現行印染生產與環保的矛盾及其改革途徑探討

　　我國印染生產源遠流長、歷史悠久，近年來迅猛發展，據國家統計局統計，2006年全國規模以上印染廠已有1948家，印染布的總產量已達430億米，工業總產值為1675億元，出口額近130億美元。我國印染生產歷年來注意吸收和不斷創新，現在已擁有成套的成熟生產技術，在世界上屬于先進水平。但是從環保要求來說還是不盡人意，就排放廢水一項來說就觸目驚心，這種矛盾存在已久，由于各層決策者重視程度不足，以致形成目前的被動局面。

　　印染生產的工藝無論是我國古代，還是今天沿用的西方工業技術，除個別工序外都是采用水相反應。這是由于當時使用的天然纖維都是親水性的，所以使用的染料和助劑基本上也都是水溶性的。上世紀初，染料和顏料還是用水溶性來界定就是例證，在我國文字中，“漂”“染”的水旁就是歷史遺留的痕跡。水相反應最大的不足就是它的反應不完全性。其中水只是一種溶劑、一種介質。經過長期實踐證明，這種生產方法的造成主要問題有：

　　(1)大量消耗淡水。

　　我國印染生產用水，每百米織物耗水1.5－4.0噸，其中以印花用水量最大。我國是一個缺水國家，如此大量消耗淡水，將嚴重制約國家的發展。

　　(2)大量排放廢水。

　　由于印染生產水只是一種介質，并不參與產品的組成，所以用后基本上全部排放。這些廢水如不治理，必然污染江河大地。由于印染廢水成分復雜多變等原因，目前只停留在淺度處理，只能滿足排放要求，而治理費用相當于用水價格，昂貴的成本成為企業的沉重負擔。

　　(3)浪費原料。

　　由于水相反應的不完全性，很多染料和助劑殘留在廢水中。根據歐洲材料統計，全世界每年僅染料一項就要流失4萬噸以上。

　　(4)造成服用上的隱患。

　　反應后殘留在織物上的物質必須去除，才能不阻礙下一個工序的正常進行，尤其最終成品能殘留物質造成服用上的隱患。去除方法只能用清水通過溶解來達到。如果殘留物中有不溶性部分還需要采取分解來轉換。當織物上殘留物和水洗液中濃度達到平衡時，溶解作用就終止，此時必須更換清水，才能使水溶解作用繼續。雖然采用加溫和機械作用，這種用水溶解的洗除方法效果并不令人滿意。在生產中，尤其在最后水洗中稍有不慎，就會造成衣服上殘留物超標成為隱患。

　　(5)消耗大量能源。

　　印染生產由多工序組合，為了促進反應，不少工序需要干態織物進入，水洗后的織物只能依靠熱能蒸發水份。這種干濕狀態的轉換，在印染生產中少則三次，多則五六次。每次轉換都消耗大量蒸汽，以簡單的烘干機為例，每小時消耗蒸40×104Pa汽就達到450－600Kg。還有許多高溫反應需要大量的更高壓蒸汽，這許許多多耗汽累積起來，消耗熱能十分可觀。

　　人們開始認識到這種越來越尖銳的矛盾，尋找新的非水生產改革途徑。

　　一、1955年開發溶劑煮練，1969年研究溶劑染色。

　　前者用三氯乙烯脫除棉纖維上棉臘，后者用四氯乙烯作為分散染料溶劑對滌綸纖維染色。實踐發現滌綸在四氯乙烯中，纖維非晶區能產生棉在水中類似的變化，這樣為染著提供了可能。當初選擇三氯乙烯和四氯乙烯為溶劑為介質的條件是：(1)不燃燒或者燃點很高；(2)無毒性或者毒性很小；(3)表面張力小；(4)容易回收；(5)沸點適當；(6)染料和助劑溶解度好；(7)在一定溫度內不至于產生化學分解；(8)不損傷纖維；(9)價格便宜，供應方便；(10)比熱和蒸發熱小。

　　后來各國競相設計這種煮練和染色生產設備，通過實踐可知，這種方法有下列優點：

　　(1)溶劑可以回收利用，基本上無廢物排放。

　　(2)溶劑的比熱和蒸發熱小，可節省熱能。

　　(3)染色速度快，勻染性好，得色豐滿。

　　(4)廢水可以減少。

　　存在問題是現有分散染料在溶劑中的溶解度較低，只有少數如RssolinBrillRedBS，RssolinRed

　　VioletFBL等能達到1％以上滿足連續染色要求，因此必須在常用染料分子中導入疏水團，這就牽涉到染料的改造。

　　當初開發這種工藝只是為了生產安全和節省能源，忽視了三氯乙烯和四氯乙烯對人身安全的危害作用。事實證明這類溶劑不但毒性很強，而且有致癌性，因此絕對不能應用。如果能像生產Tencel一樣找到無毒有效可回收的溶劑NMMO代替有害的粘膠纖維，這種方法也是值得進一步研究的。

　　二、超臨界CO2染色。

　　超臨界染色是1989年由德國西北紡織研究中心E．Schollmeyer氏發明。它采用超臨界流體作為染料介質染色。在超臨界范圍內的物質既不是氣體，也不是液體，而是兼具有氣體和液體性能的均相物質。超臨界流體的密度與液體相同，但它的粘度、擴散系數和氣體相近。當超臨界流體在膨脹或冷卻時，作為溶劑的超臨界流體的溶解度將很快降低而析出溶解的物質。利用這個特性可用于染色，且容易回收。常用的超臨界流體是CO2，它是容易液化的無毒物質。

　　CO2經冷卻液化后，由泵打壓到染料罐，使CO2與染料溶解，然后至染色罐內與織物進行染色。染色條件是15－25MPa，80－120℃，染色時間1h左右。

　　超臨界染色的特點是：

　　(1)不用水為介質，也不排放廢水。

　　(2)超臨界狀態的CO2具有很高的表面張力，低粘度和較高的擴展系數，具有對分散染料的易溶性。

　　(3)不用染色助劑。

　　這種方法存在的問題是：

　　(1)使用高壓，安全性能差。

　　(2)設備投資高。

　　(3)不適用于天然纖維，如棉、毛、絲等。

　　本方法雖屬于無水染色，但還停留在“有介質染色”的傳統認識上。它采用昂貴的超臨界流體來代替水為介質。由于CO2的憎水性，難于用作天然纖維染色。為了解決這個難題，需要添加一種所謂進入劑來提高CO2的極性。更需要改良染料，使它在CO2中能有較高的溶解度。這種方法牽涉面較多。如不能用于天然纖維則難滿足消費需要。

　　三、天然纖維織物的轉移印花。

　　轉移印花采用無介質的氣相反應，是目前印染生產中首先擺脫水相反應的全新工藝，這也實現了廢水的零排放。過去有人指出轉移印花的載體--紙張是轉移造紙廠的污染。但實踐證明，轉移印花后的花紙基本上沒有損傷，完全可以由紙廠回用，而且印花廠還能得到30%的經濟補償，成為印染廠和造紙廠的雙贏局面。現在轉移印花生產過程中存在的最大問題是局限玻璃化溫度比較明確的合成纖維，從上世界80年代以來生產量就徘徊在全世界印花總量的5%左右，因此為了滿足消費者需要，必須開發天然纖維織物的轉移印花。由于國內外重視，這已經成為研究的熱點，并有很多方法和專利被開發。但是這些方法存在的共同問題是工序增多，更重要的是不能實現廢水零排放，這和現行的轉移印花生產相差甚大。目前研究的重點應是開發一系列新染料。這些染料必需具有下列特征：

　　(1)能在200℃左右升華。

　　(2)能與纖維素纖維結合固著。

　　應當用符合以上要求的染料代替現用的分散染料。只有天然纖維織物上也能應用，才不但能滿足消費要求，而且可以根本緩解目前印染生產與環保的矛盾。