节能减排先进技术：织物变性涂料连续染色

　　纵观国际发达国家的实践经验，涂料染色新工艺、新技术是一项能从根本上和源头上建立良好生态学环境的创新技术；同时又能全面兼顾清洁生产、确保能源和原材料节约、提高产品质量和性能，又能产生特殊风格。本项目通过对国内外相关资料的收集分析，找出存在的差距，对常规粘合剂涂料染色工艺在实际生产过程中存在着较多问题进行技术攻关。　　

　　一.传统涂料染色所存在的缺点：

　　(一)常规涂料染色的缺点：

　　1、常规粘合剂涂料染色工艺适应面狭窄，只能染浅中色

　　经反复实践和分析检测粘合剂形成的色膜仅能形成以斑状、片状、点状等分散状分布，不能均匀、连续、全部覆盖于纤维表面，因此织物表面也不能形成与色膜一致的深度。从大量实践并对色膜在纤维表面成型情况分析：一般色膜覆盖纤维面积在35-85%，即使调整工艺处方和工艺条件但成效不大，曾实验使用二次染色工艺，表明也难以达到100%覆盖。其二是随涂料和粘合剂用量增加，虽色膜相应增深，但主要表现为增加色膜厚度，并未增加面料K/S值深度，因此，染深浓色品种难度很大。

　　2、常规粘合剂涂料染色工艺成品手感差

　　由于仅靠粘合剂作用和采用常规浸轧、预烘、烘干(焙烘)工艺难免有较多色膜在纤维之间粘结，加上粘合剂色膜性能以及在纤维表面分散状分布不均匀形成粗糙表面，导致面料手感变硬，弹性变差，即使采用柔软助剂混用而使成品柔软性有一定改善，但在涂料染色面料成衣水洗加工过程中也所剩无几，实际应用中仍需在成衣水洗后再进行柔软处理，同时柔软剂的加入，往往会导致牢度的下降等诸多问题。

　　3、常规粘合剂涂料染色涂料渗透差色牢度差，易掉色

　　涂料微小颗粒和黏合剂形成的色膜与纤维间仅靠分子间范德华力等作用附着在面料表面上，因此较之染料染色牢度显著低，尤其在后加工“水洗”生产过程和加工成服饰后的使用过程中牢度越洗越差，严重制约了涂料染色技术推广应用。

　　4、常规粘合剂涂料染色缺少价廉物美定型涂料和助剂

　　国产涂料和相关染色助剂开发生产的滞后，进口涂料助剂价格昂贵等在一定程度上影响了对涂料染色技术的推广，国内涂料染色应用尚处于初级阶段，这种先天不足对染整企业带来了很大困难。

　　5、常规粘合剂涂料染色无成套适用设备

　　传统染整设备难以适应涂料染色工艺要求，最终阻碍着涂料染色新技术的开发和推广应用。

　　6、常规涂料染色工艺瑕疵多

　　常规涂料染色工艺生产过程存在的粘辊筒、牢度差、色差大，质量波动较大必须焙烘，也导致长期以来涂料染色工艺只能作为被动使用的辅助性染色工艺。

　　如何提高涂料染色产品性能，把涂料染色工艺技术优势和染料染色长处有机结合，达到优势互补，扬长避短，使之更具先进的综合优势。本课题开展了系统研发，并确定技术开发重点。

　　二.织物变性涂料连续染色新技术

　　(一)本项目技术开发重点

　　 1、提高色牢度，意义在于：

　　1)扩大面料加工适用范围；2)适应牢度要求较高的品种；3)需水洗仿旧的涂料面料主要是提高洗前牢度和稳定水洗后牢度，尤其确保成衣水洗后在穿着过程中保持较稳定的牢度，洗后较少褪色或变色，满足面料加工牢度水洗褪色和成衣牢度双重标准。

　　2、改变粘合剂涂料染色中涂料对纤维无亲和性。纯靠粘合剂成膜而形成色膜粘结于纤维表面，此色膜色度与面料K/S大小相关性差，即染色提升率低，因而仅能染浅、中色。

　　3、提高工艺适应性，克服涂料轧染色种局限性大：涂料卷染(包括成衣浸染)不稳定、适应性更小、涂料刮染(即刮涂)由于质量可控制性较差，成衣水洗后加工中暴露较多问题。涂料套染则比白坯轧染和浸染应用难度更大。鉴此，如何提高涂料染色的工艺适应性和染色应用范围，提高质量，就必需找到涂料染色新工艺技术。

　　4、在解决涂料染色的工艺性能方面：优选涂料染色的染深性好、染色性能稳定、工艺适应性强、相容性好的专用涂料、助剂系列配套产品，起着决定性作用。部分国外公司推出的系列产品虽显示了一定优越性，仅靠引进往往极难做到全面符合先进、适用、经济、配套、便利的要求。通过实践，必须优选和研制国内涂料助剂，整体协调配套使用，与印染助剂公司合作，实现走国产化创新之路的目标。

　　5、专用成套设备的研制：设备是“织物变性涂料连续染色新技术”研发不可缺少的关键。本项目与印染机械设备厂合作，研制了专用成套涂料连续染色设备。

　　通过十余年坚持不懈的努力，我公司创新的“织物变性涂料染色新技术”终于获得了初步成功，目前已进入批量生产阶段。

　　(二)实施批量生产中技术攻关和技术创新

　　“织物变性涂料连续染色新技术”的关键核心是：采用纤维变性技术，吸收传统黏合剂涂料染色技术优点，试制创新成套设备，选用环保性涂料为原料，采用节水、节能、减污先进生产技术，使废水、废气和固体废物的排放量与传统染色工艺相比减少了95%以上，使变性、染色、固色一步法连续生产。

　　具体工艺技术创新实践有以下方面：

　　1、采用纤维素变性原理，积极提高涂料连续染色工艺水平和产品的质量

　　纤维素变性接枝是新染色工艺技术创新的突破点，依据国家“八·五”涂料染色课题的全程分析、总结表明，如果攻关仅定位于粘合剂涂料染色，涂料染色工艺技术难以有根本性的突破的，虽也通过大量的应用工艺着手实验，在工艺原理上始终未能达到突破性进展。

　　国外六十年代已有变性染色的报导，其中尤以成衣浸染发展最快，并在95年~96年也有变性涂料连续染色试验实践。我们结合在印染行业采用FH等交联剂进行涂料染色，采用阳离子变性工艺提高活性染料、直接染料等染色性能，开启了变性染色的思路并通过试验后，最终认定了纤维素实行变性是涂料染色原理上的创新，是改变粘合剂涂料染色的突破点。

　　从1996年起我们广泛引进国内外多种阳离子变性助剂进行筛选，安排了大量应用工艺实验进行对比，并在此基础上，与上海长盛印染化工有限公司合作开发适用于涂料染色的变性剂，先后开发出变性剂T、PT、PNP为主的若干品种。在变性工艺上，对纤维变性的工艺条件进行充分优选，充分发挥变性剂接枝功能。课题协作单位东华大学国家染整工程技术研究中心的研究表明，应用变性剂在一定的工艺条件下可以实现纤维素纤维的阳离子化，使纤维素纤维在水溶液中由变性前的带阴电荷状态变成带阳电荷状态。因此，选用表面阴离子化的涂料在一定条件下就能使涂料在纤维上发生定位吸附，纤维上呈正电荷的阳离子基团与呈阴离子性的涂料发生吸附。研究表明，变性过程中变性剂中的活性基团与纤维形成共价键结合，具有一定聚合度的变性剂可以依范德华力与纤维结合。涂料上染的数量与纤维变性的程度呈一定的正相关性，被吸附在纤维上的涂料可以具有较高的牢度和较高的浓度，变性的均匀程度可以决定涂料颗粒染色的均匀性。控制纤维变性的条件可以控制涂料染色的深度和均匀程度，所以本项目的染色结果较传统的粘合剂涂料染色技术有更为优良的匀染性，较好的牢度，能染中、深色的主要原因。研究过程中通过大量的基础实验，系统地研究了如何提高变性效果和纤维变性后涂料染色质量的规律，在掌握了二大核心关键技术地基础上，完成了对涂料品种、涂料色种、染色助剂的筛选和对选定品种的工艺优选实验，先后形成系列工艺，继而对各大类工艺采用大量正交试验和单项对比试验进行应用工艺条件的优选，通过试样、小批量生产，针对发现的新问题又重新重复上面过程，直至较圆满达到了预定目标。

　　2、对于不同染色要求、不同品种对象制定了相应的前处理工艺，严格制定了变性工艺和操作规范

　　从一般的浸染变性发展到变性轧染，从变性、染色二浴二步工艺到实现变性染色二浴一步的连续涂料变性染色。同时先后开发了涂料卷染、刮染、套染等多种工艺路线，形成了深、中、浅色不同工艺、不同褪色性能要求的不同工艺及一些特殊要求的特殊工艺，较好的解决了生产中粘棍、手感硬、色差严重、重观性差、水洗效果波动等难题，改善了涂料定向吸附、超柔软性能，解决了合理的涂料染色牢度结构、凝聚、色差、重现性等生产应用问题。

　　3、变性涂料染色专用设备的开发

　　设备性能是执行工艺的先决条件，特殊的工艺技术必须有相应的专用设备来实施。涂料染色工艺的特殊性，对半制品的要求是布面平整、洁净、毛效良好而均匀、布面pH值呈中性且保持一致、丝光钡值较高、回潮率适中而均匀、保持一致和适宜温度；试验中对全部印染加工过程中使用的烧毛机、冷轧堆精炼机、高效平洗机、冷堆丝光机、变性打底机、涂料轧染机、红外预烘、热风烘干、热定型焙烘机等设备进行全面统一改造，对影响变性和染色效果的关键部分进行特殊设计，对专用新设备强化了工艺条件在线检测、监控，方便了操作、管理，确保质量在线控制，确保设备具有良好的稳定性、执行工艺条件的精准性。为提高变性和染色的效率，设备设计采用连续加工流水线的方式实现了变性、染色的连续化。研制开发的成套设备采用了远红外、超声波、张力自控、张力补偿、温度自控、液位自控、比例定量供液、温度检测自控、触摸屏人机对话工艺自控等组合。对设备和工艺的节能、环保性能同样给予高度关注。作为一个系统工程，新的变性涂料连续染色技术与设备性能形成优势互补的有机结合，达到了扬长避短的效果。本项目已向国家专利局申请实用新型专利(专利名：连续涂料轧染机，申请号：200620165464.9)

　　4、对关键技术通过系列实验，有针对性解决了各项生产难题

　　(1)通过对涂料染深性工艺系列试验，先后对染料打底、变性染色、活性、直接一浴法、涂料变性染色加粘合剂涂料二次染色、增深剂的选用、前处理对染深工艺的优选、涂料染色工艺条件优选、配色增深、各种添加助剂对色深影响分析等进行试验优选，较系统地认识和总结了增深工艺技术，逐步形成了生产适用工艺。

　　“织物变性涂料连续染色新技术”有较好的染深性，解决了常规粘合剂工艺只能染浅中色的矛盾。

　　针对实际生产所需，通过大量的正交试验系列研究了以变性技术为主的涂料染色工艺技术，有效解决了生产中传统粘合剂涂料染色工艺的存在问题，采取有效工艺措施，解决了牢度、手感、色深、染色均匀性、重现性、粘辊等关键问题，形成多种规模涂料染色工艺。

　　(2)对提高染色均匀性工艺探究：对涂料染色规律全面试验分析，从设备、工艺、操作管理着手，形成涂料匀染工艺规范；并视色种深浅、色调、面料组织等主要因素，调整涂料助剂品种应用组合、工艺条件控制、设备性能调整获得了较好的效果。实践证明，变性工艺是提高匀染性的基础，工艺条件和设备是关键，特殊品种必需具体采取系统措施才能有好的效果。

　　(3)提高色牢度的研究：从现有水平看，绝大部分色种均能达到客户的牢度要求，其中，对需水洗仿旧的品种由于注重牢度合理结构，从而满足洗前、洗后对牢度的双重要求标准，这主要取决于合理工艺。简单采用少用粘合剂、少焙烘等是不适宜的，因为失去了牢度的稳定性是达不到牢度标准的，在后道加工必然成为严重后患。

　　(4)涂料染色的成品与原样相符是有一定难度的，所谓涂料拼色容易，但要真正做到洗前、洗后均能达到预定标准，必需在常规染料染色原样相符的基础上提出更严、更规范控制，实践表明测配色技术的应用有助于提高原样相符工艺水平。

　　(5)对于粘辊和凝聚造成的色点、色斑较多采用工艺与管理结合，辅之以设备和操作等综合措施解决。其中对与毛羽造成的影响应有充分的认识，采用道道把关十分必要，如局限于单纯采用助剂的手段，往往事倍功半，顾此失彼，在涂料染色上尤其需要防止。

　　(6)充分发挥涂料染色工艺技术特殊性，开发“涂料染色—功能整理”一步法技术，有着较好前景，实践表明，不管哪一种涂料染色工艺，不但有附加功能性整理优于传统染色的优势，而且由于部分整理工艺与涂料染色工艺有一定的互补性。此外，作为涂料染色面料主要是适用水洗工艺，因此，多关注涂料染色过程(即在面料上加工)赋予后者有利的加工条件和提高服饰性能也有积极意义。

　　目前纤维变性涂料染色仍有相关问题需要完善和解决，以更好适应市场的需求。另一方面，科技在发展，“织物变性涂料连续染色新技术”技术有着诱人的社会效益和符合环保节能可持续发展的优势。目前已纳入计划的有新助剂的开发和纤维变性涂料系列染色的后续研发，如：加快在泡沫涂料染色、高牢度涂料染色工艺、提高染深性、功能性染色工艺，进一步提高染色均匀性以及涂料染色新产品面料等方面的开发。

　　涂料染色已是全球公认具有最佳生态型和成为最主要和最需要发展的染色技术；因此，在日益得到政府支持，尽快形成一个全社会协作攻关机制，一定能使我国涂料染色技术缩小与国际先进水平的差距，最终实现创新超越。

　　(7)传统涂料染色与涂料连续染色新工艺路线对比

　　涂料染色生产过程中不再用到盐、碱等辅料，而且革除了二道平洗及皂煮、还原蒸箱，具有明显的工艺路线短、节能降污、减少污染物排放及减少生产用厂房面积等特点。

　　针对提高牢度的工艺试验表明，采用优选工艺对多种有代表性品种的涂料染色都达到较优的牢度水平。

　　现有涂料染色工艺对不同原料、组织、规格、加工工艺均有较好的牢度适应性。

　　由于涂料染色产品目前主要用于成衣水洗服饰，故在成衣水洗后服饰面料干摩、湿摩牢度均有明显提高，按随意抽检洗前平均干摩3.1级、湿摩2.4级，在水洗后干摩为3.9级、湿摩3.4级，即分别增加0.8～1.0级。

　　(8)“织物变性涂料连续染色新技术”能适应各种面料的涂料染色要求，显示了涂料染色工艺工序简化、生产效率高的特点。原来用纯粘合剂工艺生产存在较多问题的品种采用新工艺后得到解决，生产了各种纤维及不同纱织的织物涂料连续染色生产品.

　　(三)完成主要技术指标和经济指标

　　1、主要技术指标：

　　采用“织物变性涂料连续染色新技术”，涂料染色产品较粘合剂染色工艺外观色调鲜艳、色泽均匀，牢度均能满足产品要求。手感柔软，吸湿透气性有显著提高。

　　2、技术经济目标

　　织物变性涂料连续染色新工技术利用纤维变性技术，通过染化助剂优选、专用设备研制、产品系列开发、解决了传统涂料染色工艺存在的提升性差、色牢度差、手感硬、粘辊等缺点。

　　在节能降耗、减少污染物排放等方面有突破性进展，与传统染色工段相比，节约染料/涂料20%，助剂52%(尤其是减少90%以上的染色污水的排放)，烧碱95%以上，盐100%，电31%，蒸汽30%，水50%以上(在染色过程节水94.8%，考虑涂料染色产品后道成衣水洗用水)，占地面积65%。(因工艺路线大大缩短)

　　3、经济及社会效益

　　①资源消耗总体水平为传统染料染色工艺的57%，按300万米/年生产能力计算，合计每年可节约费用约102万元。

　　②因染色过程无工艺废水产生，与常规染色工艺相比，可减少废水排放总量3.6万吨/年，削减CODcr3.6吨/年、氨氮0.54吨/年、总磷0.036吨/年。

　　③通过纤维变性涂料染色新工艺的推广，可带动印染设备、化工染化料助剂的同步发展，对染整行业“十一五”注重环保发展绿色纺织品生产、推行清洁生产技术有积极推动和示范样板作用。对保护生态环境和人类身体健康有着积极意义。

　　三.结束语

　　综上所述，织物变性涂料连续染色新技术是一项多种技术集成创新的技术创新型项目。其技术关键在于：

　　(1)技术创新点以纤维变性为核心

　　(2)工艺突破点为连续浸轧变性技术

　　(3)集特殊机械组合设计、数字检测监控、超声与电子技术结合的专用生产设备

　　(4)应用其他染色工艺的优点组合一体而成的新工艺

　　织物变性涂料连续染色新技术是在全面吸收国外先进经验基础上，针对国内现状和存在问题，有的放矢地完成了对工艺路线地创新型研究、专用设备的特殊研制、染化料助剂的优选等大量基础工作，形成了系列的涂料染色清洁生产新工艺(如涂料连续轧染、浸染、刮染等多种涂料染色生产工艺)，新工艺适应各种原料、品种、色种的中高档系列产品的开发，产品质量较常规粘合剂工艺有全面的提高，产品已销往欧美地区，得到客户的一致好评。

　　经委托中国科学院上海科技查新咨询中心查新，结论为“涂料连续染色新工艺具有新颖性和创新性”查新号200621C0701872；被常州市科技局列入2006年常州市科技攻关项目，项目编号CE2006108；同时经中国纺织工业协会组织专家鉴定，“织物变性涂料连续染色新技术”填补国内空白，达到国际先进水平，纺科鉴字[2007]第04号。“新工艺的涂料连续染色加工面料”被江苏省科学技术厅认定为“高新技术产品”证书编号060402G0109N。部分涂料染色配套设备的关键技术已申请国家专利，申请号：200620165464.9。

　　附：“织物变性涂料连续染色新技术”生产工艺

　　参照针对性解决涂料粘合剂染色工艺存在的问题着手，从系列研究纤维变性技术为创新突破点着眼的指导思想，指定了全面的基础试验，先后完成了专用涂料、助剂的优选，变性涂料染色工艺的研究、专用设备研制等系统攻关。新涂料染色工艺的设计原理是：

　　(1)工艺创新点以纤维变性为核心技术。

　　(2)工艺突破点为连续浸轧变性技术。

　　(3)应用其他染色工艺的优点组合一体而成的新工艺。

　　参照以上新工艺设计结构，主要工艺路线举例如下：

　　工艺流程：坯布低张力恒张力褪卷→刷毛除尘→经向张力调整→横向张力调整→对中控制→浸轧变性剂→交联接枝→布面温湿度控制→浸轧涂料染液→红外线预烘→锡林烘干→落布

　　编制涂料染色生产质量指标、染化料、助剂消耗、操作规范要求、半制品质量要求、前后道加工要求等相关内容。