现行印染生产与环保的矛盾及其改革途径探讨

我国印染生产源远流长、历史悠久，近年来迅猛发展，据国家统计局统计，2006年全国规模以上印染厂已有1948家，印染布的总产量已达430亿米，工业总产值为1675亿元，出口额近130亿美元。我国印染生产历年来注意吸收和不断创新，现在已拥有成套的成熟生产技术，在世界上属于先进水平。但是从环保要求来说还是不尽人意，就排放废水一项来说就触目惊心，这种矛盾存在已久，由于各层决策者重视程度不足，以致形成目前的被动局面。　 印染生产的工艺无论是我国古代，还是今天沿用的西方工业技术，除个别工序外都是采用水相反应。这是由于当时使用的天然纤维都是亲水性的，所以使用的染料和助剂基本上也都是水溶性的。上世纪初，染料和颜料还是用水溶性来界定就是例证，在我国文字中，“漂”“染”的水旁就是历史遗留的痕迹。水相反应最大的不足就是它的反应不完全性。其中水只是一种溶剂、一种介质。经过长期实践证明，这种生产方法的造成主要问题有：　 (1)大量消耗淡水。 我国印染生产用水，每百米织物耗水1.5－4.0吨，其中以印花用水量最大。我国是一个缺水国家，如此大量消耗淡水，将严重制约国家的发展。 (2)大量排放废水。 由于印染生产水只是一种介质，并不参与产品的组成，所以用后基本上全部排放。这些废水如不治理，必然污染江河大地。由于印染废水成分复杂多变等原因，目前只停留在浅度处理，只能满足排放要求，而治理费用相当于用水价格，昂贵的成本成为企业的沉重负担。 (3)浪费原料。 由于水相反应的不完全性，很多染料和助剂残留在废水中。根据欧洲材料统计，全世界每年仅染料一项就要流失4万吨以上。 (4)造成服用上的隐患。 反应后残留在织物上的物质必须去除，才能不阻碍下一个工序的正常进行，尤其最终成品能残留物质造成服用上的隐患。去除方法只能用清水通过溶解来达到。如果残留物中有不溶性部分还需要采取分解来转换。当织物上残留物和水洗液中浓度达到平衡时，溶解作用就终止，此时必须更换清水，才能使水溶解作用继续。虽然采用加温和机械作用，这种用水溶解的洗除方法效果并不令人满意。在生产中，尤其在最后水洗中稍有不慎，就会造成衣服上残留物超标成为隐患。 (5)消耗大量能源。 印染生产由多工序组合，为了促进反应，不少工序需要干态织物进入，水洗后的织物只能依靠热能蒸发水份。这种干湿状态的转换，在印染生产中少则三次，多则五六次。每次转换都消耗大量蒸汽，以简单的烘干机为例，每小时消耗蒸40×104Pa汽就达到450－600Kg。还有许多高温反应需要大量的更高压蒸汽，这许许多多耗汽累积起来，消耗热能十分可观。 人们开始认识到这种越来越尖锐的矛盾，寻找新的非水生产改革途径。 一、1955年开发溶剂煮练，1969年研究溶剂染色。 前者用三氯乙烯脱除棉纤维上棉腊，后者用四氯乙烯作为分散染料溶剂对涤纶纤维染色。实践发现涤纶在四氯乙烯中，纤维非晶区能产生棉在水中类似的变化，这样为染着提供了可能。当初选择三氯乙烯和四氯乙烯为溶剂为介质的条件是：(1)不燃烧或者燃点很高；(2)无毒性或者毒性很小；(3)表面张力小；(4)容易回收；(5)沸点适当；(6)染料和助剂溶解度好；(7)在一定温度内不至于产生化学分解；(8)不损伤纤维；(9)价格便宜，供应方便；(10)比热和蒸发热小。 后来各国竞相设计这种煮练和染色生产设备，通过实践可知，这种方法有下列优点： (1)溶剂可以回收利用，基本上无废物排放。 (2)溶剂的比热和蒸发热小，可节省热能。 (3)染色速度快，匀染性好，得色丰满。 (4)废水可以减少。 存在问题是现有分散染料在溶剂中的溶解度较低，只有少数如Rssolin Brill Red BS，Rssolin Red Violet FBL等能达到1％以上满足连续染色要求，因此必须在常用染料分子中导入疏水团，这就牵涉到染料的改造。 当初开发这种工艺只是为了生产安全和节省能源，忽视了三氯乙烯和四氯乙烯对人身安全的危害作用。事实证明这类溶剂不但毒性很强，而且有致癌性，因此绝对不能应用。如果能像生产Tencel一样找到无毒有效可回收的溶剂NMMO代替有害的粘胶纤维，这种方法也是值得进一步研究的。 二、超临界CO2染色。 超临界染色是1989年由德国西北纺织研究中心E．Schollmeyer氏发明。它采用超临界流体作为染料介质染色。在超临界范围内的物质既不是气体，也不是液体，而是兼具有气体和液体性能的均相物质。超临界流体的密度与液体相同，但它的粘度、扩散系数和气体相近。当超临界流体在膨胀或冷却时，作为溶剂的超临界流体的溶解度将很快降低而析出溶解的物质。利用这个特性可用于染色，且容易回收。常用的超临界流体是CO2，它是容易液化的无毒物质。 CO2经冷却液化后，由泵打压到染料罐，使CO2与染料溶解，然后至染色罐内与织物进行染色。染色条件是15－25MPa，80－120℃，染色时间1h左右。 超临界染色的特点是： (1)不用水为介质，也不排放废水。 (2)超临界状态的CO2具有很高的表面张力，低粘度和较高的扩展系数，具有对分　　散染料的易溶性。 (3)不用染色助剂。 这种方法存在的问题是： (1)使用高压，安全性能差。 (2)设备投资高。 (3)不适用于天然纤维，如棉、毛、丝等。 本方法虽属于无水染色，但还停留在“有介质染色”的传统认识上。它采用昂贵的超临界流体来代替水为介质。由于CO2的憎水性，难于用作天然纤维染色。为了解决这个难题，需要添加一种所谓进入剂来提高CO2的极性。更需要改良染料，使它在CO2中能有较高的溶解度。这种方法牵涉面较多。如不能用于天然纤维则难满足消费需要。 三、天然纤维织物的转移印花。 转移印花采用无介质的气相反应，是目前印染生产中首先摆脱水相反应的全新工艺，这也实现了废水的零排放。过去有人指出转移印花的载体--纸张是转移造纸厂的污染。但实践证明，转移印花后的花纸基本上没有损伤，完全可以由纸厂回用，而且印花厂还能得到30%的经济补偿，成为印染厂和造纸厂的双赢局面。现在转移印花生产过程中存在的最大问题是局限玻璃化温度比较明确的合成纤维，从上世界80年代以来生产量就徘徊在全世界印花总量的5%左右，因此为了满足消费者需要，必须开发天然纤维织物的转移印花。由于国内外重视，这已经成为研究的热点，并有很多方法和专利被开发。但是这些方法存在的共同问题是工序增多，更重要的是不能实现废水零排放，这和现行的转移印花生产相差甚大。目前研究的重点应是开发一系列新染料。这些染料必需具有下列特征： (1)能在200℃左右升华。 (2)能与纤维素纤维结合固着。 应当用符合以上要求的染料代替现用的分散染料。只有天然纤维织物上也能应用，才不但能满足消费要求，而且可以根本缓解目前印染生产与环保的矛盾。