紡織品新型染色技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用

　　目前，紡織品染色主要存在以下問題：染色牢度如耐水洗色牢度、耐摩擦色牢度、日曬色牢度、耐酸堿汗?jié)n色牢度等還不能同時(shí)達(dá)到較高等級(jí)，使人體在服用過程中因摩擦、出汗等導(dǎo)致染料溶落而威脅人們的健康;越來越多的高功能高性能新材料纖維、新型纖維或者多組分纖維等相繼出現(xiàn)并不斷創(chuàng)新，使原有的紡織品染色工藝及染料需要不斷創(chuàng)新和改進(jìn);紡織品染色過程中染料、能浪費(fèi)嚴(yán)重，排污量大且生產(chǎn)效率低下，越來越多的傳統(tǒng)染色方法已不符合生態(tài)性要求。近來，紡織工業(yè)“十二五”綱要的提出，給紡織品染整發(fā)展指明了方向，即要重點(diǎn)發(fā)展無水及少水印染、廢水回用、資源綜合應(yīng)用等高新技術(shù)，為實(shí)現(xiàn)行業(yè)的清潔生產(chǎn)、節(jié)能減排及可持續(xù)發(fā)展提供技術(shù)支撐。在“十一五”及“十二五”指導(dǎo)下，已經(jīng)有不少生態(tài)染色新方法和工藝相繼出現(xiàn)并不斷完善，如冷軋堆染色、氣流染色、退染一浴染色等已取得生產(chǎn)實(shí)效，一些新興的染色方法如超臨界CO2染色、微膠囊染色等亦逐漸成熟，越來越多的新型染色詞匯也不斷出現(xiàn)在行業(yè)術(shù)語(yǔ)中。

　　1、微懸浮體染色技術(shù)MSD

　　微懸浮體染色技術(shù)MSD是西安工程大學(xué)紡織與材料學(xué)院以邢建偉教授為首的技術(shù)研究小組發(fā)明并命名、屬于我國(guó)擁有完全知識(shí)產(chǎn)權(quán)的一項(xiàng)新型染整技術(shù)，國(guó)外還未見報(bào)道。MSD技術(shù)是通過在軋染浴中使用微懸浮體化染色助劑，使染料分子形成細(xì)小的微懸浮體顆粒并均勻地分散在染浴中，再通過浸軋使其進(jìn)入纖維及紗線空隙中，隨著染浴溫度升高，微懸浮體顆粒逐漸解體，釋放出染料進(jìn)入纖維內(nèi)部進(jìn)而固著。研究表明，MSD技術(shù)具有如下優(yōu)勢(shì)：

　?、偃玖嫌捎谖腋◇w顆粒的“包埋”而受到保護(hù)。染料與堿劑的接觸幾率降低，染料水解減少，染制同等色度織物時(shí)使用的染料用量減少;染毛/腈混紡纖維時(shí)，也由于染料受到保護(hù)而降低了不同纖維問染色時(shí)的沾色現(xiàn)象。

　?、谌玖弦晕腋☆w粒的形式先吸附到纖維上，再進(jìn)行擴(kuò)散和固著，能夠保證染料均勻上染纖維。由于其勻染性好，在染蛋白質(zhì)纖維時(shí)，可以快速升溫上染3oC/min，不僅有效地降低了高溫下纖維的損傷，還節(jié)省了工藝時(shí)間和能耗。

　?、跰SD技術(shù)所采用的微懸浮體化染色助劑不對(duì)染料分子產(chǎn)生化學(xué)作用，被染織物的色澤和色牢度基本不會(huì)受到影響。

　?、苁褂肕SD技術(shù)染真絲織物，可以完全不用無機(jī)鹽促染，降低了鹽對(duì)纖維表面的損傷，同時(shí)降低了污染。

　　⑤使用MSD技術(shù)勿需企業(yè)改變目前的軋染設(shè)備及工藝，應(yīng)用簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)適用。

　　目前，常州月夜燈芯絨有限公司已經(jīng)成功進(jìn)行了純棉燈芯絨織物的微懸浮體軋染染色，成功建立了一個(gè)年產(chǎn)2 000萬m純棉燈芯絨織物與普通純棉織物微懸浮體軋染染色示范基地。實(shí)踐生產(chǎn)證明.加工每萬米棉織物平均可節(jié)約染料用量26.78 kg，加工每噸棉織物平均可減少?gòu)U棄染料的排放量為3.6 kg左右。微懸浮體染色技術(shù)具有環(huán)保、節(jié)能和染色性能優(yōu)越等特點(diǎn)，但該技術(shù)目前還處于發(fā)展階段，對(duì)于所染織物品種的研究還不夠全面，還局限在羊毛、蠶絲或狐貍絨等蛋白質(zhì)纖維和棉纖維，對(duì)于其他天然及合成纖維的研究尚少。目前應(yīng)用該技術(shù)的廠家不多，還應(yīng)加強(qiáng)新技術(shù)的宣傳力度，擴(kuò)大規(guī)模。

　　2、微膠囊染色技術(shù)

　　微膠囊用于紡織品染色的技術(shù)核心是先將染料作為芯材制成微膠囊。染色時(shí)，直接將染料微膠囊投入染浴，利用纖維、染浴和膠囊中染料的濃度差，使染料不斷釋放、吸附和上染纖維，實(shí)現(xiàn)無助劑染色。利用微膠囊隔離和緩釋的作用，不僅染色均勻性能夠得以較好的保證，還可以達(dá)到染料的“零”排放和纖維的免水洗等目的，實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)。

　　國(guó)內(nèi)，東華大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院對(duì)于分散染料微膠囊染色的研究較為突出，他們對(duì)染色的方法、微膠囊的制備以及相應(yīng)的工藝和裝置進(jìn)行了一套較為全面的研究并申請(qǐng)了專利。率先將分散染料微膠囊染色應(yīng)用于錦綸6、PTT和滌綸織物的染色上，對(duì)相應(yīng)的染色溫度、浴比、保溫時(shí)間等參數(shù)及廢水的回用進(jìn)行了探討和研究。最終染色產(chǎn)品干濕摩擦牢度、皂洗牢度和沾色牢度與傳統(tǒng)染色工藝相當(dāng)，都達(dá)到了4～5級(jí)，且廢水的COD和BOD值比常規(guī)染色工藝低得多。近來，羅艷等進(jìn)一步對(duì)分散染料微膠囊染色進(jìn)行了非條件配色研究和改善PTT染色中低聚物的影響的研究。結(jié)果表明，微膠囊分散染料染色可以改善常規(guī)染色條件下不能配色的分散染料配伍性，可以改善PTT染色中低聚物對(duì)染料提升性能和染色速率等的不利影響。該技術(shù)已經(jīng)與多家染色廠合作取得了部分生產(chǎn)規(guī)模實(shí)驗(yàn)的成功。

　　除了分散染料微膠囊的染色研究，其他染料的研究還尚少。孫曉竹等以天然色素姜黃為芯材，β—CD為壁材進(jìn)行了微膠囊染色研究，確定了微膠囊化的最佳包合工藝為：溫度50oC，時(shí)間2 h，芯壁材比1：4，乙醇體積分?jǐn)?shù)為50%。染色后織物的摩擦及皂洗牢度不經(jīng)過還原清洗就可達(dá)到4級(jí)以上，優(yōu)于純姜黃素染色。

　　埃及研究者E1.Zawahry M M等對(duì)活性染料微膠囊染色進(jìn)行了研究。研究主要以70%乙酰丙酮改性后的大豆卵磷脂為壁材，活性染料為芯材，制得了最大粒徑約為16nm的微膠囊。并就羊毛染色進(jìn)行了探討，確定了最佳染色工藝為：鹽用量10% owf，溫度95℃，染色時(shí)間60 min，30 min后加入一定量的曲通100助染。最終染色產(chǎn)品的色牢度和摩擦牢度等均比常規(guī)染色高。埃及研究者還將活性染料微膠囊對(duì)絲織物進(jìn)行了染色研究，與常規(guī)方法相比，它們的染色牢度差別不大，但染色后的殘液幾乎無色，染浴可以再利用，為產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)提供了一個(gè)經(jīng)濟(jì)環(huán)保的染色工藝。

　　3、“色媒體”無鹽無堿染色技術(shù)

　　2007年，廣東德美精細(xì)化工股份有限公司成功申請(qǐng)了“一種纖維材料改質(zhì)的方法及其染色工藝”的發(fā)明專利，提出了“色媒體”無鹽無堿染色概念及一種新的清潔生產(chǎn)技術(shù)。色媒體無鹽無堿染色原理是纖維陽(yáng)離子改性研究的發(fā)展與完善，纖維陽(yáng)離子改性能夠較好的實(shí)現(xiàn)染料的無鹽上染，但還不能完全解決需要加堿固色的問題。德美公司研發(fā)并提出的色媒體染色，可以實(shí)現(xiàn)在無鹽、無堿、無尿素環(huán)境下與陰離子型染料或涂料進(jìn)行常規(guī)染色，與傳統(tǒng)染色相比，縮短了工藝流程，提高了染料利用率，減少了對(duì)環(huán)境的污染，節(jié)省了大量能源。色媒體無鹽無堿染色技術(shù)的核心是色媒體的制備。色媒體是一種含有活潑氫和反應(yīng)性功能團(tuán)的預(yù)聚物，含氮量為5%～45%，其中至少含有羥基、氨基及亞氨基等活潑氫基團(tuán)的一種，以及少量含有異氰酸酯、環(huán)氧基、氯甲基等反應(yīng)性功能團(tuán)的一種。染色時(shí)用色媒體對(duì)纖維進(jìn)行浸軋或噴涂預(yù)處理，向纖維引進(jìn)陽(yáng)離子染座從而使得陰離子染料或涂料迅速上染和固著。德美公司將色媒體無鹽無堿染色用于棉針織布的染色研究已取得較好的效果，確定了棉針織布的色媒體改性工藝為：色媒體用量2%owf，滲透劑DM一1231質(zhì)量濃度1 g/L，60℃處理30 min。改性后的染色工藝為：染料用量5%owf，60～80℃染色30 min。染色后織物強(qiáng)力保留率和手感均比傳統(tǒng)染色好，得色量也與傳統(tǒng)工藝相當(dāng)，雖然親水性較傳統(tǒng)工藝差，但基本不影響服用。利用色媒體無鹽無堿染色技術(shù)，德美公司通過在染色機(jī)中將不同顏色的活性染料或涂料分別滴加或噴灑到纖維織物的相應(yīng)位置，還實(shí)現(xiàn)了織物的多色彩染色，與傳統(tǒng)的印花工藝相比，簡(jiǎn)化了工藝條件，減少了化學(xué)品用量，達(dá)到了環(huán)保節(jié)能目的。

　　4、超臨界CO2染色技術(shù)

　　利用超臨界CO2，流體代替水作為染色介質(zhì)，可以解決染色用水問題，減少染料浪費(fèi)和環(huán)境的污染，同時(shí)由于超臨界CO2流體的低黏度和高分散性，使得染色速度更快，是一種新型生態(tài)染色技術(shù)。目前，關(guān)于超臨界CO2，染色的研究主要有分散染料染色、活性分散染料染色、改性天然纖維的分散染料染色以及天然染料染色。超臨界CO2，流體作為一種非極性溶劑，對(duì)分散染料有很好的溶解作用，其用于分散染料的染色研究最為深入且已取得了較多成功，相關(guān)染色工藝已較為成熟，一般為80～160℃，20～30 MPa，上染時(shí)間20—60 min，各項(xiàng)染色牢度可達(dá)到4～5級(jí)。這一染色技術(shù)正逐步應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中。活性分散染料超臨界CO2染色主要是通過將活性基引入分散染料，從而實(shí)現(xiàn)染料在超臨界CO2，中溶解且能上染極性纖維。Schmidt A等副利用均三嗪和溴代丙烯酸分別對(duì)分散黃23進(jìn)行改性，制成活性分散染料1和2，并將其分別用于纖維素纖維、蛋白質(zhì)纖維及合成纖維的超臨界CO2染色研究。結(jié)果表明，2號(hào)染料染色性能較好且蛋白質(zhì)纖維染色性能比纖維素纖維要好。但染色溫度較高時(shí)間較久160oC，240 min易造成纖維損傷。M van der Kraan等利用含乙烯砜或者二氯三嗪的活性分散染料對(duì)天然纖維及合成纖維進(jìn)行超臨界CO2，染色研究，發(fā)現(xiàn)當(dāng)在超臨界CO2系統(tǒng)中加入水，并不會(huì)影響染料在聚酯上的上染百分率，而對(duì)于錦綸、桑蠶絲和羊毛含有氨基的纖維，染料的上染百分率與超臨界CO2，和織物上的含水量有正相關(guān)性，當(dāng)超臨界CO2，流體和織物的含水量達(dá)到飽和時(shí)，纖維的得色量達(dá)到最大且固著率均達(dá)到80%以上。這為超臨界CO2，應(yīng)用于聚酯與錦綸、桑蠶絲或羊毛等混紡織物的加工提供了理論依據(jù)。通過對(duì)天然纖維進(jìn)行改性，如麻芐基化或表面有機(jī)硅改性、羊毛蠶絲等離子處理以及棉的多元羧酸處理等，可以增加纖維與分散染料的親和力、提高纖維容納染料的能力等，實(shí)現(xiàn)天然纖維的分散染料超臨界CO2染色。據(jù)報(bào)道，我國(guó)大連工業(yè)大學(xué)同光明化工研究設(shè)計(jì)院產(chǎn)學(xué)研合作研究的天然纖維超臨界CO2，染色，已具備了散纖維和成衣藝術(shù)染色產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)條件，并于2010年通過鑒定，預(yù)計(jì)該項(xiàng)目的推廣應(yīng)用可每年節(jié)約用水10～l5億t。天然染料超臨界CO2染色方面，國(guó)內(nèi)外研究相對(duì)較少。大連輕工業(yè)大學(xué)首次利用超臨界CO2對(duì)姜黃色素進(jìn)行了萃取染色一步法工藝研究，確定了最佳工藝條件為27MPa，140℃，染色60 min，最終樣品耐摩擦牢度和水洗牢度達(dá)到了3～5級(jí)。孫曉竹等以茶葉葉綠素為原料對(duì)牛奶纖維進(jìn)行超臨界CO2染色，確定了最佳工藝為：染料用量3%owf，pH值5，3 MPa，80℃，染色樣品各項(xiàng)牢度達(dá)到3～4級(jí)。

　　5、仿生發(fā)色

　　仿生發(fā)色是指模仿某些昆蟲和鳥類如蝴蝶、孔雀羽毛的發(fā)色機(jī)理，直接利用光線的折射反射或干涉等原理進(jìn)行發(fā)色。其“染色”概念已不是傳統(tǒng)的染色概念，仿生發(fā)色幾乎不用染料或色素，而是將染色與纖維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、合成加工結(jié)合起來，只要材料的折射率和尺寸不發(fā)生改變，所得到的顏色也不會(huì)消失，可以真正做到對(duì)環(huán)境無污染。

　　目前關(guān)于仿生發(fā)色的研究尚少。日本基于自然界蝴蝶翅瓣表面薄片的折射率、大小、形狀和厚度不同，通過薄膜干涉生色產(chǎn)生各種顏色的原理，開創(chuàng)性地研制出了結(jié)構(gòu)生色纖維Motphotex絲。國(guó)內(nèi)，亦有研究者對(duì)甲蟲及蝴蝶顏色做了系統(tǒng)的研究，指出甲蟲的三維光子晶體和蝴蝶的一維光子晶體結(jié)構(gòu)是其顏色形成的主要因素。龔龔等通過研究孔雀羽毛的結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)其發(fā)色是由于孔雀羽毛小羽支中存在蛋白纖維的二維光子晶體結(jié)構(gòu)，提出這些由黑色素棒、“黏合劑”和空氣構(gòu)成的二維光子晶體結(jié)構(gòu)，是孔雀尾羽產(chǎn)生靚麗色彩的主要原因，并給研究者們提出了一個(gè)新的研究方向。隨著當(dāng)今納米技術(shù)和生物工程的發(fā)展，仿生發(fā)色將逐漸成為可能，這將給紡織品染色帶來一次新的革命。

　　6、染色功能整理一體化技術(shù)

　　染色功能整理一體化技術(shù)是由蘇州大學(xué)鄭敏等研究提出的一種新型染色技術(shù)，通過相轉(zhuǎn)移技術(shù)和微晶控制技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了無機(jī)納米粒子對(duì)纖維的染色和整理一體化。其工藝流程為：無機(jī)納米微晶分散體制備一軋染軋液率85%～100%一預(yù)烘80oC，3 min一焙烘140℃，2 min，工藝流程簡(jiǎn)單，對(duì)環(huán)境無污染，所得產(chǎn)品染色牢度和勻染性都較好，具有抗菌、防紫外UPF指數(shù)達(dá)到80以上、阻燃等功能。在用無機(jī)微晶水性分散體nano.super R對(duì)真絲進(jìn)行染色和功能整理的研究中，該染色整理方法還表現(xiàn)出了快速、高效、節(jié)能等符合生態(tài)染色的優(yōu)點(diǎn)，給紡織品染色提供了一個(gè)新的方向。

　　結(jié)束語(yǔ)：

　　隨著科技的發(fā)展及人們對(duì)紡織染色行業(yè)的關(guān)注，越來越多的新型紡織品染色技術(shù)接踵而至，它們要么是減少了水資源的浪費(fèi)和污染，要么是提高了染色的性能和能源的利用，比傳統(tǒng)染色方法更符合生態(tài)標(biāo)準(zhǔn)，給行業(yè)實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)、摘掉其“污染大頭”的帽子帶來了希望。但對(duì)于目前所出現(xiàn)的新型染色方法，大都還處在實(shí)驗(yàn)室階段，離工業(yè)化生產(chǎn)有一定的距離。要真正利用新型染色技術(shù)實(shí)現(xiàn)行業(yè)生態(tài)化，可以從以下方面加強(qiáng)：①對(duì)于新興的染色方法，研究者或研究機(jī)構(gòu)本身要盡可能爭(zhēng)取資源或與廠家聯(lián)合研究，而相關(guān)單位對(duì)于有潛能的新型技術(shù)應(yīng)大力協(xié)助和支持，使其盡早脫離實(shí)驗(yàn)室階段而進(jìn)入生產(chǎn)化研究。②對(duì)于取得一定研究成果的新型技術(shù)，應(yīng)加強(qiáng)宣傳和利用，使其真正成為對(duì)行業(yè)和社會(huì)有用的技術(shù)力量。③在新技術(shù)新思想突飛猛進(jìn)的時(shí)期，應(yīng)加強(qiáng)相關(guān)技術(shù)人員或研究人員的培訓(xùn)和培養(yǎng)，使新技術(shù)能夠得以掌握和運(yùn)用，同時(shí)使更多的思想和創(chuàng)意融會(huì)貫通，最終實(shí)現(xiàn)整個(gè)行業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步。

來源：世界印染網(wǎng)

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