节能减排少污的涂料染色工艺和助剂的选用

吴庆源 吴晓雁 上海长盛印染化工有限公司

原载: 上海印染新技术交流研讨会论文集（2009年度）；117-123

稿件来源：sh9-117

【摘要】本文采用改性技术，使纤维呈阳离子化后，提高了涂料的提升率和利用率，降低了能耗及化学品的用量和数量，从而减少了染色污水的排放量，并对涂料连续轧染、浸染、卷染、喷染、成衣染色等工艺和助剂进行了合理的选择。

一、前言

印染行业的用水已占全国制造行业的第二位，废水排放量占全国第六位，其能耗、用水、污水排放已占染整加工的很高成本。因此采用新型的涂料染色代替部分活性，还原染料可以大大简化工艺流程，减少污水及化学品的排放量，可节能39.5%，减少用水90.8%，节约蒸气64.3%，助剂50.5%，碱10%，盐100%，涂料28.2%，污染物基本达到零排放的要求。这已成为当今节能、节水、少污、减排及清洁生产途径之一。常州东高染整有限公司，上海东华大学，上海长盛印染化工有限公司共同开发的织物变性涂料连续式染色新技术于2007年获得中国印染行业科技成果一等奖，2008年获得国家科学技术进步二等奖。[1]

二、新型连续式改性涂料轧染

传统的涂料染色依靠粘合剂和涂料进行轧染它存在三大问题：

①：手感硬糙，不适合做水洗酶洗等休闲面料，因此影响了扩大生产的能力。

②：黏结滚筒，经常要清洁生产设备，劳动强度大。

③：需高温焙烘，能源耗用大。只能局限于浅中色，不能染中深色[2]。

新型的涂料染色工艺最大的特点在于：采用变性技术使纤维带有阳电荷，而涂料分散剂中带有一定量的阴离子助剂，使纤维对涂料的吸附性提高从而提高了涂料染色的深度，能染中、深色，用湿摩擦牢度提高剂代替传统粘合剂，做到涂料固着和柔软一步法。使染色产品的外观可和活性染料产品相似，而涂料的利用率比传统的粘合剂法提高了40-50%。粘合剂法不能生产的中深色品种，新型涂料染色产品基本能解决。[3]

九十年代，水洗、砂洗等休闲服饰面料及服装开始流行，为了追求服装泛旧及朦胧感，吸尽法涂料染色开始问世。若继续采用粘合剂方法进行涂料染色，手感及朦胧感极差，而且得色量极浅，造成大量涂料排放及浪费。因此，日本大油墨公司、德国赫司脱公司在九十年代初先后开发了吸尽法涂料染色助剂，推动了涂料成衣染色及涂料浸染法的生产。

长盛公司九十年代在开发砂洗助剂与工艺、设备的基础上也同时研究合成了3代吸尽法涂料染色助剂，这种助剂能使纤维或织物产生强电荷，然后在低温短时间内将相反电荷的涂料吸附到纤维或织物表面这种染色法和粘合剂法不同点在于：

①：吸尽法涂料染色助剂对工艺的适应性广，粘合剂法只适用于浸轧，焙烘法，不能用于浸染、卷染、及成衣染色。

②：吸尽法涂料染色助剂对处理织物的适应性广，粘合剂法只能用于表面平整的组织，不能用于凹凸不平的。如蜂巢、编织、针织等产品。如棒针绒线衫、羊毛衫以及各种成衣染色产品。

1、涂料轧染工艺和活性涂料工艺对比

涂料染色和染料染色最大不同点在于占用设备少，占地面积小，节水、能耗，化学品所用品种少，数量小减少了污水及化学品的排放量④（见表一）

表一：涂料与染料轧染工艺、节能、降水、减排对比表

2、新型涂料染色和传统涂料染色工艺对比

新型涂料染色工艺采用经过变性后的织物表面已带阳电荷的纤维在涂料分散液中进行静电吸附，使涂料附着于纤维表面较传统粘合剂法更节省能源，使涂料的提升率从过去的60-70g-L上升到100-140g-L，同时大大提高涂料的利用率，使涂料只能做中浅色而达到能做中深色，因为不需要使用粘合剂，所以产品手感明显改善，基本和活性染料的手感相似。（见图二）：

图二：涂料的提升率

3、涂料改性剂用量的选用

改性剂浓度增高，阳离子性也随着提高，有利于涂料在纤维上产生静电吸附，尽管改性后的纤维对涂料的吸附性大大提高，但纤维上的活性基团是一定的，因此达到一定的深度后，不论是改善染色条件（温度、时间）还是增加改性剂的用量，产品的深度不再提高。但当改性剂浓度达到一定浓度时，这种趋向变得缓慢甚至达到了平衡（见图三）。

图三：增深剂用量对涂料上染率的影响

因此一般改性剂只需少量应用，用量控制在4～10g-L即可。

4、改性时pH值的影响

一般阳离子增深剂在碱性条件下，将会引入较多的阳离子基团进入改性的纤维上，随着pH值升高，涂料的给色量也提高（见图四），

图四：改性剂PT的pH值对涂料上染率的影响

但达到一定的pH值（9～10时）也随之而趋向平衡，因此pH控制不当会影响色泽的深浅，造成色差，国内外大部分的变性剂都要控制好pH值，而且有少量游离甲醛，我们又研制了不受pH影响的环保改性剂PNT（第三代产品），（见图五）从而减少了涂料染色因受pH的影响造成的色差。

图五：改性剂PNT与PT的pH

对涂料上染率对比

从图五可看出环保涂料增深剂PNT不受pH值影响，可以在轧染或浸染过程中不用控制pH值，染色时也不受pH值影响而造成色差及缸差。

5、摩擦牢度提高剂PW的应用

涂料染色时，无论是用粘合剂法或变性法后产生的离子吸附都只能使涂料沉积于织物的表面，虽有较好的水洗牢度，但摩擦牢度较差，用粘合剂来提高摩擦牢度虽有一定的功效，但手感极差，又易粘辊，不适合于休闲服饰的泛旧加工，因此我们合成了改善摩擦牢度的助剂PW（轧染专用）、PG（浸染专用）。达到了较为理想的效果（见表二），涂料染色产品进一步得到了扩展。

表二 湿摩擦牢度提高剂PW使用前后的比较表

涂料名称	未用湿摩擦牢度提高剂		使用了摩擦牢度提高剂
	干	湿	干	湿
上海泗联 黑G55	1	1	2～3	2
Imperon 红K-GC	1～2	1	3～4	2～3
Imperon 绿K-GC	1～2	1	3～4	2～3
Imperon 蓝K-BC	1～2	1	3～4	2～3

注：涂料50g-l、湿摩擦牢度提高剂PW40g-l 二浸二轧→烘干

湿摩擦牢度提剂PW和涂料同浴存放一周基本稳定，不变色，不飘油。因此二者可以同浴轧染，（见表三）又节约了一道工序。

表三 湿摩擦牢度提高剂PW和涂料的同浴稳定性

项目	2小时	4小时	8小时	一天	二天	三天	一周
上海泗联黑G-55	OO	OO	OO	O	O	O	O
上海泗联红G-11	OO	OO	OO	O	O	O	O
上海泗联黄G-24	OO	OO	OO	O	O	O	O
上海泗联蓝G-31	OO	OO	OO	O	O	O	O

注：“OO”—稳定、“O”—较稳定。

该助剂还有优良的手感，如果客户不是需特殊的手感，因而再节约一道柔软工序，达到了染色、固色、柔软一浴解决。

6、新型涂料轧染工艺流程

炼漂后的织物→阳离子改性（增深剂PNT4g-L 二浸二轧）→烘干→涂料轧染（涂料×g，+湿摩擦牢度提高剂PG25—40g-L）→二浸二轧→烘干→拉幅→成品

三、浸染法涂料染色工艺和助剂

涂料浸染方法包括卷染、喷染、紮染和成衣染色及绞纱染色等方法，只是生产的机台和产品不同，除浴比外其工艺和助剂选用基本一致。

1、涂料浸染工艺中助剂的应用

涂料浸染和染料相比，具有工艺短，用水少，温度低（60℃）助剂用量及品种少，（见表四），

表四：涂料与染料浸染工艺助剂对比表

染（涂）料名称	工 艺	染色工艺中用的助剂
涂料	变性四道→水洗二道→染色固色四道→水洗二道（共12道）	改性剂、固色剂
活性染料	染色六道→固色六道→冷水二道→热洗二道→皂煮四道→热洗二道→冷洗二道（共24道）	纯碱（ 磷酸三钠）、盐、渗透剂、皂洗剂
还原染料	染色八道→水洗四道→氧化四道→水洗二道→皂洗四道→热洗二道→冷洗二道（共26道）	烧碱、保险粉、过硼酸钠、渗透剂、皂洗剂
可溶性还原染料	染色八道→氧化四道→水洗二道→中和二道→皂煮四道→热水二道→冷水二道（共24道）	亚硝酸钠、盐、硫酸、渗透剂、皂洗剂、纯碱
硫化染料	染色十道→热洗二道→冷洗二道→氧化四道→水洗二道→皂煮四道→热洗二道→冷水二道（共28道）	硫化碱、盐、尿素、红矾、醋酸、醋酸纳、渗透剂、皂洗剂

即使有部分未固着的涂料水洗后成为有色污水排放出，只要使用凝聚剂，使涂料凝聚成大分子颗粒，而迅速沉淀，上层成为透明清液而排放，染液中不含多种化学品，不会影响BOD和COD的上升，因此已成为节水降耗、减排、少污等清洁的生产工艺之一。

2、纤维改性剂的选用

九十年代初，由于砂洗服装的流行⑤，特别是牛仔服装以它粗犷朴实、穿着舒适随和，已成为休闲服装在世界性流行和确立，但牛仔服装都是以靛兰为主色调的兰色，色泽单调、变化不大。因此促成了涂料染色的发展和推广[6-7]，同时也推动了吸尽法涂料浸染工艺的发展，形成彩色牛仔系列。日本、德国先后开发了吸尽法涂料染色助剂，但价格昂贵，至今仍达48—55元-kg，所以也限制了浸染法涂料染色工艺的发展速度。

上海长盛印染化工有限公司在开发砂洗助剂、工艺、设备的基础上研究合成了吸尽法涂料染色助剂—增深固色剂T⑧（第一代产品），为浸染法涂料染色及成衣涂料染色奠定了基础，以后又开发了涂料湿摩擦牢度提高剂PG，取代了用粘合剂固色，改善了手感和湿摩牢度。

使用第一代增深固色剂T和第二代增深剂PT一定要用碱调节pH=9～10（见图六），而第三代涂料增深固色剂PNT不用调节pH（见图七）。因此用PNT可以免除因PH不同而造成的缸差。

第四代是应成衣染色厂需求开发的一浴法涂料染色改性剂PO，它可以使改性剂涂料以及固色剂一次完成，减少了水洗次数和染色污水的排放。（见表五）

表五 改性剂性能表

改性剂名称	外观	性能	适用工艺
增深固色剂T	红棕色粘液	低甲醛	浸染、轧染、成衣染色
第一代产品		使用时间调节PH9-10
改性剂PT	棕红色粘液	少甲醛色泽艳	浸染、轧染、成衣染色
第二代产品		使用时间调节PH9-10
环保型改性剂PNT	无色透明粘液	无甲醛	浸染、轧染、成衣染色
第三代产品		使用时不需调节PH	增深幅度大
环保型一浴法改性剂PO	微黄色粘液	无甲醛	成衣染色一步法
第四代产品		使用时间调节PH9-10

图六 改性剂PT（第二代产品）的 pH值对涂料上染率的影响	图七 改性剂PNT（第三代产品）的 pH值对涂料上染率的影响

②增深后的水洗

经增深剂处理后一定要把设备或织物上的增深剂充分水洗呈中性，若水洗不充分，当涂料一加入就立即被残留在水溶液中的改性剂吸附而凝聚使涂料的利用率大大降低，一般要降低10%～20%。涂料没有充分利用，染深性明显下降，从而导致污水排放量增多。

③涂料的染色

涂料化料时，必需高速搅拌分散，溶解完全后倒入机台中，若染色用水硬度超过150p.p.m,水中的钙镁离子和涂料凝聚而影响了上染率，因此需加入0.5—1g-L螯合分散剂HSY，有利于涂料的利用和鲜艳度的提高。

④染色温度

染色温度应控制在60-70℃，温度太高对某些不耐高温的涂料反而影响上色率，并会引起色变。染色时室温入染温度要逐渐升温，每分钟保持2-3度，升温太快上染速度很快极易染花。（见图八）

图八：染色温度上染曲线图

⑤染色时间

纤维上活性基团是有限的，当增深达到一定的饱和程度，即使改变染色条件（温度和时间）涂料并不能再吸附，因此一般20分钟已足够，深色产品可延长到30分钟。染色结束后用冷水清洗未被吸附的涂料，然后进行固色。

⑥染色的浴比

浸染法中的成衣染色一定要浴比大，一般掌握在1：25—30，浴比太低，成衣在染浴中翻滚不均匀，增加与机械的摩擦力，极易造成白条、褶皱及色花，约比应为1:30-1:40。卷染浴比可控制在1:2.5～1:3，扎染控制在1:10～1:15，绞纱染色浴比1:4～1:5。

⑦涂料的选用

涂料一定要选用粒子小、粒径均匀、环保的涂料。上海泗联的D型染色涂料和新推出的F型环保涂料是较为理想的染色涂料。耐温性、日晒牢度F型比D型更又提高。某些进口的涂料力份较高，价格较为适中，切勿用印花涂料代替染色涂料，对摩擦牢度及染深性都有降低。

⑧固色剂的选择和应用

改性后由于纤维呈阳离子化，对涂料产生静电吸附，大部分沉积在纤维或织物表面，虽然增深幅度很高，但大部分堆积在织物表面，水洗后又将被剥下来，虽有较好的水洗牢度，但摩擦牢度差，因此需进行固色。但过去大量使用黏合剂固色，用量高达6%～8%（(owf).），使用成本大而且手感硬糙、制成的休闲衣服缺乏良好的蓬松柔顺的手感。湿摩擦牢度提高剂PG（浸染专用），用量仅1.5%～4%（(owf).）（见表六），而且不用再上柔软剂就有较好的手感。可根据客户要求褪色的程度来决定固色工艺（见表七）。浸染法涂料用量不宜超过(owf)。用量过大，涂料大部分堆积在织物表面，即使采用固色剂，并不能改善摩擦牢度。

表六 湿摩擦牢度提高剂PG使用前后湿摩擦比较表

涂料名称	生产厂	未用PG	用PG后	备注
Imperom 红KGC	德司达	1	2	涂料用量 5%； PG用量 2%；温度9 0 ℃-20min
Imperom 绿KGC	德司达	1	2—3
Imperom 黄KRC	德司达	1	2—3
超细涂料黑G56	上海泗联	1	2
超细涂料蓝G31	上海泗联	1	2—3
超细涂料棕G81	上海泗联	1	2—3

表七 固色工艺选定表

褪色百分率	选定工艺	温度与时间	效果
40%以上	涂料＋PG一浴	60℃×20min	残液深、得色浅、牢度差
40%以下	涂料-PG二浴	60℃×20min	残液较浅、牢度较差、手感较软
25%以下	涂料-PG二浴	90℃×15min	残液无色、得色深、牢度较好、手感软

四、涂料浸染方法：

涂料浸染的方式和方法取决于被加工织物的要求，从而选定加工工艺。

1. 涂料的成衣染色[9]

由于休闲服的流行涂料成衣染色从T恤、茄克发展到风衣、裙子、运动衣、背包、围巾、头巾、沙滩装、羊毛（棉纱）衫。形成了多层次彩色牛仔系列，涂料成衣染色前应根据成衣织物的规格、厚重、收缩性能、缝线、衬头、商标、附件（花边、纽扣、拉链）而定。不同纤维因吸湿性不同也会染出不同深浅的色泽。染色浴比控制在1：25—1:30,浴比越大，越不会造成色花和色差。织物紧密，粗厚的服装应装进砂洗袋中染色。可减少衣服之间的摩擦，清除褶痕，其工艺流程如下：

成衣白坯→PNT 3-5%改性处理→热水洗→冷水洗→超细涂料×%涂料染色→冷水洗→PG 1.5-3%固色(90℃-10-15分)→成衣半成品酵素洗→脱水→烘干→服装熨烫成品

①异色效应的成衣染色

由于增深剂对各种纤维的阳离子化效应不同，涂料对各种纤维的吸附性也有不同，因此一件衣服采用不同的纤维可产生不同的异色效应，如领子采用纯涤纶，袖子采用涤-棉混纺织物，大身采用纯棉织物，可出现三种不同深浅和层次（浅、中、深）的异色和朦胧效应服装。所以服装厂在选料时可分别选择交织，混纺交并等不同纺织原料，使一件衣服达到各种层次不同层次的异色效应。

②成衣染色机的改进

休闲服装的成衣染色机脱胎于内胆式转鼓式工业洗衣机,作为洗衣服对温度、浴比影响不大，但作为染色需要有液控、温控、时控等装置，加热用的直接蒸汽应改为简接蒸汽，从而可控制液量，这样才能减少缸差，对这种工业洗衣机应作如下改进。

a)机外增添染液循环系统，使缸中的染液通过循环泵送到机外储液桶循环、搅拌后再回到缸内，有利于涂料的分散和染色均匀性、中间取样和对样。

b)将直接加热的蒸汽管改为简接加热，并加装液位表以控制液位。

涂料成衣染色产品为市场开拓了花色众多的彩色牛仔休闲服装，已越来越受消费者的青睐。

2．涂料的染缸卷染

用染缸染涂料前，织物不能有折痕，布边卷绕要整齐，毛效和白度前后应控制一致，布面缝头要平整，这样才能保证涂料均匀地吸附上色。

（1）改性：涂料改性剂PNT，用量3%-6%（owf），浴比1:2.5-3，温度60℃±2℃，时间4道。第一、二道各加1-2涂料增深剂PNT或PT。

（2）水洗：不论用何种改性剂，水洗是关键，一定要充分水洗呈中性，使机台和织物上没有残留的改性剂，才能促使涂料被织物均匀地吸附，不会凝聚。

（3）染色

环保染色涂料1%-10%（owf），第一、二道各加1-2。浴比1:2.5-3，温度60℃±2℃，时间4道。

（4）水洗二道

（5）固色

湿摩擦牢度提高剂PG 1.5-4%（owf）第一、二道各加1-2。浴比1:2.5-3，温度90℃，再续2道（90℃）。

（6）工艺流程

卷布→冷水二道（改性4道×60℃（第一、二道各加1-2涂料增深剂PNT）→热洗1道×60℃→冷水1道→涂料染色4道×60℃（第一、二道各加1-2涂料）→冷水洗2道→固色4道×90℃[湿摩擦牢度提高剂PG 1.5-4%（owf）] →酵洗2道×50-55℃→上轴→烘干

3、涂料的扎染：

扎染是我国颇为流行古老工艺，是靛兰染色，蜡染衍生出来的一种工艺，但过去是藏青色单一品种，随着涂料染色的发展，休闲服的盛行，目前部分牛仔流行的折皱法白条就是扎染的一种。

用棉纱或编织带将织物或衣服采用缝扎、捆扎、夹扎、包扎等方法将织物后衣服进行扎紧，使其皱缩，部分形成机械防染作用，然后将织物或衣服在涂料染液中浸染，最后进行水线、折线、烘干。由于涂料不会沾色，扎染后的产品色白分明。而洗涤过程中也不会造成相互沾色。

在扎染过程可利用扎线的粗细和控制结扎的松紧程度，最后可获得深浅不一，条纹粗细不同的不规则花纹，还可扎成各种条、圈、块、花等各种不同的花纹，如扎染水平高可形成一种工艺品，这种加工方法可用于茄克、T恤、裙子、沙滩装、牛仔裤上。扎染的工艺可参照成衣染色相似，但浴比可缩小，一般浴比1:10---1:15即可，其流程如下：

白坯布或衣服 → 结扎 → 浸水润湿 → 变性[PNT4%（60℃-20′）] → 水洗 → 涂料染色（60℃-20′） → 水洗去除浮色（异色防沾污剂HY 0.5-1g-l）→ 固色（PG 2.5% 90℃-15′）→脱水→拆线→泛旧（水洗或酶洗）→柔软[NBY3-4%（owf）室温-10′]→脱水→熨烫→涂料扎染成衣

五、涂料的染纱工艺 [10]

涂料用环状染色和上浆一起浆染一浴，这种连续式工艺产量高、质量好，可作为色经白纬产品提供色织行业产品开发，也可提供针织行业作纬编织物，彩色牛仔，面料和服饰。

1、涂料的绞纱染色

经涂料染色的绞纱可提供色织厂作彩条、彩格布及针织行业制成T恤、棒针裤衫、运动衣、休闲服等针织品。特别色织产品，利用涂料染色的色纱加工的色织、针织等面料和服饰，在服用洗涤过程不会造成搭色和异色沾污（见表八），如劳动布、青年布、牛仔布更具有纹路清晰、粒纹突出、色、白分明等效果，然后经泛旧加工，制成休闲面料和服饰。其加工工艺如下：

练漂纱线→润湿→改性处理［PNT 3-6%(owf) 60℃×20min］→水洗→涂料染色（60℃×20min），水洗（异色防沾污剂HY0.5-1g-l）→固色、柔软[湿摩擦牢度提高剂PG 2.5%(owf)、95℃×15min涂料吸尽] →脱水→烘干

表八：色织牛津纺（活性与涂料染色）牢度比较表

项目 色泽	活性				涂料
	皂洗		摩擦		皂洗		摩擦
	原样褪色	白布沾色	干	湿	原样褪色	白布沾色	干	湿
红	3-4	3	3-4	3	4	3-4	4	3
黄	4	3-4	4	3-4	4-5	4	4	3-4
蓝	4	3	4	3-4	4-5	4	4	3-4

2、涂料纱线的环状染色

涂料的环状染色较靛蓝染色工艺简单得多，它只要先浸轧涂料改性剂使纤维改性后烘干再用涂料和湿摩擦牢度提高剂PW同浴染色，实现染色固色一浴工艺，没有靛蓝染色的染色氧化、水洗等多种工序。常州森容纺织品公司实现了涂料染色、浆纱一步法的流水线生产［4］整个染色过程中除了有极少量的改性剂PNT残液排放（它不含甲醛、APEO、二十种禁用物质），和靛蓝染色相比，它不含有烧碱、保险粉、元明粉、渗透剂多种化学品排放。即使染色残液中的涂料，也只要使用涂料凝聚剂把涂料凝聚至大颗粒而沉淀，上面即为澄清透明的清夜。

由于采用了环状涂料浆染新工艺，减少了工艺50%，提高了生产效率，加上使用的化学品量及品种减少，实现了节水、降耗、少污、减排的清洁生产（排污量比常规纱线染色工艺减少了90%）。为开发浆染面料奠定了良好的基础。

六、结语

涂料染色产品的发展为休闲面料的朦胧、仿旧工艺由过去单一的兰色发展到多层次，彩色牛仔产品的发展。随着化工行业涂料染色系列助剂的开发、研究和应用，涂料染色将会规范地形成系列的新型涂料染色工艺。为广大印染工作者和消费者接受。为节水、节能、减排、少污等清洁生产开创了新的途径！

参考文献：

[1]涂料染色零排放清洁生产工艺可行性研究报告常州东高染整有限公司 2006：1。

[2]吴庆源、王莹：涂料染色工艺与配套助剂选用国际涂料学术讨论会论文集 1989：60—68。

[3]吴庆源：增深剂在染色产品上的应用，染整科技1995：（5）21。

[4]涂料染色零排放清洁生产工艺申报资料 常州东高染整有限公司 2006：10。

[5]吴庆源：织物的砂洗技术 《纺织出版社》1994：66—68。

[6]唐志翔：改进成衣染色和整理加工工艺 印染译丛 1995：（2）1-5。

[7]王秀玲：成衣染色，印染译丛 1995：（1）3-5。

[8]吴庆源：减少染色污水的新助剂 染整技术1995：（5）14-15。

[9]吴庆源、孙慈忠：涂料成衣染色和后整理工艺及助剂《针织工业》2007：（5）36-40。

[10]吴庆源：纱线涂料染色工艺《印染》2008：（10）29-32。