关键字： 免水洗,无助剂,微胶囊技术,分散染料,染色 作者：陈水林 东华大学上海多少年来，传统的染色技术都是在种种助剂的共同作用下完成的，如分散剂、匀染剂、促染剂等。在染色时助剂的用量巨大，染色后它们全部进入水体，是染色工业{dy}大污染源，造成严重的水体COD、BOD负荷；同时，助剂的增溶作用增加了染料在染色废水中的滞留量，进一步加剧了水体的污染，特别是色度污染；其次，为保证染色品的色牢度达到要求，充分的水洗工艺必不可少，需用大量的净洗剂等一系列水洗助剂，耗水量和水洗工艺的繁复程度远过于染色工序，是染色工业的又一大污染源。 过去，这些数量巨大、污染严重的废水或直接排入地面水系，或进行专门的末端处理。且不说这种末端处理所需附加费用巨大，染色企业难以承受，实际上目前的末端处理鲜有真正达标的，不少是靠用清水稀释才能达到排放标准的。这实际上是对地表水系的隐性污染，导致地表水质严重恶化，是目前无法克服的一大难题。 多少年来，染色科技工作者围绕节水问题做了不少有益的尝试，如小浴比染色、非水溶剂染色、超临界二氧化碳染色等。 20世纪90年代，东华大学一个研究小组利用微胶囊的独特性能，研究开发不需助剂的分散染料染色技术。至本世纪初，先后获得数个发明专利[1-4]，还有2个专利尚在申请中，初步形成了一套分散染料对涤纶等合成纤维的无助剂、免水洗染色新工艺。该工艺达到了真正的清洁染色要求。近5年来先后有汉斯公司、无极公司的加盟和投入，许多家染厂的协助试验，已成功地解决了产业化中遇到的重大问题，初步完成了中试生产试验。 本文介绍的清洁染色技术是把纯分散染料微胶囊化，再用来对涤纶纤维或织物进行染色。该技术利用了微胶囊的缓释和隔离作用，xx取代通常染色工艺中使用的分散剂、匀染剂等一切助剂。由于免除了助剂的使用，增溶作用不存在，染浴中存在的染料很少，纤维表面也仅存在不多于单分子吸附层的染料分子。染色结束后纤维表面浮色极少，染浴排液经简单过滤即可用于一般织物的前处理，染色织物不经水洗即可达到良好的色牢度，从而能够实现真正意义上的废水零排放，其节能、节水和环保的意义重大。 @=================@###page###@=================@ 该项染色技术基本上可在现有的高温染色机上实施，只需在原有染色机上加装一个附加装置即可，实施成本很低廉。 该项技术主要包括染料的微胶囊化、新型染色工艺的开发和染色附加装置的研制等3个部分。 经过近10年的小试研究、近5年的工厂中试和生产规模的试验，微胶囊化染料已形成500～1000t／年的生产能力，染色方面初步形成了梭织物、针织物、仿麂皮绒、绞纱和筒子纱的染色工艺，研制的附加装置已经过数次改型，目前已基本定型为动态萃取机，可以满足拼色生产需要。 1、工艺原理描述 1．1传统染色工艺原理 传统的分散染料染色工艺是借助于大量的分散剂把所用的染料全部分散于染浴中，形成一个稳定的分散体系。体系中染料主要存在于胶束中，另有极少量的溶解染料以单分子状态存在于水中与胶束内染料形成平衡。染色时纤维表面首先吸附一层表面活性剂(主要是分散剂)，这一层表面活性剂的增溶、富集作用把水中的单分子染料富集到纤维表面，最终形成一层相当厚的堆积层。在染色温度下纤维表面的部分染料向纤维内部扩散、染着，纤维表面的堆积层又由水相溶解染料进行补充，同时胶束中贮存的染料不断消耗。因为这是一个平衡过程，染色结束后在胶束内，在染浴水相中乃至纤维表面不可避免地留有相当多的染料和助剂。 留在染浴中的染料和助剂将造成严重的水体污染(数千的COD和深浓的色度)，成为环境治理的一大难题；留在纤维表面的堆积层染料则成为浮色，严重影响染色质量，必须彻底地加以清洗(还原净洗、皂洗、清水洗)。染色后处理不但消耗更大量的水(每洗It织物约耗水80～120t)和能量(热能和运转机器的能量)，同时耗用可观的洗涤剂和其他化学品，这因为助剂是染色又造成更大的水体污染。从实质上看，染色作用便是基于染料在水相的溶解、扩散于纤维表面并进一步向纤维内部扩散和染着这一简单的过程，而付出的巨大代价则是对水体的污染和能量消耗。 @=================@###page###@=================@1．2清洁染色新技术韵染色工艺原理 该项清洁染色新技术就是殉上述染色作用基本原理的认识上研究、开发出来的。关键在于以形态稳定的控释性微胶囊代替了传统工艺中的胶束。染料的低溶解度和微胶囊的控释作用即可保证染色的均匀性。因此，传统工艺中所用的分散剂、匀染剂等一切助剂便成为多余。 简单地讲，新技术的核心就是把纯分散染料微胶囊化，再把微胶囊分散染料直接投入染浴对纤维制品染色便可得到预期的结果。 新染浴的组成就是纤维和从微胶囊中溶解出来的单分子染料。因为纤维是疏水表面，亲水性较弱的单分子染料易于向纤维表面(或更准确地说是水／纤维界面)吸附，形成一个较高浓度的单分子吸附层。在染色温度下，该吸附层的染料向纤维内部扩散，水中的染料分子再向纤维吸附。在染色结束时，染浴中仅留有极少量的溶解的单分子染料，纤维表面也仅残留极少量的吸附染料(浮色)，其他多余的染料则全部留在胶囊内很容易被除去。显而易见，新工艺中{wy}的污染便是为数极少的溶解染料。 微胶囊分散染料染色工艺体系描述：以传统的液流式高温染色机为主体，加装一个微胶囊萃取机旁路，把所用的微胶囊染料置入该萃取机旁路中，染色时部分染浴通过该旁路，在此与微胶囊颗粒充分混合、接触，把微胶囊内的分散染料溶解出来并输入染缸与主体染浴混合，进而完成染料对纤维的吸附、上染，这个过程重复进行约30～60min；达到预期的染色深度即关闭该旁路，此时染缸内即不再有染料补充，继续在染缸中运行织物约5～15min，以使染浴中和纤维表面存留的染料大部分地进入纤维以除去浮色(此作用就相当于传统的后水洗工艺)；降温、排液、出布烘干。染浴排入贮存池进一步冷却、过夜使浴中溶解之染料再沉析，过滤待用；同时xx旁路中的微胶囊并清洗网芯，待用；用过的染料胶囊即作为粉状固体废物，或填埋，或焚烧。在染拼色时，把组分染料微胶囊按比例投入旁路混合器中，在那里各组分染料微胶囊借助于水力处于充分混合的状态，使各种组分染料微胶囊都有均等的萃取机会。 @=================@###page###@=================@1．3免水洗 1．3．1免水洗的可能性 在新的染色工艺中，因无助剂的存在，纤维表面仅有不超过单分子吸附层的染料，与传统工艺相比，染色结束后纤维表面的浮色要少得多，其染色后水洗的任务要轻得多。小试研究证明，不管染深色还是浅色，染色后只要轻度水洗，就可达到4～5级的色牢度，这就给免除染色后的水洗工序提供了可能。除了涂料染色、涂料印花和热转移印花，在一切的染色工艺中，繁复的水洗工序总是必不可少的，水洗则是耗水和污水的重点之一，是多年来困扰印染行业的难题。微胶囊染色技术提供了免除水洗的可能性，可能是彻底改变染色工艺对水体造成污染的一个关键性步骤。 1．3．2免水洗原理 浮色就是仅停留在纤维表面，未进入纤维并与纤维结合的染料分子。多少年来，水洗就被当作去除浮色，提高色牢度的{wy}方法。然而，在染色条件下，若断绝染料来源，则已经吸附在纤维表面，甚至染浴中剩余的单分子染料会继续向纤维内部转移，因为极性的水环境是驱赶系统中染料分子(浮色)进入非极性的纤维内部的巨大推动力的来源。实践证明，这种驱赶染料进入纤维内部而去除浮色的方法是更加简单易行的。 1．4染色废水的零排放 如果上述染色废水经过适当处理加以利用，便可以实现零排放。也就是说，采用微胶囊染色技术，可以彻底解决染色对水污染的问题。在染色之后带有少量剩余染料的微胶囊可以轻易地从染浴中分离出去，或者根本就不进入染缸。染浴排出后，随着温度的下降，已溶解的染料就会呈微粒析出。此时只要简单地过滤(如沙滤)就几乎呈无色，其COD也很低，不超过100，可直接用于织物的前处理。研究证明，用此回收的水进行前处理的织物丝毫不影响后道加工的质量。因此，作为染色工艺排出的废水总量便为零。 2、技术的研究历程和最近进展 从1995年研制压敏显色微胶囊开始，就考虑如何利用微胶囊的缓释、隔离等特性，取代染色中常用的助剂，如分散剂、匀染剂等，从而实现无助剂染色。 @=================@###page###@=================@ 时水污染的主要负荷来源。此时，探索性研究工作的结果更加坚定了这一信念。至1998、1999、2002年分别开发了两种微胶囊化方法，一项无助剂染色技术和一项免水洗染色技术，形成了4项发明专利并作了相关的基本理论研究，为该项目的产业化打下了扎实的基础。此后，与常州汉斯公司合作建立了微胶囊化分散染料的试生产基地，研发与传统高温染色机相匹配的旁路萃取机，并与多家染厂合作分别对纯涤纶针织物、梭织物、麂皮绒织物、纱线等做了单色染料的中试和部分生产规模的试验，获得成功，为此于2006年获得桑麻科技一等奖。 但是，这是一项成套的产业技术，它包括微胶囊化分散染料的稳定化生产，相应的染色工艺技术的开发和为实施无助剂、免水洗染色生产工艺所必须的专用辅助设备(萃取机)的开发与制造。这些工作必须环环相扣，节节相通，缺一不可，所需的人力和物力也是非常巨 大的，所以实际推广的进展速度比预期的要慢得多。如原来研发的萃取机用于单一染料染色效果就比较好，可是用于多种染料微胶囊的拼色染色，就达不N4,试研究的效果，重演性很差，也易产生染色不匀(色调不均匀)。因此必须对原来的萃取机作重大改进，甚至重新设计。 2007年与2008年的工作重点在于无助剂、免水洗染色专用辅助设备的改进与换型。经过一年多的研究，先后对原有的萃取机进行了多次改进，至2008年上半年，才研制成功适合于拼色染色的动态混合萃取中试样机，用此样机能染出任何色样。现正制造第二台计算机控制的样机，不久便可投入试验。计划再生产出3～4台中试样机，分别用于不同类型(梭织、针织、纱线)的中试生产，并在此基础上制造1～2台用于生产规模(200kg染机)的产业化生产试验样机。 与此同时，完善了萃取机网芯的清洗工艺，这可以保证每次染色之后网芯处于清洁的待用状态；完善了废染浴的冷却、过滤装置的设计，使回收的染色排水可直接用于织物的前处理，从而节约等量的前处理用水。 3、新技术的社会经济效益 该项技术的实施，在保证染色质量优予或不低于传统染色的前提下，可获以下的好处： a：彻底免除了表面活性剂等助剂的使用，从而有效地解除了染色助剂本身对水体的污染，并避免了因助剂增溶作用导致染料对水体的污染，使染浴全部得到回收利用。 @=================@###page###@=================@ b：免除了染色后的一切水洗工序，从而免除了后水洗助剂(还原剂、净洗剂、碱剂等)的使用以及它们对水体的污染。降低了后水洗动力和热能的消耗，每染lt涤纶织物可直接节约水洗用水80～120t。 C：彻底解决了超细纤维织物染xxx牢度难以达标的问题，不再需要昂贵的专用染料。因这类纤维比表面很大，助剂的使用使得表面富集的浮色量特别大，难以彻底洗净。而新工艺不用助剂，吸附的染料可以被“赶”进纤维而达到提高色牢度的目的。 d：新工艺可基本上在所有的溢流式高温染色机上实施，对染色工厂来说实施费用低廉。 总的来说，该项技术{zd0}的社会效益为清洁、节能、减排，彻底改变了染色污染重、耗水量大的状况。从染色排水COD来说，与传统工艺相比，由数千降到100左右，而后水洗的COD更由数千降至零(因免除了水洗)。其相应的经济效益也是明显的。 4、结束语 新技术的实施将改变分散染料的生产和应用面貌，尽管存在着资金等问题，而真正的产业化却指日可待。迄今为止国外尚无类似的技术，该套技术出口的潜力巨大。 微胶囊技术一经应用于分散染料的染色就显现出巨大的优势。我们已经把下一步的开发目标锁定在活性染料的胶囊化与无助剂染色。这样，清洁染色技术将涵盖更重要的纤维素纤维及其与涤纶纤维混纺品的染色，以期摘掉染厂“污染大户”的帽子。参考文献 [1]陈水林，罗艳，李卓．分散染料微胶囊染色方法：中国，03116244．4[P]．2003—04—08． [23罗艳，陈水林，王忠霞．分散染料微胶囊的制备方法：中国，03116243．6 FP3．2003．04—08． [31陈水林，李卓．分散染料微胶囊的制备工艺：中国，031 16242．8[P]．2003—04—08． [4]陈水林，钟毅，冯继红，等．一种免除水洗的分散染料染色的方法：中国，200410054220．9 [P]．2004．09—02． 本文转自：http://database.texnet.com.cn/db-technology/detail--1220.html