為冷卻色母粒生產(chǎn)制備設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)過程幾乎沒有影響環(huán)境的廢水產(chǎn)生,生產(chǎn)過程環(huán)?；?。為此,紡前著色纖維可視為綠色纖維進行推廣使用。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,纖維的強度比白絲降低4%左右,尤其在紡細旦絲生產(chǎn)中,設備清洗難,廢料難回收,不適宜小批量生產(chǎn)等。2發(fā)展趨勢2.1染色均勻度和堅定度紡前染色技術(shù)目前主要應用在生產(chǎn)專用品如汽車業(yè)、造船業(yè)、戶外應用和土工布等方面,它在一切需要有高度染色均勻度和堅牢度的領(lǐng)域中已占據(jù)了穩(wěn)固的地位,但在傳統(tǒng)紡織行業(yè)中的應用還不多,隨著環(huán)境保護意識的不斷加強和技術(shù)水平的不斷提高,正在越來越顯現(xiàn)它的重要性,其應用領(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、環(huán)保、高效的方向發(fā)展。色母粒生產(chǎn)企業(yè)應充分利用色母粒專業(yè)委員會提供的信息,制訂行業(yè)標準,不斷創(chuàng)新,開發(fā)多功能和高技術(shù)含量的色母粒產(chǎn)品,以滿足市場的需要。紡前著色技術(shù)今后可采用電腦配色技術(shù),實現(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力和停留時間,從而使色絲達到品種豐富、色譜齊全、色澤均勻、色牢度好、纖維著色鮮艷度好的效果。現(xiàn)在的紡前著色都設計成大批量連續(xù)化的生產(chǎn)線,今后應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,復合型面料越來越多,紡前著色企業(yè)應加強技術(shù)研發(fā),提高有色纖維差別化能力,開發(fā)紡前著色纖維的新品種,以滿足面料加工的要求。2.3對環(huán)境的影響2004年世界聚酯生產(chǎn)量達到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,不易降解,大量的廢棄聚酯纖維、瓶和薄膜已造成嚴重的白色污染。如果埋填,既占土地,又影響植物生長;如果焚燒,對環(huán)境造成嚴重污染,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,實現(xiàn)廢棄聚酯的再生利用。廢棄聚酯經(jīng)過回收、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、價格優(yōu)勢、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,工藝簡單,節(jié)約能源,染色均勻性好,三廢少等優(yōu)點;且隨著紡織科學生產(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)境要求越來越高的今天,世界的水資源問題日顯突出,紡前著色的污水零排放,對當今環(huán)境保護和紡織業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重大意義。鑒于我國目前高檔次、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)人員對染色色澤、色光控制、消光劑對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;