淺談塗料染色的發展與應用論文

塗料染色拼色方便、重現性好，對被染物沒有選擇性，可廣泛用於各種纖維的染色。其染色工藝簡單、節能、節水、排污少、染色成本低，是印染行業清潔生產的重要發展方向。

塗料的應用歷史悠久，考古發現，在殷代晚期的建築物上已經出現了壁畫，當時多是紅色和黑色的無機顏料。塗料的應用領域廣泛，在紡織、造紙、建築、塑料和金屬等多個領域得到普遍使用。塗料在紡織品的大量應用始於20 世紀50 年代初，開始多是用於印花，80 年代以來，在染色中的應用得到重視。

塗料中的着色成分爲顏料，塗料染色實質爲顏料着色。顏料本身不溶於水，需要藉助於分散劑、乳化劑等表面活性劑的作用均勻分散於有機溶劑或水中，形成塗料色漿。在塗料染色時，在塗料色漿中加入粘合劑、交聯劑等製成塗料染液，對織物浸軋後，透過高溫焙烘作用，交聯劑的交聯成分與粘合劑分子中的活性基團，在纖維和粘合劑之間、粘合劑高分子之間發生交聯，形成具有三維空間結構的網狀皮膜，將顏料包嵌而牢固地附着在織物上，從而達到“上染”的目的。

塗料染色的關鍵在於改善塗料染色的織物手感、摩擦牢度、軋染時對軋輥的粘結，以及浸染的着色深度、勻染性。這些問題的解決取決於塗料色漿、粘合劑等的發展技術。

1 塗料染色的發展

1. 1 塗料發展

1. 1. 1 塗料的性狀與性能

商品塗料爲漿狀形式，一般稱爲塗料色漿，簡稱爲塗料。其組成有顏料、分散劑、乳化劑、潤溼劑及少量水。顏料包括無機顏料、有機顏料及熒光樹脂顏料。

作爲染色用塗料，應滿足以下基本要求: ①顆粒細度均勻，色澤濃豔; ②良好的着色力和遮蓋力; ③耐光耐熱，化學藥劑穩定性好; ④相對密度適宜。

塗料的質量取決於塗料色漿的製備技術，具體來說，即顏料晶型、顆粒大小、粒度分佈及塗料色漿分散技術等。

塗料的遮蓋力取決於顏料粒徑。在一定範圍內時，顏料顆粒越小，光在顏料顆粒與空氣介面的反射作用加強，遮蓋力越好; 過大或過小( 當顆粒的線性尺寸小於光波波長時) ，遮蓋力都會下降。塗料鮮豔度的影響因素較多，包括顏料的粒徑大小、顆粒形狀、晶型及晶體的完整性。通常粒徑大、粒度分佈寬、晶體的完整性差，色光發暗;反之，色光鮮豔。

日曬牢度主要取決於顏料的化學結構，也與顆粒大小有關，日曬褪色速度與顆粒直徑的平方成反比，顏料顆粒過小時，褪色速度加快。

摩擦牢度與顏料的粒徑不是簡單的比例關係。

試驗表明，當粒徑在100 ～ 300 nm 範圍時，織物的乾溼摩擦牢度差異不明顯; 當粒徑小於100 nm 時，可以顯著地改善織物的乾溼摩擦牢度，但皁洗、刷洗牢度下降。

顏料粒徑還影響塗料色漿的穩定性。粒徑過大，塗料色漿穩定性下降，易出現分層現象; 粒徑分佈在100 ～ 200 nm 時，色漿的穩定性在80 %以上。

不同顆粒大小的塗料適用於不同的染色方法。軋染的塗料顆粒最佳細度在0. 5 ～ 1 μm，浸染的塗料顆粒最佳細度在0. 1 ～ 0. 3 μm，筒紗染色的塗料顆粒在100 nm 以內。

1. 1. 2 塗料研發技術發展

塗料超細化後，各項物理性能和化學性能都會顯著改變，如着色強度、顏色鮮豔度提高等。目前，水性超細塗料是國內外科研工作者研究的熱點。水性超細塗料是以水爲分散介質，粒徑在150nm 左右的塗料分散體，能夠有效降低有機物的`排放量，符合環保要求。

水性超細塗料的製備是透過塗料色漿分散技術與顏料表面改性技術，具體分爲分散劑直接研磨分散法和表面包覆分散法。分散劑直接研磨分散法有低分子分散劑法和高分子分散劑法，表面包覆法有原位聚合法、相分離法、微乳液聚合法和化學法。

有關資料顯示，國外僅少數跨國企業如美國的DuPont ( 杜邦) 、德國的巴斯夫( BASF) 和DyStar( 德司達) 、瑞士的原Ciba ( 汽巴) 等企業掌握了塗料在水相中細化和分散穩定的方法，其技術處於壟斷地位，產品價格昂貴。國內僅有江南大學紡織服裝學院對外宣稱已經掌握了塗料分散和細化技術。

1. 1. 3 塗料新產品

塗料的着色成分—顏料爲非離子性化合物，其電荷性質取決於塗料色漿製備時所用的分散劑。目前，多數廠家採用陰離子型/非離子型分散劑，塗料色漿爲陰離子型。日本山陽色素株式會社研發的Emacol CT Color 爲具有陽離子性的水性顏料分散體，和傳統型產品相比較，用於紡織品及成衣的浸染染色時，其染色方法簡便、吸盡率高，並且廢水負荷也大幅度減輕。被列爲中國印染行業節能減排先進技術推薦目錄。

1. 2 粘合劑發展

1. 2. 1 粘合劑結構與性能

粘合劑是合成高分子化合物，由單體聚合而成，一般製成水分散劑、乳液劑和溶劑型。塗料染色用的粘合劑要求具有可交聯或自交聯的基團，與顏料配成染液軋染後，經適當的焙烘在織物上形成無色透明、粘着力強、富有彈性和韌性的薄膜。

塗料染色質量的優劣，很大程度上取決於粘合劑的性質。塗料染色用粘合劑要滿足以下基本要求: ①成膜穩定優異; ②粘着強力適宜; ③化學藥劑穩定; ④成膜透明無色; ⑤膜質柔韌耐用。

按照化學結構，粘合劑分爲丁苯橡膠乳液類、聚丙烯酸酯類、聚醋酸乙烯酯類。

按組成單體的不同，分爲反應型和非反應型，反應型又分爲交聯型和自交聯型。

聚丙烯酸酯類粘合劑較適用於塗料染色，且大多數採用乳液聚合的方法。其皮膜透明度高、耐磨性好、不易老化; 但手感較差、質量不穩定。聚氨酯類粘合劑的粘着力強，皮膜彈性好，手感柔軟，耐低溫和耐磨性優異; 但易泛黃。

1. 2. 2 粘合劑研發技術發展

目前，核殼型粘合劑是國內外研發的熱點。核殼型粘合劑是從核心到殼層共聚組成呈不均勻分佈的一種乳液，爲硬包軟結構。是由性質不同的兩種或兩種以上單體，透過多階段共聚或連續變化聚合製得。核殼型粘合劑可用於各種纖維的塗料印花及塗料染色，其外層玻璃化溫度較高，在室溫下不易成膜，不堵網、不粘輥筒，染色後的布面不發粘、刷洗牢度高; 而其含有的玻璃化溫度較低的組分焙烘成膜後，則可以提供給織物足夠的柔軟性、粘附性等。

1. 2. 3 粘合劑新品種

改性聚丙烯酸酯類: 如美國Brook-Line ( 布魯克林) 的Superprint 101，具有傳統丙烯酸酯類粘合劑無法比擬的優勢，使牢度和手感得到了徹底改善。

納米粘合劑: 是利用納米技術、高分子合成技術及生態技術研製的納米級塗料染色粘合劑。幾乎所有纖維表面都有300 nm 寬的溝紋，普通乳液粘合劑粒子不能進到溝紋中，而納米級乳液粘合劑粒子直徑較小，例如70 nm 粒徑，可以進入纖維中“生根”。用於塗料染色時，紡織品色牢度高，刷洗牢度尤爲突出; 給色量高，色澤豔麗、飽滿; 手感柔軟，可與染料染色工藝的紡織產品相媲美。如NMD納米級塗料染色粘合劑。

1. 3 陽離子改性劑發展

對天然纖維進行陽離子接枝以改變其離子性的方法，一般稱爲陽離子改性處理。這類助劑稱爲陽離子改性劑，或接枝劑、固色增深劑等。透過陽離子改性劑對纖維進行處理，使纖維表面帶正電荷，與陰離子型的塗料產生靜電吸附作用，塗料可以依靠直接性自動吸附到纖維表面，從而拓寬了塗料染色工藝，軋染及浸染都可以使用，且提升了塗料染色的深度。

陽離子改性劑分爲低分子化合物和高分子化合物兩類，主要代表結構有胺化環氧衍生物，如縮水甘油基三甲基氯化銨( Glytahc A) 、聚酰胺表氯醇( PAE) 型聚合物、氯代三嗪型季銨化合物、N-羥甲基丙烯酰胺( NMA) 、聚表氯醇( PECH) -二甲基胺等。其中屬於高分子的有聚酰胺表氯醇( PAE) 型聚合物和聚表氯醇( PECH) -二甲基胺。在塗料浸染工藝中，陽離子改性劑很重要，改性效果對塗料的染深性、勻染性及色牢度有重要影響。目前市場上大部分的陽離子改性劑在性能方面的差異並不是太大，例如，DyStar 公司的改性劑、上海長盛印染化工的塗料染色增深劑PT 和PNT、蘇州聯勝化學有限公司的改性劑RS、廣州創越化工的陽離子改性劑CY-210 ( 纖維素纖維改性) 和CY-220 ( 蛋白質纖維改性) 等，對塗料染色的各項染色牢度都有一定的幫助。

陽離子改性技術的關鍵在於在改性反應過程中適當控制好反應條件，減少水解等副反應，以增進陽離子改性劑的利用率。

江南大學納米色素與噴墨印花研究開發中心還研發了適用於超細塗料染色的含環氧氯丙烷側基的水溶性聚酰胺多胺型陽離子改性劑，得色深，且容易避免發生染花現象。

1. 4 其他助劑

塗料染色的其他助劑還有交聯劑、摩擦牢度增進劑、防泳移劑、柔軟劑等，視染色方法及要求選用。

2 塗料染色的應用

2. 1 傳統塗料染色應用

傳統塗料屬於陰/非離子型，一般纖維在中性溶液中帶負電荷，常用纖維在中性水溶液中帶負電荷，塗料對纖維沒有親和力，不能依靠直接性吸附上染纖維，所以在塗料染色的早期，只能採用軋染染色。

軋染時，塗料透過機械浸軋作用吸附到纖維上，軋染後進行烘乾及焙烘，粘合劑成膜將塗料固着於織物表面。這種工藝現在仍在使用，特別是在淺色及修色補色時應用普通。

2. 1. 1 傳統塗料軋染工藝

塗料染液處方

塗料10 g /L

粘合劑20 g /L

防泳移劑10 g /L

工藝流程: 浸軋塗料染液( 二浸二軋，軋餘率65 %，室溫) →預烘( 80 ℃，紅外線或熱風烘乾)→焙烘( 150 ℃，4 分鐘) → ( 後整理) 。

2. 1. 2 染色時注意問題

( 1) 宜室溫浸軋，以防止粘合劑過早反應粘結軋輥。

( 2) 預烘應採用紅外線或熱風烘燥，不能採用烘筒烘燥。

( 3) 焙烘溫度應根據粘合劑性能及纖維材料確定，以免影響染色牢度。

( 4) 對於纖維素纖維和蛋白質纖維類製品，焙烘溫度不宜太高，防止織物泛黃以及對織物的損傷。

2. 1. 3 染色特點及改進

軋染時，粘合劑容易粘結滾筒，需經常清潔生產設備，勞動強度大。浸軋塗料色漿後，需高溫焙烘以使粘合劑固化，能源消耗大。且大量粘合劑的使用，導致織物手感粗硬。塗料傳統軋染染色工藝僅適於布面平整的織物，且只能染淺色，不能染中深色。

目前國外產品如前文提到的Superprint101 使牢度和手感得到了徹底改善，但價格昂貴。國內開發的陽離子型丙烯酸酯類粘合劑，具有與普通粘合劑不同的特性，用量少、牢度好、手感佳，具有低溫快速固化的特點，有利於降低生產綜合成本。

2. 2 陽離子改性塗料染色工藝

近年來，國內外研究者相繼開發了一些塗料染色助劑，其中應用最多的即是陽離子改性劑及溼摩擦牢度增進劑。透過陽離子改性劑對纖維進行改性或接枝，使塗料能夠依靠靜電吸附作用直接上染纖維。陽離子改性劑的出現，使得塗料在軋染染色、浸染染色及成衣染色中得到廣泛應用，且實現了塗料中深色染色的要求。溼摩擦牢度增進劑可以代替部分粘合劑，可以減少粘合劑的使用，改善了塗料染色後織物的手感以及摩擦牢度等性能指標。溼摩擦牢度增進劑還可與柔軟劑同浴使用，減少了後處理工序，有利於降低生產成本。

2. 2. 1 純棉織物陽離子改性軋染工藝

塗料染色處方

陽離子改性劑( 增深劑) PNT 4～6 g /L

塗料5～20 g /L

溼摩擦牢度提升劑PG 25～40 g /L

練漂後織物→陽離子改性( 二浸二軋，軋餘率70 %，室溫) →烘乾→塗料軋染( 二浸二軋，軋餘率70 %，室溫) →預烘( 90 ℃，紅外線或熱風烘乾) →焙烘130 ℃×3～5 min→ ( 後整理) 。

2. 2. 2 絞紗陽離子改性塗料浸染工藝

陽離子改性處方

陽離子改性劑PNT 3%～6% ( o. w. f. )

純鹼調節pH 至10～11

塗料染色處方

塗料x % ( o. w. f. )

螯合分散劑HSY 0. 5～1 g /L

浴比1∶ 15～20

固色處方

溼摩擦牢度提升劑PG 2. 5 % ( o. w. f. )

浴比1∶ 15～20

染色工藝流程: 練漂後紗線→潤溼→陽離子改性( 60 ℃×20 min) →冷水洗2 次→塗料染色( 60℃×20 min) →水洗→固色( 95 ℃×25 min) →脫水→烘乾。

2. 2. 3 成衣陽離子改性塗料染色工藝

陽離子改性處方

陽離子改性劑PNT 3%～5% ( o. w. f. )

滲透劑1 g /L

純鹼調節pH 至10～11

塗料染色處方

塗料x % ( o. w. f. )

勻染劑O 1 g /L

螯合分散劑HSY 0. 5～1 g /L

浴比1︰25～30

固色處方

溼摩擦牢度提升劑1. 5%～3 % ( o. w. f. )DM-2588

浴比1︰25～30

染色工藝流程: 成衣白坯→潤溼→陽離子改性( 60 ℃×20 min) →冷水洗2 次→塗料染色( 60 ℃×20～30 min) →冷水洗→固色( 95 ℃ ×15 ～ 25 min)→ ( 後處理: 如酵素洗等) →脫水→烘乾→服裝熨燙→成品。

2. 2. 4 染色注意問題

( 1) 改性後需要充分水洗至中性，否則，染液中的陽離子改性劑會與塗料結合，影響塗料上染率，影響力塗料染色的深度。

( 2) 浸染時，改性後染色要控制升溫速度，避免染色不勻。

2. 2. 5 染色特點

陽離子改性劑的出現，雖然實現了塗料的多種染色方法，但也存在諸多問題。第一，纖維的改性是染前進行，改性後纖維對塗料的吸附主要取決於纖維上引進電荷的多少，改性後塗料染色的得色深淺不僅與塗料染液濃度有關，還取決於纖維改性程度。而目前還沒有在線檢測纖維電荷的能力，導致塗料染色色深不易控制。第二，因改性本身的均勻性及改性時副反應等因素影響，陽離子改性塗料染色容易造成色澤不勻及色差。第三，改性處理易引起棉纖維泛黃，影響染色鮮豔度。第四，爲避免染液中的改性劑對塗料的吸附，改性後水洗必須充分，耗水量較大。第五，陽離子改性劑對污水的生化處理有一定影響。

2. 3 陽離子塗料染色工藝

傳統塗料染色工藝因大量粘合劑的使用，染色織物手感較差。陽離子改性塗料染色工藝降低了粘合劑的使用量，但改性工藝流程長，勻染性差。由山陽色素開發的陽離子型水性分散塗料( EMACOLCT COLOR) ( 簡稱爲陽離子塗料) 對纖維材料進行吸盡染色時，不需要對纖維進行改性處理，利用纖維帶有的陰離子性，可以實現吸盡染色，染色工序減少，適用性廣，手感好。

2. 3. 1 陽離子塗料純棉機織物染色工藝

塗料染色處方

陽離子塗料x % ( o. w. f. )

陽離子緩染劑1101 1. 0 % ( o. w. f. )

浴比1︰20

整理液處方

溼摩擦牢度提升劑DM-5146 10 g /L

硅油T689 0 ～ 20 g /L ( 視手感需要)

工藝流程: 室溫( 預加緩染劑處理) →塗料染色( 80 ℃×2 min) →冷水洗2 次→塗料牢度提升劑( 40 ℃×20 min) →脫水→烘乾( 100 ℃×4 min) →一浸一軋硅油整理液→烘乾( 100 ℃ ×4 min) →焙烘( 160 ℃×2 min) 。

2. 3. 2 陽離子塗料筒子紗染色工藝

塗料染色處方

陽離子塗料x % ( o. w. f. )

塗料筒染增深勻染劑CT 3%～5% ( o. w. f. )

固色處方

粘合劑2 % ( o. w. f. )

工藝流程: 30 ℃ ( 增深勻染劑先稀釋，10 min加完; 陽離子塗料先稀釋，10 min 加完，再運轉10min) →60 ℃ ( 升溫速度1 ℃ /min，保溫10 min)→50 ℃ ( 保溫15～30 min，視殘液清澈程度) →室溫冷水洗1～2 遍→60 ℃ ( 加粘合劑，20 min) →脫水→烘乾。

2. 3. 3 陽離子塗料成衣染色工藝

前處理處方

淨洗劑2～3 g /L

塗料染色處方

陽離子塗料x % ( o. w. f. )

浴比1︰20

整理液處方硅油T689 0～20 g /L ( 視手感需要)

工藝流程: 前處理( 70～80 ℃×10～15 min) →塗料染色( 室溫加入塗料循環5 min，緩慢升溫至60 ℃×20 min) →室溫水洗1 次→ ( 視手感需要選用: 柔軟整理( 40 ℃ × 10 min) ) →脫水→烘乾( 100 ℃×4 min) 成衣半成品→ ( 視需要選用: 酵素洗→脫水→烘乾) →服裝熨燙→成品。

2. 3. 5 陽離子塗料染色特點

陽離子塗料染色工序少，可以縮短染色加工總時間。染色溫度低，能耗低，有利於降低染色生產成本。塗料吸盡率高( 基本上全部吸附) ，減輕排水負荷。因粘合劑使用少，染色設備易清洗。但是，目前山陽色素陽離子塗料產品處於壟斷地位，價格較高，國內還沒有成功開發的陽離子塗料，亟待於國內塗料研發技術的發展。

3 結語

塗料染色具有工藝簡單、拼色方便、節水節能減排的特點，具有顯著的節能和環保優勢，是印染行業實現清潔生產的方向之一。特別是陽離子塗料的出現，簡化了塗料浸染工藝，提高了塗料浸染質量。目前，塗料在紡織品中的染色應用越來越多，工業發達國家已佔80 %以上，而我國僅佔20 %左右。因此，塗料染色在我國有着巨大的發展空間。同時，我國塗料的研發技術還有待於進一步的提高。