該項技術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三個部分.基本上可在現(xiàn)有的高溫染色機上實施,只需在原有染色機上加裝一個附加裝置即可,實施成本低廉.經過近10年的實驗室研究、近5年的工廠中試和生產規(guī)模的試驗,微膠囊化染料已形成500~1 000 t/a的生產能力,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.研制的附加裝置經過數(shù)次改型,目前已基本定型為動態(tài)萃取機,可以滿足拼色生產需要.
1工藝原理
傳統(tǒng)分散染料染色工藝是借助大量分散劑把所用的染料全部分散于染浴中,形成穩(wěn)定的分散體系.體系中染料主要存在于膠束中,另有極少量溶解染料以單分子狀態(tài)存在于水中,與膠束內染料形成平衡.染色時纖維表面首先吸附一層表面活性劑(主要是分散劑),其增溶、富集作用把水中的單分子染料富集到纖維表面,最終形成一層相當厚的堆積層.在染色溫度下,纖維表面的部分染料向纖維內部擴散、染著,纖維表面的堆積層又由水相溶解染料進行補充.同時,膠束中貯存的染料不斷消耗.因為這是一個平衡過程,染色結束后,在膠束內、染浴水相中乃至纖維表面不可避免地留有相當多的染料和所有助劑.留在染浴中的染料和助劑將造成嚴重的水體污染(數(shù)千的COD和深濃的色度),成為環(huán)境治理一大難題;留在纖維表面的堆積層染料則成為浮色,嚴重影響染色質量,必須徹底清洗(還原凈洗、皂洗、清水洗).這樣染色后處理不但消耗更大量的水(每洗1 t織物約耗水80~120 t)和能量(熱能和運轉機器的能量),同時還耗用可觀的洗滌劑和其他化學品,這又造成更大的水體污染.從實質上看,染色作用是基于染料在水相的溶解、擴散于纖維表面并進一步向纖維內部擴散這一過程,而付出的巨大代價則是對水體的污染和能量消耗!該項清潔染色新技術就是在對上述染色基本原理的認識上研究、開發(fā)出來的.關鍵在于以形態(tài)穩(wěn)定的控釋性微膠囊代替?zhèn)鹘y(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,省去了傳統(tǒng)工藝中所用的分散劑、勻染劑等.
簡言之,新技術的核心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染色,便可得到預期的結果.因此,新染浴組成非常簡單:從微膠囊中溶解出來的單分子染料和纖維.因纖維是疏水表面,親水性較弱的單分子染料易向纖維表面(或者說水/纖維界面)吸附,形成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部擴散,水中的染料分子再向纖維吸附.染色結束時,染浴中僅存極少量的溶解單分子染料,纖維表面也僅存極少量的吸附染料(浮色).其他多余染料全部留在微膠囊內很容易被除去.顯然,新工藝唯一的污染是極少的溶解染料.免水洗的可能性:在常規(guī)染色工藝中,后水洗工序必不可少,是耗水和污水的重點之一,是多年來困擾印染行業(yè)的難題.在新的染色工藝中,因無助劑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,染色后纖維表面的浮色要少得多,其染色后水洗任務要輕得多.實驗室研究證明,不管染深色還是淺色,染色后只要輕度水洗,就可達到4~5級的色牢度,這可能免除染色后的水洗工序.盡全力把這種可能性變成現(xiàn)實,也是徹底改變染色工藝對水體造成污染的一個關鍵性步驟.
染色后免水洗的基本原理:水洗通常被當作是去除浮色、提高色牢度的唯一方法.然而,浮色是僅停留在纖維表面、未進入纖維并與纖維結合的染料分子.染色時,如斷絕染料來源,已吸附在纖維表面,甚至染浴中剩余的單分子染料會繼續(xù)向纖維內部轉移,因為極性水環(huán)境是驅趕系統(tǒng)中染料分子(浮色)進入非極性纖維內部的巨大推動力.實驗證明,這種驅趕染料進入纖維內部去除浮色的方法是更加簡單易行的.如果染色廢水經過適當處理加以利用,便可以實現(xiàn)零排放.因此,采用微膠囊染色技術,就可以徹底免除染色對水的污染問題.
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