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染色发展动向

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发表于 2017-5-31 13:57:59 | 显示全部楼层 |阅读模式
    随着社会的进步和人们生活质量的提高,人们越来越重视环境和自身的健康水平。穿用“绿色纺织品”、“生态纺织品”成为当今世界人们的生活需求。发展纺织工业的清洁生产,运用有利于保护生态环境的绿色生产方式,向消费者提供生态纺织品是世界纺织业进入21世纪的全球性主题,是事关人类生存质量和可持续发展的重要内容。绿色染色技术是今后纺织品染色重点发展方向。
    绿色染色技术的主要特点在于应用无害染料和助剂,采用无污染或低污染工艺对纺织品进行染色加工。染色用水量少,染色后排放的有色污水量少且易净化处理,耗能低,染色产品是“绿色”或生态纺织品。为此,近年来国内外进行了大量的研究,提出和推广应用一些污染少或符合生态要求的新型染色工艺。
    新型染色工艺包括非水、少水染色,节能染色,增溶染色,新型涂料染色,短流程、多效应染整,计算机应用和受控染色等。

  1.天然染料染色
    随着合成染料中的部分品种受到禁用,人们对天然染料的兴趣又重新增浓,主要原因是大多数天然染料与环境生态相容性好,可生物降解,而且毒性较低。而合成染料的原料是石油和煤化工产品,这些资源目前消耗很快,从这点来说开发天然染料也有利于生态保护。虽然天然染料由于自身的许多不足,不可能完全替代合成染料,但作为合成染料的部分替代或补充是有价值的。
    目前对天然染料的化学结构还不十分清楚,提取的工艺也很落后。因此研究和开发对它的提取和应用很有必要,特别是综合利用植物的叶、花、果实及根茎,利用其他工业生产的废料来提取天然染料也是很有现实意义的。随着生物技术的发展,利用基因工程可望得到性能好和产量高的天然染料。有关天然染料的性能和结构了解还不多,值得加强研究。

    2.禁用染料的代用染料染色
    随着Eeo-Tex标准100等生态纺织品标准的逐步完善,许多合成染料被禁用,迫使染料生产商近年来不断生产出了一大批符合生态标准的合成染料,今后还会有更多的染料出现,并开发它们的染色工艺。

    3.高固色率或高上染率染料的染色
    染色的主要生态问题之一,就是染色废水中的染料的污染。开发和应用高上染率或高固色率的染料,可以大大减少废水中的染料,而且还可以提高染料利用率。目前已开发出一些高固色率的活性、分散和阳离子染料,减少了废水中的残余染料,而且也减少了染色后水洗的用水量,废水量也减少了。

    4.高染色牢度染料的染色
    染色纺织品的生态标准和染料的染色牢度有紧密关系,过去应用的一些水溶性染料,例如染纤维素纤维的直接染料,染羊毛和蚕丝的酸性染料等,其染色湿牢度很差。这类染料不仅使纺织品的生态水平变差,而且染色废水不易净化处理。这类染料已逐渐被高染色牢度的染料所替代,例如应用湿牢度高的活性染料。
分散染料过去主要用于合成纤维和醋酯纤维染色。由于分散染料溶解度很低,因此湿牢度较好,废水也易于净化处理。近年来正在研究开发用于羊毛、蚕丝纺织品染色的分散染料,而且特别适合这些纤维和合成纤维的混纺织物染色。这类染料的扩大应用也有利于“绿色”染色工艺的推广。

5.一浴法、一步法和短流程染色
    多种纤维的混纺或交织物,往往使用两类以上的染料染色,不但工艺流程长、成本高,而且耗能、耗水多,污水量大。研究开发一浴法染色有利于减少污水和节约能源。例如,分散/活性一浴法染色正受到重视,应用愈来愈广。
    多种染料染色往往需经两阶段来固色,例如分散/活性染色,分散染料需要高温汽蒸或焙烘固色,而活性染料则需要饱和蒸汽汽蒸固色,应用适当助剂则可以使它们经过高温汽蒸或焙烘一步固色,即采用一步法固色。一步法染色工艺同样可达到缩短染色工艺流程、节能、节水和提高生产效率的目的,有利于生态环境。
    一浴法、一步法和短流程工艺还包括练漂和染色、染色和整理,甚至包括练漂、染色和整理加工结合在一浴、一步加工中,工艺流程更短。

6.低浴比、低给液染色
    采用低浴比或低给液染色,不仅可节约用水,而且染料利用率高,废水排放少。例如,目前一些新型的缓流和气体喷射染色机染色的浴比极小,织物保持快速循环,染色废水很少。
    采用喷雾、泡沫以及单面给液辊系统给液,可以极大程度地降低给液率,特别适合轧染时施加染液或其他化学品,例如活性染料固色的碱液。这样不仅可减少用水和污水,也可提高固色率,还可以节省蒸汽或热能。
    同理,应用高效轧液机和真空吸液系统,可以提高浸轧和脱液效果,并可节能、节水和减少污染。

7.应用计算机的受控染色
    应用计算机来控制染色以达到最佳的染色过程。例如,目前根据活性染料的染色特征值和上染及固色动力学参数,利用计算机优化和控制整个染色过程,不仅可以高效地进行“第一次正确”染色,而且产品质量好,生产周期短,成本低,用水耗能少,废水少。这种工艺也可以用于其他类染料,例如分散染料等染色。

8.非水和无水染色
    非水和无水染色是减少染色废水的一种重要途径,在20世纪60~70年代曾研究和推广溶剂染色。溶剂染色虽然有许多优点,但有些溶剂,例如卤代烃本身就污染环境,而且要增加溶剂回收设备,所以未能推广应用。近年来,已有应用超临界CO2流体作为染色介质染色,其最大特点是染色不用水,染后一般情况下可以不经水洗或只轻度水洗,且CO2汽化后再变成超临界流体仍可反复利用,被认为是较理想的染色工艺。目前工业化生产的主要问题是生产设备成本高,以及只适用于非离子型染料,例如用分散染料染合成纤维,而且染料品种还不够齐全,这些不足有待今后改进。
    还有将染料制成带电荷或磁性的颗粒,然后在电场或磁场中,通过静电或磁性吸引施加到纺织品上,再经过热焙烘、汽蒸或热压等方式使纺织品上的染料吸附、扩散和固着在纤维中,染后只需经过一般性的洗涤或通过电场或磁场将未固着的染料从纤维上除去,即可完成染色过程。这种工艺目前还属探索性研究。
    气相或升华染色也不用水作染色介质,它是在较高温度或真空条件下使染料升华成气相,并吸附和扩散于纤维中。这种工艺早已用于真空金属镀膜,不同的是金属镀膜只在物体表面(例如玻璃、塑料等)形成一层金属薄膜,而气相或升华染色时染料不仅吸附在纺织品表面,在一定温度下还扩散进入到纤维内部并固着在其中,即发生上染过程。这种染色的染料转移和上染机理与热转移印花类似,要求染料有较强的升华性,目前主要是一些非离子型的分散染料或易升华的染料。染后也不必水洗,所以无废水产生,有利于环境保护。

9.新型涂料染色
    涂料染色不发生上染过程,涂料主要靠粘合剂粘着在织物上。它最大的优点是工艺简单,不论是单一的天然、合成纤维织物,还是各种纤维的混纺织物,都只需用涂料一次染色,而且染后不需要水洗或只需轻度水洗,因此废水少,也节能。其最大缺点是手感差,有些粘合剂有毒(例如含有甲醛或有毒的游离单体)。研究新型涂料染色,首先是选用无害的涂料和粘合剂,其次是改善染色织物的手感和颜色鲜艳度,目前已有一些符合生态要求的涂料和粘合剂出现。为了改善织物的手感,生产一些特别柔软的粘合剂,或减少粘合剂的用量,合理控制粘合剂在织物上的分布。例如研究开发粘合剂包覆的涂料,用它来染色,纺织品的手感和透气性有很大改善,而且牢度也好。

10.无盐或低盐染色
    离子染料,特别是一些直接性低的活性、直接染料染色时, 为了增加染料上染率,往往需要加入大量的中性电解质,例如食盐和元明粉。这些电解质染色后全部排放到染色废水中使江河受到污染。选用直接性高的染料可以减少盐用量。此外对纤维化学改性,提高纤维吸附染料的能力同样可以减少盐用量。近年来对纤维素纤维进行胺化改性,在纤维素纤维上接上带正电荷的季铵基后,大大增强了直接、活性等阴离子染料对纤维的吸附能力,可以进行低盐或无盐染色。活性染料染色时,甚至可在中性条件下固色,减少了用碱量,这些都有利于生态环境。

11.应用“绿色”染色助剂
    染色纺织品上的重金属除了来自纤维材料和纺织加工用料外,还主要来自染色加工用料。如一些染料或颜科可能含有重金属离子,一些染色用的媒染剂(如六价铬盐)和固色剂(如二价铜盐)也含有有害的重金属离子。近年来研究开发了不用或代用含有害重金属离子的染料、媒染剂和固色剂。特别是酸性媒染染料不用重铬酸盐作媒染剂,直接染料不用铜盐作固色剂。研究开发的一些新型媒染剂和固色剂中不含有甲醛等有害物质,如无甲醛固色剂。有害染色助剂还包括一些含有卤代芳烃的载体及高温匀染剂,这些助剂也应用无害的助剂来代用。

12.低温染色
    通常染色都需在温度近100℃下进行,分散染料高温高压染色温度高达130℃左右。染色温度高不仅耗能多,而且纤维和染料也容易发生损伤或破坏。因此,国内外在积极开发低温染色工艺,例如羊毛纺织品于80~90℃下低温染色;活性染料冷轧堆染色;应用特种染色助剂的增溶染色,可降低分散染料、酸性染料等的染色温度;应用物理化学或化学方法对纺织品改性后也可以降低染色温度,进行低温染色。

13.物理和物理化学法增强染色
    通过物理和物理化学方法可以增强染色,使染料上染速度大大加快,或者提高染料的吸附量。物理方法的典型例子是超声波在染色过程中的应用。在超声波的作用下,染料上染速度大大加快,而且可以显著改善透染和匀染效果。目前对直接染料和活性染料染色应用研究较多,它还可以减少肋剂和电解质用量,有利于环境保护。低温等离子体对纺织品改性后,可以增强纤维的染色性。例如羊毛和一些合成纤维用低温等离于体处理后可以提高上染速度和降低染色温度。利用紫外线、微波以及高能射线处理纺织品,也可改善纤维的染色性,有的直接用于固色。
物理和物理化学方法增强染色可以减少染色废水的化学污染,不过在处理纺织品时要注意劳动保护。目前这些染色方法还处在研究开发阶段。    随着社会的进步和人们生活质量的提高,人们越来越重视环境和自身的健康水平。穿用“绿色纺织品”、“生态纺织品”成为当今世界人们的生活需求。发展纺织工业的清洁生产,运用有利于保护生态环境的绿色生产方式,向消费者提供生态纺织品是世界纺织业进入21世纪的全球性主题,是事关人类生存质量和可持续发展的重要内容。绿色染色技术是今后纺织品染色重点发展方向。
    绿色染色技术的主要特点在于应用无害染料和助剂,采用无污染或低污染工艺对纺织品进行染色加工。染色用水量少,染色后排放的有色污水量少且易净化处理,耗能低,染色产品是“绿色”或生态纺织品。为此,近年来国内外进行了大量的研究,提出和推广应用一些污染少或符合生态要求的新型染色工艺。
    新型染色工艺包括非水、少水染色,节能染色,增溶染色,新型涂料染色,短流程、多效应染整,计算机应用和受控染色等。

  1.天然染料染色
    随着合成染料中的部分品种受到禁用,人们对天然染料的兴趣又重新增浓,主要原因是大多数天然染料与环境生态相容性好,可生物降解,而且毒性较低。而合成染料的原料是石油和煤化工产品,这些资源目前消耗很快,从这点来说开发天然染料也有利于生态保护。虽然天然染料由于自身的许多不足,不可能完全替代合成染料,但作为合成染料的部分替代或补充是有价值的。
    目前对天然染料的化学结构还不十分清楚,提取的工艺也很落后。因此研究和开发对它的提取和应用很有必要,特别是综合利用植物的叶、花、果实及根茎,利用其他工业生产的废料来提取天然染料也是很有现实意义的。随着生物技术的发展,利用基因工程可望得到性能好和产量高的天然染料。有关天然染料的性能和结构了解还不多,值得加强研究。

    2.禁用染料的代用染料染色
    随着Eeo-Tex标准100等生态纺织品标准的逐步完善,许多合成染料被禁用,迫使染料生产商近年来不断生产出了一大批符合生态标准的合成染料,今后还会有更多的染料出现,并开发它们的染色工艺。

    3.高固色率或高上染率染料的染色
    染色的主要生态问题之一,就是染色废水中的染料的污染。开发和应用高上染率或高固色率的染料,可以大大减少废水中的染料,而且还可以提高染料利用率。目前已开发出一些高固色率的活性、分散和阳离子染料,减少了废水中的残余染料,而且也减少了染色后水洗的用水量,废水量也减少了。

    4.高染色牢度染料的染色
    染色纺织品的生态标准和染料的染色牢度有紧密关系,过去应用的一些水溶性染料,例如染纤维素纤维的直接染料,染羊毛和蚕丝的酸性染料等,其染色湿牢度很差。这类染料不仅使纺织品的生态水平变差,而且染色废水不易净化处理。这类染料已逐渐被高染色牢度的染料所替代,例如应用湿牢度高的活性染料。
分散染料过去主要用于合成纤维和醋酯纤维染色。由于分散染料溶解度很低,因此湿牢度较好,废水也易于净化处理。近年来正在研究开发用于羊毛、蚕丝纺织品染色的分散染料,而且特别适合这些纤维和合成纤维的混纺织物染色。这类染料的扩大应用也有利于“绿色”染色工艺的推广。

5.一浴法、一步法和短流程染色
    多种纤维的混纺或交织物,往往使用两类以上的染料染色,不但工艺流程长、成本高,而且耗能、耗水多,污水量大。研究开发一浴法染色有利于减少污水和节约能源。例如,分散/活性一浴法染色正受到重视,应用愈来愈广。
    多种染料染色往往需经两阶段来固色,例如分散/活性染色,分散染料需要高温汽蒸或焙烘固色,而活性染料则需要饱和蒸汽汽蒸固色,应用适当助剂则可以使它们经过高温汽蒸或焙烘一步固色,即采用一步法固色。一步法染色工艺同样可达到缩短染色工艺流程、节能、节水和提高生产效率的目的,有利于生态环境。
    一浴法、一步法和短流程工艺还包括练漂和染色、染色和整理,甚至包括练漂、染色和整理加工结合在一浴、一步加工中,工艺流程更短。

6.低浴比、低给液染色
    采用低浴比或低给液染色,不仅可节约用水,而且染料利用率高,废水排放少。例如,目前一些新型的缓流和气体喷射染色机染色的浴比极小,织物保持快速循环,染色废水很少。
    采用喷雾、泡沫以及单面给液辊系统给液,可以极大程度地降低给液率,特别适合轧染时施加染液或其他化学品,例如活性染料固色的碱液。这样不仅可减少用水和污水,也可提高固色率,还可以节省蒸汽或热能。
    同理,应用高效轧液机和真空吸液系统,可以提高浸轧和脱液效果,并可节能、节水和减少污染。

7.应用计算机的受控染色
    应用计算机来控制染色以达到最佳的染色过程。例如,目前根据活性染料的染色特征值和上染及固色动力学参数,利用计算机优化和控制整个染色过程,不仅可以高效地进行“第一次正确”染色,而且产品质量好,生产周期短,成本低,用水耗能少,废水少。这种工艺也可以用于其他类染料,例如分散染料等染色。

8.非水和无水染色
    非水和无水染色是减少染色废水的一种重要途径,在20世纪60~70年代曾研究和推广溶剂染色。溶剂染色虽然有许多优点,但有些溶剂,例如卤代烃本身就污染环境,而且要增加溶剂回收设备,所以未能推广应用。近年来,已有应用超临界CO2流体作为染色介质染色,其最大特点是染色不用水,染后一般情况下可以不经水洗或只轻度水洗,且CO2汽化后再变成超临界流体仍可反复利用,被认为是较理想的染色工艺。目前工业化生产的主要问题是生产设备成本高,以及只适用于非离子型染料,例如用分散染料染合成纤维,而且染料品种还不够齐全,这些不足有待今后改进。
    还有将染料制成带电荷或磁性的颗粒,然后在电场或磁场中,通过静电或磁性吸引施加到纺织品上,再经过热焙烘、汽蒸或热压等方式使纺织品上的染料吸附、扩散和固着在纤维中,染后只需经过一般性的洗涤或通过电场或磁场将未固着的染料从纤维上除去,即可完成染色过程。这种工艺目前还属探索性研究。
    气相或升华染色也不用水作染色介质,它是在较高温度或真空条件下使染料升华成气相,并吸附和扩散于纤维中。这种工艺早已用于真空金属镀膜,不同的是金属镀膜只在物体表面(例如玻璃、塑料等)形成一层金属薄膜,而气相或升华染色时染料不仅吸附在纺织品表面,在一定温度下还扩散进入到纤维内部并固着在其中,即发生上染过程。这种染色的染料转移和上染机理与热转移印花类似,要求染料有较强的升华性,目前主要是一些非离子型的分散染料或易升华的染料。染后也不必水洗,所以无废水产生,有利于环境保护。

9.新型涂料染色
    涂料染色不发生上染过程,涂料主要靠粘合剂粘着在织物上。它最大的优点是工艺简单,不论是单一的天然、合成纤维织物,还是各种纤维的混纺织物,都只需用涂料一次染色,而且染后不需要水洗或只需轻度水洗,因此废水少,也节能。其最大缺点是手感差,有些粘合剂有毒(例如含有甲醛或有毒的游离单体)。研究新型涂料染色,首先是选用无害的涂料和粘合剂,其次是改善染色织物的手感和颜色鲜艳度,目前已有一些符合生态要求的涂料和粘合剂出现。为了改善织物的手感,生产一些特别柔软的粘合剂,或减少粘合剂的用量,合理控制粘合剂在织物上的分布。例如研究开发粘合剂包覆的涂料,用它来染色,纺织品的手感和透气性有很大改善,而且牢度也好。

10.无盐或低盐染色
    离子染料,特别是一些直接性低的活性、直接染料染色时, 为了增加染料上染率,往往需要加入大量的中性电解质,例如食盐和元明粉。这些电解质染色后全部排放到染色废水中使江河受到污染。选用直接性高的染料可以减少盐用量。此外对纤维化学改性,提高纤维吸附染料的能力同样可以减少盐用量。近年来对纤维素纤维进行胺化改性,在纤维素纤维上接上带正电荷的季铵基后,大大增强了直接、活性等阴离子染料对纤维的吸附能力,可以进行低盐或无盐染色。活性染料染色时,甚至可在中性条件下固色,减少了用碱量,这些都有利于生态环境。

11.应用“绿色”染色助剂
    染色纺织品上的重金属除了来自纤维材料和纺织加工用料外,还主要来自染色加工用料。如一些染料或颜科可能含有重金属离子,一些染色用的媒染剂(如六价铬盐)和固色剂(如二价铜盐)也含有有害的重金属离子。近年来研究开发了不用或代用含有害重金属离子的染料、媒染剂和固色剂。特别是酸性媒染染料不用重铬酸盐作媒染剂,直接染料不用铜盐作固色剂。研究开发的一些新型媒染剂和固色剂中不含有甲醛等有害物质,如无甲醛固色剂。有害染色助剂还包括一些含有卤代芳烃的载体及高温匀染剂,这些助剂也应用无害的助剂来代用。

12.低温染色
    通常染色都需在温度近100℃下进行,分散染料高温高压染色温度高达130℃左右。染色温度高不仅耗能多,而且纤维和染料也容易发生损伤或破坏。因此,国内外在积极开发低温染色工艺,例如羊毛纺织品于80~90℃下低温染色;活性染料冷轧堆染色;应用特种染色助剂的增溶染色,可降低分散染料、酸性染料等的染色温度;应用物理化学或化学方法对纺织品改性后也可以降低染色温度,进行低温染色。

13.物理和物理化学法增强染色
    通过物理和物理化学方法可以增强染色,使染料上染速度大大加快,或者提高染料的吸附量。物理方法的典型例子是超声波在染色过程中的应用。在超声波的作用下,染料上染速度大大加快,而且可以显著改善透染和匀染效果。目前对直接染料和活性染料染色应用研究较多,它还可以减少肋剂和电解质用量,有利于环境保护。低温等离子体对纺织品改性后,可以增强纤维的染色性。例如羊毛和一些合成纤维用低温等离于体处理后可以提高上染速度和降低染色温度。利用紫外线、微波以及高能射线处理纺织品,也可改善纤维的染色性,有的直接用于固色。
物理和物理化学方法增强染色可以减少染色废水的化学污染,不过在处理纺织品时要注意劳动保护。目前这些染色方法还处在研究开发阶段。

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