滌綸等聚酯纖維性能優良,發展快、產量高.但是,滌綸等聚酯纖維結晶度高,缺少極性基團,通常需要在高溫、高壓下才能用疏水性強、水溶性小的分散染料染色,并且染色過程中需要使用多種助劑以保證染色質量.大量的染色廢水不但給工廠帶來了巨大的負擔,而且染色廢水中的助劑以及水洗時使用的助劑也給水環境帶來了嚴重污染.

    為了解決染色廢水問題,小浴比染色、非水溶液染色都被嘗試應用過,然而,2種方法對于減少廢水排放是有限的,甚至帶來更為嚴重的有機污染.20世紀末,德國科學家將分散染料通過超臨界CO2染色技術對滌綸織物染色,可以徹底解決染色廢水問題,得到了各個國家的重視和研究.然而,超臨界CO2染色技術條件要求很高,設備及費用昂貴,大規模應用存在許多問題,至今還沒有實際應用于工業生產.

    20世紀70年代,日本Matsnishikiso公司最先提出將分散染料微膠囊化,隨后,分散染料微膠囊技術開始在紡織行業得到研究和應用.將分散染料微膠囊化,利用微膠囊的緩釋性以及隔離性,可以避免使用高溫高壓染色工藝中添加的分散劑和勻染劑,從而實現無助劑染色.同時,分散染料微膠囊染色不使用化學助劑,染色過程中不發生“增溶吸附”,染色后纖維表面僅含有極少量的浮色,因此無需清洗和皂洗,廢水中的COD 和BOD 負荷也大大降低,經沉淀后,色度、COD、BOD 指標可達到國家一級排放標準.殘液中只有微量溶解的分散染料,廢水經簡單過濾后即可用于織物的前處理、染色以及后整理加工,實現分散染料微膠囊染色的“零排放”.

    1· 分散染料微膠囊化

    分散染料微膠囊化是指利用天然或合成的高分子材料作為壁材,將芯材分散染料包覆其中,形成微米級核-殼結構的微小容器.分散染料微膠囊染色的核心技術就是將分散染料微膠囊化,制得符合染色工藝要求的分散染料微膠囊,加熱到一定溫度后,囊壁破裂達到熱敏釋放的目的.一般來說,分散染料微膠囊化后呈球形或不規則形狀,通常呈不規則外形.分散染料微膠囊結構分為單核型、多核型及復合微膠囊,粒徑為1~200 μm.

    2 ·分散染料微膠囊染色

    微膠囊技術始于20世紀30年代,然而到了90年代,微膠囊技術才應用在紡織工業中,主要應用于紡織品的各種功能整理中.目前,國內對分散染料微膠囊技術的研究取得了巨大的進展,給紡織行業展現了分散染料微膠囊特別的應用前景.東華大學對分散染料微膠囊技術的研究結果表明:分散染料微膠囊可以替代傳統的分散染料對滌綸織物進行高溫高壓染色,而且可以達到無助劑免水洗的清潔染色效果,該項技術屬于國內外首創.

    3· 分散染料微膠囊的研究進展

    微膠囊因為其獨特的特性,已經被廣泛地應用于大部分的工業領域,包括農業、醫藥、化妝品以及空間科學.在日本首次將微膠囊技術應用于染色、印花以及后整理之后,國內的研究得到了極大的發展.在色織物生產過程中,通常需采用多種染料拼染來達到特定的染色效果,而分散染料微膠囊化以后,改變了原來分散染料的染色性能.因此,研究分散染料的微膠囊染色性能以找出適合拼染的染料組合對色織物生產十分重要.黃利利等選用C.I.分散紅73、C.I.分散黃211、C.I.分散藍183進行微膠囊化,通過改變芯壁比,探究其染色性能.研究結果發現:C.I.分散紅73微膠囊、C.I.分散黃211微膠囊、C.I.分散藍183微膠囊芯壁比分別為1∶3、1∶2、1∶3時,其上染曲線較好,提升力曲線比較近似,高溫高壓染色20 min后達到平衡,適合拼染,并且染色效果較好.王曉文等使用原位聚合雙層造壁法,制得分散染料微膠囊,與活性染料雅格素NF同浴上染滌棉混紡織物.試驗發現:滌棉混紡織物的分散染料微膠囊/活性染料一浴法染色工藝比傳統的二浴法以及常規的分散/活性一浴法染色工藝耗時要短(僅4 h),無需使用化學助劑,染色廢水色度較淺,耗水較少,并可免除還原清洗工序,染色織物色牢度甚至優于傳統工藝染色織物.

    分散染料微膠囊不僅適用于高溫高壓染色,同樣也適用于滌綸織物的印花.分散染料微膠囊印花工藝主要有多點多色印花、微膠囊轉移印花以及微膠囊靜電印花.微膠囊轉移印花是將染料和溶劑制成微膠囊,然后進行印花加工成一種轉移印花紙.羅燕等以蜜胺樹脂作為壁材,采用原位聚合法多次造壁技術制備分散染料微膠囊,粒徑為1~6 μm,且分布范圍較窄.分散染料微膠囊化后,在一定濃度和溫度下,對純滌綸織物進行多次轉移印花,轉印次數可達10次以上,且可保持色澤深度恒定.這類多次轉移印花節省了轉移印花紙,提高了染料利用率,降低了印花成本,同時還克服了轉移紙帶來的污染.

    目前,分散染料微膠囊不僅在傳統滌綸纖維的染色中取得了一定的研究成果,而且對于其他疏水性合成纖維(錦綸、尼龍6以及PTT纖維等)染色也有了不少的研究.紀俊玲等采用原位聚合法制備芯壁比1∶3的分散染料微膠囊,然后對錦綸織物進行染色,再將分散染料微膠囊廢水回收再染色.結果表明染色質量與蒸餾水染色幾乎無差別,說明分散染料微膠囊染色廢水可以循環利用,從而達到無助劑、無污染的染色效果.2008年,東華大學徐小茗采用原位聚合法,以蜜胺樹脂預聚體為壁材制備分散染料微膠囊,對疏水性纖維尼龍6以及PTT纖維等進行染色,研究結果表明:與傳統弱酸性染料染色相比,分散染料微膠囊對尼龍6染色,織物得色更深,并且染色殘液的色度大幅度減小;PTT分散染料微膠囊染色殘液的色度值不但比傳統工藝染色要小得多,而且染色過程中不需添加任何助劑,也無需還原清洗.

    針對滌綸織物染色用水量大、能耗高、工藝流程長等問題,華紡股份研究探索出了一套適應自身特點的分散染料微膠囊無助劑免水洗染色工藝.2012年,羅維新等采用分散染料微膠囊無助劑免水洗染色新工藝,對現有高溫高壓溢流染色機實施改造.改進后的微膠囊無助劑免水洗染色工藝,加工1 t織物可節水60 t、節省蒸汽3 t、節省助劑0.15 t、節約用電180 kW·h;染色廢水可以全部回用,COD、BOD 均能達到國家一級排放標準;染色加工時間縮短1/3~1/2,達到了節能減排、高效環保、降低成本的目的.

    分散染料微膠囊對滌綸織物染色技術與傳統染色技術相比已經顯現出了巨大的優勢,實現了無助劑免水洗染色,不但省去助劑的費用、節約了成本,而且使染色廠解決了耗水量大、水污染嚴重的問題,染色利用高溫高壓染色機或對其改造即可完成,無需添置專用設備.目前,一些研究室已經與染色廠對分散染料微膠囊染色進行了產業化試驗,有望實現無助劑免水洗染色,為實現清潔染整生產開辟了一條新的途徑.然而,真正實現產業化生產仍有許多工作要做.當前,國內的研究方向主要是針對分散染料微膠囊對疏水性纖維的染色,而活性染料等的無助劑染色是未來主要的研究方向.

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