1活性染料染色现状

　　我国纺织行业年耗水量超过100亿t，废水排放量占全国各行业的第六位。其中印染行业又是纺织行业中的废水排放大户，每天大约有400万t的废水排放，政府每年需花费大量的资金进行污水处理。我国“十一五”规划纲要指出，“十一五”期间单位国内生产总值能耗降低20%左右，主要污染物排放总量减少10%。推动节能减排政策是建设资源节约型、环境友好型社会的必然选择。印染行业的低盐染色、冷轧堆染色及湿短蒸染色等促进了节能减排的实现。

　　活性染料以分子结构简单、色泽鲜艳、色谱齐全、使用方便、成本较低等优点而著称。自1956年合成染料推向市场以来，经过半个世纪的发展，活性染料在我国已成为仅次于分散染料的第二大类染料，成为在纤维素纤维上应用最广泛的一类染料。目前世界上纤维素纤维用活性染料的年产量达到25万t左右，约占世界染料总年产量的20%，另外，活性染料新品种的开发速度在各类染料中名列前茅。

　　活性染料染色目前存在的突出问题是竭染率和固色率较低，如单活性基的活性染料固色率只有50%～60%，双活性基及多活性基活性染料固色率有很大提高，最高达90%左右，但实际应用时大部分在80%左右，这是因为活性染料与纤维共价键结合的同时发生水解反应。另外，活性染料中含有的水溶性基团，在水中能电离成染料阴离子，而纤维素纤维在染浴中一般带有负电荷，故染色过程中染料与纤维之间存在着静电斥力，这将大大影响上染率。为此，染色时需加入大量无机盐（氯化钠或硫酸钠），以起到抑制棉纤维表面负电荷聚集和促进染料的吸附作用。

　　随着活性染料染色的发展，所带来的废水排放问题也受到越来越多的关注。活性染料染色废水主要有两大来源，一是活性染料与纤维反应的同时，还能与水发生水解反应，水解产物一般不能再与纤维发生反应，从而降低染料的利用率，染色后水洗液中有较多的染料，造成水资源的污染。另一方面从生态角度来讲，大量无机盐的加入，不能通过简单的物理化学及生化方法加以处理。高含盐量的印染废水排放直接改变了江河湖泊的水质，破坏了水的生态环境，而盐分的高渗透性将导致江湖周围的土质盐碱化，降低农作物的产量。工业污水处理当中，含盐废水的处理难度要远远高于水解的染料。

　　在传统的活性染料染棉工艺中，存在染料利用率低，用盐量大，染色废水处理负担重等一系列问题。为此，近年来国内外大力研究如何减少盐用量，进行低盐甚至无盐染色研究。

　　2活性染料低（无）盐染色研究

　　2.1低盐活性染料的开发

　　从染料的化学结构看，要实现低盐或无盐染色，应减少活性染料的离子基数目或者增加活性染料与纤维素纤维的反应性。近年来已开发直接性高和对盐依存性低的低盐染色用活性染料，这些染料在结构上都具有高空间位阻效应，且大多有较高的直接性，在保证染料溶解性和匀染性的前提下，磺酸基的数目较少，而且很少处于染料分子的中央位置;有些在染料结构中含有阳离子基团。

　　日本住友公司推出的sumifiXSupra系列染料，就是由一氯均三嗪和一乙基砜硫酸酯结合在一起的异双活性基阳离子型活性染料，直接性和固色率高，用于低盐染色显示了优异的性能。国外采用一氟均三嗪作为活性基的阳离子活性染料已有报道，但由于此类染料中间体对设备腐蚀严重并且不符合环保要求，所以含氟活性染料还有待进一步的研究。阳离子染料对纤维素纤维的实际染色并不适用，主要是因为它的耐光牢度很差，目前研究中有选择吡啶基团作为增溶性基团代替传统的阴离子增溶基团，可以实现低盐或无盐染色，从而又能解决色光变化的问题。

　　上述含有双活性或多活性基的低盐活性染料，具有很高的直接性和活性，容易染色不均，且会增加染料的用量，成本加大，因此改变染料结构不能根本上实现无盐染色。

　　2.2纤维素纤维的改性实现低（无）盐染色

　　棉纤维阳离子化是一种比较直接有效解决活性染料染色问题的途径之，通过化学结合或物理吸附使阳离子化合物固着在纤维上，提高染料的竭染率和固色率，在染色过程中减少甚至不使用无机盐。实现方法有两种，一是通过在纤维素纤维上接具有反应性的胺类化合物，二是用季胺盐在碱性条件下对棉织物进行预处理。

　　阳离子化试剂的典型代表为胺或季胺的环氧化合物，开发较早并一直沿用至今，广泛用于织物印花和树脂整理，在碱性条件下可与棉纤维反应，形成醚键，使纤维阳离子化。这类改性剂渗透性好，利于匀染，但存在分子量小、直接性差、用量大等缺点，所以人们趋向于研究大分子和聚合物的多活性基阳离子试剂。除了环氧类含氮化合物，还有以下几种：一

　　氯均三嗪型季铵盐化合物、氮杂环丁烷阳离子化合物、N一羟甲基丙烯酰胺和阳离子丙烯基共聚物、羟烷基铵盐类化合物以及生物质阳离子化试剂。

　　胺基与反应性基团结合也可作为改性剂使用，~HTETS就是一种新型多官能团交联胺化试剂，分子中含有1个叔胺基和3个反应性基团，在碱性的条件下可与纤维发生交联反应，将叔胺基引入到纤维上。另外，N一羟甲基丙烯酰胺在Lewis酸催化下通过轧卷一培烘的方法使其与纤维素纤维发生共价结合，处理后的棉纤维进一步用胺处理剂氨化，如氯、甲胺、二甲胺、三甲胺和乙醇胺等，也可以作为改性剂使用。

　　由于很多阳离子化试剂本身对环境不利，比如一些胺类物质在自然界中毒性很大，对眼睛、皮肤、呼吸道等有刺激作用，所以开发环境友好的生物质阳离子化试剂越来越得到关注。

　　壳聚糖衍生物是一种多糖类高分子，这类生物相容胜好、无毒、无抗原眭，并且其年产量仅次于纤维素，近年来得到普遍关注。改性淀粉也可作为阳离子化试剂，用它处理棉织物后，染色K/S值、日晒牢度及折皱回复角都有提高，但前处理加整理的方法工艺复杂，还需价格较贵的催化剂，不经济，应用受到限制。

　　2.3无盐染色助剂的开发

　　由于纤维素纤维的阳离子改性存在对纤维性能的影响，造成染色匀染性差等问题，所以无盐染色助剂的开发与应用将是降低无机盐使用量的一条重要途径。目前研发的无盐染色助剂大部分是多种组分的复合物，其中含有高分子聚合物、交联组分，在染色过程中高分子聚合物有助于提高纤维对染料的吸附，交联组分可以与纤维素纤维反应，提高染料上染，因此染色时无需加入无机盐就能达到理想的染色效果，实现无盐染色。

　　壳聚糖衍生物（NMA—HTCC）也可作为无盐染色助剂使用，提高纤维上染率等性能，同时壳聚糖还可赋予织物抗菌性、防皱性、改善织物吸湿透湿性等。研究结果表明，使用l%的NMA—HTCC对棉纤维进行处理，可在无盐条件下获得高于常规活性染料有盐染色的染色效果，主要是由于壳聚糖衍生物阳离子基团与染料阴离子基团之间有离子键形成。

　　3低（无）盐染色工艺

　　实现活性染料低盐或无盐染色的方法基本上可以归纳为以上3类，但是在实际生产操作中，湿短蒸工艺、无盐轧蒸连续工艺以及冷轧堆染色近年来在活性染料染色中的位置已逐步得到重视，是追求生态、节能生产的趋势所在。

　　1994年德国Monforts~lZenca公司联合开发了湿短蒸染色机和与此相关的湿短蒸工艺，利用安装在反应蒸箱内入口处的远红外辐射器，将经过色液浸渍的湿织物预热，使织物迅速升温，经反应箱内少量蒸汽和干热空气的混合气体而受热2～3min，使活性染料的给色率提高、渗透充分、色泽均匀。该工艺降低生产成本、节约能源，织物的渗透性好，并且固色率较高，有较好的色牢度。对于一些较难染的颜色如咖啡色等具有很好的着色性。重要的是在湿短蒸工艺当中，由于在固色工艺中进行了改进，使得染料分子有足够的时间扩散、渗透，从而有机会与纤维素纤维上的羟基进行反应，可以省去促染用盐，这是湿短蒸工艺的一个重要特性。与传统的连续染色相比，成本上最具优势，但是必须进行严格的在线测量以及工艺自动控制，工艺条件过于严格，故而对染料有一定的要求，工艺推广有难度。

　　工业化生产工艺环境特性已成为越来越重要的因素。在选择优化染色工艺时，需要考虑该工艺的环保特性，其中主要的指标是能耗、化学品用量、排水和排气的污染情况，无盐轧蒸连续工艺完全满足要求，它将活性染料轧烘轧蒸工艺简化为轧、蒸、洗这3步工艺，与传统工艺相比，无盐轧蒸连续工艺有工艺流程短、节约成本、渗透性好、工艺控制简单、应用简便等优点。这一短流程工艺、容易实现工业化推广，在印染行业面临小批量生产的压力下，无盐轧蒸连续工艺今后将成为染整行业节能领域的重要发展方向之一，目前存在设备尚需继续完善的问题，但值得在行业中推广。

　　冷轧堆工艺（包括冷轧堆前处理和冷轧堆染色）经过多年实践经验证明，可引导印染企业走出三废严重的困境，提高企业在市场上的竞争力，实现染整企业的可持续发展。

　　冷轧堆染色工艺介于浸染工艺与连续轧染工艺之间，是一种半连续化的轧染工艺。将织物浸轧染液之后在室温下进行打卷堆置，并在一定转速下保持匀速转动，使织物上色均匀。与常规的染色方法相比，活性染料冷轧堆染色具有能耗和化学品总用量显著降低的优点，无需加入大量的盐，且渗透性好，固色率高，废液排放比较少，可以满足I!I前纺织行业“清洁生产”的要求。但并非所有的活性染料都适合冷轧堆染色，通过浸轧染液而纤维膨胀使染料转移到纤维内部，故需要选择溶解度高、扩散性能良好、渗透性佳、直接性中等偏低、反应性高的活性染料。将冷轧堆染色技术应用于活性染料低盐或无盐染色，符合生态环保的发展，也是绿色染整的发展趋势。

　　冷轧堆工艺同以上两种工艺一样也属于短流程工艺，在当今提倡节能减排的纺织染整领域都有着非常广阔的发展前景。在全面实现工业化生产前，湿短蒸工艺、无盐轧蒸连续工艺及冷轧堆染色工艺都有着亟待解决的问题，纵观当前的发展，在活性染料低盐或无盐染色中，无盐轧蒸连续工艺、冷轧堆染色等都具有其可推广性。

　　4结语

　　当今的印染行业，清洁生产的大力倡导已不容忽视。解决污染问题的根本出路在于工艺改革，通过采用先进的生产工艺来减排或不排废水。印染行业在新工艺、新设备、新染料、新助剂的研究开发力度将加大，并不断推行清洁生产的工艺和技术。活性染料低盐或无盐染色是一个重要发展趋势，符合“节能减排、生态环保”的行业发展目标。无盐染色助剂的发展是解决活性染料低盐或无盐染色的最佳途径，目前新型无盐染色助剂的开发与应用已经取得了相当的进展，还出现了一些符合环保要求的交联剂;湿短蒸工艺、无盐轧蒸连续工艺及冷轧堆染色工艺在活性染料的无盐染色中有着很大的发展空间，将活性染料低盐或无盐染色与冷轧堆染色相结合，更能符合生态环保和清洁生产的要求。

　　来源 房莉，陈英

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