无污染印花技术全面盘点

　前言： 　　我国是纺织大国，水资源紧缺。印染集中在江浙。废水污染太湖和江南水系，印染废水有机物浓度高，色度深成分复杂。每立方体积的废水将污染20体积水体，其污染可想而知。研发节水技术，争取零排放，已迫在眉睫！也是雪豹人应尽的责任。 　　 现况： 　　 印染废水脱色采用：1、吸附法2、絮凝法3、氧化法4、生物法5、电化学法，投资和运行费用高，且治标不治本。 处在污染——处理——再污染——再处理的怪圈。雪豹公司童湘总工程师设想是否能另辟蹊径，研究环保、节能、节水融为一体的技术；三年前带领课题组深入浙江嘉兴地区，研发“天然织物零排放的转移印花技术”（无水印花）取代传统的有水印花，向干法印染过渡，取得初步成效。 　　按童湘的理念，利用可再生并能持续发展的天然纤维原料（棉、麻、丝、毛），是节约资源回归自然的方向。可促使种植业和养殖业和谐发展，既能节水又无污染，对产业结构和资源利用的合理化都将产生深远的影响。 　　国内外已有很多专家试用改性、搭桥、涂膜的方法进行研究，但由于得色率差、泳移（迁移）、色牢度差而无功而返。因此解决得色率、色牢度、迁移问题将是成败之关键。 　　前处理剂（命名为“天然纤维转移印花固色整挺剂”）和前处理工艺条件（包括前处理设备和色墨的配套）的研发是重点基础。 　　2006年5月，童湘带领的课题组已基本攻克了技术瓶颈，解决了困扰人们的得色率、迁移和色牢度问题。如何在节能减排的形势下，完善推广直至应用是雪豹人和童湘总工程师的愿望。 　　从大量的生产性试验中，领悟出一个新技术推广是一项系统工程。诸如，相匹配的色墨，前处理工艺和设备互补支撑。 　　问题一：前处理剂是处理布面、纱线还是处理纤维？ 实践证明是处理纤维表面。如果是处理布面无异于扩大化了的“涂层印花”，其手感、吸水性和透气性很差。（离经叛道）如果是处理纱线，则无异于上浆工序。所以名正言顺的前处理剂应该以处理纤维为目标。 　　天然纤维的特点： 1，棉、麻纤维的单体是葡萄糖，是单体的天然高分子化合物。其纤维中有大量羟基和大量氢键，不同品种的棉、麻其结晶区所占比例不同。结晶区可理解为有机物的无机物现象，这是各种物理、化学作用的作用区域。丝、毛为蛋白质纤维。它的单体为多种氨基酸（15—20种），单体复杂并且具有两性性质，结构复杂同样存在非结晶区和结晶区。种属差异极大，如羊毛和藏羚羊毛的差别。2，天然纤维具有很大的表面积和比表面积。布的表面积小于纱线表面积又小于纤维表面积。所以处理纤维和处理布面有着本质的区别。这就要求前处理剂具有复杂的多元体系（多单体并有相当量的多功能活性单体，多组分多结构。）并具有在热、光驱动下的交联与自交联能力。其单体的官能度应大于2。 　　问题二：如何处理天然纤维？ 　　1、前处理剂如何进入纤维间隙？绞在一起的纤维具有毛细管效应，因其是固态物质，并有游离的极性基团，其吸水性和液滴附壁效应是处理纤维的有利因素。前处理剂在表面活性剂作用下与浸润时顺利地进入纤维间隙。 　　实践证明淀粉和PVA在纤维上的残留物所产生的负面作用——改变了前处理剂的成分，部分割断了前处理剂和纤维表面的作用，结果是湿擦牢度和皂洗牢度下降。而未上浆或退浆的纺织品经过前处理后升华转移印花织物的湿擦牢度和皂洗牢度都在四级以上。 　　凡是用乳化硅油类柔软剂处理过的纺织品都产生不同程度的晕色现象，（即色墨颗粒向周围迁移，图案线条边界模糊。）纤维表面过量的残留物干扰破坏了前处理剂的体系与结果。 　　2、前处理剂（乳液）是如何破乳的？当纺织品浸渍于前处理剂时，乳液均匀地渗入纤维间隙，并饱含其中。只有前处理剂破乳后才能从分散相向连续相转化。纤维表面带弱酸性（PH值低于7）或者带有正电荷，将有利于破乳。但破乳的主要条件是干燥脱水过程。当前处理剂彻底干燥时，其体积缩小十倍。这是一个强制破乳的过程。 　　3、如何控制前处理剂的量？前处理剂和纤维表面一定存在着一个量的关系。过多不浪费， 　　而且多余的聚合物将充填于纤维间隙，使部分纤维粘连，影响手感；（箱包用布、帐篷用布等除外。）用量不足则纤维表面尚有空白区，不仅影响得色率，防止迁移和提高色牢度都难以保证。 　　生产中控制前处理剂和纤维间的量的方法只有两种：1、调节浸轧液的浓度即调节前处理剂的加水量；2、调节轧辊压力为3~5Kg/cm2。 　　湿态的轧余率和干态的增重百分比是确定前处理剂量的简单手段。 　　实践证明全棉织物在同样浓度的浸轧液中浸渍后，当轧辊压力为3Kg/cm2时，轧余率为61-67.2%；当轧辊压力为4Kg/cm2时，轧余率为46.5~50.0%；当轧辊压力为5Kg/cm2时，轧余率为42.0~43.1%。 　　当轧余率大于60%时手感偏硬； 　　当轧余率在45~50%时手感较好； 　　当轧余率在45%以下时好。 　　在干燥后（干燥温度160℃），其增重率（即棉织物吸收前处理剂的干物重），低的为1.45%左右，中的1.80%左右，高的2.45%左右。转移印花后的颜色鲜艳度、图案、线条的清晰度无明显差异。凡增重率小于1.50%者手感良好；增重率在1.80%左右手感较好；增重率等于或大于2.45%者手感偏硬。 　　问题三：干燥是前处理剂简单的脱水过程还是前处理剂的固定过程？ 　　干燥过程并非简单的脱水过程或简单的破乳过程——由分散相转化为连续相。此脱水过程中同时进行的是纤维上聚合物的交联。由于前处理剂中交联剂的作用，三维立体交联过程不断形成孔径不同的格栅。估计格栅直径在5~15纳米间。这些格栅的形成为以后锁住分散染料颗粒提供了物质基础，是防止迁移和提高色牢度的微观结构保证。干燥过程是一个加速交联的聚合物的成熟过程。如何在常温下任其自交联达到交联终止需要20~22天。因此干燥过程应认定为固定过程。应该阶梯式升温。烘道进口温度约为110℃，出口温度可到160℃，时间不少于40秒。然后存放12小时让其继续交联，接着就可以进行传统的转移印花了。如果轧辊压力不够（即织物含水量很高），可采用100~110℃干燥1~2分钟，然后在160℃下固定。时间不少于40秒。 　　我们认为将前处理后的棉织物先分级干燥固定，再在短波紫外灯或汞灯的适度照射下，将会加速交联。（因为复合交联剂中有光敏单体。） 　　问题四：如何筛选分散染料（色墨）？如何确定转移印花的工艺条件？ 　　选分散染料应符合下列条件：a，不含偶氮结构； b，相近的升华温度（发色温度）； c，相近的颗粒大小。 　　2.移印花温度和时间之间的关系大致如下： 　　183~190℃时，时间为18~20秒； 　　200~210℃时，是为10~15秒； 　　超过23秒有黄变可能。 　 　　问题五：迁移是如何发生的？ 　　很多聚合物（天然的和合成的）都能在转移印花中很好地完成升华上色过程，但迁移现象很难防止。 究其根本原因是经过前处理的纤维表层聚合物对分散染料吸附力不够，更主要的是没有交联而形成的格栅将染料颗粒封闭（即锁住）。它的作用有点类似于分子筛。交联或自交联需要时间和能量，只要“格栅群”已基本形成，迁移现象就因染料颗粒被格栅包裹而根本消除。 　　迁移可根据染料颗粒的运动方向而分为：a气相迁移：即染料颗粒向空气中迁移。当温度高于50℃时，迁移速度加快。别人研制的前处理剂在70℃时烘箱中数小时后，染料几乎全部气相迁移。b纤维迁移：染料颗粒因为格栅的初步形成而阻止了气相迁移，但因纤维上的“格栅群”尚不完整（交联度不足）而发生的染料颗粒沿着纤维向背面迁移。比如其具体表现为颗粒较小的黄色染料首先向背面跑，造成复合色中鲜亮的橘红色逐渐变成红色；黄棕色变为深棕色。 　　问题三：干燥是前处理剂简单的脱水过程还是前处理剂的固定过程？ 　　干燥过程并非简单的脱水过程或简单的破乳过程——由分散相转化为连续相。此脱水过程中同时进行的是纤维上聚合物的交联。由于前处理剂中交联剂的作用，三维立体交联过程不断形成孔径不同的格栅。 　　估计格栅直径在5~15纳米间。这些格栅的形成为以后锁住分散染料颗粒提供了物质基础，是防止迁移和提高色牢度的微观结构保证。 　　干燥过程是一个加速交联的聚合物的成熟过程。如何在常温下任其自交联达到交联终止需要20~22天。因此干燥过程应认定为固定过程。应该阶梯式升温。烘道进口温度约为110℃，出口温度可到160℃，时间不少于40秒。然后存放12小时让其继续交联，接着就可以进行传统的转移印花了。如果轧辊压力不够（即织物含水量很高），可采用100~110℃干燥1~2分钟，然后在160℃下固定。时间不少于40秒。 　　我们认为将前处理后的棉织物先分级干燥固定，再在短波紫外灯或汞灯的适度照射下，将会加速交联。（因为复合交联剂中有光敏单体。） 　　问题四：如何筛选分散染料（色墨）？如何确定转移印花的工艺条件？ 　　选分散染料应符合下列条件：a，不含偶氮结构；b，相近的升华温度（发色温度）； c，相近的颗粒大小。 　　2.移印花温度和时间之间的关系大致如下： 　　183~190℃时，时间为18~20秒； 　　200~210℃时，是为10~15秒； 　　超过23秒有黄变可能。 　　问题五：迁移是如何发生的？ 　　很多聚合物（天然的和合成的）都能在转移印花中很好地完成升华上色过程，但迁移现象很难防止。究其根本原因是经过前处理的纤维表层聚合物对分散染料吸附力不够，更主要的是没有交联而形成的格栅将染料颗粒封闭（即锁住）。它的作用有点类似于分子筛。交联或自交联需要时间和能量，只要“格栅群”已基本形成，迁移现象就因染料颗粒被格栅包裹而根本消除。 　　迁移可根据染料颗粒的运动方向而分为：a气相迁移：即染料颗粒向空气中迁移。当温度高于50℃时，迁移速度加快。别人研制的前处理剂在70℃时烘箱中数小时后，染料几乎全部气相迁移。b纤维迁移：染料颗粒因为格栅的初步形成而阻止了气相迁移，但因纤维上的“格栅群”尚不完整（交联度不足）而发生的染料颗粒沿着纤维向背面迁移。比如其具体表现为颗粒较小的黄色染料首先向背面跑，造成复合色中鲜亮的橘红色逐渐变成红色；黄棕色变为深棕色。AADBGRTHRTH