纺织品新型染色技术的开发与应用

　　 中国化工资讯网08月09日讯：

　　目前，纺织品染色主要存在以下问题：染色牢度如耐水洗色牢度、耐摩擦色牢度、日晒色牢度、耐酸碱汗渍色牢度等还不能同时达到较高等级，使人体在服用过程中因摩擦、出汗等导致染料溶落而威胁人们的健康;越来越多的高功能高性能新材料纤维、新型纤维或者多组分纤维等相继出现并不断创新，使原有的纺织品染色工艺及染料需要不断创新和改进;纺织品染色过程中染料、能浪费严重，排污量大且生产效率低下，越来越多的传统染色方法已不符合生态性要求。近来，纺织工业“十二五”纲要的提出，给纺织品染整发展指明了方向，即要重点发展无水及少水印染、废水回用、资源综合应用等高新技术，为实现行业的清洁生产、节能减排及可持续发展提供技术支撑。在“十一五”及“十二五”指导下，已经有不少生态染色新方法和工艺相继出现并不断完善，如冷轧堆染色、气流染色、退染一浴染色等已取得生产实效，一些新兴的染色方法如超临界CO2染色、微胶囊染色等亦逐渐成熟，越来越多的新型染色词汇也不断出现在行业术语中。

　　1、微悬浮体染色技术(MSD)

　　微悬浮体染色技术(MSD)是西安工程大学纺织与材料学院以邢建伟教授为首的技术研究小组发明并命名、属于我国拥有完全知识产权的一项新型染整技术，国外还未见报道。MSD技术是通过在轧染浴中使用微悬浮体化染色助剂，使染料分子形成细小的微悬浮体颗粒并均匀地分散在染浴中，再通过浸轧使其进入纤维及纱线空隙中，随着染浴温度升高，微悬浮体颗粒逐渐解体，释放出染料进入纤维内部进而固着。研究表明，MSD技术具有如下优势：

　　①染料由于微悬浮体颗粒的“包埋”而受到保护。染料与碱剂的接触几率降低，染料水解减少，染制同等色度织物时使用的染料用量减少;染毛/腈混纺纤维时，也由于染料受到保护而降低了不同纤维问染色时的沾色现象。

　　②染料以微悬浮颗粒的形式先吸附到纤维上，再进行扩散和固着，能够保证染料均匀上染纤维。由于其匀染性好，在染蛋白质纤维时，可以快速升温上染(3ºC/min)，不仅有效地降低了高温下纤维的损伤，还节省了工艺时间和能耗。

　　③MSD技术所采用的微悬浮体化染色助剂不对染料分子产生化学作用，被染织物的色泽和色牢度基本不会受到影响。

　　④使用MSD技术染真丝织物，可以完全不用无机盐促染，降低了盐对纤维表面的损伤，同时降低了污染。

　　⑤使用MSD技术勿需企业改变目前的轧染设备及工艺，应用简单、经济适用。

　　目前，常州月夜灯芯绒有限公司已经成功进行了纯棉灯芯绒织物的微悬浮体轧染染色，成功建立了一个年产2 000万m纯棉灯芯绒织物与普通纯棉织物微悬浮体轧染染色示范基地。实践生产证明.加工每万米棉织物平均可节约染料用量26.78 kg，加工每吨棉织物平均可减少废弃染料的排放量为3.6 kg左右。微悬浮体染色技术具有环保、节能和染色性能优越等特点，但该技术目前还处于发展阶段，对于所染织物品种的研究还不够全面，还局限在羊毛、蚕丝或狐狸绒等蛋白质纤维和棉纤维，对于其他天然及合成纤维的研究尚少。目前应用该技术的厂家不多，还应加强新技术的宣传力度，扩大规模。

　　2、微胶囊染色技术

　　微胶囊用于纺织品染色的技术核心是先将染料作为芯材制成微胶囊。染色时，直接将染料微胶囊投入染浴，利用纤维、染浴和胶囊中染料的浓度差，使染料不断释放、吸附和上染纤维，实现无助剂染色。利用微胶囊隔离和缓释的作用，不仅染色均匀性能够得以较好的保证，还可以达到染料的“零”排放和纤维的免水洗等目的，实现清洁生产。

　　国内，东华大学化学与化工学院对于分散染料微胶囊染色的研究较为突出，他们对染色的方法、微胶囊的制备以及相应的工艺和装置进行了一套较为全面的研究并申请了专利。率先将分散染料微胶囊染色应用于锦纶6、PTT和涤纶织物的染色上，对相应的染色温度、浴比、保温时间等参数及废水的回用进行了探讨和研究。最终染色产品干湿摩擦牢度、皂洗牢度和沾色牢度与传统染色工艺相当，都达到了4～5级，且废水的COD和BOD值比常规染色工艺低得多。近来，罗艳等进一步对分散染料微胶囊染色进行了非条件配色研究和改善PTT染色中低聚物的影响的研究。结果表明，微胶囊分散染料染色可以改善常规染色条件下不能配色的分散染料配伍性，可以改善PTT染色中低聚物对染料提升性能和染色速率等的不利影响。该技术已经与多家染色厂合作取得了部分生产规模实验的成功。

　　除了分散染料微胶囊的染色研究，其他染料的研究还尚少。孙晓竹等以天然色素姜黄为芯材，β—CD为壁材进行了微胶囊染色研究，确定了微胶囊化的最佳包合工艺为：温度50ºC，时间2 h，芯壁材比1：4，乙醇体积分数为50%。染色后织物的摩擦及皂洗牢度不经过还原清洗就可达到4级以上，优于纯姜黄素染色。

　　埃及研究者E1.Zawahry M M等对活性染料微胶囊染色进行了研究。研究主要以70%乙酰丙酮改性后的大豆卵磷脂为壁材，活性染料为芯材，制得了最大粒径约为16nm的微胶囊。并就羊毛染色进行了探讨，确定了最佳染色工艺为：盐用量10% (owf)，温度95℃，染色时间60 min，30 min后加入一定量的曲通100助染。最终染色产品的色牢度和摩擦牢度等均比常规染色高。埃及研究者还将活性染料微胶囊对丝织物进行了染色研究，与常规方法相比，它们的染色牢度差别不大，但染色后的残液几乎无色，染浴可以再利用，为产业生产提供了一个经济环保的染色工艺。

　　3、“色媒体”无盐无碱染色技术

　　2007年，广东德美精细化工股份有限公司成功申请了“一种纤维材料改质的方法及其染色工艺”的发明专利，提出了“色媒体”无盐无碱染色概念及一种新的清洁生产技术。色媒体无盐无碱染色原理是纤维阳离子改性研究的发展与完善，纤维阳离子改性能够较好的实现染料的无盐上染，但还不能完全解决需要加碱固色的问题。德美公司研发并提出的色媒体染色，可以实现在无盐、无碱、无尿素环境下与阴离子型染料或涂料进行常规染色，与传统染色相比，缩短了工艺流程，提高了染料利用率，减少了对环境的污染，节省了大量能源。色媒体无盐无碱染色技术的核心是色媒体的制备。色媒体是一种含有活泼氢和反应性功能团的预聚物，含氮量为5%～45%，其中至少含有羟基、氨基及亚氨基等活泼氢基团的一种，以及少量含有异氰酸酯、环氧基、氯甲基等反应性功能团的一种。染色时用色媒体对纤维进行浸轧或喷涂预处理，向纤维引进阳离子染座从而使得阴离子染料或涂料迅速上染和固着。德美公司将色媒体无盐无碱染色用于棉针织布的染色研究已取得较好的效果，确定了棉针织布的色媒体改性工艺为：色媒体用量2%(owf)，渗透剂DM一1231质量浓度1 g/L，60℃处理30 min。改性后的染色工艺为：染料用量5%(owf)，60～80℃染色30 min。染色后织物强力保留率和手感均比传统染色好，得色量也与传统工艺相当，虽然亲水性较传统工艺差，但基本不影响服用。利用色媒体无盐无碱染色技术，德美公司通过在染色机中将不同颜色的活性染料或涂料分别滴加或喷洒到纤维织物的相应位置，还实现了织物的多色彩染色，与传统的印花工艺相比，简化了工艺条件，减少了化学品用量，达到了环保节能目的。

　　4、超临界CO2染色技术

　　利用超临界CO2，流体代替水作为染色介质，可以解决染色用水问题，减少染料浪费和环境的污染，同时由于超临界CO2流体的低黏度和高分散性，使得染色速度更快，是一种新型生态染色技术。目前，关于超临界CO2，染色的研究主要有分散染料染色、活性分散染料染色、改性天然纤维的分散染料染色以及天然染料染色。超临界CO2，流体作为一种非极性溶剂，对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为深入且已取得了较多成功，相关染色工艺已较为成熟，一般为80～160℃，20～30 MPa，上染时间20—60 min，各项染色牢度可达到4～5级。这一染色技术正逐步应用于实际生产中。活性分散染料超临界CO2染色主要是通过将活性基引入分散染料，从而实现染料在超临界CO2，中溶解且能上染极性纤维。Schmidt A等副利用均三嗪和溴代丙烯酸分别对分散黄23进行改性，制成活性分散染料1和2，并将其分别用于纤维素纤维、蛋白质纤维及合成纤维的超临界CO2染色研究。结果表明，2号染料染色性能较好且蛋白质纤维染色性能比纤维素纤维要好。但染色温度较高时间较久(160ºC，240 min)易造成纤维损伤。M van der Kraan等利用含乙烯砜或者二氯三嗪的活性分散染料对天然纤维及合成纤维进行超临界CO2，染色研究，发现当在超临界CO2系统中加入水，并不会影响染料在聚酯上的上染百分率，而对于锦纶、桑蚕丝和羊毛含有氨基的纤维，染料的上染百分率与超临界CO2，和织物上的含水量有正相关性，当超临界CO2，流体和织物的含水量达到饱和时，纤维的得色量达到最大且固着率均达到80%以上。这为超临界CO2，应用于聚酯与锦纶、桑蚕丝或羊毛等混纺织物的加工提供了理论依据。通过对天然纤维进行改性，如麻苄基化或表面有机硅改性、羊毛蚕丝等离子处理以及棉的多元羧酸处理等，可以增加纤维与分散染料的亲和力、提高纤维容纳染料的能力等，实现天然纤维的分散染料超临界CO2染色。据报道，我国大连工业大学同光明化工研究设计院产学研合作研究的天然纤维超临界CO2，染色，已具备了散纤维和成衣艺术染色产业化生产条件，并于2010年通过鉴定，预计该项目的推广应用可每年节约用水10～l5亿t。天然染料超临界CO2染色方面，国内外研究相对较少。大连轻工业大学首次利用超临界CO2对姜黄色素进行了萃取染色一步法工艺研究，确定了最佳工艺条件为27MPa，140℃，染色60 min，最终样品耐摩擦牢度和水洗牢度达到了3～5级。孙晓竹等以茶叶叶绿素为原料对牛奶纤维进行超临界CO2染色，确定了最佳工艺为：染料用量3%(owf)，pH值5，3 MPa，80℃，染色样品各项牢度达到3～4级。

　　5、仿生发色

　　仿生发色是指模仿某些昆虫和鸟类如蝴蝶、孔雀羽毛的发色机理，直接利用光线的折射反射或干涉等原理进行发色。其“染色”概念已不是传统的染色概念，仿生发色几乎不用染料或色素，而是将染色与纤维结构设计、合成加工结合起来，只要材料的折射率和尺寸不发生改变，所得到的颜色也不会消失，可以真正做到对环境无污染。

　　目前关于仿生发色的研究尚少。日本基于自然界蝴蝶翅瓣表面薄片的折射率、大小、形状和厚度不同，通过薄膜干涉生色产生各种颜色的原理，开创性地研制出了结构生色纤维Motphotex丝。国内，亦有研究者对甲虫及蝴蝶颜色做了系统的研究，指出甲虫的三维光子晶体和蝴蝶的一维光子晶体结构是其颜色形成的主要因素。龚龚等通过研究孔雀羽毛的结构，发现其发色是由于孔雀羽毛小羽支中存在蛋白纤维的二维光子晶体结构，提出这些由黑色素棒、“黏合剂”和空气构成的二维光子晶体结构，是孔雀尾羽产生靓丽色彩的主要原因，并给研究者们提出了一个新的研究方向。随着当今纳米技术和生物工程的发展，仿生发色将逐渐成为可能，这将给纺织品染色带来一次新的革命。

　　6、染色功能整理一体化技术

　　染色功能整理一体化技术是由苏州大学郑敏等研究提出的一种新型染色技术，通过相转移技术和微晶控制技术相结合，实现了无机纳米粒子对纤维的染色和整理一体化。其工艺流程为：无机纳米微晶分散体制备一轧染(轧液率85%～100%)一预烘(80ºC，3 min)一焙烘(140℃，2 min)，工艺流程简单，对环境无污染，所得产品染色牢度和匀染性都较好，具有抗菌、防紫外(UPF指数达到80以上)、阻燃等功能。在用无机微晶水性分散体nano.super (R)对真丝进行染色和功能整理的研究中，该染色整理方法还表现出了快速、高效、节能等符合生态染色的优点，给纺织品染色提供了一个新的方向。

　　结束语：

　　随着科技的发展及人们对纺织染色行业的关注，越来越多的新型纺织品染色技术接踵而至，它们要么是减少了水资源的浪费和污染，要么是提高了染色的性能和能源的利用，比传统染色方法更符合生态标准，给行业实现清洁生产、摘掉其“污染大头”的帽子带来了希望。但对于目前所出现的新型染色方法，大都还处在实验室阶段，离工业化生产有一定的距离。要真正利用新型染色技术实现行业生态化，可以从以下方面加强：①对于新兴的染色方法，研究者或研究机构本身要尽可能争取资源或与厂家联合研究，而相关单位对于有潜能的新型技术应大力协助和支持，使其尽早脱离实验室阶段而进入生产化研究。②对于取得一定研究成果的新型技术，应加强宣传和利用，使其真正成为对行业和社会有用的技术力量。③在新技术新思想突飞猛进的时期，应加强相关技术人员或研究人员的培训和培养，使新技术能够得以掌握和运用，同时使更多的思想和创意融会贯通，最终实现整个行业的发展和进步。