纺织品一次成功染色新理念及相关纺织化学品的发展yd9019

章杰  中国染料事业委员会

原载：2007年中国国际染整新技术暨染色一次成功率论坛演讲与交流资料集;149-154

 

【摘要】随着国际市场对生态和环境保护的要求越来越严格、纺织企业的能源压力越来越大、现有流体染色工艺重现性差和产能低的矛盾越来越突出，各国印染行业正在努力提高生产效率、降低生产成本。本文阐述了纺织品一次成功染色新理念及相关纺织化学品的发展，它们对印染行业具有重要的意义，也是我国印染行业走自主创新道路的一个重要方向。

【关键词】纺织品  一次成功染色  相关纺织化学品  发展

 

一、前言

    随着全球范围内纺织品贸易配额的取消，世界纺织品市场发生了很大的变化，一方面有利于各国纺织品服装的出口，使各国的纺织品出口增长很快；另一方面市场上出现了不少新因素，使纺织品市场的竞争越来越激烈，纺织品的价格战越来越厉害。这些新因素突出地表现在下列三个方面：

l、市场对生态和环境保护的要求越来越严格

    由于纺织品贸易进入了生态竞争的时代，传统的纺织品质量模式已不能满足市场的要求，必须增加新的内容即生态性能的指标，而且纺织品的价格也需考虑生态性能的评估指标，这样纺织品的生态性能已成为当今国际贸易中必须考察的内容。这种生态性能的要求随着近年来欧美等国设置"绿色壁垒"的力度进一步加强、设置速度进一步加快、设置内容进一步扩大而越来越严格[1]。同时纺织企业在生产加工过程中治理废水、废气和废渣的环保压力进一步加大。治理和排污

费用的大幅涨价，大大地提高了生产成本。特别是2006年12月13日欧盟理事会正式签署了REACH法令，将于2007年6月1日起正式生效实施。它把欧盟市场上约3万种化工产品及其300-500万种下游的纺织、轻工、电子、医药等产品分别纳入注册、评估、许可三个管理监控系统，规定了严格的注册与评估要求、昂贵的注册与评估费用、复杂的评估与许可程序，主要针对化学物质对人体和环境的影响，尤其是提出了对毒性、诱变、致癌、遗传、神经、免疫和过敏等方面的严格要求[2]。

2、纺织企业的能源压力越来越大

    当今国际市场上石油危机依旧存在，水资源严重缺乏，有报导说全球的水资源估计缺少190亿立方米，这样导致了各国纺织企业的能源压力越来越重、越来越大。以我国的染整行业为例，由于近年来煤价油价水价的不断上涨，而染整加工过程中烘燥、洗涤、蒸煮、高温热处理等工序都需要消耗大量蒸汽，使得行业中不少企业的生产能耗要占到总能耗的80%以上，能源成本从原来只占总成本的15-20%猛涨到50-60%，已严重地威胁到企业的可持续生产。

3、现有流体染色工艺重现性差和产能低的矛盾越来越突出

    流体染色(包括喷射、溢流、气流、经轴)已广泛地应用于印染行业，它们适用于加工小批量产品，对提高染色纺织品的质量起到了重要的作用，但在实践中遇到了不少新问题，特别是易产生鸡爪印、染斑、布料缠结、缸差、大小样色差等弊病以及染色重现性差、产能低等问题，又严重地影响到产品质量的进一步提高和企业效益，在当前能源、水资源、原材料等的成本占据生产成本的比例越来越高的形势下，现有流体染色工艺的这些矛盾也就越来越突出。

    纺织品市场的这些新因素对印染行业提出了更高、更新的要求，要求纺织品的染色注重环保和生态效益、注重低能耗和低成本、注重高重现性和高质量、注重快速反映客户需求和准确交货等，这些新和高的要求使得印染企业产生了采用低成本、低能耗、高质量、高效率新染色技术的强烈愿望，推动了一次成功染色新理念的快速发展。

二、一次成功染色新理念

一次成功染色是要有效地控制每一批染色纺织品的生产过程，一次性满足客户的质量和数量的要求或不需要采取任何回修措施。它对改进印梁企业的经营具有很大的作用，特别是原棉来源不同、质量不一致、棉织物染色时会产生许多不确定的因素，使染色成功率降低，因此抓住一次成功染色，不断改进企业的经营和管理，会产生很大的效果。大量的生产实践证明，一次成功染色与常规染色(即非一次成功染色)在生产成本、产能和利润等方面相比有明显的提高，如表一所示：

   表一  棉织物一次成功染色与常规染色的效益对比

一次成功染色

100

100

100

剥色重染

206

48

-375

改色重染

135

64

-45

小修色

110

80

48

 注：以一次成功染色的效益作为基准

    结合上表，对生产实践进行了粗略的统计，大致上存在:

 1、一次成功染色每提高1%，生产成木可降低1%。

 2、一次成功染色每提高1%，生产每公斤染色织物的收益可提高约10%。

    众所周知，当今重要的染色加工工程的管理方法是采用控制染色技术。它是企业的管理技术、染料的设计技术和先进的染色技术三者相融合的统一整体。为要达到一次成功染色，整个染色加工工程必须控制到"零缺陷"即不需要采取任何回修措施，这就需要选择适用于一次成功染色的染料、选择适用于一次成功染色的助剂，建立"零缺陷"的管理体系，这种管理体系包括建立作业标准，建立染色工程监查方法，确立染色加工工程所有参数的在线管理与记录，建立原布与水及染色助剂(包括盐、酸、碱等)的核对方法和建立染色产品的质量控制方法等。很明显，一次成功染色是一种先进的控制染色技术、是一个系统工程，它的影响参数有9个方面即基质(或织物)、染料、助剂、其他添加剂、染色工艺、染色条件、染色设备、管理体系和人员素质等，其中最重要的参数是基质、染料和助剂，一次成功染色对参数的最基本要求是一稳定二高效，即坯布和染化料的供应要保持稳定和高效、半成品的质量(包括白度、毛效、丝光效果、布面PH值等)要保持稳定和高效、设备和工艺要保持稳定和高效、人员和操作要保持稳定和高效，这些参数的稳定和高效都做到了，再加上在染色过程中注意到环境对质量的影响，例如：冬季防水渍、夏季防虫渍、梅雨季节防霉斑、高温季节落布要做好降温、防止压刹皱等，对严重影响质量的突发性事件要有防治预案，这样有了全面的质量意识，切实落实了相关的技术管理措施，一次成功染色才有保证。

三、一次成功染色的实践

1、合成纤维的一次成功染色

    合成纤维及其混纺织物的染色重现性和匀染性等问题在全部染色物中占据的比例虽没有棉染色物高，但也不低，大致上在20-25%，因此对其的一次成功染色研究较多，比较典型的一次成功染色技术有：

   (1) Dyexact XP体系

    聚酯纤维的--次成功染色虽然取决于一系列参数，但研究证明其中最重要的影响参数是能给予有效分散、乳化、匀染且控制低聚物和水硬度的助剂，这些助剂同时要有好的相容性、高的生物降介性和低的毒性等。Dystar公司开发的使聚酯纤维及其与聚氨酯纤维(即弹性纤维)组成的混纺织物进行一次成功染色的新体系——Dyexact XP体系提供了一次成功染色的各个参数所需要的具有高有效性、好相容性、高生物降解性和低毒性等的纺织助剂的正确选择，它们能保正聚酯纤维及其与聚氨酯纤维组成的混纺织物的--次成功染色，这种新体系用于深色染色的效果与常规染色法相比可减少染色费用约16%节约染色时间20%，不仅增加了染色能力和生产率，而且减少了对环境的污染，据测对环境的冲击指数可从常规染色的1.2降低到0.9。

  (2)ECON dye Plus技术

该技术是瑞士Zschimmer & Schwarz公司从一次成功染色的影响参数出发设计的用于聚酰胺纤维和弹性纤维以80:20比例组成的混纺织物的一浴精练、染色和固着技术，也是一种经济、生态和高性能的技术。它最重要的影响参数是正确选择有效控制精练和染色加工各个参数的助剂，如:

① Depicol PC 9——它是一种能使高氨纶含量的织物中有效地去除油，特别是硅酮油的高效乳化剂，也是一种环保型高性能洗净剂。

② Setavin PAS——它是一种用于染色的pH缓冲剂。

③ Depicol AY——它是一种用于防止织物在热熔固着时发黄的助剂。

这种技术与常规工艺相比，加工织物的时间减少了50%、染浴量减少了80%，大大地提高了设备的染色能力和降低了染色、用水与排水管的费用，也不会影响染色物的色牢度。与ECON dye Plus技术相似的另一种技术是ECON flash技术，它还适用于聚酯纤维和弹性纤维以96:4比例组成的混纺织物。

(3)聚酯纤维和棉组成的混纺织物的一次成功染色[3]

目前在纺织品市场上，聚酯纤维和棉组成的混纺织物占据重要的地位，为了防止在这种混纺织物染色时产生缺陷，有效的精练和适宜的染色条件是其一次成功染色最重要的参数，有效的精练是指必须完全移除纤维中的杂质，正确选择有效的助剂和高效低用水量的精练机非常重要，对间隙式精练而言，溶解纤维中杂质需要的最小浴比是1︰20，若用1︰5浴比的话，则会造成精练不充分、染色有缺陷；适宜的染色条件与染色工艺有关，若对聚酯纤维/棉混纺织物进行连续染色的话，采用分散染料和还原染料或分散染料和硫化染料来染色，一般问题不大，因为它们之间有一个好的相容性，若用分散染料和活性染料进行染色，需要非常小心地选择染色条件，若对聚酯纤维/棉混纺织物进行吸尽染色的话，分散染料和直接染料的组合最适合一浴染色工艺，若使用分散染料和活性染料，为了避免助剂对两种纤维的染色所产生的不相容性，推荐采用两浴法。

(4)聚酰胺织物的金属络合生态染色

用于聚酰胺织物染色的金属络合染料具有优异的色牢度和宽阔的色谱范围是其优点，但是染色物中经常会遇到重金属铬的含量超标问题，最近Eco-Tex Standard 1O0中对纺织品的酸性汗渍萃取液中铬的含量按照不同用途的纺织品规定不能超过l-2mg/kg，使得聚酰胺染色的铬含量超标的问题更加突出。德国Dr.Bohme公司对此进行了研究，通过一系列用铬络合染料染色的聚酰胺织物进行不同后整理的试验发现，被染色与整理后的聚酰胺织物的酸性汗渍萃取液中铬的含量与后整理剂的性质有关(表二)，试验还发现，用铬络合染料染色的聚酰胺织物采用吸尽法进行后整理对铬含量的影响要比采用连续法进行后整理的影响小，试验也发现用铬络合染料染色的聚酰胺织物的酸性汗渍萃取液的颜色与铬含量之间没有一定的关系，为了避免用铬络合染料染色后的聚酰 胺织物进行后整理时使用不同整理剂可能产生的上述有害影响，一个重要的影响参数是在整理后选择有效的铬固定剂进行铬固定，该公司开发的一种新铬固定剂Colorf CIM适于这种目的，它在用铬络合染料染色的聚酰胺织物进行整理后使用，可使聚酰胺织物酸性汗渍萃取液中铬的含量符合ECO-TexStandard lO0的要求，实现铬络合染料生态染色。

表二  用铬络合染料染色和整理的PA的酸性汗渍萃取液中铬含量与整理剂性质的关系

后整理剂性质

酸性汗渍萃取液中铬含量(mg/kg)

不后整理

0.35

用某些亲水性抗静电剂整理

＞2.00

用疏水性抗静电剂整理

＜0.35

2、棉织物的一次成功染色

    棉染色物的重现性和匀染性等问题要比合成纤维及其混纺织物的染色物严重，因此，它们的--次成功染色的研究是当今的重点之一，比较典型的一次成功染色技术有：

  （1）棉织物一浴前处理和染色技术

     Stokhausen公司从一次成功染色的影响参数出发，开发成功棉织物的一浴前处理和染色技术，其最重要的影响参数是选择有效移除棉织物杂质的前处理剂，为此，该公司开发出适用于同浴染色的新型前处理剂；

    ① Solopol ZF——它是一种基于糖且可生物降解的聚合物络合剂，能与棉中的杂质如重金属、钙、镁等相结合，可用来取代目前使用的生物降解性比较差的络合剂。

    ② Sultafon D——它是一种常用的高效润湿/精练剂，具有优异的低起泡性，对在弹性纤维中不容易乳化的硅酮油和矿物油的乳化去除特别有效。

    经上述前处理剂处理后的棉织物质量稳定，能同浴使用市场上供应的稳定的棉用染料进行染色，没有任何限制。这种经济和生态的一浴多功能加工工艺能获得下列显著的经济效果：1)减少加工费用和加工时间60%以上；2)增加加工能力25-33%；3)不影响染色物的色牢度；4)显著地减少排放的污水量。

  （2）Innovat染色体系

     读体系是一种适用于棉织物用还原染料的一次成功染色体系，最重要的影响参数是选择有效移除棉织物杂质及保证棉织物质量稳定的精练剂和确保真空条件下染色的设备，由于在真空条件下染色，不必考虑大气中氧气氧化的问题，只需要使用少量化学还原剂，且还原染料的化学还原作用被快速、安全和重复地进行，在还原染色后的氧化工程也可借助连续皂洗得到有效的控制，因此这种染色体系被称为对环境和生态更友好的染色体系，Dystar公司与意大利Brazzoli公司合作改进喷射染色机，用真空泵抽成真空制得的新型染色设备能用来实现这种染色。这种新染色体系具有下列效果：1)减少了使用的化学物质和废液；2)适于大容量染色，降低了单位产品的生产成本；3)也能用于活性染料，如Levafix染料、Procion染料和Remazol染料等的一次成功染色。

  (3)Econtrol染色技术

    它是Dystar公司与Monforts公司共同开发的一种用活性染料对纤维素纤维一次成功连续染色法，具有下列效果：1)短时间染色；2)不需要盐和尿素；3)减少了使用的化学物质和能量；4）易控制和操作；5)可获得高的染色强度。

   (4)Luft-rotoplus技术

它是Dystar公司与Thies公司共同开发的一种用活性染料对纤维素纤维的超低浴比一次成功染色法，具有下列效果：1)最多可缩短30%的染色时间；2)最大可削减50%的水；3)最多可减少40%使用的化学物质。

四、适用于纺织品一次成功染色的新型纺织化学品

    在上述合成纤维和棉织物的一次成功染色中已经明确地指出助剂是最重要的影响参数之一，它们包括前处理剂、染色助剂和后整理用助剂，特别是前处理剂的质量稳定和高效直接关系到基质(或织物，的质量稳定，而这是一次成功染色的基础，因此各公司开发了好些高质量的前处理剂，如高效润湿/精练剂、高效乳化剂、高效络合剂等，它们能有效地除去在弹性纤维中不容易乳化的硅酮油和矿物油、除去织物中所有杂质包括重金属、钙、镁等，同时还开发了保证织物染色时PH稳定的PH缓冲剂等，从这个意义上来说，对于织物的一次成功染色而言，助剂的作用要比染料重要，然而，染料的高质量和稳定也是纺织品一次成功染色的最重要影响参数之一，它们是确保纺织品一次成功染色的重要条件。近年各公司研究和开发的适用于纺织品一次成功染色的新型染料，如下所述：

1、  新型活性染料

开发以一次成功染色为目标的新型活性染料是确保棉织物及其混纺织物一次成功染色的重要条件，例如近年采用CAE技术(即根据所需染料的染色性能经过对设定的新染料结构多次修改后创造出符合要求的实际染料的电子计算机调整设计技术)开发成功的Procion H-EXL染料是一类能使棉织物及其混纺织物实施一次成功染色的新型活性染料[4]，它们的优异性能可通过RCM要素即相容性模型要素来说明，RCM要素由中性盐存在下的活性染料直接性(S)、活性染料在一次吸着阶段的移行性(MI-移行性指数)、添加碱后显示的对活性染料二次吸着的效果(LDF-匀染性因素)和在碱存在下活性染料的反应性固着达到最终固着值一半的固着时间(T50)等4个要素组成，用于吸尽染色法的活性染料的RCM要素理想值为：S 70-80%、MI ＞90%、LDF ＞70%、T50 ≌10分钟。Procion H-EXL染料的4个要素均在上述范围内(表三)，它们的直接性或一次吸着率S 在70-80%和半染时间T50为10分钟意味着它们是一类匀染型活性染料，它们的一次吸着率与最终吸着率之差在30%之内意味着染色时在添加碱后不会产生颜色深浅不匀的现象，与乙烯砜型活性染料的一次吸着率与最终吸着率之差为50-60%、半染时间T50多数在3分钟以下 (最快的T50约1分钟)、染色时添加碱后极易产生颜色深浅不匀等相比，匀染性明显地得到了改进，由此可见，Procion H-EXL染料在配合使用时具有优异的相容性和匀染性、级佳的重现性且适用于小浴比染色和自动染色，另外它们的染色行为对染色工艺参数，如浴比、温度、盐用量等的变化不敏感，这样用其进行染色可获得一次成功染色的效果，不仅于此，它们的优异匀染性和扩散性，也使其对Tencel等新纤维能发挥出最佳的染色性。

  表三  Procion H-EXL染料的RCM要素(吸尽染色法) 染色名称

染料名称

S(%)

E（%）

MI(%)

LDF(%)

T50 (分钟)

Procion Yellow H-EXL

76

93

90

74

10

Procion Amber H-EXL

80

93

l00

87

10

Procion Red Brown H-EXL

78

93

100

85

10

Procion Brill Orange H-EXL

72

92

94

73

10

Procion Brill Red H-EXL

76

90

94

79

14

Procion Crimson H-EXL

74

92

l00

80

l0

Procion Dark Blue H-EXL

72

87

92

75

10

Procion Navy H-EXL

73

90

90

73

l2

注：采用不丝光棉（针织物）和excel标准染色法

除外，Procion XL+也是一类用于棉织物及其混纺织物实施一次成功染色的多活性基及脱活的新型活性染料，它们的RCM要素如表四所示[5]

   表四  Procion XL+ 染料的RCM要素(吸尽染色法)

染料名称

MI(%)

T50 (分钟)

染料名称

MI(%)

T50 (分钟)

Procion Yellow XL+

98

8

Procion Dark Blue XL+

99

10

Procion Brill Red XL+

9l

11

Procion Cyan XL+

98

10

Procion Rubine XL+

97

10

Procion Navy XL+

98

10

由表四可见它们是一类具有很好稳定性、匀染性和重现性的染色用活性染料，特别适用于中色到深色包括深红色、棕色、绿色和常会产生色差的颜色重现性的芝麻色的染色。

还有Levafix CA染料，它们不仅无AOX和采用可生物降解的添加剂组成，具有高固着率和优异洗涤性，且能产生低COD负荷与低的水耗及能耗，而且具有良好的匀染性和染色重现性，适用于棉织物及其混纺织物的一次成功染色；lntracron CDX染料、Remazol RGB染料和Sumifix HF染料等也都具有好的重现性、高的生产性和低的废水负荷，且能用于棉织物及其混纺织物一次成功染色的新型活性染料。

    总之，这些用于一次成功染色的新型活性染料具有下列共同的特点：1）极佳的RCM要素；2）优异的匀染性和重现性；3)对染色工艺参数变化的低敏感性；4)优异的可洗涤性；5)高色牢度；6）稳定的产品质量。因此适用于一次成功染色的新型活性染料能产生高生产性、低废水负荷、短染色时间和染色时准备阶段时间与洗涤阶段时间等的很好效果。

2、新型分散染料

    开发以一次成功染色为目标的新型分散染料是确保聚酯纤维及其混纺织物一次成功染色的重要条件，例如近年Dystar公司开发的Dianix E-Plus染料是一类能使聚酯纤维和超细旦聚酯纤维及其混纺织物实施一次成功染色特别是淡色一次成功染色的新型分散染料，它们有效地平衡各种染色性质，能在酸性、中性和碱性染浴中使用，染色时在升温阶段具有优异的颜色提升性和对染色条件如时间、温度与PH等变化的不敏感性，且能获得目前最高水平的染色重现性和色牢度；Dianix Plus染料是用于聚酯纤维中色到深色一次成功染色的分散染料，具有优异的相容性与提升性、好的匀染性与重现性。此外，Lumacron MFB染料不仅能满足超细旦聚酯纤维特别是海岛纤维类型与差别化复合类型的超细旦聚酯纤维等染色所要求的匀染性和严格的牢度标准，而且有好的染色重现性，是一类超细旦聚酯纤维一次成功染色用的新型分散染料。

    总之，这些用于一次成功染色的新型分散染料具有下列共同的特点：1)优异的提升性与相容性、好的匀染性和重现性；2)对染色工艺参数变化的低敏感性；3）高色牢度；4）稳定的产品质量。

3、其他新型染料

    适用于纺织品一次成功染色的其他新型染料还有新型阳离子染料如改进的Astrazon染料，它们能用于阳离子染料可染型改性涤纶的一次成功染色，Indanthren  Colloiso1染料，它们能用于棉织物及其混纺织物的一次成功染色等。

五、结束语

    综上所述，纺织品的一次成功染色是一种先进的控制染色技术，成功的关键在于严格控制加工过程中的各个影响参数，其中最重要的参数是基质或织物、染料和助剂，最基本的要求是它们的质量必须稳定和高效，而建立"零缺陷"的管理体系是重要的保证条件。

    通过分析也清楚地看到发展纺织品的一次成功染色和开发用于一次成功染色的新型纺织化学品不仅对纺织印染行业降低生产成本、提高生产效率、增强竞争能力和增加企业效益具有重要的意义，也是应对欧盟REACH法规的一个重要对策，而且在当前能源紧缺的情况下它们是我国纺织行业和纺织化学品行业坚持科学发展观，走自主创新道路的一个重要方向。

六、参考文献

[1] 章杰，纺织品中新有害化学物质状况与对策[A]，上海印染新技术交流研讨会论文集[C]2005

[2] 章杰，趋利避害、加速提高应对REACH法规的能力[A]，第四届全国清洁生产节能降耗新技术交流会论文集[C]2007(4)；45-51

[3] Lado Benisck,Repcrts on the recent German Finishers Conference [A]Baden-Baden,Gerrmany on 5,2004

[4] 山口一志，て水かあの反应染料の開凳汇向げて[J]，加工技术1998(7)；474-479

[5] Dystar Co，Cellulosics l(Ml)-反应染料Procion染料 ち中心どして[J]，加工技术2003(4);286-288