無水少水染色技術發展及應用分析

隨著環境問題的日益突出以及新技術的不斷發展，紡織行業需要加快構建綠色低碳循環發展體系，逐步樹立清潔生產的理念，推動資源循環利用、生產工藝變革及污水處理技術的更新升級，從源頭牽制污染物的產生。無水少水染色技術的發展，不僅能夠幫助印染企業減少污水排放，也能為水資源匱乏地區發展印染產業提供可能性。

紡織印染行業從業者針對“少水無水技術”提出了不同的解決思路，如超臨界二氧化碳染色技術、有機溶劑染色技術、離子液體染色技術、非水介質無鹽少水染色技術等，且部分技術已經進行了產業化嘗試，并獲得市場認可。

超臨界二氧化碳染色技術

超臨界二氧化碳染色技術是目前最受矚目的無水染色技術之一，其原理是當溫度和壓力達到二氧化碳臨界點時，二氧化碳將變成一種均勻的流體介質，能夠溶解分散染料并將其從外界獲得的能量傳遞給染料及被染纖維，為染料在纖維上的上染、擴散、附著提供能量保障。其可以做到染色過程零污水排放，染色完成后染料及二氧化碳回收利用，且染后織物呈干燥狀態，無須烘干處理。

超臨界二氧化碳染色技術能夠顯著減少染色過程中水的使用，目前已經完成對合成纖維、天然纖維及多組分纖維的染色工藝開發，但在產業化應用和推廣上仍然存在諸多困難：超臨界二氧化碳染色設備和工藝相比傳統水浴染色更復雜，需要嚴格控制超臨界二氧化碳流體的溫度、壓力和流動速度等參數，以確保染色效果；操作超臨界二氧化碳染色設備需要具備專業的知識和技能，人力成本較高；超臨界二氧化碳流體染色技術需要通過加熱和高壓狀態來維持，在消耗大量能源的同時也可能帶來安全隱患。這些問題都限制了超臨界二氧化碳染色技術從實驗室或半產業化實踐向真正大規模產業化生產的發展。

有機溶劑染色技術

早期的溶劑染色技術，以氯代烯烴（如全氯乙烯、三氯乙烯等）為染色介質對合成纖維進行染色，然而其使用限制性較多，難以對纖維素纖維上染，且易揮發到空氣中對人體造成傷害。為解決選用的溶劑不能溶解親水性染料且無法溶脹纖維的問題，目前以二甲基亞砜（DMSO）及其混合溶劑代替水作為染色介質對棉纖維染色的研究較多，如DMSO/碳酸二甲酯（DMC）、DMSO/四氯乙烯（PCE）、DMSO/辛酸乙酯（EO）等，但溶劑對人體的生理毒性也限制了產業化的可行性。為避免使用有毒溶劑，乙醇與一定體積的水混合作為染色溶劑的技術在國內逐漸得到發展。乙醇/水體系無鹽低堿染色技術是將經過水預溶脹的纖維，以一定的帶液率浸入到乙醇/水體系中，實現活性染料無鹽低堿的染色方法。由于化工行業對無水乙醇的巨大需求，且乙醇/水分離回收工藝十分成熟，能夠實現溶劑的循環利用。

離子液體染色技術

離子液體是一種特殊的液體，其主要組成是離子對（陽離子和陰離子），而不是傳統溶劑中的分子，其理化性質可以通過離子對的組成及含量進行調整。一般而言，離子液體具有低揮發性、熱穩定性和良好的溶解能力。離子液體在紡織染整中的應用研究涵蓋了紡織品生產過程的多個方面，包括化學纖維的生產、紡織品前處理、后整理及末端的污水處理等。

在理論研究層面上，離子液體染色技術不需要使用傳統的有機溶劑，其本身具有低揮發性和生物可降解性，符合綠色染整的要求，且適用性高，可以通過設計合成特定的離子液體以實現所需的染色效果，如不同的色彩表現、光學效應和功能改性等。但對于工業化生產而言，離子液體染色技術仍處于研究和開發階段，相關的研究及數據較少，不同染料及紡織品在不同離子液體體系中的適應性不同，缺乏適用于產業化的標準。從成本層面上，離子液體的生產純化及回收成本都較高，且為了保證染色產品質量穩定，還需要在生產過程中保持離子液體的一致性，這也增加了研究和操作的成本。

液氨染色技術

液氨由氨氣加壓或冷卻制得，目前在棉織物免燙整理、毛織物防氈縮整理等商業化應用中比較普遍，其作為染色介質一般用于纖維素纖維的染色。活性染料在液氨中溶解度高，低表面張力的特性使得液氨可以攜帶活性染料快速潤濕和膨脹纖維，做到快速上染。染色結束后，液氨氣化回收重新液化，氨與染料分離，染料和氨都可以回收使用。同時，液氨處理還可以賦予織物更柔軟的手感，使其表面更光潔。但僅使用液氨染色，會導致竭染率、固色率低，耐水洗色牢度差，因此織物需要經過改性處理以提高其與染料的親和力。

與超臨界二氧化碳染色技術類似，液氨染色技術需要保持液態氨的狀態，加重了能源損耗。常溫下氨具有強烈的刺激性氣味，對操作人員和環境有一定的安全風險。同時，該技術國內外相關研究較少，缺乏更廣泛的產業化研究。

非水介質回收和水循環利用技術路線

近年來，非水介質無鹽少水染色技術在紡織行業內備受關注，該技術的原理是利用親水性染料在攜帶水膜的纖維和非水介質兩相間的分配，極大地有利于染料對纖維的上染，僅保留了溶脹纖維、溶解染料、促進染料與纖維反應的極少量水（100%～180%，o.w.f），而將用以物質傳送、傳熱的那部分水用一種非水溶劑代替。非水介質無鹽少水染色體系中，染料以懸浮顆粒或乳化的高濃度染液微滴分布在染色介質中，染料隨著介質的運行而不斷反復地接觸纖維表面水膜，借助非水介質超低的表面張力，染料與纖維表面接觸均勻，最終上染率可接近100%。

非水介質無鹽少水染色技術

國內外研究者以非水介質無鹽少水染色技術的原理探究為基礎，不斷探索著介質選擇的可能性，以求在成本及綠色屬性上擁有更大的優勢。如開發出諸如液體石蠟、食用油等新的非水染色介質及其相關染色工藝技術，促進了非水介質無鹽少水染色技術的不斷發展和產業化應用。但由于該技術產業化應用時間較短，在大規模生產層面仍不夠成熟。同時，推廣新的染色技術仍需行業的認可和接受，與非水介質無鹽少水染色技術相關的行業標準和規范有待進一步完善。

更多內容請見紡織導報2023年第4期《無水少水染色技術發展及應用分析》一文。