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三个部分.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,实施成本低廉.经过近10年的实验室研究、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500~1 000 t/a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
传统分散染料染色工艺是借助大量分散剂把所用的染料全部分散于染浴中,形成稳定的分散体系.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),其增溶、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、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所有助剂.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,必须彻底清洗(还原净洗、皂洗、清水洗).这样染色后处理不但消耗更大量的水(每洗1 t织物约耗水80~120 t)和能量(热能和运转机器的能量),同时还耗用可观的洗涤剂和其他化学品,这又造成更大的水体污染.从实质上看,染色作用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这一过程,而付出的巨大代价则是对水体的污染和能量消耗!该项清洁染色新技术就是在对上述染色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,省去了传统工艺中所用的分散剂、匀染剂等.
简言之,新技术的核心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染色,便可得到预期的结果.因此,新染浴组成非常简单:从微胶囊中溶解出来的单分子染料和纤维.因纤维是疏水表面,亲水性较弱的单分子染料易向纤维表面(或者说水/纤维界面)吸附,形成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.染色结束时,染浴中仅存极少量的溶解单分子染料,纤维表面也仅存极少量的吸附染料(浮色).其他多余染料全部留在微胶囊内很容易被除去.显然,新工艺唯一的污染是极少的溶解染料.免水洗的可能性:在常规染色工艺中,后水洗工序必不可少,是耗水和污水的重点之一,是多年来困扰印染行业的难题.在新的染色工艺中,因无助剂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,染色后纤维表面的浮色要少得多,其染色后水洗任务要轻得多.实验室研究证明,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,这可能免除染色后的水洗工序.尽全力把这种可能性变成现实,也是彻底改变染色工艺对水体造成污染的一个关键性步骤.
染色后免水洗的基本原理:水洗通常被当作是去除浮色、提高色牢度的唯一方法.然而,浮色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.染色时,如断绝染料来源,已吸附在纤维表面,甚至染浴中剩余的单分子染料会继续向纤维内部转移,因为极性水环境是驱赶系统中染料分子(浮色)进入非极性纤维内部的巨大推动力.实验证明,这种驱赶染料进入纤维内部去除浮色的方法是更加简单易行的.如果染色废水经过适当处理加以利用,便可以实现零排放.因此,采用微胶囊染色技术,就可以彻底免除染色对水的污染问题.
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