低碳环保织物新型生态染整印花新技术盛行天下

文 邓桂芳

低碳环保织物新型生态染整印花新技术盛行天下

文 邓桂芳

众所周知，染整行业是对纺织品进行深加工和精加工，可以提高纺织品的档次和附加价值。但随着科学技术的发展和人们需求的提高，染整技术也将发生巨大的变化。例如：纺织品工期的缩短、产品质量的要求不断升高、品种越来越繁多；另一方面，随着人类发展和环境保护之间的矛盾，环保的压力是越来越大，原料成本也越来越高，这不得不让我们对染整行业进行技术创新。目前，我国染整行业面临的形势非常严峻，如环境污染严重、不断上升的能源成本、日益严重的缺水状况、能源利用率低等。传统的生产模式已经不适应低碳环保的潮流。低碳环保织物新型染整生态印花技术受到业内的广泛关注。

低碳环保织物生态染色印花技术的发展前景广阔

随着国际社会对全球的环境问题要求日益严苛和全社会对环境保护日益关切，要求制造和加工者从原料供给开始，到制造加工、运输、消费，直到产品的最终废弃的整个过程，对生态环境影响负责。作为其重要组成的染整加工，却存在严重的生态问题。改善环境污染，开发环保型的染料、助剂和生态染色新技术将是我国纺织印染企业所面临的重要课题。

按照生态纺织品的要求以及禁用118种染料以来，环保染料已成为纺织行业和染料行业发展的重点，环保染料除了具备必要的染色性能以及使用工艺的适用性、应用性能和牢度性能外，还需要满足环保质量的要求，生态纺织技术的开发研究已受到广泛重视。生态纺织品染色技术是指利用环保型的染料和助剂，采用无污染或低污染工艺对纺织品进行染色。染色后排放的有色污水量少，且容易净化处理，耗能低，染色产品是生态纺织品。

天然染料又称生态染料。天然染料与生态环境的相容性好，可生物降解，而且无毒害，生产这些染料的原料可以再生。天然染料包括所有从植物、动物、矿物和微生物等原料中提取的色素。天然染料以红色和黄色品种最多，蓝色、绿色和黑色最少。

不少品种的天然染料水洗牢度和气候牢度不够满意，色谱七色俱全，但鲜艳明亮不够，其浓度与色相也不稳定。天然染料分子结构各不相同，染色方法也不同。蛋白质纤维和纤维素纤维的染色方法有无媒染染色、先染后媒法染色和先媒后染法染色，对合成纤维有常压染色和高温高压染色。一般染色工艺流程是：染液制备(染料与水混合煮沸1小时，提取染液)→染色(染液加热，浸入织物15～30min)→媒染(染色织物浸入媒染浴中30～40min) ，如直染可进行多次染色，先媒染后染色织物上染率较高，先染后媒织物匀染性较好。

从前处理到染色、印花、后整理的生态工艺和生态染料助剂都在不断研发面世，为在染整生产过程中实施清洁生产提供了可选择的具体措施。对生态印花工艺及生态染料、涂料、糊料和助剂的应用：生态印花工艺首先应选用对人体无害的染料、涂料、糊料和助剂，用环保型糊料制备色浆，可采用天然糊料，并开发高增稠能力，易回收净化的环保型糊料，这是实现生态印花工艺的途径。应用涂料印花工艺简单、流程短，不需水洗、无污水或少污水符合清洁生产原则，应开发应用环保型涂料粘合剂、增稠剂，并禁用火油乳化糊。

采用数字喷墨印花，其工艺简单，无需制版打样，自动化程度高，颜色丰富多彩，其分辨率高，无环境污染，是真正的生态高科技印花工艺，今后会飞速发展，当前急需开发通用性强、成本低，不需进行前处理的涂料墨水。目前广泛应用的为分散染料升华转移印花，正在研究开发新型热扩散转移印花和活性染料等一些离子性染料湿态转移印花（但印花后还需水洗和排放污水。）如采用涂料转移印花，印花后不需焙烘和水洗、无污水排放，但对涂料和粘合剂要求较高，而热扩散转移印花是当前最有发展前景的成像技术之一。近年来，新型染整技术的出现，让我们看到了人类与自然和谐发展的希望，同时也能解决我们日益增长的需求，达到了环保、高效的目的。目前我所认知的新型染整技术主要包括喷墨印花、等离子体技术、辐射能和超声波技术、生化酶技术、微胶囊技术和功能染料等。染整加工技术的更新不仅是由于应用了其他学科的新技术成果，同时传统的加工技术也在不断的发展。

纺织品生态染色及其活性染料的应用性能与类型

纺织品的着色有两种主要的方法，一是应用最为广泛的染色（常规染色），主要是将纺织品放在化学染料溶液中处理；另一种方法是使用涂料，把涂料制成微小的不可溶的有色颗粒以黏附与织物上。环保型活性染料的共同特点是色泽鲜艳，色谱齐全、工艺简单、强度高、固色率高、染色时需要加入的电解质少、色牢度高、染料本身对人体没有危害、不含可分解出可致癌的芳香胺、不含金属和可吸附有机卤素的化合物。

环保型活性染料的应用性能主要表现如下：①提高固色率的环保型活性染料：提高固色率主要靠引入反应性强的活性基和多个活性基，使固色率达到80%～90%；②缩短染色时间的环保型活性染料：要缩短活性染料的染色时间，必须缩短染色时间和洗涤时间。缩短染色时间不仅与活性染料的结构有关，还与染色方法和染色设备有关；③低温染色的环保型活性染料：近几年来，由于低温染色加工成本低，染色时间短，越来越被人们注重，染色温度基本上在50～60℃范围内；④低盐染色的环保型活性染料：在活性染料染色过程中，常用无机盐作为促染剂施加到染液中，一般竭染染色的无机盐浓度为50～80g/L，连续轧染高达200～250g/L。高含盐量的废水，破坏水的生态环境，对农作物和人类均构成严重威胁。使用活性染料染色时，要求用盐量减少到1/3～1/2；⑤不含重金属和可吸附有机卤素化合物的环保型活性染料：重金属是指Oeko-Tex Standard 100中所限量的各类金属，如Cr、Co、Ni、As、Pb、Cd、Zn等；⑥可吸附有机卤素化合物是氯化物、溴化物和碘化物；⑦提高牢度的环保型活性染料：染料行业开发新型染料不但要具有环保性，还要具有高坚牢度性能。

染料是一种比较复杂的有机物质，它的种类很多，主要有以下种类：

1、酸性染料

酸性染料是一类结构上带有酸性基团的水溶性染料，在酸性介质中进行染色。酸性染料大多数含有磺酸钠盐，能溶于水，色泽鲜艳、色谱齐全。日晒牢度和湿处理牢度随染料品种不同而差异较大。和直接染料相比，酸性染料结构简单，缺乏较长的共辄双键和同平面性结构，所以对纤维素纤维缺乏直接性，不能用于纤维素纤维的染色。不同类型的酸性染料，由于分子结构不同，因而它们的染色性能也不同，所采用的染色方法也不同。主要用于羊毛、蚕丝和锦纶等染色，也可用于皮革、纸张、墨水等方面。对纤维素纤维一般无着色力。多适用于蛋白质纤维与尼龙纤维及真丝等。其特征是色泽鲜艳，但水洗牢度较差，干洗牢度优异，天然染料在染色中使用比较广泛。

2、阳离子染料

阳离子染料是纺织染料的一种，又称碱性染料和盐基染料。溶于水中呈阳离子状态，阳离子染料可溶于水，在水溶液中电离，生成带正电荷的有色离子的染料。染料的阳离子能与织物中第三单体的酸性基团结合而使纤维染色，是腈纶纤维染色的专用染料，具有强度高、色光鲜艳、耐光牢度好等优点。适用于腈纶、涤纶、锦纶与纤维素及蛋白质纤维。其特点是色泽鲜艳，很适合人造纤维，但用于天然纤维素与蛋白质织品的水洗与耐光色牢度很差。

3、直接染料

直接染料指能直接溶解于水，对纤维素纤维有较高的直接性，无需使用有关化学方法使纤维及其他材料着色的染料。直接染料能在弱酸性或中性溶液中对蛋白纤维上色，还应用于棉、麻、人丝、人棉染色。色谱齐全、价格低廉、操作方便。缺点是水洗、日晒牢度不够理想。直接染料对纤维素纤维的直接性较其他染料高。这主要是由于直接染料的分子量较大，分子结构呈线型，对称性较好，共轭体系长，同平面性好，染料和纤维分子间的范德华力大。同时，直接染料分子中含有氨基、羟基、偶氮基等基团，能与纤维素纤维中的羟基，蛋白质纤维中的羟基、氨基等形成氢键，使染料的直接性进一步提高。适合于纤维素纤维织品，水洗牢度比较差，耐光牢度不一，但经过改性的直接染料其水洗色牢度会得到很好的改善。

4、分散染料

分散染料是一类水溶性较低的非离子型染料。最早用于醋酯纤维的染色，称为醋纤染料。随着合成纤维的发展，锦纶、涤纶相继出现，尤其是涤纶，由于具有整列度高、纤维空隙少、疏水性强等特性，要在有载体或高温、热溶下使纤维膨化，染料才能进入纤维并上染。因此，对染料提出了新的要求，即要求具有更好疏水性和一定分散性及耐升华等的染料，分散染料分子较小，结构上不含水溶性基团，借助于分散剂的作用在染液中均一分散而进行染色。它能上染聚酯纤维、醋酯纤维及聚酯胺纤维，成为涤纶的专用染料。适合于粘胶、腈纶、锦纶、涤纶等，水洗牢度不一，涤纶较好，粘胶较差。目前印染加工中用于涤纶织物染色的分散染料基本上具备这些性能，但由于品种较多，使用时还必须根据加工要求进行选择。

5、活性染料

活性染料又称反应性染料。为在染色时与纤维起化学反应的一类染料。这类染料分子中含有能与纤维发生化学反应的基团，染色时染料与纤维反应，二者之间形成共价键，成为整体，使耐洗和耐摩擦牢度提高。活性染料是一类新型染料。活性染料分子包括母体染料和活性基两个主要组成部分，能与纤维反应的基团称为活性基。大多用于纤维素纤维织品，较少用于蛋白质。特点是色泽鲜艳、耐光，水洗、耐摩擦牢度较好。

6、硫化染料

硫化染料是以硫化碱溶解的染料，主要用于棉纤维染色，亦可用于棉/维混纺织物。成本低廉，染品一般尚能耐洗耐晒，但色泽不够鲜艳。常用品种有硫化黑、硫化蓝等。现在已有可溶性硫化染料问世。由芳烃的胺类、酚类或硝基物与硫磺或多硫化钠通过硫化反应生成的染料，是法国化学家克鲁西昂和布雷通尼埃首先合成的。适合于纤维素纤维织品，主要有藏青、黑色和棕色，耐光、耐水洗牢度极好，耐氯漂牢度差，长期存放织物会破坏纤维。

7、还原染料

还原染料旧称瓮染料，不溶于水在碱性溶液中借连二亚硫酸钠进行还原处理，而使纤维染色的染料。染色时要在碱性的强还原液中还原溶解成为隐色体钠盐才能上染纤维，经氧化后，回复成不溶性的染料色淀而固着在纤维上。按其主要化学结构可分为靛类和蒽醌两大类。它的色谱较全，色泽鲜艳，皂洗、日晒牢度都比较高，是染料中各项性能都比较优良的染料，一般耐洗、耐晒坚牢度较高。但因价格较贵，某些黄、橙等色有光敏脆损现象，使其应用受到一定的限制。适合纤维素纤维织品耐光、水洗牢度很好，并且耐氯漂和其它氧化漂白。

8、印花涂料

印花涂料适合于所有纤维，它不是一种染料，而是通过树脂机械的附着纤维，深色织物会变硬，但套色很准确，大部分耐光牢度好，水洗牢度良好，尤其是中、浅色。是用涂料而不是用染料来生产印花布已经非常广泛，以致开始把它当作一种独立的印花方式。涂料印花是用涂料直接印花，该工艺通常叫做干法印花，以区别于湿法印花（或染料印花）。

天然染料在染色和印花中的应用

植物染料不仅无毒无害，属于真正的绿色环保产品，而且具有多方面的医疗保健功效，迎合了现代人回归大自然、保健强身的消费心理。植物染料是纯天然植物，不含化学物质，是替代化学染料出口的最佳新产品。

染色和印花是在纺织品上增添色彩和图案的表面装饰加工。现在市场上使用的都是化学染料，而部分化学染料对人体健康构成威胁，在化学染料中一些偶氮染料可分解为毒的芳香胺、氯苯酚等，还有一些染料易引起皮肤过敏。欧盟国家开始关于禁用偶氮染料的立法，出口纺织品都要受到严格的环保认证检查。人们又把视线转向环境友好型染料。

天然环保型染料的重新引入，为纺织行业利用这些染料开拓天然印染产品新市场开辟了商业机遇。天然纺织产品市场是一个有待充分开发的巨大市场。充分利用这些天然资源，需要多方合力开发相应技术、工艺和产品。目前多数研究均集中于天然染料染色及其染色产品色牢度改善方面，而极少涉及其在印花方面的应用。天然染料在印花中的应用，以及用于真丝和棉印花织物制备的产品，提供了生产高附加值产品的又一新途径。

大多数天然染料与环境相溶性好，生物可降解，而且毒性较低。但是天然色素对纤维没有直接性，需要用煤染剂才能固着在纤维上，所以应用工艺较复杂，因此天然纤维的应用还必须伴随开发所需的媒染剂和应用工艺，才能大规模应用于工业中。

活性染料是一种应用普遍、发展迅速的纺织印染染料。近年来专用于高档纤维素纤维印染的活性染料品种不断推陈出新，使活性染料印染的艳丽度和高性能色牢度如耐氯和耐晒色牢度更上一层楼。各大染化料厂商相应推出各种活性染料专用助剂，包括各种清洗剂，使活性染料印染质量不断提高。目前新推出活性染料的固着率已达95%以上。随着新型染化料和新工艺新技术的推广应用，今后活性染料低温染色及印花也将在真丝绸印染中得以更普遍地推广和应用，它有利于提高真丝印染绸的质量和档次。

活性染料是一种水溶性染料，分子中含一个或一个以上活性基团，在适当条件下可与纤维素纤维上的羟基、蛋白质纤维及聚酰胺纤维上的氨基等发生反应而形成共价键。活性染料不仅是纤维素纤维染色的最重要的染料，也不断扩大应用于羊毛、蚕丝等纤维的染色，而且，从技术上来说，活性染料应用于合成纤维也是有可能、有价值的。

活性染料制造较简便，价格较低，色泽鲜艳度好，色谱齐全，而且色牢度较好。活性染料染色方法可采用浸染包括一浴一步法、一浴二步法和二浴法，一浴法尤其是一浴一步法的染料利用率较低，而二浴法的染料水解较少，染料利用率较高。活性染料也可用轧一烘，汽蒸或焙烘工艺进行织物轧染，该方法可使直接性较低的活性染料达到匀染效果，而且水解染料较易洗净。活性染料还可应用低温卷染或冷轧堆工艺进行织物染色，它尤其适合在高温下易擦伤的真丝缎染色。在活性染料印染中，最后清洗工序非常重要。如果织物上因水解产生的未固着染料清洗不净，就会严重影响印染织物的耐水洗色牢度。实际上，不仅染料水解会影响印染质量，而且染料的储存稳定性、浸轧液或印花色浆稳定性、染料配方热溶解过程中活性染料浓度等均会影响其应用性能。水解染料中，原活性染料的活泼原子或基团被羟基所代换，而其扩散和吸附性能则与原活性染料相似。因此，它能与活性染料一样扩散到纤维中，并且为其表面吸收。在碱性染色的最后阶段，活性染料为其与水及纤维间反应所消耗，形成一种新的平衡，其中水解染料在染浴和纤维间分布方式与活性染料在中性溶液中的分布相似。在此阶段，纤维同时含有相当大比例化学结合染料。一般情况下，平均有70%活性染料被固着，而其余30%被水解。活性染料自从作为商品染料推出以来，发展很快，新品种不断涌现，其性能不断有所改进。活性染料可用于纤维素纤维、蛋白质纤维和聚酰胺纤维的印染。真丝绸用活性染料印染，不仅改善印染绸色牢度，而且使色泽更艳丽。活性染料染色一般经吸附、扩散和固着三个阶段，前二个为上染阶段，最后是固着阶段。

在活性染料印花中，大部分染料在固色阶段被转移到织物上，但仍有一部分未固着染料和色浆留在织物上，如清洗不净，会影响印花织物的色牢度和手感。在印花后水冼过程中，从织物上清冼下的染料还会沾色到织物留白或浅色部位上。因此，印花后水洗不仅要从印花部位清除未固着染料、糊料和化学助剂，而且要防止染料再沾色到未印花部位。

生物酶在织物染整印花中的应用

生物酶是一种无毒、无害，对环境友好的生物催化剂。生物酶用于纺织印染工业具有较大的优越性：作为一种生物催化剂，无毒无害；生产地程中处理条件温和，作用专一；需用量少，节约成本；反应后释放的酶可继续催化另一个反应；产生的污染容易处理。

酶制剂的生物处理主要是用特定的酶制剂作用到 纱线表面的一种生物化学处理过程。生物处理的目的是：清洁织物表面，减少表面绒毛；防止织物的起球性；改善织物手感性能；改善织物悬垂度；增进织物的吸水性；改善织物与染料的亲和力、给色率和色光。

生物酶制剂经过科学家一个多世纪的研究，已被认知达3000多种，目前在纺织印染加工中使用较广泛的酶制剂主要是纤维素酶、蛋白酶、淀粉酶、果胶酶、脂肪酶、过氧化酶、漆酶、葡萄糖氧化酶八类。纤维素是由各种不同催化特性的酶组成的多组分的酶体系。纤维素酶用途极广，可用于一切以植物籽实为原料的加工业，能有效地改善产品质量，提高产量，从而获得显著的经济效益。在纺织后整理工艺上，利用纤维素酶对纤维素纤维织物进行生物整理即酶降解整理，被认为是生物工程技术与纺织工程技术的完美结合。其原理为；纺织品的天然纤维素纤维结构复杂，结晶度高，很难被酶完全分解成葡萄糖，但在生产可测出还原糖以前，其物理性质发生变化，横向断裂，强力降低，聚合度下降．吸湿能力和吸碱能力增加，裂解成短的可分离的纤维碎片等。根据这一原理，对纺织物进行有控制的纤维素酶处理．可使强力适当下降的同时，表面变得光滑，织物获得膨松，手感厚实柔软，增大了纤维素的无定形区，所以纤维素酶的应用。

纤维织物用纤维素酶处理都伴随着纤维的减量或失重，并引起许多性能变化。减量处理主要是改善织物的柔软度、弹性和悬垂性。减量加工大多数采用液体染色机和水洗机。若织物被减量过大，纤维的强度会受到损伤。棉织物的失重率一般控制在3～5%范围为好。棉织物经过纤维素酶整理后，手感和外观可以有很大的改善。因为织物表面的绒毛被去除，处理后的织物更光洁、颜色更鲜艳。织物的硬挺度和刚性降低，光滑度和悬垂性提高，使织物获得更好的手感。因此在保证处理效果的同时，避免物强力过度损失就显得非常重要。

当前，不仅是纤维素酶在纺织行业得到运用，对于其他生物酶也应该大力研究和应用提高产品附加值。用生物酶制剂对纺织物进行风格整理可使棉布变得像天鹅绒，使粘胶布像真丝，使麻变得柔软，使羊毛变得像羊绒，使真丝变为天使的皮肤，使整理后的织物呈现出特有的风格。生物酶制剂技术在纺织印染工业中具有广泛的应用前景。厂家应当不失时机地抓紧对各种生物酶制剂的研制，解决纺织印染中的一些难题，尽可能减少纤维强力下降、 酶制剂的效率不高的问题，开发耐高温的酶种，扩大蛋白酶应用的范围，加速我国纺织印染工业的技术改造，使我国的纺织印染加工技术尽快赶上世界先进水平。

新型染整生态染色印花技术趋势

经过多年的努力，我国染整加工清洁化、节能减排降耗正在有效推进。棉冷轧堆染色关键技术、纺织印染废水微波无极紫外光催化氧化分质处理回用技术、织物变性涂料连续染色新技术、印染废水大通量膜处理及回用技术，以及冷转移印花技术、纺织品低温快速前处理关键技术、蜡染行业资源循环利用集成技术与装置等一批关键技术的突破和产业化应用，使纺织行业全面完成节能减排目标任务，实现单位增加值综合能耗累计下降约32%，百米印染布新鲜水取水量下降幅度达37．5%，印染行业中水回用率提高到15%，单位增加值污水排放量累计下降幅度超过40%，同时还不断提升了纺织产品的附加值。

目前在纺织染整行业，一些高风险的有毒有害纺织化学品仍在使用，已确定的70种环境激素与纺织印染助剂有关的有26种，对产品安全和环境生态影响严重。总体上，我国染整行业在突破发达国家设置的技术性贸易措施、绿色壁垒和蓝色壁垒等方面，与国际水平相比还有较大的差距。遵循染整产品高品质、功能化，染整加工生态化，染料与助剂绿色、安全化的发展趋势。

前处理工艺技术在高效退煮漂短流程、生物酶前处理、冷轧堆前处理、针织物连续平幅前处理等基础上进一步发展，适应“生态、节能”的要求，突破棉织物低温漂白、针织物冷轧堆前处理等重点技术；染色工艺技术在冷轧堆染色、小浴比染色、涂料连续轧染、低盐少盐活性染料染色、活性染料受控染色等清洁生产技术基础上，进一步适应“生态、高效”的要求，突破无水少水染色、活性染料湿短蒸染色、针织物平幅冷轧堆染色等重点技术；印花工艺技术的发展适应“高效、高品质”的趋势，在第二代、第三代喷墨印花技术的基础上，发展新一代的数字喷墨印花技术；后整理技术随着全球纺织服装向“多功能化、智能化”和“生态化”的发展，加快发展无甲醛高水平免烫整理关键技术、新型涤纶高效含卤阻燃剂的替代技术等，并开发无氟防水剂、防护纺织品、智能纺织品等技术，实现产品的多元化、个性化，提高国产面料的档次和附加值。

总之，纺织品染色印花是造成环境污染的重要一环，如何在纺织品染色过程中避免污染，改变传统的染色印花方法，研发新型生态染色技术是至关重要的一项措施。生态染色是一个系统工程，首先要合理选用原材料，包括纤维、染料、助剂和化学品；其次要建立生态生产，减少染料、助剂和化学品、水和能源的消耗，并对“三废”进行有效治理，污水达标排放；最后对产品要有严格的监测和控制其生态标准，生产安全健康的产品。

在当前纺织业严峻的形势面前，必须大力发展天然生态功能性纺织品。巨大的市场商机已经摆在我们面前，天然生态功能性纺织品必将会成为纺织服装业中的新生力量，市场前景一片光明。