干法纺黑色氨纶生产技术

　　黑色氨纶能够简化染色过程和降低生产成本，可消除在普通氨纶后道染色过程中产生的疵点和染色不均等现象，染色效果和经济效益均优于后纺印染加工，并且在纤维生产阶段无染色废水产生，实现了节能减排，具有环保意义，将成为差别化氨纶的重要组成部分。

　　目前，干法纺有色纤维最常用的生产方法是纺前原液着色法，即将颜料、溶剂、分散剂及少量纺丝原液组成稳定的色浆，然后按一定的比例与纺丝液均匀混合,制成带色原液,再送至纺丝，原液在外力作用下，从喷丝板毛细孔挤出，形成原液细流，然后在纺丝甬道经高温蒸发除去原液细流中的溶剂二甲基乙酰胺（DMAC）或二甲基甲酰胺（DMF），使高聚物成型，经拉伸、假捻后成纤维。该技术已广泛用于干法纺黑色腈纶纤维的生产，腈纶原液着色技术起步较早，相关的研究较多，基于干法纺的共性，黑色氨纶纤维的研发过程中可以充分借鉴腈纶的经验。关键点在于提高着色剂在纺丝原液中的分散性、相容性和稳定性，避免对纺丝操作性能和产品物理指标造成不良影响，同时着色剂不能影响溶剂回收的正常运行。

　　据不完全统计，目前黑色氨纶占氨纶总产能的比例不足1%，主要应用在圆机市场。随着市场应用的推广以及涤纶等合成纤维黑色品种的大量投产，与之混纺的黑色氨纶的需求量正快速扩大，对于黑色氨纶的要求也不仅仅局限于黑度方面。通过调研，客户主要有如下要求：颜色要纯正，不能泛红或泛黄；光泽柔和，不能反射过多让人不悦的亮光；弹性要适应不同的织物，不能因提高黑度而牺牲氨纶原有的弹性指标；价格要低，不能大幅提高生产成本。针对以上的客户体验及要求，我们在原有技术储备的基础上，重新进行了黑色氨纶的研发工作。

　　国内外发展历程

　　长期以来，由于黑色氨纶的应用面较窄，仅有几家氨纶企业在小批量生产，大规模生产中存在纺丝过程不稳定、设备利用率低、产品力学性能下降等一系列问题。

　　中国专利CN201010525066.4和美国专利US7364792B2公开使用炭黑来制备黑色氨纶纤维，二者均是将炭黑的DMAC溶液添加到氨纶纺丝原液中，然后通过干法纺丝制备出黑色氨纶纤维。但由于加入的纳米炭黑在纺丝原液中易团聚，造成后期原液可纺性下降，同时团聚的炭黑粒子对纤维力学性能也造成一定的负面影响。即使利用一些分散剂（分别为烷基铵盐类分散剂和阳离子分散剂）来提高炭黑的分散性，但改进效果并不明显。

　　中国专利CN201210447405.0公开一种原位聚合制备黑色聚氨酯弹性纤维的方法，但炭黑直接参与氨纶聚合反应可能产生很多副反应，对分子结构造成影响，从而改变氨纶丝的适用性。另外，几乎整个生产流程的设备将被着色剂沾染，对于产能较大的生产线是不适合的（不同色泽产品间的切换周期会很长）。

　　原料的选择

　　在黑色氨纶的生产中需新增两种重要的原料：炭黑和分散剂。

　　炭黑由烃类化合物（液态或气态）经不完全燃烧或热裂解制成，主要由碳元素组成，以近似球体的胶体原生粒子及聚集体形式存在，外观呈黑色粉末。高色素炭黑能够提供极高的黑度，尤其是具有偏蓝色色相的高色素炭黑更令人欣赏，可以避免泛黄或泛红现象。我们选择了一种粒状高色素槽法炭黑（原生粒径约25nm，造粒为1~2mm），主要考虑其能够在较低的添加量下提供较高的黑度，同时避免了粉状原料带来的操作麻烦和环境污染。

　　分散剂对炭黑色浆分散性和稳定性有着非常重要的影响。国内外已进行了较多的研究工作，研究表明，阴离子型及非离子型分散剂适合于DMF炭黑色浆分散体系。超分散剂是非离子型分散剂的一种，其具有的锚固基团能够以氢键或化学键的形式牢固吸附于炭黑表面，防止助剂脱附，其溶剂化长链则可在炭黑表面形成一定厚度的保护层，有效阻碍炭黑粒子之间的团聚作用。我们选择了一种具有聚氨酯结构的超分散剂作为氨纶专用炭黑色浆的分散剂，主要因为其结构上与氨纶具有相容性，且能够控制色浆黏度，便于工业化研磨和添加。

　　采用高色素炭黑和具有聚氨酯结构的分散剂，经过预分散和研磨两个主要步骤，选择适当的控制条件，所研制和生产的色浆具有良好的粒度分布和着色性能，适合着色原液的生产。利用多级增黏共混方式，将色浆和需要着色的纺丝原液混合，可以稳定地工业化生产干法纺黑色氨纶纤维。该技术对有色氨纶其它色泽品种的生产亦有借鉴作用。