水資源：降低棉織物活性染色過程中的水耗

O.He?，M.Korger，B.Mahltig

下萊茵應用技術大學 FTB-紡織服裝研究所(德國)

棉是最重要的天然纖維。然而，棉織物的生產需消耗大量的水。棉織物主要生產國有中國、美國、印度、土耳其和巴基斯坦。巴基斯坦因其特殊的干旱氣候，對耗水量大的工藝非常敏感。紡織品生產的工藝步驟特別容易對環境產生影響，主要包括生產纖維原料時棉植株的培養，以及紡織品整理和染色加工過程。充足的水對紡織品從棉紡廠到最后的成衣這整個工藝過程而言至關重要。

在大多數產棉國家，人口不斷增長、消費行為不斷變化，以及氣候改變等因素是影響水供應和水品質的不利因素。因此，耗水量成為關注的焦點，尤其是棉織物生產和加工過程中的水耗。2015年，聯合國提出《2030可持續發展議程》，更加突顯了“水限制”的重要性。17項可持續發展目標(SDGs)融入這一議程。其中，第六項可持續發展目標(SDG 6)直接瞄準“水限制”主題，尤其是水的可用性及其可持續應用。紡織品整理和染色領域面臨的重要挑戰是減少水耗和廢水。進一步的研究重點在于能耗和危險化學品的使用。巴基斯坦作為擁有大型棉織物生產和加工能力的國家之一，其紡織生產行業通常無法獲得用于農業的地表水。因此，該行業主要通過使用地下水滿足對水的需求。地下水資源被大量用于工業，導致這些區域的地下水位下降，同時地下水品質降低。

在有限的水資源背景下，是否可以降低棉織物活性染料染色工藝中的用水量這一研究問題被提出。在目前的研究中，研究者已經評估和優化了活性染料染色過程中不同的生產綜合措施，如表1所示。所有研究均采用棉針織面料進行，使用巴基斯坦用于棉織物黑色染色的典型浸染工藝作為代表性案例研究。該浸染工藝的持續時間通常為8～10 h。

染色過程中，漂洗工藝用水更換了數次，這導致水耗非常高。采用德國CHT 公司提供的各種Bezaktiv染料，在德國Thies公司提供的iMaster型工業染色機上進行染色，工藝P1～P4均采用iMaster型染色機染色。使用瑞士Mathis 公司提供的JFL染色機在實驗室中進行了額外的染色試驗。

基于成熟的巴基斯坦染色工藝(P0)，采用不同的Bezaktiv染料重復染色試驗并改善染色工藝。其中，P1染色工藝與P0染色工藝基本相同，只是將染料改為Bezaktiv染料并采用了其他添加劑。使用優化的染色配方(Bezaktiv Go 染料)對工藝P2、P3和P4進行工藝優化。最終可得，P4染色工藝的水耗量最低，且該工藝的染色配方中不使用漂白劑。即便不改變染色工藝路線，選擇P1染色工藝進行染色試驗，也可實現8%的水耗降低率(表1)。采用P3染色工藝，水耗進一步降低，每千克染色織物的耗水量從P0染色工藝的61 L降至僅37 L，降低了近40%。對于重200 g的黑色T恤而言，這意味著采用改進后的染色工藝，耗水量可從12.0 L降低至7.4 L。表明通過改進染色設備的染色工藝參數及染料配方，可大幅降低水耗。

表1 不同活性染料染黑色染色工藝概況及其對比

染色后的固色率通過分光光度計測定。為此，收集并過濾試驗中的染色工藝廢水。其中，P3染色工藝廢水的測試結果如表2和圖1所示。測試過程中，采用蒸餾水以1∶10的比例稀釋并過濾廢水。此外，測試了純色染料(Velvet Black Go和Golden Yellow Go)水溶液的紫外-可見吸收光譜。結果表明，使用CHT公司的Bezaktiv Go染料(Velvet Black Go)染色時，固色率可達最大值，約為90%。與原始染色工藝(P1染色工藝)相比，固色率提高了10%。

表2 活性染料染色工藝廢水中的染料量(250 g棉針織面料使用12.5 g Velvet Black Go染色，P3染色工藝)

圖1 不同染料與染色工藝廢水的紫外-可見吸收光譜(P3染色工藝)

通過檢測黑色染料的用量可知，P3染色工藝廢水中的黑色染料量明顯較低。與原始染色工藝相比，優化后的工藝廢水中，染料量減少了至少23%，且染色工藝時間短，與原始染色工藝的13 h相比，優化后的工藝染色時間僅需約7 h。此外，因設備運行時間縮短，工藝的能耗降低。

除優化染色配方和工藝參數外，還可進一步改良節水紡織品加工技術。通過使用Thies公司的商業染色機(iMaster染色機)和具有新型測試技術的染色控制裝置，結合優化的染色工藝可實現進一步的節水(表3)。圖2為安裝在Thies公司染色機上的染料控制裝置DyeControl，該裝置可用于染色和漂洗過程的自動測量，對染色和整理過程中的用水量進行單獨調節，分析并同步測量漂洗、洗滌和染色浴過程。可視化的工藝曲線文檔既可以實現濁度控制，又有助于確定染浴中的染料濃度。由表3可知，與沒有染色控制設備的原始工藝(1號工藝)相比，使用優化的染色控制設備后(2～4號工藝)，耗水量可減少19%，同時可縮短染色時間。

表3 使用和不使用染色控制裝置下不同黑色染色工藝對比

圖2 安裝于Thies染色設備上的染料控制裝置和流量測量裝置

對于服裝行業及其消費者而言，他們最關心的是紡織品最終的著色質量不會因上述工藝改良而下降。為此，分析所得黑色染色棉織物的色牢度性能，包括汗漬色牢度、洗滌色牢度、摩擦色牢度和耐光色牢度。結果表明，與使用原始染色工藝獲得的染色織物相比，采用低水耗的改良型染色工藝，可獲得類似的染色色牢度。

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