【集萃網(wǎng)觀察】摘要：文中介紹了用于分散染料染色的無助劑免水洗新型染色技術(shù)的意義和組成，分析了該技術(shù)的無助劑、免水洗的工藝原理，指出此技術(shù)關(guān)鍵在于使分散染料微膠囊化再進(jìn)行染色。闡述了該技術(shù)的發(fā)展歷程、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益以及未來發(fā)展方向。
多少年來，傳統(tǒng)的染色技術(shù)都是在種種助劑的共同作用下完成的，如分散劑、勻染劑、促染劑等。在染色時(shí)助劑的用量巨大，染色后它們?nèi)窟M(jìn)入水體，是染色工業(yè)第一大污染源，造成嚴(yán)重的水體COD、BOD負(fù)荷；同時(shí)，助劑的增溶作用增加了染料在染色廢水中的滯留量，進(jìn)一步加劇了水體的污染，特別是色度污染；其次。為保證染色品的色牢度達(dá)到要求，充分的水洗工藝必不可少，需用大量的凈洗劑等一系列水洗助劑，耗水量和水洗工藝的繁復(fù)程度遠(yuǎn)過于染色工序，是染色工業(yè)的又一大污染源。
過去，這些數(shù)量巨大、污染嚴(yán)重的廢水或直接排入地面水系，或進(jìn)行專門的末端處理且不說這種末端處理所需附加費(fèi)用巨大，染色企業(yè)難以承受，實(shí)際上目前的末端處理鮮有真正達(dá)標(biāo)的，不少是靠用清水稀釋才能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)的這實(shí)際上是對(duì)地表水系的隱性污染，導(dǎo)致地表水質(zhì)嚴(yán)重惡化，是目前無法克服的一大難題。
多少年來，染色科技工作者圍繞節(jié)水問題做了不少有益的嘗試，如小浴比染色、非水溶劑染色、超臨界二氧化碳染色等。
20世紀(jì)90年代，東華大學(xué)一個(gè)研究小組利用微膠囊的獨(dú)特性能，研究開發(fā)不需助劑的分散染料染色技術(shù)。至本世紀(jì)初，先后獲得數(shù)個(gè)發(fā)明專利[1-47，還有2個(gè)專利尚在申請(qǐng)中，初步形成了一套分散染料對(duì)滌綸等合成纖維的無助劑、免水洗染色新工藝該工藝達(dá)到了真正的清潔染色要求近5年來先后有漢斯公司、無極公司的加盟和投入，許多家染廠的協(xié)助試驗(yàn)，已成功地解決了產(chǎn)業(yè)化中遇到的重大問題，初步完成了中試生產(chǎn)試驗(yàn)。
本文介紹的清潔染色技術(shù)是把純分散染料微膠囊化，再用來對(duì)滌綸纖維或織物進(jìn)行染色該技術(shù)利用了微膠囊的緩釋和隔離作用，完全取代通常染色工藝中使用的分散劑、勻染劑等一切助劑。由于免除了助劑的使用，增溶作用不存在，染浴中存在的染料很少，纖維表面也僅存在不多于單分子吸附層的染料分子染色結(jié)束后纖維表面浮色極少，染浴排液經(jīng)簡(jiǎn)單過濾即可用于一般織物的前處理，染色織物不經(jīng)水洗即可達(dá)到良好的色牢度，從而能夠?qū)崿F(xiàn)真正意義上的廢水零排放，其節(jié)能、節(jié)水和環(huán)保的意義重大。
該項(xiàng)染色技術(shù)基本上可在現(xiàn)有的高溫染色機(jī)上實(shí)施，只需在原有染色機(jī)上加裝一個(gè)附加裝置即可，實(shí)施成本很低廉。
該項(xiàng)技術(shù)主要包括染料的微膠囊化、新型染色工藝的開發(fā)和染色附加裝置的研制等3個(gè)部分。經(jīng)過近10年的小試研究、近5年的工廠中試和生產(chǎn)規(guī)模的試驗(yàn)，微膠囊化染料已形成500-1000t，年的生產(chǎn)能力，染色方面初步形成了梭織物、針織物、仿麂皮絨、絞紗和筒子紗的染色工藝，研制的附加裝置已經(jīng)過數(shù)次改型，目前已基本定型為動(dòng)態(tài)萃取機(jī)，可以滿足拼色生產(chǎn)需要。
1工藝原理描述
1.1傳統(tǒng)染色工藝原理
傳統(tǒng)的分散染料染色工藝是借助于大量的分散劑把所用的染料全部分散于染浴中，形成一個(gè)穩(wěn)定的分散體系體系中染料主要存在于膠束中，另有極少量的溶解染料以單分子狀態(tài)存在于水中與膠束內(nèi)染料形成平衡染色時(shí)纖維表面首先吸附一層表面活性劑（主要是分散劑），這一層表面活性劑的增溶、富集作用把水中的單分子染料富集到纖維表面，最終形成一層相當(dāng)厚的堆積層在染色溫度下纖維表面的部分染料向纖維內(nèi)部擴(kuò)散、染著，纖維表面的堆積層又由水相溶解染料進(jìn)行補(bǔ)充，同時(shí)膠束中貯存的染料不斷消耗因?yàn)檫@是一個(gè)平衡過程，染色結(jié)束后在膠束內(nèi)。在染浴水相中乃至纖維表面不可避免地留有相當(dāng)多的染料和助劑留在染浴中的染料和助劑將造成嚴(yán)重的水體污染（數(shù)千的COD和深濃的色度），成為環(huán)境治理的一大難題：留在纖維表面的堆積層染料則成為浮色，嚴(yán)重影響染色質(zhì)量，必須徹底地加以清洗（還原凈洗、皂洗、清水洗）。染色后處理不但消耗更大量的水（每洗1t織物約耗水80～120t）和能量（熱能和運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)器的能量）。同時(shí)耗用可觀的洗滌劑和其他化學(xué)品，這又造成更大的水體污染從實(shí)質(zhì)上看，染色作用便是基于染料在水相的溶解、擴(kuò)散于纖維表面并進(jìn)一步向纖維內(nèi)部擴(kuò)散和染著這一簡(jiǎn)單的過程，而付出的巨大代價(jià)則是對(duì)水體的污染和能量消耗。
1.2清潔染色新技術(shù)的染色工藝原理
該項(xiàng)清潔染色新技術(shù)就是對(duì)上述染色作用基本原理的認(rèn)識(shí)上研究、開發(fā)出來的關(guān)鍵在于以形態(tài)穩(wěn)定的控釋性微膠囊代替了傳統(tǒng)工藝中的膠束染料的低溶解度和微膠囊的控釋作用即可保證染色的均勻性。因此，傳統(tǒng)工藝中所用的分散劑、勻染劑等一切助劑便成為多余。
簡(jiǎn)單地講，新技術(shù)的核心就是把純分散染料微膠囊化，再把微膠囊分散染料直接投入染浴對(duì)纖維制品染色便可得到預(yù)期的結(jié)果。
新染浴的組成就是纖維和從微膠囊中溶解出來的單分子染料因?yàn)槔w維是疏水表面，親水性較弱的單分子染料易于向纖維表面或更準(zhǔn)確地說是水/纖維界面）吸附，形成一個(gè)較高濃度的單分子吸附層在染色溫度下，該吸附層的染料向纖維內(nèi)部擴(kuò)散，水中的染料分子再向纖維吸附在染色結(jié)束時(shí)，染浴中僅留有極少量的溶解的單分子染料，纖維表面也僅殘留極少量的吸附染料（浮色），其他多余的染料則全部留在膠囊內(nèi)很容易被除去。顯而易見，新工藝中唯一的污染便是為數(shù)極少的溶解染料。
微膠囊分散染料染色工藝體系描述：以傳統(tǒng)的液流式高溫染色機(jī)為主體，加裝一個(gè)微膠囊萃取機(jī)旁路，把所用的微膠囊染料置入該萃取機(jī)旁路中，染色時(shí)部分染浴通過該旁路，在此與微膠囊顆粒充分混合、接觸，把微膠囊內(nèi)的分散染料溶解出來并輸入染缸與主體染浴混合，進(jìn)而完成染料對(duì)纖維的吸附、上染，這個(gè)過程重復(fù)進(jìn)行約30～60min：達(dá)到預(yù)期的染色深度即關(guān)閉該旁路，此時(shí)染缸內(nèi)即不再有染料補(bǔ)充，繼續(xù)在染缸中運(yùn)行織物約5～15min，以使染浴中和纖維表面存留的染料大部分地進(jìn)入纖維以除去浮色f此作用就相當(dāng)于傳統(tǒng)的后水洗工藝）；降溫、排液、出布烘干。染浴排入貯存池進(jìn)一步冷卻、過夜使浴中溶解之染料再沉析，過濾待用：同時(shí)清除旁路中的微膠囊并清洗網(wǎng)芯，待用：用過的染料膠囊即作為粉狀固體廢物，或填埋，或焚燒。在染拼色時(shí)，把組分染料微膠囊按比例投入旁路混合器中，在那里各組分染料微膠囊借助于水力處于充分混合的狀態(tài)，使各種組分染料微膠囊都有均等的萃取機(jī)會(huì)。
l.3免水洗
1.3.1免水洗的可能性
在新的染色工藝中，因無助劑的存在，纖維表面僅有不超過單分子吸附層的染料，與傳統(tǒng)工藝相比，染色結(jié)束后纖維表面的浮色要少得多。其染色后水洗的任務(wù)要輕得多小試研究證明，不管染深色還是淺色，染色后只要輕度水洗，就可達(dá)到4～5級(jí)的色牢度，這就給免除染色后的水洗工序提供了可能除了涂料染色、涂料印花和熱轉(zhuǎn)移印花，在一切的染色工藝中，繁復(fù)的水洗工序總是必不可少的，水洗則是耗水和污水的重點(diǎn)之一，是多年來困擾印染行業(yè)的難題微膠囊染色技術(shù)提供了免除水洗的可能性，可能是徹底改變?nèi)旧に噷?duì)水體造成污染的一個(gè)關(guān)鍵性步驟。
1.3.2免水洗原理
浮色就是僅停留在纖維表面，未進(jìn)入纖維并與纖維結(jié)合的染料分子。多少年來，水洗就被當(dāng)作去除浮色，提高色牢度的唯一方法然而，在染色條件下，若斷絕染料來源，則已經(jīng)吸附在纖維表面，甚至染浴中剩余的單分子染料會(huì)繼續(xù)向纖維內(nèi)部轉(zhuǎn)移，因?yàn)闃O性的水環(huán)境是驅(qū)趕系統(tǒng)中染料分子（浮色）進(jìn)入非極性的纖維內(nèi)部的巨大推動(dòng)力的來源。實(shí)踐證明，這種驅(qū)趕染料進(jìn)入纖維內(nèi)部而去除浮色的方法是更加簡(jiǎn)單易行的。
1.4染色廢水的零排放
如果上述染色廢水經(jīng)過適當(dāng)處理加以利用，便可以實(shí)現(xiàn)零排放。也就是說，采用微膠囊染色技術(shù)，可以徹底解決染色對(duì)水污染的問題。
在染色之后帶有少量剩余染料的微膠囊可以輕易地從染浴中分離出去，或者根本就不進(jìn)入染缸染浴排出后，隨著溫度的下降，已溶解的染料就會(huì)呈微粒析出此時(shí)只要簡(jiǎn)單地過濾（如沙濾）就幾乎呈無色，其COD也很低。不超過100，可直接用于織物的前處理研究證明，用此回收的水進(jìn)行前處理的織物絲毫不影響后道加工的質(zhì)量因此，作為染色工藝排出的廢水總量便為零。
2 技術(shù)的研究歷程和最近進(jìn)展
從1995年研制壓敏顯色微膠囊開始，就考慮如何利用微膠囊的緩釋、隔離等特性，取代染色中常用的助劑。如分散劑、勻染劑等，從而實(shí)現(xiàn)無助劑染色因?yàn)橹鷦┦侨旧珪r(shí)水污染的主要負(fù)荷來源此時(shí)，探索性研究工作的結(jié)果更加堅(jiān)定了這一信念至1998、1999、2002年分別開發(fā)了兩種微膠囊化方法，一項(xiàng)無助劑染色技術(shù)和一項(xiàng)免水洗染色技術(shù)，形成了4項(xiàng)發(fā)明專利并作了相關(guān)的基本理論研究，為該項(xiàng)目的產(chǎn)業(yè)化打下了扎實(shí)的基礎(chǔ)此后，與常州漢斯公司合作建立了微膠囊化分散染料的試生產(chǎn)基地，研發(fā)與傳統(tǒng)高溫染色機(jī)相匹配的旁路萃取機(jī)，并與多家染廠合作分別對(duì)純滌綸針織物、梭織物、麂皮絨織物、紗線等做了單色染料的中試和部分生產(chǎn)規(guī)模的試驗(yàn)，獲得成功，為此于2006年獲得桑麻科技一等獎(jiǎng)。
但是，這是一項(xiàng)成套的產(chǎn)業(yè)技術(shù)，它包括微膠囊化分散染料的穩(wěn)定化生產(chǎn)，相應(yīng)的染色工藝技術(shù)的開發(fā)和為實(shí)施無助劑、免水洗染色生產(chǎn)工藝所必須的專用輔助設(shè)備（萃取機(jī)）的開發(fā)與制造。這些工作必須環(huán)環(huán)相扣，節(jié)節(jié)相通，缺一不可，所需的人力和物力也是非常巨大的，所以實(shí)際推廣的進(jìn)展速度比預(yù)期的要慢得多如原來研發(fā)的萃取機(jī)用于單一染料染色效果就比較好，可是用于多種染料微膠囊的拼色染色，就達(dá)不到小試研究的效果，重演性很差，也易產(chǎn)生染色不勻（色調(diào)不均勻）因此必須對(duì)原來的萃取機(jī)作重大改進(jìn)，甚至重新設(shè)計(jì)。
2007年與2008年的工作重點(diǎn)在于無助劑、免水洗染色專用輔助設(shè)備的改進(jìn)與換型經(jīng)過一年多的研究，先后對(duì)原有的萃取機(jī)進(jìn)行了多次改進(jìn)，至2008年上半年，才研制成功適合于拼色染色的動(dòng)態(tài)混合萃取中試樣機(jī)，用此樣機(jī)能染出任何色樣現(xiàn)正制造第二臺(tái)計(jì)算機(jī)控制的樣機(jī)，不久便可投入試驗(yàn)。計(jì)劃再生產(chǎn)出3～4臺(tái)中試樣機(jī)，分別用于不同類型（梭織、針織、紗線）的中試生產(chǎn)，并在此基礎(chǔ)上制造1～2臺(tái)用于生產(chǎn)規(guī)模（200kg染機(jī)）的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)試驗(yàn)樣機(jī)。
與此同時(shí)，完善了萃取機(jī)網(wǎng)芯的清洗工藝，這可以保證每次染色之后網(wǎng)芯處于清潔的待用狀態(tài)：完善了廢染浴的冷卻、過濾裝置的設(shè)計(jì)，使回收的染色排水可直接用于織物的前處理，從而節(jié)約等量的前處理用水。
3新技術(shù)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益
該項(xiàng)技術(shù)的實(shí)施，在保證染色質(zhì)量?jī)?yōu)于或不低于傳統(tǒng)染色的前提下，可獲以下的好處：
a、徹底免除了表面活性劑等助劑的使用，從而有效地解除了染色助劑本身對(duì)水體的污染，并避免了因助劑增溶作用導(dǎo)致染料對(duì)水體的污染，使染浴全部得到回收利用。
b、免除了染色后的一切水洗工序，從而免除了后水洗助劑（還原劑、凈洗劑、堿劑等）的使用以及它們對(duì)水體的污染降低了后水洗動(dòng)力和熱能的消耗，每染1t滌綸織物可直接節(jié)約水洗用水80～120t。
c、徹底解決了超細(xì)纖維織物染色中色牢度難以達(dá)標(biāo)的問題，不再需要昂貴的專用染料因這類纖維比表面很大，助劑的使用使得表面富集的浮色量特別大，難以徹底洗凈而新工藝不用助劑，吸附的染料可以被“趕”進(jìn)纖維而達(dá)到提高色牢度的目的。
d、新工藝可基本上在所有的溢流式高溫染色機(jī)上實(shí)施，對(duì)染色工廠來說實(shí)施費(fèi)用低廉。
總的來說，該項(xiàng)技術(shù)最大的社會(huì)效益為清潔、節(jié)能、減排，徹底改變了染色污染重、耗水量大的狀況。從染色排水COD來說，與傳統(tǒng)工藝相比，由數(shù)千降到100左右，而后水洗的COD更由數(shù)千降至零（因免除了水洗）。其相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)效益也是明顯的。
4結(jié)束語(yǔ)
新技術(shù)的實(shí)施將改變分散染料的生產(chǎn)和應(yīng)用面貌，盡管存在著資金等問題，而真正的產(chǎn)業(yè)化卻指日可待迄今為止國(guó)外尚無類似的技術(shù)，該套技術(shù)出口的潛力巨大。
微膠囊技術(shù)一經(jīng)應(yīng)用于分散染料的染色就顯現(xiàn)出巨大的優(yōu)勢(shì)我們已經(jīng)把下一步的開發(fā)目標(biāo)鎖定在活性染料的膠囊化與無助劑染色這樣，清潔染色技術(shù)將涵蓋更重要的纖維素纖維及其與滌綸纖維混紡品的染色，以期摘掉染廠“污染大戶”的帽子。
來源: 陳水林
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