分散染料微胶囊的制备与性能研究

分散染料微胶囊的制备与性能研究

近年来，随着对服装的适应性和安全性要求的提高，越来越多的人关注印染技术的环境友好和资源节约。目前,国内外分散染料的染色仍然为助剂作用下的水系介质染色,即借助于助剂(表面活性剂等)把染料稳定地分散于水中,采用高温(130℃)染色,染色后再经水洗、皂洗还原清洗等把织物表面浮色洗去,以达到预定的牢度要求。为了节水,人们采用小浴比染色(1∶7左右),但水洗工艺必不可少,因此每染1t织物,染色和水洗用水消耗约为100~150t。我国分散染料年产量超过35万t,在这些成品染料中会含有近一半的助剂。此外,在实际染色过程中还需要补加更多的助剂。由于大量表面活性剂及残留染料的存在,造成染色后水质的色度污染,并含有大量耗氧物质和固体悬浮物。许多染料和助剂有毒性,对水中的生命体甚至人类有致癌、致畸和诱导基因突变作用。废水中的染料和颜料不易被生物氧化,因此通常需要四级污水处理。但是,高质量的废水处理仍然很昂贵,而且水处理后淤泥的再生或处置也成为一个问题。为了保护环境,人们采用种种技术手段提高处理水的质量,但迄今为止尚无彻底有效的处理方法。另外,助剂在纤维表面的吸附和增溶作用,也导致了染料在纤维表面的吸附和增溶作用,最终使染料在纤维表面堆积并在整个染色过程中相对稳定。上染完毕后要消除这些大量浮色还必须通过彻底还原清洗和水洗。如果染超细纤维织物,情况更加严重。在涤棉混纺染色中,还原清洗还会对活性染料造成破坏。这些都促使人们探索新的染色技术,使染色过程清洁化,降低污染程度。10多年前,德国科学家发明了一种非水系染色方法——超临界CO20世纪50年代,微胶囊技术迅速兴起和发展,并在许多技术领域得到广泛的应用,引起这些应用领域的巨大变革,也为纺织品的印染加工提供了一个崭新的发展方向。关于微胶囊技术在染色中的应用,最近几年亦见有报道,但其根本目的不在于环保,而是仅仅借助于微胶囊的作用满足特殊的染色效果,在发色时微胶囊破裂(不是利用其缓释性能),实现无序点状着色等,对水的污染丝毫没有减轻。下面介绍一种低成本的清洁染色工艺——微胶囊分散染料无助剂免水洗染色技术。它是基于微胶囊技术的运用,即利用微胶囊的缓释性和隔离性,彻底消除了废水中的色度和COD、BOD污染。1分散染料染色工艺路线分散染料微胶囊非常细小,有巨大的比表面积;胶囊壁材对染料亲和性很弱,具有半透膜特性;同时它耐热、坚固,在染色条件下不破裂、不软化,能充分地保持其原有的物理机械性能。微胶囊化使分散染料形成直径约10~60µm的小颗粒,并被囊壁严密包裹,在染色介质水中孤立存在(图1)。当小颗粒与织物接触时由于微胶囊的隔离作用而不会污染织物或形成斑点,这一点类似于传统染色中的表面活性剂(分散剂)胶束。微胶囊在高温染色条件下,水的表面张力很低,易于渗透入微胶囊内,溶解其中的分散染料形成饱和溶液。胶囊壁内外染料形成的浓度梯度,使得溶解的染料分子在扩散推动力的作用下,穿过胶囊壁向外扩散进入染浴,同时水进一步渗透进胶囊,直至平衡。若染浴中有涤纶纤维存在,单分子染料会向涤纶纤维表面吸附并向纤维内部扩散,完成上染。染浴中的染料溶解平衡被打破,所以溶解、上染不断进行。“溶解→扩散→吸附→上染”这一过程连续进行直至获得所需的色深。由于分散染料的溶解度很小,染浴中染料浓度极低,从而保证了良好的匀染性。另一方面,在传统染色工艺条件下染浴中含有3种状态的染料,称之为固体染料、溶解染料和胶束中增溶的染料,这3种状态染料处于一个动态平衡当中,如等式(1)所示:纤维在吸附了溶解的染料之后,使得更多的染料进入溶液,胶束可以看作是染料贮存器。在此工艺条件下,“增溶→溶解→上染”过程不断进行直至获得所需色深。微胶囊化分散染料染色的涤纶织物具有良好的水洗性能,主要是纤维表面尽可能低的沾色,使后续的水洗过程变得不重要。如果断绝染料来源,在染色条件下用水处理,促使纤维表面的吸附染料完全进入纤维,同样可以达到提高色牢度的目的。主要理论依据是:分散染料在水中的标准化学位远高于其在纤维中的标准化学位。这种免水洗处理可以形象地称之为“饥饿染色”。另一方面,常规染料染色的织物,由于助剂条件下染料增溶,造成纤维表面严重的浮色,染色后必须经过彻底水洗和还原清洗。利用分散染料微胶囊/活性染料一浴法对涤棉混纺进行染色,也无需使用分散剂和匀染剂等助剂,即能达到匀染和高色牢度的要求。消除了助剂的增溶作用,染色后纤维表面的浮色大幅度减少,可省去涤纶织物的烧碱/保险粉还原清洗工序,避免了还原清洗对活性染料的破坏,并且降低了耗能、节省了水资源、缩短染色周期、提高了设备利用率及生产效率。2pet染色工艺根据微胶囊化研究成果,先把分散染料微胶囊化,制得合乎染色工艺要求的染料微胶囊,然后在印染厂J型高温高压溢流染色机上进行染色试验。将染料置于一个单独与染机相连的附加设备中,由于微胶囊的优良缓释性能充分保证了匀染性,升温速度可不加控制,在升至预设温度后保温时间30~40min即可。染色结束后断绝染料来源,再在染浴中进行“饥饿染色”10~20min(免水洗处理)。最后把染色样品晾干并进行染色质量性能测试。以下为染色实例,并与传统的分散染料染色进行比较。分散染料常规染色和微胶囊染色的配方如表1所示。根据表1中的处方并依照如下染色工艺(图2、图3)分别对涤纶织物进行染色。涤纶织物的染色效果如表2所示。在完成PET染色之后,由于染浴中无任何助剂(特别是表面活性剂)及胶束存在,染浴中除了完整的空胶囊和浓度极低的溶解染料(几个ppm)外,再没有其他物质。染色残液经分离过滤出用尽的微胶囊,分别测定废水的吸光度、色度、COD和BOD,并与传统染色方法的废水进行比较(表4)。微胶囊化分散染料染色的废水经过滤后几乎无色,废水中的COD和BOD负荷也大大降低,如果将此染浴回收用于织物前处理,即可实现染色废水的“零排放”,实现真正的无污染清洁染色。3微胶囊分散染料染色的前景展望从上述试验结果可知,从匀染性和色牢度来看,微胶囊染料无助剂清洁染色技术能达到和传统染色相同的效果,而从保护水(不污染)和节水(免水洗)来说具有巨大的优势,确认了这种清洁染色工艺的可行性。微胶囊技术在清洁染色方面显出了巨大的优势。虽然目前尚局限于分散染料对疏水性合成纤维的染色,但已具备巨大的社会和经济效益。我国是目前世界上生产涤纶最多的国家,其应用