涤纶等聚酯纤维性能优良,发展快、产量高.但是,涤纶等聚酯纤维结晶度高,缺少极性基团,通常需要在高温、高压下才能用疏水性强、水溶性小的分散染料染色,并且染色过程中需要使用多种助剂以保证染色质量.大量的染色废水不但给工厂带来了巨大的负担,而且染色废水中的助剂以及水洗时使用的助剂也给水环境带来了严重污染.

    为了解决染色废水问题,小浴比染色、非水溶液染色都被尝试应用过,然而,2种方法对于减少废水排放是有限的,甚至带来更为严重的有机污染.20世纪末,德国科学家将分散染料通过超临界CO2染色技术对涤纶织物染色,可以彻底解决染色废水问题,得到了各个国家的重视和研究.然而,超临界CO2染色技术条件要求很高,设备及费用昂贵,大规模应用存在许多问题,至今还没有实际应用于工业生产.

    20世纪70年代,日本Matsnishikiso公司最先提出将分散染料微胶囊化,随后,分散染料微胶囊技术开始在纺织行业得到研究和应用.将分散染料微胶囊化,利用微胶囊的缓释性以及隔离性,可以避免使用高温高压染色工艺中添加的分散剂和匀染剂,从而实现无助剂染色.同时,分散染料微胶囊染色不使用化学助剂,染色过程中不发生“增溶吸附”,染色后纤维表面仅含有极少量的浮色,因此无需清洗和皂洗,废水中的COD 和BOD 负荷也大大降低,经沉淀后,色度、COD、BOD 指标可达到国家一级排放标准.残液中只有微量溶解的分散染料,废水经简单过滤后即可用于织物的前处理、染色以及后整理加工,实现分散染料微胶囊染色的“零排放”.

    1· 分散染料微胶囊化

    分散染料微胶囊化是指利用天然或合成的高分子材料作为壁材,将芯材分散染料包覆其中,形成微米级核-壳结构的微小容器.分散染料微胶囊染色的核心技术就是将分散染料微胶囊化,制得符合染色工艺要求的分散染料微胶囊,加热到一定温度后,囊壁破裂达到热敏释放的目的.一般来说,分散染料微胶囊化后呈球形或不规则形状,通常呈不规则外形.分散染料微胶囊结构分为单核型、多核型及复合微胶囊,粒径为1~200 μm.

    2 ·分散染料微胶囊染色

    微胶囊技术始于20世纪30年代,然而到了90年代,微胶囊技术才应用在纺织工业中,主要应用于纺织品的各种功能整理中.目前,国内对分散染料微胶囊技术的研究取得了巨大的进展,给纺织行业展现了分散染料微胶囊特别的应用前景.东华大学对分散染料微胶囊技术的研究结果表明:分散染料微胶囊可以替代传统的分散染料对涤纶织物进行高温高压染色,而且可以达到无助剂免水洗的清洁染色效果,该项技术属于国内外首创.

    3· 分散染料微胶囊的研究进展

    微胶囊因为其独特的特性,已经被广泛地应用于大部分的工业领域,包括农业、医药、化妆品以及空间科学.在日本首次将微胶囊技术应用于染色、印花以及后整理之后,国内的研究得到了极大的发展.在色织物生产过程中,通常需采用多种染料拼染来达到特定的染色效果,而分散染料微胶囊化以后,改变了原来分散染料的染色性能.因此,研究分散染料的微胶囊染色性能以找出适合拼染的染料组合对色织物生产十分重要.黄利利等选用C.I.分散红73、C.I.分散黄211、C.I.分散蓝183进行微胶囊化,通过改变芯壁比,探究其染色性能.研究结果发现:C.I.分散红73微胶囊、C.I.分散黄211微胶囊、C.I.分散蓝183微胶囊芯壁比分别为1∶3、1∶2、1∶3时,其上染曲线较好,提升力曲线比较近似,高温高压染色20 min后达到平衡,适合拼染,并且染色效果较好.王晓文等使用原位聚合双层造壁法,制得分散染料微胶囊,与活性染料雅格素NF同浴上染涤棉混纺织物.试验发现:涤棉混纺织物的分散染料微胶囊/活性染料一浴法染色工艺比传统的二浴法以及常规的分散/活性一浴法染色工艺耗时要短(仅4 h),无需使用化学助剂,染色废水色度较浅,耗水较少,并可免除还原清洗工序,染色织物色牢度甚至优于传统工艺染色织物.

    分散染料微胶囊不仅适用于高温高压染色,同样也适用于涤纶织物的印花.分散染料微胶囊印花工艺主要有多点多色印花、微胶囊转移印花以及微胶囊静电印花.微胶囊转移印花是将染料和溶剂制成微胶囊,然后进行印花加工成一种转移印花纸.罗燕等以蜜胺树脂作为壁材,采用原位聚合法多次造壁技术制备分散染料微胶囊,粒径为1~6 μm,且分布范围较窄.分散染料微胶囊化后,在一定浓度和温度下,对纯涤纶织物进行多次转移印花,转印次数可达10次以上,且可保持色泽深度恒定.这类多次转移印花节省了转移印花纸,提高了染料利用率,降低了印花成本,同时还克服了转移纸带来的污染.

    目前,分散染料微胶囊不仅在传统涤纶纤维的染色中取得了一定的研究成果,而且对于其他疏水性合成纤维(锦纶、尼龙6以及PTT纤维等)染色也有了不少的研究.纪俊玲等采用原位聚合法制备芯壁比1∶3的分散染料微胶囊,然后对锦纶织物进行染色,再将分散染料微胶囊废水回收再染色.结果表明染色质量与蒸馏水染色几乎无差别,说明分散染料微胶囊染色废水可以循环利用,从而达到无助剂、无污染的染色效果.2008年,东华大学徐小茗采用原位聚合法,以蜜胺树脂预聚体为壁材制备分散染料微胶囊,对疏水性纤维尼龙6以及PTT纤维等进行染色,研究结果表明:与传统弱酸性染料染色相比,分散染料微胶囊对尼龙6染色,织物得色更深,并且染色残液的色度大幅度减小;PTT分散染料微胶囊染色残液的色度值不但比传统工艺染色要小得多,而且染色过程中不需添加任何助剂,也无需还原清洗.

    针对涤纶织物染色用水量大、能耗高、工艺流程长等问题,华纺股份研究探索出了一套适应自身特点的分散染料微胶囊无助剂免水洗染色工艺.2012年,罗维新等采用分散染料微胶囊无助剂免水洗染色新工艺,对现有高温高压溢流染色机实施改造.改进后的微胶囊无助剂免水洗染色工艺,加工1 t织物可节水60 t、节省蒸汽3 t、节省助剂0.15 t、节约用电180 kW·h;染色废水可以全部回用,COD、BOD 均能达到国家一级排放标准;染色加工时间缩短1/3~1/2,达到了节能减排、高效环保、降低成本的目的.

    分散染料微胶囊对涤纶织物染色技术与传统染色技术相比已经显现出了巨大的优势,实现了无助剂免水洗染色,不但省去助剂的费用、节约了成本,而且使染色厂解决了耗水量大、水污染严重的问题,染色利用高温高压染色机或对其改造即可完成,无需添置专用设备.目前,一些研究室已经与染色厂对分散染料微胶囊染色进行了产业化试验,有望实现无助剂免水洗染色,为实现清洁染整生产开辟了一条新的途径.然而,真正实现产业化生产仍有许多工作要做.当前,国内的研究方向主要是针对分散染料微胶囊对疏水性纤维的染色,而活性染料等的无助剂染色是未来主要的研究方向.

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