纺织印染业的清洁生产技术综述

王艳秋，吴军玲

（1.河北科技大学理学院，河北石家庄 050018；2.河北科技大学纺织服装学院，河北石家庄 050018）

纺织印染业的清洁生产技术综述

王艳秋1，吴军玲2

（1.河北科技大学理学院，河北石家庄 050018；2.河北科技大学纺织服装学院，河北石家庄 050018）

从绿色原材料和染整过程中清洁生产的工艺和技术2个方面加以论述，对于促进纺织印染业的可持续发展具有现实意义。

纺织印染；清洁生产；绿色原料；染整过程

随着人类社会的发展和科技的进步，纺织印染行业的可持续发展越来越受到人们的关注。作为可持续发展战略的关键，“清洁生产”已由联合国在《21世纪议程》中制定。中国已于2003－01－01日起实施了《中华人民共和国清洁生产促进法》。目前欧洲倡导应用的“三E”系统（Efficient（效能）、Economy（经济）、Ecology（生态））和清洁生产的“四R”原则（Reduction（内部减少）、Recovery（回收）、Reuse（再利用）、Recycle（循环））将成为21世纪世界染整工业技术发展的主流［1］。纺织印染业的清洁生产已成为广大纺织工作者的一个新的研究课题。

近年来，中国纺织印染行业也在积极推行清洁生产工艺，重点是前处理和染色工艺。在印染业较发达的地区，特别是在沿海发达地区（浙江、江苏等省），很多老企业已开展清洁生产审核［2］。这些企业虽然取得了明显的节能降耗效果，但还需加大力度研究推行清洁生产的途径和措施，开发新工艺、新设备、新染料、新助剂等，确保纺织印染业的节能降耗工作能稳步向前推进。

清洁生产的对象包括清洁的能源、清洁的生产和服务过程、清洁的产品3个方面。具体到纺织印染行业，笔者主要从绿色原料和染整过程的清洁生产2大方面进行综述。

1 从“源头”入手，使用绿色原材料

纺织印染行业清洁生产所使用的原材料主要涉及到纤维、浆料、染料、助剂等几个方面。首先从“源头”上采用各种绿色原材料，减少甚至消除污染的产生，再尽量减少生产过程中的污染。这样绿色纺织品的生产才有了基本的保证，才能做到纺织印染业的清洁生产。

1.1 绿色天然纤维

天然纤维如棉、麻、丝、毛等都是绿色纤维，具有优良的特性。但天然纤维一般都要经过复杂的染整加工过程，相比之下彩色天然纤维更具吸引力。彩色棉是利用转基因技术把彩色基因移植到原棉DNA中自然生长而成。用天然彩色棉纤维制成的各种纺织品不需染色加工，不仅节省了染料，更重要的是没有三废排放，不会造成环境污染，可实现从原料到纺织乃至成衣全过程的清洁生产。近年来，彩色羊毛、彩色蚕丝等也有所发展。当然也还存在色谱不够齐全，产量较小等问题。

1.2 绿色再生纤维

1.2.1 Lyocell纤维

Lyocell纤维以针叶树速生林为原料，因而取材广泛且易于再生。在生产过程中，溶剂NMMO是一种安全的化学品，无毒，对人体无害，且几乎可完全（99.7%以上［3］）循环回收利用。纤维的最终产品其分子结构中只有C，H，O元素，所以是生物可降解的，这大大降低了对环境的伤害及污染。整个生产系统形成闭环回收再循环，无废料排放，对环境无污染。因此，它是一种真正的绿色纤维。除了环境保护方面的原因外，其还具有很好的使用性能，如良好的物理机械性能、吸水性、悬垂性、动感、高抗拉力及撕裂强度等［4］。

1.2.2 竹纤维

以天然速生竹子为原料，用生产粘胶的工艺或其他工艺生产的竹纤维，其原料来源丰富，符合可持续发展的要求。竹纤维具有优良的吸湿性和透气性及抗菌性。近年来已开发出很多单一或混纺竹纤维机织或针织面料，其服用性能已得到广大消费者的认可。

1.2.3 甲壳素纤维

甲壳素纤维是一种天然高聚物纤维。它是将甲壳素或壳聚糖溶解在合适的溶剂中，配制成一定浓度、一定黏度、性能稳定的纺丝原液，经过滤、脱泡、喷丝、凝固后形成［5］。甲壳素广泛分布于自然界虾、蟹等动物甲壳中，蕴藏量十分丰富。甲壳素纤维是一种新型绿色环保纤维，具有优良的生物功能、抗菌和服用性能，在纺织服装、医用材料和人体组织工程等领域必将有着广阔的发展前景。

1.2.4 玉米纤维

玉米纤维又名聚乳酸纤维，是采用可再生的玉米、小麦等淀粉原料经发酵转化成乳酸，然后经聚合、纺丝而成的，它属于再生蛋白质纤维。玉米纤维与其他蛋白质纤维性能相近，具有良好的环保性能，而强度、吸湿性、伸长度及染色性能和常规的化纤相近，强力较高，纤维本身弹性伸长率达到33.38%，易染色，是良好的纺织原料。由于采用的原料是可再生的天然植物玉米，而且从生产到废弃消亡的整个过程中完全是自然循环型的，对环境不造成污染，所以已被众多专家推荐为“21世纪的环境循环材料”。目前已有NatureWorks公司开发出了玉米Ingeo纤维问世［6］。

1.2.5 大豆蛋白纤维

大豆蛋白纤维是从萃取了油脂的豆渣中提取球状蛋白质，经特殊处理后，再经湿法纺丝制成。大豆蛋白纤维的原料可再生，利于环保。其纤维可生物降解，并具有优良的性能：光泽柔和，手感滑爽，染色性能好，同时对人体具有保健作用［7］。

1.2.6 牛奶蛋白纤维

牛奶蛋白纤维是将液态牛奶去水、脱脂，加柔和剂后制成牛奶浆，用湿法工艺纺丝制得。它具有比棉、丝高的强度，比羊毛防霉、防蛀性能好，吸湿、透气性好并具有天然的抑菌功能［8］。中国上海正家牛奶丝科技有限公司率先开发出了牛奶蛋白纤维。经检测，该纤维不含任何致癌物质，属于绿色生态纺织纤维［9］。

1.2.7 其他绿色再生纤维

除上述纤维外，目前相继又开发出了珍珠纤维［10］、海藻纤维［11］等绿色纤维。这些纤维均可生物降解。

1.3 可降解合成纤维

常用的合成纤维大都不具有生物降解性，用这些纤维制成的纺织品废弃后会严重污染环境。因此科学家已研究出对这些非生物降解型合成纤维进行改性，使其具有可降解性。改性方法主要有2种。一种方法是在高分子材料熔融纺丝过程中，将淀粉很均匀地分散于纺丝液中。用这种改性高分子材料制成的纺织品在废弃后，自然界中的微生物会将其中的淀粉降解从而使纤维降解。另一种方法则是在高分子材料中加入光降解剂和辅助助剂。光降解纤维就是通过在纤维高分子中加入光降解剂和助光降解剂而制成［12］。目前已有杜邦等公司开发出价格较低，可生物降解的合成纤维。具有生物降解和光降解两重性能的双降解高分子材料也已经问世。

1.4 回收材料制成的纤维

大多数合成的聚合物都不能生物降解。对不能降解的聚合物材料进行回收再利用可以有效利用资源，以达到减少环境污染的目的。目前有一些国家已形成聚酯的工业化生产回收规模。

1.5 绿色浆料

浆料的环保性直接影响到纺织印染业废水对环境的污染程度，因此要做到清洁生产，尽量选用绿色环保浆料。目前，使用较多的天然浆料是淀粉，虽有很好的生态学性质，但使用时常加入防腐剂如萘酚等有害化学品，有对合成纤维黏附性差等缺点。另一种常用的浆料聚乙烯醇很难被微生物分解，其COD值也较高，其回收利用也是一个值得研究的课题。对淀粉进行变性处理、发展丙烯酸类浆料、开发组合浆料是目前浆料发展的主流［13］。“高质量、多功能、少组分、系列化、少用或不用PVA、大力开发绿色浆料”是浆料的发展方向［14］。最近，由德国邓肯道夫纺织工艺研究所开发了以甲壳质和它的衍生物为基质的新一代浆料。这种合成浆料可无条件或在指定的条件下生物降解，使用新的甲壳质基浆料是一种新的对环境友好的加工方法①德国成功开发新一代浆料.纺织信息周刊，2005（32）：17.。

1.6 绿色染料

染料作为纺织印染业使用的重要的原材料之一，印染业的清洁生产首先是要在染料上做文章。开发利用天然染料是一个重要方面。大多数天然染料与环境生态相容性好，可生物降解，而且毒性较低，符合人们追求天然、回归自然的趋势，应该大力发展。天然染料包括天然植物、动物、矿物染料等，还有微生物产生的天然色素染料［15］。目前，应用天然染料染色的环保织物在国内外市场上颇受欢迎。如用植物染料制成的高支天素丽“绿色”环保型高档面料已经问世［16］。有学者已开发出了天然茶染料、天然五倍子染料、石榴染料，分别用于染棉织物、牛奶蛋白针织物、真丝织物等工艺［17－19］。开发环保型染料已成为染料业和印染行业的共识和发展的重点。例如：用新型二氨基化合物取代联苯胺及其衍生物制成的弱酸性黑3G和弱酸性黑 NB－G，还有尤丽特中性染料，它们已获得瑞士TESTEX公司的ECO－passport通行证［20］。还原直接黑 BCN 染料不含多氯联苯，其生产采用新技术和清洁生产工艺，产品质量高，成本相对较低，是满足欧盟生态标签新标准的金属络合染料［21］。还原海军蓝R不含芳香胺，也不会分解出芳香胺，不含多氯联苯，重金属含量达到ETAD标准，是一种环保型染料［22］。

1.7 环保型助剂

随着纺织印染业清洁生产的实施，对于助剂的环保性要求在逐步提高。环保型助剂要具有节能性、可生物降解性、低毒、不能含有环境激素重金属离子和甲醛量不能超标等质量特性。近年来，环保型助剂的研究得到了很大发展，相继开发出了高效三合一精炼剂NC－601、生态型纳米前处理剂Green Stone G、无甲醛免烫整理剂PC［23］、无甲醛固色剂DUR、抗菌防臭整理剂HM98［24］等。上海洁宜康化工科技有限公司生产的JYK POW 是一种低挥发性、无味的环保型分散染料染色载体，符合Oeko－Tex Standard 100的所有规定。

2 染整过程的清洁生产技术

纺织工业中的印染行业是中国排放工业废水量较大的部门之一，其废水排放量占纺织工业废水排放量的80%。由于在纺织品的染整加工中需要使用大量的化学品，故生产中产生的污染也最多。纺织品上的有害物质主要来源于染整加工过程，所以推行绿色染整技术是纺织品清洁生产的重要保证。

2.1 前处理过程

前处理过程产生的废水量是很可观的，占印染废水量的50%～60%，节约用水意义重大。采用高效短流程工艺，使用高效助剂，缩短处理时间，能够减少助剂和水的用量。采用高效炼漂助剂及碱氧一步法冷轧堆工艺与传统的退、煮、漂三步法工艺相比，可节约用水约2倍，节电1.8倍，节省蒸气3倍［25］，其节约资源和能源效果明显；采用低温、低碱前处理工艺既可节能、又可减少废水的含碱量，利于废水的处理；开发新一代的绿色表面活性剂、生态助剂在前处理工艺中的应用技术，如生物酶退浆、精炼等生物酶前处理技术，不但可避免使用碱剂，大大降低化学品的使用量，减少废水排放量，还可改善废水中污染物的可生物降解性。复合生物酶可用于无碱常温退煮工艺，高温强碱去除坯布浆料及其共生物也已逐步开始被复合生物酶的退浆精炼所替代。

对一些含杂质少的纺织品，可采用小浴比或泡沫浴，在少水条件下加工。近年来，采用等离子体技术或其他离子溅射技术、激光技术、超声波技术和紫外辐射技术去除织物表面的杂质有了很大的进展。

2.2 染色过程

染色过程是印染业污染的主要工序，在此过程中推行清洁生产意义重大。如对纤维进行改性，提高其染色性能和应用高固色率及高利用率的染料，开发高染料利用率的染色工艺、设备都是很好的清洁生产的方法。BURKINSHAW等研究认为树状大分子预处理的纯棉织物能够显著提高活性染料的上染率，甚至可达到无盐染色［26］。研究人员在对织物改性实现活性染料无盐染色方面也做了大量研究工作［27－30］。

利用紫外线、微波以及高能射线处理纺织品，也可改善纤维的染色性质，有的还能直接用于固色。

采用小浴比染色设备浴比可达（1∶4）～（1∶6），不仅节省染料和助剂，还可减少废水排放量和染料的残留量，可节省染化料30%，节省用水量40%［25］。有学者研究利用超声波染色［31］可在低温短时间内提高染料的上染率，节约能源。

采用多官能团活性染料对纤维素纤维进行间歇式染色，固色率可达90%；间歇式分散和活性染料染黑色涤/棉混纺织物，可大大降低整个染色时间和能源消耗；对涤/棉混纺织物采取连续染色，能源﹑水﹑化学品消耗量可降低50%甚至更多［32］。

清洁生产的目的之一就是最大限度地减少水、染化料及能源的消耗，无水染色技术使其成为可能。非水或无水染色是清洁染色的重要方法。近年来，应用超临界二氧化碳作为染色介质，染色不用水，染后一般情况下不经水洗或轻度水洗，二氧化碳可反复利用。此法具有不用水、无污染、染色时间短、能耗少、残留染料可回收利用的优点，是未来染色发展的一个方向。

目前，冷染技术在欧洲是节能、高上染率、污水色度低的成熟工艺。国内也有厂家采用，取得不错的效果。活性染料染纤维素纤维可采用冷轧堆染色；采用助剂增溶染色，也可以降低分散、酸性等染料的染色温度。近年来发展的微胶囊清洁染色新技术正在应用于分散染料的染色，染色厂的水污染将大为减轻，彻底去除了繁重的后水洗工艺［33］。

减少混纺布料染色时间，将不同纤维的染色工序结合在一起，或开发利用可染2种不同的纤维染料，既省时又降低能耗和水耗。在工艺改进方面，尽量采用先进的连续式漂染工艺代替传统的分批式方法。

2.3 印花过程

印花糊料的污染比较严重。目前一些新型糊料主要是通过对天然高分子化合物进行改性和利用石油化工原料合成而得到。这些新型的糊料用量低，易于回收和净化。涂料印花工艺流程短，不需水洗，符合生态学原则，应积极开发新型涂料、无害黏合剂及高效增稠剂，解决手感、牢度和鲜艳度问题。

近年来，印花技术发展很快，数字喷墨印花、转移印花、电子照相印花等绿色印花工艺取得不断发展。数字喷墨印花可以节省一定的用水量，是符合清洁生产要求的生产工艺。转移印花在生产过程中做到无水或少水印花。天然纤维织物转移印花耗水量仅为传统印花的1/10［25］。在印花后不必蒸化或再焙烘，可节约大量水资源并减少对环境的污染。但需要使用大量的转移纸，这些转移纸使用后很难再利用。北京服装学院的研究者提出了用铝箔替代转移纸的方法。铝箔可以重复利用。以金属箔替代热转移印花纸不但可免除因造纸和废纸再生造成的耗水和废水排放问题，而且还能大幅度降低印花生产成本，有良好的应用前景。研究人员采用分散染料微胶囊技术对转移印花进行研究，此技术可以达到多次转印的目的［34］。转移印花由热转移向冷转移方向发展，既节约能源，又有利于降低成本。上海长胜纺织制品有限公司成功研发出了冷转移技术［35］，节省能源高达 65%，可以节省 2/3 的用水量，排放水中不含尿素，完全符合《印染行业废水污染防治技术政策》的要求。中国国内首个“无水印花技术”在江阴雪豹精细化工研究所已成功研发，新技术攻克了纤维织物热升华转移印花技术的难题，节约热能且无废水排出②无水印染技术问世.精细化工原料及中间体，2010（2）：42.。光电成像印花虽然还未能工业化应用，但它是一种效率极高的“绿色”印花技术，是很有前途的生态印花技术［36］。

2.4 后整理过程

后整理过程中可采用以下措施来实施清洁生产：充分利用轧光、轧纹、电光、轧花、磨毛、柔软、预缩、起绒等机械整理。例如：新开发的柔软整理技术［37］，它是将多种物理机械作用，如气流传导膨化、机械揉搓拍打等手段融合在一起对织物进行加工的方法。整理后的织物手感柔软丰满、滑爽蓬松、结构活络。在加工中减少了化学物品的使用，使得织物纤维受损减小，对人体和环境的损害降低。利用物理化学方法，如低温等离子体处理，可获得减量柔软，改善吸湿性和合成纤维的抗静电性，改善纤维的光泽，增加纤维间的抱合力等效果。采用生物酶进行纤维素纤维及蛋白质纤维纺织品的抛光、柔软整理，以及苎麻等纺织品的改善刺痒等。

泡沫染整是将染整工作液通过发泡，制成泡沫体系后施加于织物上的一种低给液染整工艺。泡沫加工可以提高生产效率，减少废水，减少化学品的消耗。在纺织品后整理的拒水、拒油、亲水、柔软、阻燃等加工中，使用泡沫技术可以得到很好的效果，并能减少能耗，同时降低对环境的污染［38］。

2.5 其他方法

其他适宜推广的纺织印染业清洁生产工艺有如下方式：良好的操作方法、废物循环再用、改进生产工序及设备等方面。

2.5.1 良好的操作方法

这些方法包括减少用水量、增加洗水效率、保持染液质量以及减少染液浓度等。节约用水、循环用水是减少用水量的基本方法，先进的逆流洗水技术的应用也可以有效地减少用水。

2.5.2 废物循环再用

其包括洗水回用碱的回收、染缸物料再用以及染料的回收等措施。洗水回用可以降低废水排放总量，如将漂白和丝光洗水回用于精炼；精炼的洗水可再用于退浆。另外，通过蒸发回收丝光洗水中的碱，再将碱回用于丝光和精炼工序，这样可以将废水中的碱度降低60%～70%［39］。

利用膜技术处理染料废水，将废水分离为浓缩液和透过液，其中浓缩液用于染料回收，透过液可回用，这样既可以实现废水的资源化，使染料不随排水流失，又不会造成污染。QIN jian－jun等运用纳米膜处理印染废水，染料的去除率达99.1%［40］，且70%的印染废水可以得到回用。利用膜分离技术还可回收退浆废水中的聚乙烯醇，回收率在90%以上［41］。可见，用膜技术处理废水可降低废水的色度和化学需氧量（COD）、生化需氧量（BOD），是清洁生产的重要手段和途径。

电化学法作为一种环境友好技术，越来越受到人们的重视。对于COD和色度的去除均得到很好的效果，应用到染料废水的处理上，是一项很大的突破。如FOCKEDEY等采用三维电极处理苯酚废水［42］，XIONG等设计了一种三相三维电极电化学反应器［43］。中国在这一领域的研究刚刚起步。

2.5.3 计算机技术

计算机技术在设备和工艺控制中的应用为企业带来高速、高质量和低成本。如染色过程的自动配方和称料系统及计算机自控生产系统，不仅保证了生产操作的准确高速，更重要的是避免了工人操作所产生的误差，从而减少了产品性能间的差异，减少了回修，也避免了浪费和污染。其他的像计算机控制的生产监控系统、打样过程自动化、电脑测色、自动配色，减少了染前的试色过程，避免了无谓的浪费，实现了一次准确化生产，提高了生产效率，节约了染化料，减少了污水的排放。

纺织印染业实施清洁生产是大势所趋，相关的研究和应用越来越受到人们的广泛关注。综上所述，近年来国内外在纺织印染业清洁生产等方面取得了大量成果，有关的新原料、新工艺、新设备及新技术也不断出现，有一些已经进入工业化应用阶段。积极开展此方面的研究工作，开发新产品并推广其实际应用，对纺织印染工业的发展将具有重大的意义，将有利于促进纺织印染业的可持续发展。大力推进清洁生产技术和方法是纺织工作者的责任和义务，在这方面还有很多工作值得人们深入研究和探讨。

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Discussion of new clean technology in textile printing and dyeing industry

WANG Yan－qiu1，WU Jun－ling2
（1.College of Sciences，Hebei University of Science and Technology，Shijiazhuang Hebei 050018，China；2.College of Textiles and Garment，Hebei University of Science and Technology，Shijiazhuang Hebei 050018，China）

In this paper the green raw materials and the clean production processes and technologies in dyeing and finishing process are discussed，which may promote the continuous development of the textile and printing and dyeing industry.

textile printing and dyeing；cleaner production；green raw materials；dyeing and finishing process

TS190

A

1008－1534（2011）06－0397－06

2011－08－30；

2011－09－20

张 军

王艳秋（1973－），女，河北承德人，讲师，硕士，主要从事纺织印染新产品及新技术开发方面的研究。