随着科技的发展，染色电脑，染色集中控制等自动化设备早已被纺织印染行业广泛使用。而且随着时代的发展，各种新型的合成纤维更是不断的被推出，随之而来的，是印染工艺和染料的升级改进。今天，我们来谈谈新型合成纤维与分散染料染色技术

合成纤维于二战前后开始研究和开发，随着石油工业的壮大，真正的工业化始于2O世纪5O年代.其中发展最快的当推聚酯纤维，2010年世界产量已达3 641.3万t，占合纤总量的84.7%.如今发展的是新聚酯纤维(如哪、PLA纤维)和芳纶、芳砜纶高性能纤维，产量正逐步上升.这些新纤维都用分散染料染色，所不同的是m 纤维可用PET纤维适用的传统分散染料，芳纶和芳砜纶则需使用特殊添加剂存在下的载体染色，要求载体无毒、无味、易洗除、给色量高、不影响色牢度.而PLA是脂肪类聚酯，与PET、PrT芳香族

　　聚酯性能有所不同，由于分子结构相差大，存在介电常数，极性与染料作用力有所不同，造成匀染性、色相、色牢度存在差异.采用溶解度参数或无机t性值侑机性值，从传统分散染料中筛选或设计PLA专用分散染料的分子结构

　　1 合成纤维的发展带动染料的开发

　　在20世纪三四十年代，合成纤维开创了纺织纤维的新纪元，相继有多种合成纤维问世.染料的发展历来与纤维的开发紧密联系.1935年和1938年开发出锦纶66和锦纶6，1949年出现了1：2型金属络合染料(即中性染料);1941年开发出聚酯纤维(涤纶)，1953年在醋酸纤维用染料基础上，出现了聚酯纤维用分散染料;1942年开发出腈纶纤维 1953年开始工业化生产，1955年在碱性染料基础上出现了腈纶用阳离子染料. 这些新开发的合成纤维，它们的专用染料都要滞后若干年.从近几年纤维与染料的同步发展可以看到染料的开发与纤维的发展紧密地联系在一起.

　　日本化纤协会于2011年1月30日发表了《内外的化学纤维生产动向》，2004～2010年世界的主要纤维生产见表1.

　　2010年世界主要纤维产量为7 257.5万t，比2009年增长12.6%，其中化纤产量占总产量的63.7%，棉占总产量的34.6%，增长率分别为12.O%和14.6%.天然纤维以棉为主，近4年中国生产量减少，印度、巴西、美国等国产量增加.羊毛因世界最大生产国澳大利亚产量减少，影响世界产量.化学纤维2位数增长主要依靠合纤的增长.其中主要品种涤纶的世界产量2010年为3 641-3万t(长丝2 293.8万t，短纤l 347.5万t);而中国于2010年涤纶产量2 513.4万tf长丝1 678.9万t，短纤834.5万t)，占世界产量的69%.锦纶f长丝+短纤)2010年世界产量387.5万t，中国产量为161.8万t.腈纶短纤2010年世界产量198.1万t，中国为65.7万tf较2009年下跌5%).再生纤维素2010年世界产量323.8万t，中国为183.5万t.2010年中国的化学纤维产量为世界产量的64.1%.

　　摘 要： 合成纤维于二战前后开始研究和开发，随着石油工业的壮大，真正的工业化始于2O世纪5O年代.其中发展最快的当推聚酯纤维，2010年世界产量已达3 641.3万t，占合纤总量的84.7%.如今发展的是新聚酯纤维(如哪、PLA纤维)和芳纶、芳砜纶高性能纤维，产量正逐步上升.这些新纤维都用分散染料染色，所不同的是m 纤维可用PET纤维适用的传统分散染料，芳纶和芳砜纶则需使用特殊添加剂存在下的载体染色，要求载体无毒、无味、易洗除、给色量高、不影响色牢度.而PLA是脂肪类聚酯，与PET、PrT芳香族

　　聚酯性能有所不同，由于分子结构相差大，存在介电常数，极性与染料作用力有所不同，造成匀染性、色相、色牢度存在差异.采用溶解度参数或无机t性值侑机性值，从传统分散染料中筛选或设计PLA专用分散染料的分子结构

　　1 合成纤维的发展带动染料的开发

　　在20世纪三四十年代，合成纤维开创了纺织纤维的新纪元，相继有多种合成纤维问世.染料的发展历来与纤维的开发紧密联系.1935年和1938年开发出锦纶66和锦纶6，1949年出现了1：2型金属络合染料(即中性染料);1941年开发出聚酯纤维(涤纶)，1953年在醋酸纤维用染料基础上，出现了聚酯纤维用分散染料;1942年开发出腈纶纤维 1953年开始工业化生产，1955年在碱性染料基础上出现了腈纶用阳离子染料. 这些新开发的合成纤维，它们的专用染料都要滞后若干年.从近几年纤维与染料的同步发展可以看到染料的开发与纤维的发展紧密地联系在一起.

　　日本化纤协会于2011年1月30日发表了《内外的化学纤维生产动向》，2004～2010年世界的主要纤维生产见表1.

　　2010年世界主要纤维产量为7 257.5万t，比2009年增长12.6%，其中化纤产量占总产量的63.7%，棉占总产量的34.6%，增长率分别为12.O%和14.6%.天然纤维以棉为主，近4年中国生产量减少，印度、巴西、美国等国产量增加.羊毛因世界最大生产国澳大利亚产量减少，影响世界产量.化学纤维2位数增长主要依靠合纤的增长.其中主要品种涤纶的世界产量2010年为3 641-3万t(长丝2 293.8万t，短纤l 347.5万t);而中国于2010年涤纶产量2 513.4万tf长丝1 678.9万t，短纤834.5万t)，占世界产量的69%.锦纶f长丝+短纤)2010年世界产量387.5万t，中国产量为161.8万t.腈纶短纤2010年世界产量198.1万t，中国为65.7万tf较2009年下跌5%).再生纤维素2010年世界产量323.8万t，中国为183.5万t.2010年中国的化学纤维产量为世界产量的64.1%.

　　2003 2010年，我国染料产量见表2.i 我国染料产量2003—2005年徘徊于6O万t/年以下，2006年开始增长到7O万t/年以上，2008年受国际金融危机影响产量下降.与国内外纤维产量发展趋势一致的是2009年下半年开始增长，2010年产量达到历史最高水平.其

　　中活性染料增长最快，达228 508.7 t，分散染料保持稳定，为349 549 t，二者占总产量的72.9%.

　　自2007年以来，分散染料除了2008年都稳定在35万t左右，占总产量的44%～48%，与涤纶纤维相匹配.活性染料每年都在t~dTK：(2004年除外)，2010年占纤维素纤维染料(硫化、直接、还原、冰染、活性染料)总量的61%.纤维素纤维染料总量375 051 t，占总产量的47%，与棉及再生纤维素总量基本相匹配.当然，还要扣除染料进出口因素，一般都是出口量大于进口量.

　　涤纶纤维除了大宗传统产品外，大力发展差别化纤维。其中最重要的是超细纤维.由于其单位质量的表面积随单丝纤度变细而增大，造成染色速度快、表观给色浅和耐光牢度下降.对于分散染料，必须解决匀染性、盖染性、提升性和染色牢度问题.为此，一批涤纶超细纤维的专用分散染料问世.新型舒适型涤纶纤维如吸湿排汗、调温纤维的开发也需相应的分散染料及染色工艺.PTT和PLA等新型聚酯纤维使用传统分散染料染色存在许多缺陷.

　　高性能纤维是今后世界合成纤维发展的一个重要方向，随着技术的进步和应用范围的扩大，许多高性能合成纤维已经实现产业化.高性能合成纤维按合成原料的不同主要分为芳纶纤维、超高分子质量聚乙烯纤维、碳纤维、特殊玻璃纤维以及液晶高分子聚对苯并二噻唑和聚对苯并二咪唑纤维，其中芳纶纤维和芳砜纶纤维市场增长最快，因为这类高性能合成纤维不但用于国防及航天领域，还渗透到其他领域，包括缆绳、轮胎帘子线、运动及医疗器械：服装也由宇宙服、防弹服和特殊行业战斗服向民用服装发展.

　　商务部于2011年4月18 13发布《鼓励进口技术和产品目录(201 1年版)》，鼓励引进聚乳酸纤维PLA和新型聚酯P，rr成套设备的设计制造技术、高强高模芳纶(1414)(聚对苯二甲酰对苯二胺1成套设备的设计制造技术.这些纤维是国家发改委鼓励发展的新纤维.本文拟对聚对苯二甲酸丙二醇酯fP 和聚乳酸(PLA)等新型聚酯纤维和芳纶(av)、芳砜纶(PSA)等新型高性能纤维及其染整加工和所用染料进行评述

　　2 新型聚酯纤维与染色

　　2.1 聚对苯二甲酸丙二醇l~(PTr)纤维与染色工艺P1Tr的制造技术在1941年已提出专利申请，但由于当时高质量的l，3一丙二醇太贵而未能实现工业化.直至1995年，美国壳牌化学公司研发出了1，3一丙二醇的新的生产路线，才于1996年建立第一个PTT生产厂.m 纤维最大生产企业为壳牌化学、杜邦化学、美国Kosa、日本旭化成、日本东丽和韩国SK化学等公司，我国也已开始批量生产.

　　PTT纤维既保持了聚酯纤维的基本优点，即尺寸稳定性、电绝缘性和化学稳定性，又具有PET纤维不具备的性能，如柔软性、回弹性、蓬松性和低温染色性等.PTT纤维的长丝和短纤非常适合应用于生产各种高弹收缩和手感柔软的弹性针织和机织物，制造休闲服、泳衣、运动服、贴身内衣、袜子等.

　　2.1.1 PTT纤维的分子结构与性能

　　P1_r纤维分子的单元化学结构与PBT和PET的区别，仅在于苯环间的亚甲基个数，如下式所示：

　　P11r与其他弹性纤维的性能比较如表3

　　m 与PET、PBT分子单元结构的区别不仅是亚甲基链的长短，PTT呈奇数，PET和PBT呈偶数.高分子聚合物结构中亚甲基的“奇碳效应”使苯环与3个亚甲基不处于同一平面，而且邻近2个羰基的斥力不能成180。平面排列，只能成120。空间错开.P，rr大分子结晶单元弯曲的链长是其完全伸直长度的75%;同样情况下，PET为98%，PBT为88%一96%.所以P1Tr在受力时大分子链比较容易拉伸和压缩汐 力除去后，能迅速回复到原状.PTT纤维拉伸达20%时，仍具有100%的弹性回复性.100%的PTT织物与含有4.7%氨纶的

　　PET弹力丝织物有相同的弹性回复性.

　　PTT的玻璃化温度较PET低，分别为45 65℃和68—8l℃，分子链发生移动和变形的温度较低.用分散染料染色温度也较低，100℃时即可染色，最高染色温度为110～120℃.P，ITI'的结晶温度比PET低，分别为65℃和132℃，分子链容易进行晶格整齐排列;同理，分子链间作用力弱，故分子链柔顺性好.3—3 dtex的PTT织物与2-2dtex PET织物的柔软性相同，与同一纤度的锦纶相似.

　　由于晶格容易拆开，所以P，rr的熔融温度比PET低，分别为228℃和260℃.m 的热定形温度比PET低，一般为150℃左右.P1Tr的光学性质类似于PET，其折光指数较高，但双折射率比PET低，说明PTT纤维的取向度比PET低.Prrr的初始模量f2.58 cN/dtex)明显低于PET的初始模量(9.15 cN/dtex)，而与PBT、PA6较为接近.由于初始模量低，所以手感柔软.

　　2.1.2 fyIT纤维的染色工艺与染色性能

　　PTT与PET都属聚酯纤维，但它们的化学结构有所不同.与PET分子相比，PTT分子中酯基所占比例稍低，疏水基组分相对较高，分子链较柔顺，玻璃化温度和染色转变温度 相对较低，所以适合分散染料低温染色.一般来说，染料对Prr纤维的上染速度比PET快，故染色温度较低.PTT纤维在75℃时就能较大程度吸收分散染料，吸附率达到90%以上，初染率已很高.因此，用分散染料染PTT的起始温度比PET低，在50℃时初染率较低，5O～70℃时，上染比较缓慢，70℃以后，上染速率明显加快，80～9O cc时，上染速率达到最大值.

　　因此，在70～90℃宜采用较慢的升温速率，以期获得良好的匀染性.100℃时，上染率基本上达到最大值，在此温度下继续染色，可以让染料充分扩散、移染，提高染料的匀染性. 1

　　染色温度不超过120℃时，中低温型分散染料在P，rr纤维上的上染量都高于PET纤维，PTT纤维达到最高上染率的温度比PET纤维低20～30℃.低温型分散染料在100℃时对PTT纤维的上染量已基本达到最高值;中温型分散染料在110℃时对Ⅲ 纤维的上染量已基本达到最高值;高温型分散染料对P1_r纤维染色时，最佳染色温度为1 10～120't2.当超过120 cI=染色，色泽深度反而有所降低.这是因为P，ITr染色过程是放热反应，温度过高反而降低染料对纤维的亲和力，同时，透染性提高使表面颜色变浅.嘲与PET纤维染色类似，PTT染液的pH以弱酸性为好，但因为P，rI1的耐碱性好于PET，可以在中性介质中染色，不需要用酸和酸性缓冲剂调节pH，以减少化学品的消耗和废水排放.但温度高于1 10℃时，m 的

　　耐碱性会明显降低，碱剂使纤维水解速度加快，所以染液pH应在弱酸性至中性.

　　与PET一样，Prr纤维染色后需经还原清洗，充分去除浮色.P1Tr纤维的透染性较好，还原清洗效果好于PET纤维，还原清洗温度最好在60～70℃.11。P，rI、纤维分散染料染色的牢度与PET纤维相近，耐光牢度与之相同(耐晒牢度主要取决于染料化学结构)，皂洗和干湿摩擦牢度稍好一些(Pr丌纤维透染性好，还原清洗效果也好，纤维表面浮色相对较少)，但是

　　热迁移和耐升华牢度不如PET纤维(染料容易从纤维内部扩散1.

　　一般对合成纤维而言，如果某一纤维容易染色，染料容易扩散进入纤维内部，同时在一定条件下也容易从纤维内出来，水洗牢度就差，即所谓“易进易出”的规律.但对于m 纤维，分散染料在纤维内“易进但不易出”.[IHPTT/PET混纺或交织物同属聚酯纤维，都可用分

　　散染料染色，由于分散染料在m 和PET纤维上的分配系数不同，很难使P1Tr和PET染得相同的表观染色深度 值).

　　低温型分散染料用于P PET纤维同浴染色，二者表观染色深度之比均小于高温型染料，而中温型分散染料介于低温型和高温型间.FIT/PET混纺交织物用低温型染料更易获得相同色的染色效果，在120℃染色是一个好的同色染色方法.若要获得深色P，ITr纤维、浅色PET纤维的双色或闪色效果，采用高温型分散染料在100～1 10℃染色，能获得较好效果.【l

　　2.2 聚乳酸(PLA)纤维与染色工艺

　　聚乳酸(PLA)纤维是以玉米淀粉发酵而成的乳酸为原料，经脱水聚合反应制成的聚乳酸酯 经溶液纺丝或熔融纺丝而成的合成纤维.首先由美国Cargill谷物公司研制成功，1997年Dow Polymer公司成立CDP(Cargill Dow Polymer)公司，生产聚乳酸纤维，商品名Ingco.日本钟纺、尤尼契卡和可乐丽公司生产的PLA纤维的商品名分别为Lactron、Terramae和Plastarch.有人称它为玉米纤维.用乳酸单体制备聚乳酸主要有2种途径(图3)：(1)直接缩聚法，需用溶剂和高真空条件脱水;(2)温和条件下脱水生成丙交酯中间体，由丙交酯开环聚合，不用溶剂.

　　2.2.1 PLA纤维的性能

　　PLA纤维属于脂肪族聚酯纤维，不含芳香环.与PET涤纶纤维相比，亲水性、毛效和水扩散性好.具有良好的弹性回复性和卷曲保持性，使之具备优良的抗折皱性.PLA分子链中存在较多的酯基，主链上还存在等距离排列的甲基，没有强极性基，所以主要由L一乳酸聚合时容易结晶，结晶度>70%，熔点(175℃)和玻璃化温度(57℃)很低，对温度敏感(如表4所示).另外，PLA的杨氏模量和弯曲刚度仅为PET的1/2，故手感柔软，悬垂性明显好于涤纶;密度比PET低，可使面料轻量化;限氧指数较高，燃烧后自灭性能较好，燃烧发烟量大大低于涤纶;燃烧热也较低;折射率比PET低，染色物的染深性较好; 较低，有利于开发与羊毛和蚕丝的混纺或交织产品;良好的弹性回复性和卷曲保持性，使其具有优异的抗折皱性和保形性能.

　　PLA纤维具有良好的物理机械性能，在机织物、针织物及非织造物上有广泛的应用.

　　PLA纤维表面pH为6.0～6.5，为弱酸性，与人体皮肤具有良好的相容性.这种特性可使纤维表面形成天然的抗菌环境，可以抑制黄色葡萄球菌的繁殖.PLA纤维降解产物为乳酸，可被人体吸收，使PLA纤维适宜在医疗上使用.如手术缝合线，待伤口愈合后能自动

　　降解并吸收，术后无需拆除.PLA纤维的合成原料来自天然植物，PLA纤维弃用后埋入土壤中2—3年内会消失，降解产物为无害的乳酸、CO 和水，因此被誉为新一代环保型聚酯纤维.

　　2.2.2 PLA纤维的染料与染色

　　尽管PLA纤维的结晶度(>70%)高于PET纤维(50%)，但其玻璃化温度较低(57℃)，折射率也低(1.40)，故一般认为分散染料对PLA纤维可染性很好，且易染得深浓色.因PLA纤维的临界染色温度为7O cC(比PET纤维低15～20℃)，所以染色温度在1l0℃左右.

　　PLA纤维与PET纤维的折射率分别为1.40与1.58，根据Fresnel反射率公式计算，PLA纤维与PET纤维的表面反射率分别为3.4%和5.0%，PLA纤维的表面反射率低于PET纤维.在同一染料吸附量的情况下，PLA纤维的表观染色深度高于PET纤维，大致高出30%.

　　PLA纤维是一种疏水性热塑性纤维，传统分散染料对PLA纤维只有中等亲和力，用于PET纤维染色的染料并不都适用于PLA纤维的染色.有人解释了不同结构分散染料上染率的高低，他们认为，PLA纤维对于与其溶解度参数相近的分散染料，吸附量较高.u町染色

　　亲和力主要决定于染色热和染色熵.染色热决定于染料与纤维分子间的吸附力.对分散染料而言，染料与纤维间存在多种分子间作用力，染料或纤维不同，它们的作用力也不同，分子间总的作用力可以用溶解度参数来表示，通过计算可以得到各种纤维和不同分散染料的溶解度参数.”卅根据计算，PET纤维的溶解度参数为10.70 J ‰m ，而PLA纤维为12.81 J'n/cmm.传统分散染料的溶解度参数都在10.50 J。‰m 左右，只适应PET纤维或m 纤维. 1所以传统分散染料在PLA

　　纤维上的吸尽率很低 ”，且与染料化学结构和能量类型没有明显关系.例如下列染料在110 oC、30 min后的吸尽率：C.I.分散黄54 40%，C.I.分散红60 71%，C.I.分散蓝56 70%，Dianix红SF 40%.100℃时，染料在PLA纤维上有较高的扩散速度，比在PET纤维上快得多.例如c.I.分散红60在100℃时的扩散系数，PLA为1.34x10一cm2/min，而PET只有2.92x i0 cm /min，相差3个数量级.上述因素造成分散染料在PLA纤维上的提升力较低，染深性差.

　　PET纤维与PTT纤维的色相角相近，因此用同一种分散染料在2种纤维上的色光很相近.但是PLA纤维色相与PET纤维相差很大，往往同一染料在PLA纤维上得到的颜色与PET纤维相比，其最高吸收波长入一向短波方向移动，产生浅色效应.对于橙红系染料，其色光明显偏黄，红光减弱;蓝色系染料则色光偏红;紫色系染料在PLA纤维上红光增强，蓝光偏弱;翠蓝系染料绿色减弱.造成这一现象的原因可能与PLA和PET的分子结构、介电常数、极性以及染料与纤维的作用和结合方式有关.与蒽醌系或偶氮杂环系相比，偶氮苯系分散染料的这一现象更为强烈.

随着时代的发展，各种新的纤维会不断出现，因为不同的组成结构和物理特性，在印染时也会出现各种不同的情况，因此，印染企业选择高智能和高精度的染色电脑，染色集中控制系统等自动化设备就非常重要了！

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（染色电脑）

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华高自动化设备有限公司分别在浙江、山东、江苏及福建设有办事处，专业生产印染控制设备，染色机电脑，定型机红外线布边追踪装置，染料助剂自动配料输送系统，定型机助剂自动配送系统，计算机辅助称料系统，染色助剂自动称量系统。维修各类进口/国产染色机电脑、定型机红外线布边追踪系统以及各种控制器，可承接各类染缸改装工程以及加装染色机中央监控系统。

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