第一節(jié) 聚酯纖維材料的紡前著色

一、聚酯纖維材料的紡前著色方法

聚酯纖維材料的分子結(jié)構(gòu)決定了其染色困難，人們研究出了很多方法來改進(jìn)其染色性能，除了常用的織物染色外，還可在纖維紡絲前對其著色，然后直接制成有色纖維。紡前著色滌綸，因其具有較好的色牢度、較少的環(huán)境污染、適當(dāng)?shù)某杀尽?yōu)異的性能價格比等諸多良好的特性而受到重視，成為重點發(fā)展的纖維品種之一。滌綸紡前著色的牢度性能遠(yuǎn)優(yōu)于浴染，其中包括耐光牢度和耐濕牢度（洗滌、漂白、干洗）。當(dāng)然，滌綸紡前著色也有許多局限和不足，如其生產(chǎn)項目缺少可變性，換色時清洗設(shè)備復(fù)雜且費時，廢料回收也是不可忽視的問題。

紡前染色的聚酯纖維既可以是短纖維，也可以是長絲。聚酯纖維的紡前染色方法有五種，即聚合加色、切片涂色、色母粒著色、切片染色、熔紡注色。從著色劑加入的時間上可大致區(qū)分為縮聚前加入（A、B）和縮聚后（C）加入；縮聚前加入法又可分為酯交換前加入（A）和酯交換后加入（B），即如圖9-1所示。

圖9-1 縮聚法制備聚酯纖維

縮聚前加入法是將顏料分散在乙二醇中以生產(chǎn)聚酯纖維有色絲，聚合加色屬于此法；而縮聚后加入法是將顏料分散于同種或相似的聚合物中做成濃色母體或顏料預(yù)分散物以生產(chǎn)聚酯有色絲，切片涂色、母體著色、切片染色、熔紡注色都屬于此法。

1.聚合加色

在縮聚階段加著色劑直接得到有色滌綸樹脂切片和有色纖維的著色方法稱為聚合加色。也可將聚合加色所生產(chǎn)的有色切片稱為全量著色。

聚合加色所用顏（染）料要能承受260～290℃高溫并適應(yīng)壓力小于133.322Pa的真空。由于不能影響酯交換和縮聚反應(yīng)，因此，著色劑的粒徑小于1μm，能均勻地分散在聚酯樹脂中。聚合加色使用的無機顏料僅有鈦白和炭黑，使用的專用染料通常是蒽醌衍生物或含有羧酸和羥烷苯基團(tuán)的酞菁類。該法成本低，適合于大批量的品種，但更換顏色時清洗比較麻煩。

2.切片涂色

切片涂色即將溶劑染料（顏料型著色劑不宜使用）與無色聚酯切片投放于真空干燥轉(zhuǎn)鼓內(nèi)，經(jīng)過充分拌和而使染料包覆于樹脂的表面，即可進(jìn)行高溫熔融擠壓紡絲。切片涂色可以是聚酯切片單獨與染料完成，也可以在石蠟、硅油或硬脂酸鎂等黏附劑存在下進(jìn)行。切片涂色僅適用于在高聚物熔化時可溶解的染料，對不溶性染料不適用，在螺桿擠壓紡絲設(shè)備中運用的效果要優(yōu)于熔柵紡絲設(shè)備的。該法適于染淺色、中色，若染深色品種易出現(xiàn)色差，且染料直接投放于轉(zhuǎn)鼓內(nèi)易使轉(zhuǎn)鼓污染。

3.色母粒著色

將色母粒（濃色切片）按一定比例與白色切片混合，然后經(jīng)高溫熔融擠壓紡絲生產(chǎn)有色纖維的方法稱為色母粒著色，也稱濃色體著色。

色母粒即用一種高聚物諸如聚乙烯或低熔點的聚酯生產(chǎn)出含有染料（10%～50%）的有色切片。

色母粒著色的優(yōu)點是不污染樹脂干燥設(shè)備和環(huán)境，適用于真空干燥轉(zhuǎn)鼓或氣流干燥裝置，運輸儲藏方便，比較適合于生產(chǎn)短纖維。其問題在于白色和有色切片可能混合不完全。而干法在纖維中形成均勻的色相，使紡絲不均勻產(chǎn)生魚眼、疵點，得不到較低特數(shù)的復(fù)絲，其各項物理性能都不會超過原來的纖維，色牢度低于其他方法生產(chǎn)的有色纖維。

4.切片染色

切片染色是用適當(dāng)?shù)姆稚⑷玖匣蛉軇┤玖蠈o色切片先進(jìn)行染色，再干燥和熔融紡絲。此法需要從染色的滌綸切片中除去水分是相當(dāng)困難的，而在熔融紡絲時，殘余的水分會造成聚酯切片的水解，聚酯切片干燥時分散染料因升華而揮發(fā)，用于染色的熱氮氣和空氣會附帶染料蒸氣而污染其他干燥設(shè)備。

5.熔紡注色

在由聚乙烯或滌綸形成粉狀或片狀的濃色分散體中加入染料，在擠壓紡絲設(shè)備中，當(dāng)高濃度分散體熔融并與高聚物熔體混合時，用適當(dāng)裝置進(jìn)行記錄。此法需特殊的噴射設(shè)備，能將染料或其高濃分散體加入擠壓機。要求著色劑能耐高溫，可溶性染料在高溫下不升華，與原色母粒相容性好。特點是有色纖維的色澤和強度穩(wěn)定，不沾污設(shè)備和環(huán)境。各種纖維皆可生產(chǎn)，是現(xiàn)階段滌綸原液染色的主要方法。

二、聚酯纖維材料紡前著色劑的選擇

聚酯纖維紡前著色的關(guān)鍵是著色劑的選擇和加工。著色劑的質(zhì)量將會直接影響有色聚酯纖維的成品，除耐高溫外，還應(yīng)具有良好的色牢度，包括日曬、皂洗、摩擦、汗?jié)n、氯漂、升華、煙熏及海水漬等。國內(nèi)外用于滌綸紡前著色的著色劑見表9-1。

表9-1 滌綸紡前著色的著色劑

續(xù)表

1.顏料

（1）無機顏料。常用的無機顏料只有鈦白和炭黑，前者作纖維的消光劑，后者為黑色著色劑。著色力強，成本低廉，但都必須加工成超細(xì)微粒才能使用。其他色彩的無機顏料，如鉻黃、鎘黃、鐵黃、群青、鐵藍(lán)、鈷藍(lán)等，由于著色力低，色澤不鮮艷而應(yīng)用不多。

（2）有機顏料。用于聚酯纖維原液著色的有機顏料要耐高溫，在聚酯樹脂中呈分散狀態(tài)，粒徑在0.5μm，在聚酯樹脂中有一定的浸潤性，顏料分子有足夠的親酯性基團(tuán)。目前適用于此的有機顏料的化學(xué)結(jié)構(gòu)主要是酞菁、喹吖啶、蒽醌、苝系、異吲哚啉、二嗪、硫靛等。比較適用的品種有Poliotol黃L-0960、Hostaperm橙GR、Hostaperm粉紅E、Novoperm紅BL、Sandofil猩紅4RF、Filester棗紅RA、喹吖啶酮紅、永固紫RL、酞菁藍(lán)、酞菁綠G以及C.I.顏料黃147、192，C.I.顏料橙68，C.I.顏料紅214等。

2.染料

常用染料有溶劑染料和分散染料兩類，可直接溶解于聚合物中，要求耐300℃高溫，色牢度優(yōu)良，不分解、不升華，能與聚酯樹脂相溶于一體，具有很好的酯溶性。染料不存在細(xì)度問題，只要嚴(yán)格控制內(nèi)在的機械雜質(zhì)即可。

溶劑染料按其在不同有機溶劑中的溶解性分為三種，即油溶性、醇溶性和酯溶性。酯溶性染料在大多數(shù)有機溶劑中的溶解度很小，用于樹脂等著色，其結(jié)構(gòu)有偶氮系、次甲基系、酞菁系、蒽醌系、呫噸系、喹酞酮系，用于聚酯原液著色的都屬于此類。常用的溶劑染料有如下幾種。

C.I.溶劑黃16、56、93、130、160、163；

C.I.溶劑紫8、9、13、36；

C.I.溶劑紅45、52、111、135、179、230；

C.I.溶劑藍(lán)4、5、6、35、36、38、59、78、97、104；

C.I.溶劑綠3、5、28；

C.I.溶劑橙60、63；

C.I.溶劑黑3等。

分散染料中有一些升華牢度和耐熱性很好的品種也可作為可溶性染料使用，它們的結(jié)構(gòu)特征與上述溶劑染料并無太大區(qū)別。能用于聚酯原液著色的分散染料有以下幾種。

C.I.分散黃201、64、54；

C.I.分散橙47、32；

C.I.分散紫31、26；

C.I.分散紅60、86；

Polysynthren藍(lán)R、綠G、紅G、3G、BB、GG、黃R、3G、GG、棕R；

Endegal藍(lán)R、B、橙J、紅TR、J、金黃RS；

Filester藍(lán)GN、2RA、紅GA；

Estofilo黃S-5GL、金黃S-GR、紅S-GFP、紅S-FBL、紫S-4RL、藍(lán)S-RBL、藍(lán)S-RLS、藍(lán)S-FGL、藍(lán)S-8MB、綠S-3GL、棕S-RL、棕S-FGL等。

3.色母粒

顏料和可溶于聚合物的染料都是粉末狀，若通過輥磨或熱擴(kuò)散法添加到聚酯樹脂上，則不能解決連續(xù)紡絲的問題；而且這些粉狀染料、顏料濃度高，若處理不當(dāng)，還會影響熔融紡絲液的著色均勻性，對聚酯的進(jìn)一步加工產(chǎn)生明顯的副作用；另外，這些粉末著色劑會明顯污染設(shè)備。聚酯色母粒就是為了克服上述不足而開發(fā)的粒狀著色劑。

色母粒通常由染料或顏料與載體組成，而聚酯色母料的載體則需具備五個條件：一是載體是一種可紡的聚酯樹脂或共聚物，紡絲性和軟化點與普通聚酯纖維的相似或相同；二是載體具有高的染料吸收能力和盡量高的顏料吸著率，即染色性好；三是載體熔體黏度適當(dāng)，保證產(chǎn)品良好的物理力學(xué)性能；四是載體在某些溶劑中的溶解性好；五是載體與染料及聚酯的相容性好，有利于染料的均勻分散。一般采用三元共聚樹脂為載體樹脂，其組成為：對苯二甲酸二元醇酯、間苯二甲酸三元醇酯、對苯二甲酸多元醇酯，這三種單體以一定的比例，在鈦系催化劑和磷酸酯類的有機化合物為穩(wěn)定劑的作用下進(jìn)行共縮聚。國內(nèi)外滌綸色母粒品種見表9-2。

表9-2 部分品牌滌綸色母粒品種

4.色粉

瑞士山德士（Sandoz）公司的滌綸原液著色劑基本上都是色粉。即將色母粒粉碎成粉末狀。粉碎加工可在零下80℃于特種萬能磨粉機中進(jìn)行，冷卻方法采用干冷，粉碎溫度不宜太高，否則會使滌綸樹脂或共聚物軟化黏結(jié)；另一種制造色粉的常用方法是把上述顏料和染料與零下80℃粉碎的滌綸樹脂或共聚物的粉末填充劑充分混合，其中顏（染）料的含量為30%～40%。Estofil染料就屬于后一種色粉著色劑。色粉與色母粒相比有粉塵飛揚和勞動保護(hù)的問題。

各種Estofil著色劑見表9-3，國內(nèi)上海染化十廠也開發(fā)了9種聚酯色粉，即滌黃8201、8203、8207，滌橙8201，滌紅8201、8206，滌紫8201，滌藍(lán)8201，滌綠820l。

表9-3 各種Estofil著色劑品種

5.色漿

滌綸原液染色色漿即 EG著色劑，是將顏料分散在乙二醇中的漿狀物。大日精化的EG著色劑商品的物理性質(zhì)見表9-4。

表9-4 大日精化的EG著色劑商品的物理性質(zhì)

6.液狀著色劑

液狀著色劑是以有一定酸價和黏度的液體聚酯為溶劑與前述染（顏）料組成。而液體聚酯則由脂肪族飽和或不飽和的一元酸或二元酸（如大豆油脂肪酸、己二酸、對苯二甲酸、鄰苯二甲酸等）、多元醇（如1，3-丁二醇、正戊二醇、甘油）等合成，這種液狀聚酯在200℃的蒸汽壓力小于1333.22Pa條件下合成后，可簡單地借助減壓蒸餾把未反應(yīng)物與低沸點生成物除去。精制的液狀聚酯可避免紡絲時產(chǎn)生發(fā)泡而影響絲的質(zhì)量，在紡絲溫度（270℃以上）下不分解變質(zhì)。在常溫下，黏度為1500Pa·s時仍有流動性，有助于染（顏）料的分散。選擇合適的酸和醇組成的液狀聚酯黏度小于200Pa·s，可制成濃度為25%～35%的液狀著色劑。液狀聚酯與紡絲聚酯的相容性好，不影響透明性和紡絲性，不降低絲的物理性能。

三、聚酯纖維材料紡前著色工藝

我國生產(chǎn)聚酯紡前著色纖維多采用注射法，采用的著色劑以色粉、色母粒為主，兩者各占50%。一般情況下，兩者纖維質(zhì)量無大差異，使用色母粒生產(chǎn)管理易于進(jìn)行，生產(chǎn)過程中幾乎無粉塵產(chǎn)生，更換顏色簡單，無須清洗設(shè)備，但使用色母粒生產(chǎn)成本要比使用色粉高20%左右。

1.工藝流程

紡前注射法是指在原有紡絲機上螺桿進(jìn)料處增設(shè)失重加料器，定量地連續(xù)向螺桿擠出機進(jìn)料口注入染料。染料與切片由螺桿機混合，熔融后，經(jīng)計量泵噴絲板制得各種不同要求的有色纖維。

2.原料

（1）切片。采用的切片有國產(chǎn)的，也有進(jìn)口的，需根據(jù)不同的品種要求和紡絲質(zhì)量選用。切片分為有光切片、半消光切片，熔點為258～265℃，特性黏度為0.645～0.67dL/g，凝聚粒子（直徑＞10μm）含量為0.1～0.25個/mg，水分含量為0.1%～0.18%。

（2）著色劑。使用的著色劑采用色粉著色的多采用山道士公司的Estofil PES系列染料，其用量和性能參見表9-5。該著色劑一般含水0.2%，不易吸濕結(jié)塊，使用前不必烘干。但當(dāng)夏季相對濕度較大時，染料會吸收一定的水分，嚴(yán)重時也會造成紡絲不正常，此時可在100℃下干燥2h，并在儲存中注意防潮。

表9-5 Estofil PES系列著色劑用量和性能

續(xù)表

Estofil S系列著色劑可與滌綸熔體融為一體，呈均勻相，故不影響過濾，也不會使紡絲熔體凝聚，其熔點見表9-6。

表9-6 Estofil S系列著色劑的熔點

采用色母粒著色時，大多采用國產(chǎn)滌綸色母粒，也有采用進(jìn)口色母粒，如大日精化的PESM，其對滌綸的質(zhì)量比為2%～10%，如果少于2%則會影響著色纖維的色澤均勻度，部分PESM應(yīng)用濃度見表9-7。

表9-7 PESM應(yīng)用濃度