聚酯纖維用高濃度紅顏料母粒制備條件探討

孫偉辰

（蘇州寶麗迪材料科技股份有限公司，江蘇蘇州 215144）

聚酯化纖用色母粒是介于合成樹脂和化纖制品的中間行業(yè)，是一種半成品，主要由合成樹脂、色粉、添加劑等成分組成。在色母粒出現(xiàn)之前，聚酯纖維要通過后道印染才能呈現(xiàn)亮麗的色彩。色母粒出現(xiàn)之后，化纖廠能夠通過添加色母粒，直接紡制不同顏色的有色纖維，極大地簡化了有色纖維生產(chǎn)工序，因為不需后道印染，污染、能耗問題大大降低[1]。

色母粒著色也有局限性。由于色母粒生產(chǎn)過程及后道紡絲使用過程都要經(jīng)過將近300℃的高溫，因此著色劑的選擇往往受到很大限制[2,3]。由于經(jīng)過高溫，紡制得到的有色纖維色澤會較印染得到的有色絲黯淡。母粒中著色劑隨著含量增大，它在母粒中的分散難度也會大大增加，如果分散效果不佳，會極大地影響下道紡絲的紡況。

高濃度色母粒在實際使用過程中也具備很多優(yōu)勢。如纖維色含量相同的情況下，使用高濃度色母粒意味著母粒添加量少，對整個紡絲聚酯熔體體系的影響就小，有利于提高可紡性，并且紡出的纖維物理性能也會較好[4]。另外，高濃度色母粒也能成倍減少倉庫儲存量和運輸費用[5]。聚酯大紅纖維母粒是目前市場上用量大、受歡迎程度高的產(chǎn)品之一。然而，市面上的大紅纖維母粒的質(zhì)量參差不齊，有些母粒分散性能可以但是色牢度不佳，有些色牢度高但是分散性能很差。因此，開發(fā)聚酯纖維用高濃度紅顏料母粒具有很大的現(xiàn)實意義。

本課題根據(jù)要制備高濃度、高色牢度母粒的特點，選擇高性能有機紅顏料作為著色劑。采用不同的表征手段對顏料進行篩選，并對制得母粒進行各方面性能測試，旨在探索制備聚酯纖維用高濃度紅顏料母粒的合適條件。

1 實驗部分

1.1 主要原料與設(shè)備

1.1.1 原料

紡絲級PET 半消光切片（江蘇恒力集團）；PBT 切片（儀征化纖）；紅顏料P.R.122、P.R.242（科萊恩公司），紅顏料P.R.254（巴斯夫公司）。

1.1.2 設(shè)備

高速混合機（張家港市億利機械有限公司，SHR-300）；雙螺桿擠出機（南京瑞亞擠出機械制造有限公司，TSE-52）；粘度儀（上海思爾達科學(xué)儀器有限公司，JWC-32C）；單螺桿擠出機（南京杰亞擠出裝備有限公司，SJ-25）；高速電腦加彈機（浙江越劍機械制造有限公司，YJ800M）；全自動單紗強力機（安丘市宏光紡織儀器有限公司，YG029A）；注塑機（寧波雙馬機械，BLA-1158）；掃描電鏡SEM（日本日立公司，S-4700）；激光粒度分析儀（英國馬爾文儀器公司，Masterszier 3000）。

1.2 樣品制備

（1）使用高速混合機將預(yù)先磨好的PET 切片及PBT 切片磨成粉后與顏料、分散劑按一定比例混合均勻。

（2）使用螺桿公稱直徑52mm，螺桿長徑比L/D=48 的雙螺桿擠出機，將混均勻的物料熔融擠出造粒，制得色母粒。

1.3 樣品測試

（1）使用粘度儀測試母粒的特性粘度，從而可以在生產(chǎn)中通過調(diào)整生產(chǎn)工藝控制母粒的粘度，保證產(chǎn)品質(zhì)量。

（2）使用單螺桿擠出機測試母粒的過濾性能，螺桿公稱直徑30mm，過濾性能的好壞直接影響母粒的可紡性。

（3）使用蘇州寶麗迪POY 紡絲實驗機和高速電腦加彈機紡制大紅纖維。使用全自動單紗強力機測試添加母粒紡絲后絲樣的斷裂強度。

過去財務(wù)管理工作要求財務(wù)人員掌握專業(yè)知識和相關(guān)經(jīng)驗即可，但隨著大數(shù)據(jù)時代的到來，過去單一化的知識水平已經(jīng)無法時代提出的新要求，因此有必要加大教育力度，使得財務(wù)人員更好地適應(yīng)新時代提出的高要求。

（4）使用熨燙升華色牢度儀測試母粒紡絲所織襪帶的耐高溫變色、沾色牢度，測試方法為ISO105-X11，標(biāo)準(zhǔn)為200℃,15s，實驗條件提高為熱壓200℃,60s。POY 紡絲實驗機（Φ35 螺桿、Φ45 螺桿）模擬測試色粉在紡絲過程中的耐熱性差異。

（5）使用掃描電鏡SEM 觀察色粉的微觀形態(tài)。

（6）使用激光粒度分析儀檢測色粉的顆粒粒徑分布。

2 結(jié)果與討論

2.1 母粒的過濾性能和特性粘度

表1 是母粒測過濾值時的工藝參數(shù)。表2 是按表1 工藝測得的不同顏料制得的色母粒壓濾值。

表1 過濾值（FPV 值）測試條件工藝

表2 不同顏料制備得到的色母粒的過濾值和特性黏度

通過高濃度顏料母粒制備中發(fā)現(xiàn)，只有P.R.254紅顏料可以做50%含量，其它兩種紅顏料50%含量母粒無法制備，只能做到30%含量。測試時，若母粒中的色粉含量不同，通過調(diào)整母粒添加比例，最終測試時，色粉在整個體系中的含量是相同的，都是7.5%。從測試得到的FPV 值數(shù)據(jù)來看，P.R.254 紅顏料-30%母粒FPV 值最小，P.R.254 紅-50%母粒FPV 次之，P.R.242 紅-30%母粒第三，P.R.122 紅-30%最大。P.R.254紅-50%母粒的過濾值比30%含量稍大，說明顏料含量的增大對分散性有影響。

2.2 色粉的微觀形態(tài)和粒徑分布

如圖1 所示, P.R.242 色粉的微觀粒子狀態(tài)呈不規(guī)則長棒狀的，粒徑在200nm～1 000nm。P.R.254色粉的微觀粒子狀態(tài)呈規(guī)則的圓形顆粒狀，粒徑在200nm～300nm。P.R.122 色粉的微觀粒子狀態(tài)呈規(guī)則長棒狀的，粒徑在500nm～1 000nm。

圖1 顏料色粉掃描電鏡（SEM 圖）

如圖2 所示，P.R.242 的粒徑分布較寬，大顆粒范圍較廣，P.R.122 呈現(xiàn)雙峰分布，也存在10um 以上的大顆粒，這些大顆粒的存在會嚴(yán)重影響紡況，造成紡絲時飄絲斷頭多。而P.R.254 分布相對較窄，沒有明顯大顆粒存在，POY 實驗紡絲無飄絲斷頭，比較適合用來紡細(xì)旦絲。

圖2 顏料色粉的粒徑分布

2.3 高溫色牢度測試

高溫色牢度測試是先添加不同的實驗?zāi)噶＿M行紡絲，然后織成襪帶測色。再按照IS0105 X11 標(biāo)準(zhǔn)的測試方法，將襪帶200℃,熱壓 60s 后再測色。兩者對比測出ΔE 及變色、沾色評級。變色評級越高，說明顏料的耐溫性越好，沾色評級越高，遷移色牢度越好。從表3 數(shù)據(jù)來看，實驗高濃度顏料母粒所選顏料的色牢度都是好的。

舍去過濾值最大的P.R.122 顏料，其余適合開發(fā)高濃度、高色牢度紅母粒。顏料母粒紡絲（DTY 絲樣）耐熱性（300℃）實驗見表4。

表3 不同顏料所制色母粒紡絲后織襪得到的襪帶的色牢度

表4 顏料母粒紡絲（DTY 絲樣）耐熱性（300℃）實驗

續(xù)表4

2.4 耐光色牢度測試

耐光色牢度測試是先將不同顏料所做的母粒添加紡絲，然后織成襪帶測色。按AATCC16.3 標(biāo)準(zhǔn)的測試方法，將襪帶每100h 從耐曬儀中取出測色，與未曬樣對比測出ΔE 及變色評級，變色評級越高，說明顏料的色牢度越好。從表5 看，相同色含量下，顏料P.R.254 的耐曬性能要好。

表5 不同顏料的色母粒紡絲后織襪得到的襪帶的色牢度

在蘇州寶麗迪公司的POY 紡絲實驗機上試紡123dtex/96f 規(guī)格的POY 絲，按表6 的紡絲工藝，紡P.R.254-50%母粒，添加量5.4%，紡絲良好，不飄絲，不斷頭。紡P.R.242-30%母粒，添加量9%，紡絲時飄絲多。加彈之后，P.R.254-50% 母粒紡DTY 纖維規(guī)格77dtex/96f(0.8dpf)，色含量2.7%。物理指標(biāo)測試顯示，POY 纖維斷裂強度2.12cN/dtex ，DTY 纖維斷裂強度3.11cN/dtex。P.R.254-50%母粒的生產(chǎn)工藝見表7。

表6 P.R.254-50%母粒的紡絲工藝

表7 P.R.254-50%母粒的生產(chǎn)工藝

3 結(jié)論

通過篩選高性能有機顏料及母粒色牢度、可紡性測試，成功探索出制備聚酯纖維用高濃度紅顏料母粒的合適條件。測試聚酯纖維用高濃度紅顏料母粒P.R.254-50%的FPV 值為0.035 MPa.cm2/g。在蘇州寶麗迪POY 紡絲實驗機和加彈機上紡絲加彈。DTY 纖維規(guī)格77dtex/96f(0.8dpf)，色含量2.7%。紡況無飄絲斷頭，可以紡制細(xì)旦滌綸長絲。經(jīng)物理指標(biāo)測試, POY 纖維斷裂強度2.12cN/dtex ，DTY 纖維斷裂強度3.11cN/dtex。經(jīng)第三方SGS 檢測，纖維耐光牢度6 級，耐洗、耐汗?jié)n、耐干熱色牢度4～5 級，耐干摩擦色牢度4 級。