【集萃網(wǎng)觀察】1、紡織印染行業(yè)面臨的環(huán)保形勢和對策
資料顯示，全球水資源總量不足140億億噸。其中淡水約占2.5%，而這2.5%的淡水中可供人類及生物直接享用的僅有0.01%的地面河川和部分湖泊水。20世紀(jì)世界人口增加了兩倍，而人類用水量卻增加了五倍之多。據(jù)悉，全世界每天有200噸左右的垃圾被倒入地表水中，不斷地破壞著這并不富有的水資源。
據(jù)報道，我國每年27億噸的工業(yè)污水只有不到30%經(jīng)過處理，而處理過的污水不到50%達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)。
中國是全球環(huán)境問題尤其突出的地區(qū)之一。印染行業(yè)是污染大戶，主要是對水資源的污染。
染整加工是耗水量極大的生產(chǎn)過程。據(jù)統(tǒng)計，每染100kg織物，使用不同的染料耗水量大致如表1。
一個年加工能力為6000～7000噸的中型印染廠，每年耗水量超過1Mt，這些水使用后全部成為工業(yè)污水。
國家環(huán)保局提出，到2010年全國所有印染行業(yè)的工業(yè)污水必須達(dá)到國家排放標(biāo)準(zhǔn)。摘掉污染大戶的帽子是印染行業(yè)生存和發(fā)展的必由之路，也是當(dāng)務(wù)之急。
圍繞清潔生產(chǎn)這個課題，長期以來染色工作者進(jìn)行了大量的探索和試驗，研究開發(fā)環(huán)保型染料、助劑；開發(fā)非水系染色。采用溶劑染色法、氣相染色法、轉(zhuǎn)移印花（染色）法以及磁性吸附轉(zhuǎn)移染色法等等。比如，轉(zhuǎn)移印花技術(shù)的優(yōu)點是工藝流程短、設(shè)備簡單、無需水洗或者以水為介質(zhì)，但是不足之處是轉(zhuǎn)移紙只能一次性使用，不僅成本高，還因轉(zhuǎn)移紙以及轉(zhuǎn)移紙上殘留染料仍會造成污染。又如超臨界二氧化碳染色工藝有很多優(yōu)點，但是技術(shù)條件苛刻，數(shù)百個大氣壓下運轉(zhuǎn)是機(jī)械制造和設(shè)備操作、維修上的難題，因而工業(yè)化應(yīng)用進(jìn)展遲緩。
微膠囊化染料染色是一種以常規(guī)設(shè)備和水為介質(zhì)，但不破壞水質(zhì)的清潔生產(chǎn)工藝。
2、微膠囊技術(shù)的應(yīng)用
微膠囊技術(shù)是20世紀(jì)30年代發(fā)展起來的一項新技術(shù)。由于具有獨特的性能，已廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、農(nóng)藥、化妝品、涂料、油墨和添加劑等多個領(lǐng)域。目前，國際上已把該項技術(shù)列為21世紀(jì)重點研究和開發(fā)的高新技術(shù)之一。
功能性微膠囊是由兩部分組成"，即壁材或稱殼層部分和芯材部分。其平均直徑小到1μm以下，可達(dá)到納米級，大到數(shù)百微米。壁材并不是單純起一個容器的作用，而是具有緩釋、防護(hù)、發(fā)泡等功能。芯材則是有效成份，但往往需要壁材的“幫助”才能充分發(fā)揮出來。也就是說，微膠囊發(fā)揮的是整體功能。
微膠囊技術(shù)在紡織行業(yè)中的應(yīng)用較晚[1]。目前主要用于變相材料、新穎染料、特種助劑以及醫(yī)用紡織品等方面，開發(fā)了具有特殊美學(xué)功能和優(yōu)點的發(fā)泡印花、發(fā)泡涂層以及發(fā)泡植絨工藝，還有隔熱、隔音性能和醫(yī)療效用的新型紡織產(chǎn)品。在20世紀(jì)80年代國內(nèi)曾開發(fā)出用于后整理（香料、防臭、殺菌）的微膠囊技術(shù)。
20世紀(jì)70年代，日本matsui公司發(fā)表了分散染料最適合微膠囊化的觀點。據(jù)報道，日本hayashi化學(xué)公司已開發(fā)出微膠囊化染料，并應(yīng)用于滌綸、腈綸、聚酰胺和羊毛等纖維染色，獲得多色效應(yīng)。日本林化學(xué)公司將反應(yīng)性染料以水為溶劑進(jìn)行微膠囊化，制得MCP－T型微膠囊染料。當(dāng)膠囊中染料向纖維轉(zhuǎn)移并固著后，呈現(xiàn)出微細(xì)的雪花顆粒狀色彩。歐美等國也有此類報道。
國內(nèi)對微膠囊染料的研究和開發(fā)正在迅速發(fā)展。上海交通大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院研究以尿素和甲醛為壁材，酸性紅GP為芯材的微膠囊染料制備技術(shù)[2]；蘇州大學(xué)材料工程學(xué)院研究β-CD：對分散染料的包結(jié)性能，探討染料微膠囊包結(jié)技術(shù)[3]；中南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院試驗了耐曬黃G的微膠囊包覆技術(shù)[4]；北京市紡織科學(xué)研究所采用相分離的復(fù)凝法對傳統(tǒng)的明膠-阿拉伯樹脂進(jìn)行改進(jìn)，制得分散染料微膠囊；上海東華大學(xué)采用原位聚合法，以蜜胺樹脂預(yù)縮體及乙烯類單體作為微膠囊壁材的單體，以及采用界面聚合法，以雙或多異氰酸酯化合物作為壁材單體，以分散染料為芯材，制備了微膠囊化分散染料，并應(yīng)用于高溫高壓染色、熱熔染色和轉(zhuǎn)移印花，達(dá)到理想效果[5]。目前正在著手推進(jìn)工業(yè)化生產(chǎn)和應(yīng)用。
3、染料的微膠囊化
選擇分散染料進(jìn)行微膠囊化有其獨到之處。
我國是染料生產(chǎn)大國，據(jù)統(tǒng)計年產(chǎn)量達(dá)54萬噸。染料有11大類550多個品種，其中分散染料約占總量的52%達(dá)28萬噸，而且每年約有8萬噸出口。我國又是滌綸纖維生產(chǎn)、消耗大國，據(jù)統(tǒng)計化纖類色布年加工量達(dá)40億米。
分散染料是一種疏水性強(qiáng)#水溶性很小的非離子型染料，在染料加工和染色時必須添加多種助劑，如分散劑、勻染劑等。分散劑的存在會產(chǎn)生粉塵污染環(huán)境，在染浴中會形成膠束"使染料增溶并分散于膠束中形成穩(wěn)定的膠體。在染色條件下，染料由膠束向纖維轉(zhuǎn)移。足量的分散劑也會在纖維表面吸附，或者小膠束靠近纖維后直接在纖維表面形成“半膠束”，導(dǎo)致纖維表面染料濃度甚高。這樣，與纖維接觸的不僅僅是單分子染料，還有許多締合染料，成為染色不勻的重要因素，需要專門的勻染劑幫助方可達(dá)到勻染效果。染色結(jié)束后，尚有一定量的染料吸附于纖維表面，成為浮色，需要還原清洗才能去除。更有甚者，由于分散劑、勻染劑形成膠束仍悉數(shù)留在染浴中，它們與相當(dāng)多的殘余染料形成穩(wěn)定的增溶溶液，這些增溶染料以極小的顆粒留在殘液中，極難分離，成為難以處理的染色廢液。
用作分散染料的微膠囊必須滿足以下條件：
�。�1）能耐200℃以上溫度，且在染浴中長時間停留不軟化、不被破壞；
（2）有足夠的硬度和機(jī)械強(qiáng)度，即使在高溫高壓條件下也能經(jīng)受織物的摩擦、擠壓而不破裂；
�。�3）有良好的緩釋、隔離功能；
�。�4）對染料留量小，不造成染料浪費。膠囊廢物能自然降解、分化，不造成污染；
目前，已制備的分散染料微膠囊平均粒徑為2～14μm，耐溫大于200℃，耐壓大于5MPa，染料包含量30～70%，已基本滿足染色工藝要求。
微膠囊的制備方法主要有相分離法、干燥浴法、界面聚合法和原位聚合法等。用作微膠囊壁材主要是一些具有成膜性能的天然或合成的高分子物。如明膠、阿拉伯樹膠、甲殼質(zhì)、聚酰胺、聚氨酯、聚苯乙烯、聚丙烯酸酯以及其它共聚物!。除了高聚物外，為了改善壁膜的物理化學(xué)性能，還可加入增塑劑、交聯(lián)劑以及表面活性劑等物質(zhì)。
據(jù)悉，東華大學(xué)研發(fā)的分散染料微膠囊制備方法：聚脲法是以雙或多異氰酸酯化合物作為形成壁材的單體。即用專用的高分子分散劑將分散染料以1～3μm的微粒分散于水相中作為內(nèi)相的一部分，適當(dāng)?shù)碾p異氰酸酯先與染料混合。在分散微粒的界面上微粒內(nèi)部的雙異氰酸酯擴(kuò)散出來與水反應(yīng)形成氨基甲酸，并立即分解形成胺，新生成的胺與異氰酸根反應(yīng)最終形成聚脲殼層。此法屬于界面聚合法。隨著時間的延長，上述反應(yīng)不斷進(jìn)行，微膠囊粒徑逐漸增大�？刂品磻�(yīng)時間即可獲得一定粒徑的膠囊；聚蜜胺法采用原位聚合，是以蜜胺樹脂預(yù)縮體及乙烯類單體作為形成壁材的單體。首先用特制的功能性高分子分散劑將分散染料分散于水相，形成粒徑為1～3μm的小粒子，在適當(dāng)pH：值條件下，逐步滴入一定規(guī)格的蜜胺初縮體，由于功能性高分子分散劑的作用，初縮體分子向染料粒子表面富集、活化，并以較快速度縮合聚合形成殼層。但由于主相中的初縮體濃度很低，又無活化作用，故縮合反應(yīng)很慢，從而保證了膠囊化的順利進(jìn)行。若需提高囊壁強(qiáng)度和緩釋性能，可根據(jù)需要定量加入第二種規(guī)格的初縮體乃至第三種單體進(jìn)行多層造壁。
上述兩種方法都選用了一種特制的專用高分子分散劑，由于它與壁材單體反應(yīng)，成為膠囊壁的一部分，因而在染色中不會導(dǎo)致分散染料的增溶和造成對水污染。
研究表明[7][8]，不同單體或單體混合形成的壁囊性能也不同，可根據(jù)需要加以選擇，提高乳化劑的用量、乳化速度和乳化時間，制得的微膠囊其釋放速率加快。若增加保護(hù)膠體的用量可降低膠囊釋放速率。染料類型、系統(tǒng)調(diào)節(jié)劑以及壁材用量均對微膠囊的緩釋、擴(kuò)散性能產(chǎn)生影響。除了上述方法制備單一的微膠囊分散染料外，還可以通過兩種拼混的分散染料制備另一顏色的微膠囊分散染料。
4、微膠囊分散染料染色
微膠囊分散染料的染色原理：當(dāng)微膠囊分散染料懸浮于染浴中，囊中分散染料以極小的溶解度進(jìn)入水相，形成濃度極低的飽和溶液，達(dá)到溶解平衡。當(dāng)染浴中有聚酯纖維存在時，染料上染進(jìn)入纖維內(nèi)，溶液中染料濃度降低，平衡打破，膠囊中染料繼續(xù)進(jìn)入水中。于是在染浴中“溶解－上染－再溶解－再上染”反復(fù)進(jìn)行，纖維上的染料越來越多，纖維得色越來越深。由于微膠囊具有優(yōu)良的緩釋功能，因此能有效地控制染料上染速度，因此無須借助于勻染劑即可達(dá)到勻染效果。又由于微膠囊具有隔離功能，可防止染料顆粒或染料濃溶液與織物直接接觸，不造成沾染，形成斑漬，因此無須加入分散劑。不難看到這一技術(shù)思路巧妙地利用分散染料在水中極低的溶解度�？椢锏蒙顪\是時間的函數(shù)，理論上膠囊中的染料能全部被利用。若需適當(dāng)提高染色速度，縮短染色時間，可采用“溶解介入法”來解決，即以適當(dāng)?shù)拇碱愃苄杂袡C(jī)溶劑，調(diào)整染料的溶解度。在染色結(jié)束前，先將這種有機(jī)溶劑通過一種裝置將其分離出來，逐漸降低染料溶解度，使染浴中仍保持極少溶解的染料，然后結(jié)束染色。
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