色纱技术工艺发展趋势分析

第一节 产品技术发展现状

对近代发展最快染色技术介绍于下：

1、新纤维和多组分纤维纺织品染色

随着人们生活质量不断提高，也随着现代新材料的不断开发，新型纤维出现愈来愈快，品种愈来愈多，仅从我国生产的化纤来看，目前已有275大类之多。已经大量商品化的新合成纤维包括超细、PLA、PTT和PDT和相关的异形、差别化纤维等；新再生纤维包括Lyocell、竹原纤维等，以及各种多组分化学纤维，包括大豆蛋白、蚕蛹蛋白和牛奶蛋白纤维等。

纺织品的组成和组织结构也日新月异，特别是多种纤维的混纺、交织和复合纺织品愈来愈多。在这方面，目前我国和世界先进水平还存在较大差距，例如从最近统计的国内出口面料平均纤维组分仅为1.3种，而同时进口的国外面料平均纤维组分则为5.6种，个别面料多达7~8种纤维。

正在开发的新纤维还有许多，包括各种转基因纤维。

纤维和纺织品的“新”和“多”对纺织品染色提出了新的要求，要求有新的染色技术相适应。它们染色特点之一是为适应“新”特性，需要选用新的染料和采用新的工艺，例如涤纶超细纤维染色的分散染料，要求显色性、匀染性和色牢度特别好，配套的助剂和升温工艺也与常规纤维不同，其它新纤维染色适用的染料也都有新的要求，为此近年来国内外染料生产公司通过筛选和研发，有各种系列专用染料供应。特点之二是为了适应“多”组成，使多种组分都能染上颜色，而且不同组分间的同色性要好。因此，近年来开发了多种染料分浴或同浴染色的染料和工艺，例如分散/活性染料染色、分散/酸性染料染色、活性/酸性染料染色，以及分散/阳离子染料染色等，以适用于涤纶与纤维素纤维、锦纶和腈纶；纤维素纤维与锦纶、羊毛和蚕丝，以及它们与氨纶的多组分纤维纺织品染色，染色工艺有两浴法、一浴两步法和一浴法等。

为了简化工艺节水节能，各大公司和一些 研究 单位还在 研究 用单种染料染多种组分的染料和染色工艺，这包括用单种分散染料染涤纶和羊毛，锦纶及蚕丝；用单种活性染料染纤维素纤维和羊毛、蚕丝和锦纶，也包括含多种组分的蚕蛹蛋白纤维、大豆白纤维等。近年来还在开发分散-活性、分散-阳离子-活性染料，以便适用于染多种组分。我们 研究 证明，在专用助剂存在时，分散染料可以充分上染羊毛、蚕丝、锦纶和氨纶[4，5]，因而可以一浴染多种纤维的纺织品。

无论是用两种染料同浴染色，或是一种染料染多种组分，为了使染料对多种组分均衡上染，提高同色性和包牢度，需要制定新的染色工艺，特别是控制升温程序和调节染浴中的PH值，目前已有许多控制PH值的助剂供应，大多数是利用升温过程使PH值从碱性滑向中性和酸性，也有反向滑动的，这对PH值敏感的纤维和染料染色非常有效，不仅减少纤维和染料的损伤，还可以提高上染率、同色性、匀染性和色牢度。我们利用此原理，使活性染料与酸性染料可以同浴染棉/锦织物，并利用其水解染料具有酸性染料的性能，在酸性介质可上染锦纶，充分利用染料，并减少了污水中的水解染料［6］。

2、新染料、助剂和设备

为了适应染色需要，近年来新染料和助剂不断涌现，新染料和助剂的开发主要为了适应以下一些要求：

（1）替代禁用染料和助剂，开发环境友好的染料和助剂；

（2）适应新纤维和多组分纺织品染色的需要；

（3）适应新工艺、新设备加工的需要；

4）适应高效、节水、节能加工的需要。

虽然各类染料和助剂都有了明显的发展，但发展最快和最重要的仍是活性和分散染料及相关助剂。

活性染料的开发包括新的发色体、活性基及其在分子中的组合、连接基和不同染料的拼混，此外，商品染料的后加工也有了很大提高，新的活性染料性能主要表现在：

（1）高发色强度、高直接性和固色性；

（2）高牢度，包括耐晒、摩擦、汗光、耐氯和皂洗牢度等；

（3）低盐、低碱或中性染色和固色；

（4）环境友好，不含有害的芳胺，重金属和甲醛等物质；

（5）匀染性、重现性和配伍性好。

必须强调的是，在这些改进中，开发多活性基，包括相同和相异的多活性基染料最为突出，不仅已有一大批双活性基染料问世，还开发了三或四活性基染料，这样可以大大提高活性染料的固色率和湿牢度。通常活性染料的母体结构是酸性染料，直接性不高，为了提高直接性，使活性染料分子线形结构特牲增强，少数芳环共平面性也很强，这些染料有较高的直接性。

除了纤维素纤维用活性染料外，还开发了不少毛用活性染料。

前面已经指出，一些新纤维和多组分纤维，例如蚕蛹蛋白纤维和竹纤维非常适合用活性染料染色，我国技术人员对此作了筛选，使活性染料对这些纤维有很好的效果。

分散染料也是近年来发展的重点之一，也出现了不少新品种，它们有的具有新的特别是一些新杂环结构发色体，有的在剂型上有了改进，使分散染料具有高上染率，深染性或提升性和高牢度，包括水洗、摩擦、耐热迁移和沾色牢度。

同理，新开发的分散染料是环保型的，不含有害芳胺、重金属等物质。为了适应碱性染色或与活性染料一浴染色，开发了一批耐碱性强的分散染料。

为了适应超细涤伦、PLA、PTT和PDT新纤维染色开发了一系列新的分散染料。适合超细涤纶染色的分散染料显色性和提升性要好，匀染性、色牢度和重现性也好，各公司都有系列染料供应，适合PLA纤维染色的分散染料应具有染色温度低、上染率和提升性好，此外，还特别要求耐光和湿牢度好。适合PTT和PDT纤维染色的染料。为了适应超临界CO2流体染色，含氨纶纺织品染色和喷墨印花，也开发了或正在开发专用分散染料。

除了开发新的活性和分散染料外，为适应多组分纤维纺织品或新工艺染色，正在开发可染多种纤维的复合性染料，例如，分散-活性染料，分散-阳离子-活性染料等，不过它们目前还未能大量工业化生产和应用。

新的染色设备主要表现在缩短染色时间，减小浴比，例如降到3：1，甚至更低，降低化学品、水、能量消耗，提高自动化程度以求减少劳动力，甚至达到全自动控制，应用最多的喷射染色机采用气流喷射后，不仅减少了水耗，还可以大大提高能量转换、降低织物在湍流液体中的摩擦力，新设备还可在加料、升温、控时和在线监测等方面高度自动控制，使从小样到大样生产的误并得到控制，做到“一次正确”染色和“受控”染色。

第二节 产品工艺特点或流程

1、产品工艺流程

传统的纺纱、彷不工艺，由粗纱到络纱要经过十七道工序，即粗纱→细纱→摇纱→挂纱→常压煮练→热水洗→冷水洗→漂白→水洗→酸洗←水洗→去氯→水洗→脱水→开纱→干燥→成捆→络纱。

而现在各色布、色纱生产厂普遍是先对粗纱进行煮练、漂白和染色等处理，然后再进行细纱湿纺，即粗纱→装纱→高温高压煮练→热水洗→漂白→水洗→柔软处理→粗纱筒子染色→水洗→细纱湿纺→干燥→络纱，这样由粗纱到络筒只要经过7～11道工序，大大缩短了加工过程。

2、以亚麻针织色纱生产的工艺为例 分析 色布、色纱工艺流程

1）煮漂

由于染色时要求粗纱中木质素、脂蜡、无机盐的含量要低，不应含有Cl-等不利于染色而影响色光的离子，而且纤维要有较高的白度值，这对于染浅色尤为重要。所以，亚麻纤维中的木质素、果胶质、半纤维和麻皮等杂质，需在煮漂时尽可能地除去。对于这些杂质的去除，首先要加强煮练工艺，这样才能在漂白时有效地除去。粗纱的漂白必须在煮练的基础上进行，但煮练的浓度与时间等参数，可不同于单纯的粗纱煮练。因此，粗纱的漂白必须先按工艺要求进行煮练后，减去锅中的压力，在进行完一次热水洗后，即换上漂白溶液，按工艺处理完后，根据所用的漂白剂（如漂白粉、亚氯酸钠、双氧水等），再决定不同的后处理工艺。在加工过程中，还应保证纤维不受或少受损伤，保持纤维具有一定的长度，考虑以上因素，粗纱煮漂采用亚氧漂工艺，这种工艺是先经亚漂后再经氧漂。此方法同其它煮漂工艺相比，具有去除木质素和杂质的效果好、白度高、纤维长等特点。

（1）工艺流程及配方

煮漂工艺条件的制定，配方中各种化学药剂的用量，要依粗纱的理化指标，纺纱支数，后道染色工序的深浅而灵活掌握。并且考虑染色时的脱胶作用，工艺上因长短麻理化指标上的差异，方法也应有别，以免使工艺纤维变得太短。煮漂工艺流程可采用如下过程：粗纱→酸洗→亚漂→中和去氯→氧漂→水洗→煮漂粗纱

A酸洗酸洗中硫酸浓度一般为1.5～1.7g/L，渗透剂（三聚磷酸纳）0.4～0.5g/L，温度为常温，时间是10min，酸洗后可不必经过水洗。

B亚漂亚漂最适宜的酸度是pH值在4.0～4.5之间，在此酸度条件下，纤维的强度、脱胶和除杂效果最优，pH值高，纤维损伤大，pH值低，在强酸条件下，会使ClO2产生速率过快，造成浪费，环境污染也较严重。生产中可采用亚氯酸纳2.2g/L，硝酸钠3g/L，醋酸2.5～2.7g/L，温度45℃，时间30min。

C中和去氯采用NaOH中和，直至NaOH的剩余浓度在0.1～0.2g/L,再用亚硫酸纳（NaSO3）去氯，直至没有有效氯存在。

D氧漂在氧漂时就纤维的强力、白度、脱胶、脱氯效果、双氧水（H2O2）的利用率上来讲，pH值应控制在9～10之间。生产中硫酸镁0.1～0.2g/L，三聚磷酸钠0.4～0.5g/L，NaOH浓度1.8～2.0g/L，Na2CO3浓度22～23g/L，Na2SiO3浓度14～15g/L,H2O2浓度1.0～1.1g/L，使溶液总碱度为12～13g/L。升温时间30min，达95～98℃时保持60min。

F水洗热水和冷水各洗一次，每次10～15min。

第三节 国内外技术未来发展趋势 分析

近年来随着纤维、染料和助剂化学品的发展，也随着设备和计算机的发展和应用，染色技术也有了很大进步，特别表现在加工坚牢、环保的产品，提高加工效率，降低能耗，节约染化料，改善生态环境的一些新工艺。

染色用的染料以活性和分散染料最重要，因此，许多染色新工艺也是属这两类染料。此外，其它染料，包括还原，硫化染料的染色新工艺也有出现。

1、活性染料染色

活性染料不仅用于染纤维素纤维纺织品，也开发用于蛋白质纤维和一些合成纤维，例如锦纶，还用于多组分纤维及其纺织品，例如蚕蛹蛋白和大豆蛋白纤维和各种混纺、交织物。

1）受控染色

近年来一些染料生产公司，生产了许多配伍性能良好的活性染料，并应用染色特征值表示各染料的染色性能，供应用厂家选用，最重要的染色特征值有S、E、M1或LDF、T50或R和F值，它们分别表示活性染料浸染时第一次、第二次的上染率，移染或匀染性、固色速率和最后固色率，这些特征值反映了染料的直接性、移染性、固色速率和固色准备就绪等性能。当然，这些特征值是在一定染色条件下得到的，染色条件和工艺变化，它们会变化，但用推荐的染色工艺染棉纤维，这些特征值相近时，各染料有良好的配伍性或配伍因子RCM（ReactivedyeCompatibilityMatrix）。

各染料公司生产的染料，染色特征值相同或相近时，有很好的染色效果，这些染料包括ProcionH-EXL、ProcionXLRemazolRR、IntracronCDX和SumifixHF等。

应用上述染料，结合应用电脑技术，建立严格的染色监测系统和质量控制和修正系统后，就可以进行受控染色，大大提高染色一次成功率（RFT），降低成本，提高效率，减少污水，节约染化料和能源[8]。

2）湿短蒸染色

活性染料轧染工艺有多种，最常见的是轧-烘-蒸工艺，此工艺常需用尿素，带来不少环保问题。此外，染料泳移，染料固色率低和耗能高也影响它的应用。根据此工艺染料上染、固着与织物的湿度及含水率存在紧密关系，特别是织物经过浸轧，烘干后，进入蒸箱时，升温快，并会发生过热（即超过蒸汽温度）的现象，大大降低了染料的上染速度，降低了固色率，透染和匀染性也不高，为此近年来开发了多种加热载体的湿短蒸工艺。

通常干织物进入蒸箱，即使是饱和蒸汽蒸箱，也会出现以下四个过程，即预热升温-过热-降温-与蒸汽温度平衡。第一阶段预热升温是通过和蒸汽发生汽热交换，当达到蒸汽温度（100℃）后，不仅由于水分子与纤维素分子发生化学吸附（氢键）放热，迅速使织物过热，这样减少了纤维溶胀和染料的溶解，并加快了染料的水解，对活性染料上染和固色极为不利。湿布进入蒸箱不仅可以延缓升温速度，使纤维保持较多的水分，并可防止发生过热现象，有利于染料上染和固色，只要织物含温率控制适应还可减少染料水解。当然，织物带水量过多，不但升温太慢，水解速度反而会加快，对棉织物来说，含水率25-30%较合适。

近年来开发的湿短蒸工艺，虽然设备不同，但都是湿蒸，特别是通过电脑进行严格精确的控制，使温度和染料的上染和固着速度相适应，可以达到最佳的上染和固色，例如Monforts和BASF联合开发的Econtrol的轧染湿蒸联合机，不仅可适用于机织物，也可适用于针织物的湿短蒸染色加工。国产也有类似的设备，并对染色工艺进行了 研究 。

应用这种工艺的最大特点是流程短，固色率高，节能和化学品，可以不用尿素，减少了污染，匀染和透染性也好，由于这种工艺需精确调节温度和湿度，这两个参数又是相关的，并直接影响染料的上染（扩散）和固色速度，因此对设备要求高，对不同的染料（反应性和扩散速度）、纤维（吸湿性、微结构）和染色深度（染料浓度和提升性），染色条件应不同。虽然可以不用尿素，但并不是说，助剂对它不起作用，适当的助剂可以提高固色率，或降低固色温度，减少碱剂用量，我们研发的中性固色剂NF原来是为了分散/活性染料中性一浴固色用的，配套助剂是双氰胺，固色温度为200-210℃。一些单位将它应用于湿短蒸染色，由于湿短蒸工艺固色温度相对较低，织物含湿率较高（25-30%），应用这只助剂虽然有一定的效果，但不是非常理想。应该研发对应的染色助剂，对不同类别的活性染料和织物，染色工艺也应不同，这些都有待今后继续 研究 。

3）交联染色

交联染色原主要针对一些不能和纤维发生共价键结合的染料，例如直接染料，应用交联剂，将它们交联结合在纤维上的染色工艺。

近年来，为了提高活性染料的固色程度和染色牢度，也 研究 了不少交联剂和交联染色工艺，我们对此也作了一些 研究 。交联染色实际上就是利用交联剂，在活性染料染色过程中，将水解染料交联固着在纤维上。活性染料的水解染料的数量有时可高达30-40%，不仅降低了染料利用率，还降低了染色牢度，也增加了污染，基于水解染料都含有水解后产生的羟基，而母体结构和活性染料完全一样，染色时也同时上染吸附在纤维上，所以用交联剂将它们固着在纤维上后，色光和活性染料完全一样，牢度也很好，活性染料染构用的交联剂实际上是一些不含发色体的“活性染料”，含有两个以上的活性基，性能和活性染料近似，应用工艺也完全一样。

应用交联剂后，可以将大部分水解染料固着在纤维上，湿摩擦牢度可提高1级左右，这是近年来 研究 的一种新的活性染料染色工艺，有关它的详细知识，我们将另有专文介绍。

2、其它类染料染色

近年来，其它类染料染色也有进展，其中尤以电化学还原染色受到大家的注意，传统还原或硫化染料染色都是用化学还原剂对染料还原，例如用保险粉，工业生产会产生大量废水，生产成本也不断上升，很早以前人们就设想通过电化学使染料直接从电极获得电子，还原成隐色体后进行染色，而不用还原剂，这样无污染问题。在上世纪60年代初我们就曾在熔态金属机上，以熔态金属作为电极，使还原染料母体还原成可溶性的隐色体，并在熔态金属的轧压下，渗透进织物，防止空气氧化，上染纤维。实验证明可以染浅中色，不必用保险粉，只需用还原染料的悬浮体和NaOH，浸轧时间很短，只有几十秒名，由于不能染深色，当时未继续试验下去国外在1960年左右，澳大利亚发表了还原染料电化学还原染色的专利，后来BASF公司等又相继开发了染色工艺和设备，由于它的良好环保性，备受大家注意。

电化学还原染色有直接法和间接法两种。直接法是使染料直接从阴极得到电子，变成隐色体，并溶于碱性溶液中，间接法则是通过媒体先与电极反应，生成还原态媒体再将染料还原成隐色体上染纤维。由于染料母体不溶于水，较难直接被电极还原，故通常用间接法效率极高。

可作为媒体的化合物很多，有无机化合物和有机化合物两大类，无机化合物多为一些金属络合盐，特别是一些Fe2+的络合物，它有许多不同的配位体，特别是一些在碱性溶液中稳定的络合物，而且易于从Fe3+还原成Fe2+(在碱性溶液中氧化还原电拉至少低于-600mv，最好低于-1000mv），这样可以使包括靛蓝等的还原染料还原成隐色体。此外，从阴极转移电子至氧化态媒体（Fe3+络合物）的速度应高，同理还原态媒体（Fe2+络合物）转移电子到染料母体的速度也应快，媒体可以重复循环使用。

其它类染料染色新工艺还有不少，包括分散、酸性染料的染色新工艺，它们的特点都是朝高效、坚牢、清洁环境友好方向发展。

3、染后水洗技术

活性染料固色后要充分水洗，特别是近年来深色产品，如果水洗不充分，不仅影响产品的色牢度，还会加速染色产品在应用时发生断键，使产品颜色不稳定。在染色湿牢度中，除了皂洗牢度外，湿摩擦牢度往往成为产品最重要的一个技术指标，而它又和染后水洗密切有关。

近年来对染后水洗进行了大量 研究 ，一方面是为了改善产品的牢度，另一方面是为了节水和减少污水，为了提高水洗效益，首先对水洗原理和评估标准作了深入 研究 ，提出了间歇式和连续式换水的理论关系式。并根据水洗不同阶段去除物性质不同，设计了不同阶段的水洗技术参数，认为水洗主要由三个步骤组成，即：

1）稀释交换阶段，此时主要通过水的交换，冲稀一些对纤维无直接性的物质，例如盐类和浮色。

2）加速水解染料从纤维内扩散出来的阶段，为了加速扩散速度，必须提高温度至近沸（皂洗）。

3）使已扩散出来的水解染料洗除，先用热水，后用冷水进行稀释交换。
 

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