1.生態前處理技術
絲織物含有大量的雜質,這些雜質主要是纖維本身固有的絲膠及油蠟、無機物、色素等,此外還有在織坯綢時加入的漿料,這些天然的和附加雜質的存在不僅有損於絲織物柔軟、光亮、潔白的優良品質,而且還使綢坯很難被水及染料所濕潤,妨礙印染加工。坯綢精練的目的主要在於去除絲膠,同時去除附著在絲膠上的雜質,因此這一過程也稱脫膠過程。絲纖維原料常見的脫膠方法如下:
化學脫膠:絹紡原料(如廢絲、疵繭等)絲纖維周圍的絲膠,主要是由排列不整齊的非結晶性絲膠球蛋白組成。絲膠對於化學藥劑的敏感性比絲素高。化學脫膠的原理是利用絲膠和絲素對於堿類、無機酸等化學藥劑穩定性的差異而去除絲膠,絲膠較絲素易被水解生成易溶於水的化合物,經洗滌除去。桑蠶、柞蠶、蓖麻蠶和木薯蠶等不同品種的繭,對於酸、堿等的作用也不同,脫膠技術也有差異。從原料到脫膠製取精幹綿,可分為前處理、煮練脫膠和後處理三個階段。前處理有原料選別、扯鬆和除雜、幹繭切繭除蛹等工序,除去雜質、雜纖維和蠶蛹等,然後按品質選別分檔,以便脫膠均勻,並提高精幹綿質量。後處理有溫水浸洗、水力衝洗、脫水、烘幹等工序,進一步除去附在纖維上的絲膠、雜質和色素等,可以提高纖維潔淨度、改善色澤、避免並結,從而提高纖維的可紡性。堿性煮練是化學脫膠的主要環節,煮練次數可視原料品質和技術要求而定。應用的堿類有碳酸鈉和矽酸鈉等,柞蠶繭可用氫氧化鈉。采用的助劑有滲透劑和淨洗劑等。影響脫膠的主要因素有:練液的pH、溫度、浴比和時間。化學脫膠的優點是脫膠速度快、占用場地少、適於連續化生產。設備主要有練桶、筒式煮練機、帶式煮練機、水力衝洗機和烘幹機等。
微生物脫膠:技術流程包括初練、微生物脫膠和複練。初練是對原料進行初步堿性煮練,以脫除部分絲膠、油脂和雜質等。複練是對經過微生物脫膠的原料,再進行第二次堿性煮練,以提高脫膠和脫脂效果。絹紡原料經過初練後放置在腐化缸內,在一定條件下自然發酵數晝夜,使空氣中的細菌如黴菌、酵母菌、放線菌等在缸中自然生長繁殖,從而產生蛋白酶和脂肪酶等,促進絲膠和油脂水解而脫除。一般含有蠶蛹和油脂較多的原料可采用此法。絹紡微生物脫膠的杆菌現都屬於好氣性杆菌。為使空氣通入發酵液,以便杆菌充分生長繁殖,促進絲膠水解脫膠,常采用攪拌、翻缸的方法。影響脫膠的主要因素有:發酵液的pH、溫度、時間、浴比和其他化學藥劑等。微生物脫膠的優點是作用緩和並兼有脫脂作用。缺點是時間長、環境衛生差、勞動強度高、在杆菌繁殖過程中也會有雜菌生長,會發生臭味和損害絲質。使用的主要設備有練桶和腐化缸等。
酶脫膠:在原料脫膠時使用適當的酶製劑來提高脫膠速度和質量,簡稱酶脫膠。它比微生物自然發酵法前進了一步。酶是一種具有特殊性能的蛋白質,又稱生物催化劑,具有較多的選擇性。催化效率高,但不耐高溫。絹紡原料酶脫膠的原理是利用蛋白酶能先與絲膠生成中間物,然後再經水解放出原來的酶,使絲膠中肽鍵斷裂而水解。適當的蛋白酶可促使絲膠迅速水解,而對於絲素影響較小,不損傷纖維。蛋白酶的種類有植物性的木瓜酶、動物的胰蛋白酶和微生物的中性蛋白酶、堿性蛋白酶等。絹紡酶脫膠生產上多應用微生物蛋白酶,技術流程可分為前處理、預堿處理和浸酶脫膠、後處理三個階段。通過預堿處理使絲膠膨化和稍有溶解,然後再經低溫浸酶脫膠,達到內外脫膠均勻。影響脫膠的主要因素有酶的種類、用量、溫度、時間、浴比和pH等。酶脫膠的優點是減少工序、縮短時間、改善環境衛生、節約能源、提高質量和降低成本,是脫膠技術發展方向之一。有些麻類原料,也在試驗利用酶製劑脫膠。
絹絲的脫膠在工業生產上已有很久的曆史,在技術方麵,化學脫膠正在研究提高煮練效能,向快速煮練方向發展;微生物脫膠正在向酶脫膠方向發展;絹絲和絹織物的煮練和技術也都有進一步脫膠作用,多采用化學脫膠方法,在一定條件下經過煮練或漂白將絲膠或果膠等雜質進一步脫除。具體技術隨著紗支和織物品種不同而有所差異。
2.生態染料
在1856年發明合成染料以前,所有真絲綢染色和印花均采用源於動植物和礦物的天然色素,這些天然染料在真絲綢上可染出絢麗多彩的色澤,而且其色牢度並不遜色於現在使用的合成染料。目前天然染料尤其是植物染料在真絲綢印染中的應用尚在試驗探索階段,中國植物染料資源豐富,同時植物染料具有安全、環保的特點,它不僅可提高真絲綢產品附加值,並且能吸引更多崇尚健康綠色理念的消費者群體選購真絲綢產品。
真絲綢需先經脫膠處理。堿一般用碳酸鈉,而酸用鹽酸,濃度不超過1%。染色試驗結果表明,麻風樹花、馬纓丹花、茜草科灌木葉和大戟葉染料最好用酸溶液提煉,而胡桃樹皮和小檗根染料最好用堿溶液提煉。所有這些染料中除印度小檗根以外酸堿濃度以1%為佳,而小檗根染料提煉應該用0.8g/100mL堿溶液。馬纓丹花、大戟葉和胡桃樹皮煮練時間以90min為佳,而麻風樹花、茜草科灌木葉和小檗根染料煮練時間以60min為佳。加入煮練液中的植物染料原料濃度視不同原料而有所增減,馬纓丹花、小檗根、麻風樹花和茜草科灌木葉的濃度分別為3g/100mL、4g/100mL、6g/100mL、7g/100mL水,而大戟葉和胡桃樹皮的濃度應為5g/100mL水。真絲綢在上述染料溶液中的染色時間,麻風樹花和茜草科灌木葉染料以30min為佳,小檗根和胡桃樹皮染料以45min為佳,大戟葉染料以60min為佳,而馬纓丹花染料以75min為佳。染色試驗結果表明,在上述染劑中,明礬的應用濃度較高,該濃度視不同染料分別為5%、10%、15%。麻風樹花、茜草科灌木葉和小檗根染料用5%濃度明礬為佳;馬纓丹花和胡桃樹皮染料以10%為佳;大戟葉染料以15%為佳。所有這些染料除小檗根以外,用2%濃度硫酸銅均可獲得良好染色效果,而小檗根染料用3%濃度則可達到優良效果。硫酸亞鐵媒染劑應用濃度,麻風樹花和茜草科灌木葉染料以1%為佳,小檗根和胡桃樹皮染料以2%為佳,大戟葉染料以3%為佳,而馬纓丹花染料以4%為佳。
蟲膠染料:蟲膠染料是從一種昆蟲中獲得的天然染料,這種昆蟲是在東南亞當地的某種樹枝上發現的。昆蟲體內可提取出一種樹脂,即樹枝蟲膠。
活性染料:長期以來,桑蠶絲織物的印染,常用弱酸性染料及中性染料,少數采用直接染料,染後經過固色處理,以提高濕處理牢度,這樣不但手續麻煩,而且固色後色澤變暗。為了提高桑蠶絲織物染色的鮮豔度和牢度,采用了活性染料染色。活性染料染桑蠶絲織物,色澤鮮豔,染色牢度較好,纖維與染料之間成共價鍵結合。它的染色方法可分酸浴法、中性浴法和堿浴法三種,由於活性染料染色技術複雜,修色調色困難,大小樣對色難控製,繩狀和拉缸染色機的浴比大,增加了染色的難度。因而,根據真絲綢的特點,主要在卷染機上進行真絲綢活性染料染色技術的攻關。
3.生態染色技術
目前天然染料染色的研究和應用較多,而天然染料印花則研究和應用均較少。實際上,天然植物染料同樣可應用於真絲綢印花。真絲綢天然染料印花古已有之,但是天然染料應用現代篩網印花技術開發印花真絲綢,則是一種尚待完善和推廣的新技術。據印度科技人員研究,用龍膠和小檗根、胡桃樹皮、茜草科灌木葉和麻風樹花這四種植物染料配製成印花色漿,可成功應用於真絲綢篩網印花。用植物原料提煉後濾清的染料溶液需加熱濃縮,一般100mL染料溶液濃縮到5mL,製備好的染料濃縮液可直接用於配製色漿。媒染劑同樣用上述三種染色媒染劑,采用預媒染和同步媒染兩種方法。采用同步媒染時,媒染劑以下述配方量直接放入色漿中。100mL印花色漿配方含:染料濃縮液4.0mL,龍膠5.0g,固色劑1.0mL,媒染劑(按糊料重量計)明礬10%或硫酸銅1.2%或硫酸亞鐵1.5%。印花坯綢經脫膠清洗,半陰幹後在半濕態熨燙。印花真絲綢經烘幹、汽蒸、水洗後進行各項色牢度試驗。印花試驗結果表明,所有四種染料真絲綢印花色牢度等級為尚好到良,采用兩種不同媒染法結果相同。但是,用同步媒染法的印花綢耐水洗色牢度優於預媒染印花綢。在四種染料中,小檗根和茜草科灌木葉染料的耐水洗色牢度較優。但是,耐汗漬色牢度則小檗根和麻風樹花染料印花質量較優。同步媒染印花綢的耐幹濕摩擦色牢度也優於預媒染印花綢。因此一般而言,植物染料真絲綢印花采用同步媒染法為好。不同染料的印花綢在不同項目色牢度上各有優勢和弱點,因此,要根據最終紡成品要求選用不同植物染料。
蟲膠染料染色技術:蠶絲是蛋白質纖維,它通過不同的氨基酸首尾相連成長鏈聚合物。蠶絲含97%的蛋白質,其他成分是蠟、碳水化合物、色素和無機化合物。蠶絲纖維中的蛋白質以重量計算,含75%絲素和25%絲膠。絲膠使蠶絲纖維的強度增加並且變得脆硬無光澤,因此,在染色之前必須去除。大多數天然紅色染料有高水溶性,因此,被染物的水洗色牢度相當低。為了提高色牢度,大多數染色方法都通過使用金屬鹽(例如,蓖鉻酸鉀鹽、氯化錫、硫酸亞鐵和硫酸銅等)作為媒染劑。金屬離子能作為接受體對供電子基通過不溶於水的染料分子形成配位鍵。據報道,通過使用染料和媒染劑,水洗色牢度變動範圍為3~5級,沾色牢度為3~5級。
但是,汙水中含來自媒染劑的重金屬離子,影響了環境和公共衛生。為此,采用天然染料染色這項工作選擇使用一些天然產品和不含有害物質的化學製品代替金屬鹽,作為在蠶絲蟲膠染色過程中的媒染劑。其一般做法是:絲線一般是利用可以自控染液溫度、時間和速度的染色機SPl10(意大利)來染色的。在泰國,染絲樣品已經通過紡織工業部門紡織品標準測試,依據泰國工業標準學院(TISI)相關標準,分別對其水洗色牢度、耐光色牢度和摩擦色牢度進行測試和評定,其誤差極限在3%左右,滿意度達95%。
4.生態印花技術
接枝印花技術:蠶絲係蛋白質纖維,經氨基磺酸處理,其末端羧基與氨基磺酸的氨基相反應,生成磺酸鹽基,從而賦予蠶絲纖維對酸性染料的良好防染性,並提高其對鹽基性染料的染色性。接枝印花方法是:將精練、漂白並經1g/L醋酸和2g/L非離子表麵活性劑Detergent JU處理的真絲斜紋綢,用含氨基磺酸、尿素和澱粉漿的白漿印製,80℃烘燥15min後,蒸化處理或焙烘,水洗,晾幹。
將上述氨基磺酸接枝真絲綢用酸性染料或堿性染料染色。酸性染料染色方法是:染料1%,醋酸1.5% ,元明粉10% ,浴比1∶80,30 min升溫至95℃,染色45min。堿性染料染色方法是:染料l%,醋酸2%,醋酸鈉1%,表麵活性劑0.5%,浴比1∶80,染色溫度、時間與酸性染料染色相同。兩種染色方法取其中一種。著色防染的方法是:用染料、氨基磺酸、尿素和漿料組成的印花漿印製真絲綢。與前述相同進行後處理。進而用酸性染料或堿性染料染色。可對氨基磺酸接枝真絲綢,用含有酸性染料或堿性染料的色漿罩印。幹燥後,用高溫汽蒸機130℃處理45min,水洗,晾幹。接枝真絲綢可獲得對酸性染料的良好防染性和陽離子染料的增深效果,用防染印花可取得多色印花效果,對陽離子染料,能得到仿“立體”印花效果。接枝蠶絲纖維用陽離子染料染色,日曬牢度有較大的改善,基本上可達腈綸水平。
活性染料印花技術:活性染料應用在紡織纖維上至少應具備下列條件:高的水溶性;高的儲藏穩定性;不易水解;對纖維有較高的反應和高固色率;染料與纖維間結合鍵的化學穩定性高,使用過程中不易斷鍵褪色;擴散性好,勻染性、透染性良好;各項染色牢度,如日曬、雨淋、水洗、摩擦、耐氯漂等牢度均好等特點。對真絲綢印花用染料更有特殊要求:溶解度要高;與印花漿有好的穩定性,即與漿料的反應性要低些,在印漿中不易水解;好的拚色性能,各組成染料對堿劑的反應性很接近,以獲得好的色澤重現性;高的固色率。未固著染料應具有易洗滌性,即低直接性,不再沾汙白地,好的耐曬、耐洗滌牢度,不易斷鍵褪色,不易出風印等。
隨著國內外染料工業的迅速發展,活性基團的種類越來越多,選擇的餘地越來越大。目前,可用於真絲的活性染料進口的有Lanasol、Drimalan F、Cibacmn F、Cibacmn FN、CibacronC、Drimarene R/K、Levafix EA、Levafix E、Remasol、Levafix PN、Cibacron P等。國產的有K型、KD型、P型、M型、KN型等。
在選擇糊料的過程中,活性染料能與多糖類原糊中的醇基反應,會降低染料的固著率,同時還會使原糊不宜洗去,致使手感發硬。選用海藻酸鈉糊料,具有得色量高、色澤鮮豔、手感柔軟等優點。在印花用助劑的優選過程中,尿素既是活性染料的助溶劑,同時又是良好的吸濕劑,有助於活性染料的發色並能提高染料的固色率。防染鹽s是間硝基苯磺酸鈉,它是弱氧化劑,汽蒸時的色光保護劑,在汽蒸時能防止還原性物質破壞染料造成色萎或色淡。堿劑的選擇主要取決於染料的“活性”大小,印漿所需的儲存穩定性,纖維種類,染料的用量等。印花技術工藝流程為:坯綢準備→印花→烘幹→汽蒸→水洗→皂洗→水洗→烘幹。
真絲綢用活性染料染色和印花可以有效提高真絲產品的色牢度、深染性、得色量和提升力,從而提高真絲產品的檔次。國產活性染料與進口活性染料在應用性能上還有一定的差距,應在染料的篩選、染料的溶解度、配套助劑、染色及印花配方和條件等方麵加強研究。真絲綢活性染料印染目前還處於起步階段,還有問題需解決。如大浴比的染色重現性,淺色的色花問題,傳統真絲綢印染設備與活性染料技術需求不配套的問題等。
蠶絲織物的塗料拔活性拔染印花技術:能解決常規酸性染料拔染印花色牢度低的問題,受到絲綢印染企業和研究者的關注,但由於塗料著色劑的特殊性,要在華麗高雅的絲綢製品上印製出手感柔軟、花型精致、色澤鮮豔的塗料拔染印花製品十分困難。通過分析測試各種糊料的流變性、穩定性、抱水性、與拔染劑的兼容性、輪廓清晰度、彎曲長度,全麵地對比各種糊料的印花性能,從而篩選出適合於真絲綢高色牢度塗料拔染印花的糊料;並分析了各種粘合劑在不同用量下印花後對手感和色牢度的影響,篩選了理想的真絲綢塗料拔染印花用粘合劑;另外,對柔軟劑、輪廓調節劑、納米氧化矽溶膠等助劑對輪廓清晰度、手感、色牢度等各項印花性能的影響進行了研究,研製了適用於蠶絲織物塗料拔染印花的專用複合漿,發現把納米遮蓋劑應用於塗料拔染印花漿中,可顯著提高塗料對未拔淨地色的遮蓋性,並能明顯改善塗料的色牢度和色澤鮮豔度。結合配套地色活性染料和著色塗料的使用,開發了蠶絲織物塗料拔活性的拔染印花技術。
五、化纖領域清潔生產技術
目前中國已經發布的化纖行業清潔生產標準有四個,但目前中國整體化纖行業對環境的汙染還比較嚴重,清潔生產還未普及。因此發展紡織工業清潔生產,采用有利於保護生態環境的綠色生產方式,向消費者提供生態紡織品是世界紡織業進入21世紀的全球性主題,是事關人類生存質量和可持續發展問題的重要內容。加入世界貿易組織對中國紡織工業來說,麵臨著新的發展機遇和挑戰。要參與國際競爭,紡織工業就應重視生態紡織品生產的重要性,大力推廣紡織工業清潔生產,研製和開發生態紡織品,增強環境保護意識,推動中國紡織和染整技術的全麵發展。
1.熔紡腈綸的清潔生產技術
長期以來,由於傳統濕法紡絲需用到大量有毒有害溶劑,所以熔融紡絲技術的清潔生產使人們在研究如何采用熔融紡絲技術來紡製傳統的濕法紡製的纖維以改善環境方麵傾注了大量的心血。然而聚丙烯腈纖維的紡製,目前仍主要采用濕法紡絲技術。
目前已開發的熔紡腈綸的方法主要有(鄭植藝,2007):非溶劑(主要是水)增塑法、溶劑增塑法(二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲基亞碸、乙腈與γ-丁內酯混合溶劑);共聚法(丙烯腈與能形成柔性鏈的單體進行共聚,可有效地降低熔點);新引發體係聚合法(合成熱穩定性高的聚丙烯腈)。
英國BP化學公司最近已首次將熱塑性可熔融紡絲的聚丙烯腈樹脂開發成功。這種樹脂可在常規的熔融紡絲設備上紡製腈綸長絲和短纖維產品,其強力可達3.64g/dtex,伸長在0~40%的範圍內可調。BP公司以其專利技術生產的Amlon加熱塑性聚丙烯腈樹脂,使紡製多種功能性腈綸纖維的要求成為可能,這種樹脂經熔融紡絲製成的纖維具有可回收利用的可能性。
2.熔紡氨綸的清潔生產技術
氨綸彈性纖維由於其優異的性能已風靡世界。目前氨綸的紡製技術可分為四種:幹法、濕法、熔融法和化學反應法。這四種方法中,幹法紡絲占總產量的80%,濕法紡絲占10%,其他的占10%。
除了熔融紡絲法,其他三種氨綸紡絲技術均需使用溶劑,從紡織生產生態學或清潔生產這個角度來看,熔融紡絲法具有其獨特的優勢。目前熔紡氨綸的方法主要有一步法、兩步法和封端法三種。與幹紡、濕紡氨綸相比,熔紡氨綸具有許多優點:不需要溶劑,因此設備簡單,技術流程短,環境汙染少,生產成本低;可以製出更加柔軟、舒適,具有高雅風格的氨綸織物;耐熱性、耐氯性均優於幹紡、濕紡氨綸;可以與錦綸、滌綸等複合,或與其他差別化纖維混用,開發高檔精細紡織品。氨綸的生物兼容性良好,且具有抗菌性與除臭性,可作為生物醫用材料及衛生保健織物。
3.粘膠纖維的清潔生產技術
粘膠纖維是紡織工業的重要原料之一。傳統的粘膠纖維生產是一種複雜的多段技術,生產過程中需要大量的化工原料,如漿粕(主要含纖維素)、燒堿、二硫化碳、硫酸、硫酸鋅等。這些化工原料隻參與技術過程,並不構成產品的組成,其中60%的化工原料將轉變成廢物,汙染大氣和水體,所以需要采用一定的清潔生產技術,如棉漿黑液提取及水煤漿燃燒技術、二次浸漬技術和透析技術等。由於它的原料是來自林、農產業的天然纖維素,天然纖維可以自然降解,不存在像合成纖維給環境帶來二次汙染的問題,可以明顯改善其生產過程,降低汙染。粘膠纖維(無論長絲或短纖維)工業在生產中排出的“三廢”汙染在國外已解決了治理回收利用的問題,實現了清潔生產(劉曉霞,賈毅平等,2001)。因此,粘膠是可持續發展的紡織原料。