紡織品非水介質(zhì)染色技術(shù)的研究進(jìn)展

陳靜如 裴劉軍 張紅娟 王際平 吳金丹

摘要： 隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)環(huán)保之間矛盾的日益突出，紡織化學(xué)工業(yè)的發(fā)展對人類生活環(huán)境造成了嚴(yán)重的影響。近年來，整個行業(yè)以節(jié)水、節(jié)能、生態(tài)環(huán)保的生產(chǎn)理念對紡織化學(xué)清潔生產(chǎn)加工技術(shù)方面進(jìn)行了大量研究和開發(fā)，并取得了一定的成就。文章對現(xiàn)有非水或無水染色技術(shù)進(jìn)行總結(jié)和分析，介紹了幾種研究較多的非水介質(zhì)染色技術(shù)，包括有機溶劑染色、液體石蠟染色和硅基非水介質(zhì)染色。對比了這些染色方法的應(yīng)用和局限性，并著重介紹了硅基非水染色技術(shù)和該技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，以活性染料染棉為例，活性染料在該體系中上染率接近100%，固色率高達(dá)90%以上，相較于傳統(tǒng)水浴染色提高了30%～40%，硅基非水介質(zhì)染色從源頭上解決了棉纖維染色污水排放量大、染料浪費嚴(yán)重的難題，為實現(xiàn)染色污水零排放奠定了基礎(chǔ)，有望為紡織品染色闖出一條清潔生產(chǎn)和可持續(xù)發(fā)展之路，改變傳統(tǒng)染色工業(yè)水環(huán)境污染嚴(yán)重的形象。

關(guān)鍵詞： 活性染料;分散染料;溶劑染色;硅基非水介質(zhì);液體石蠟;反膠束染色

中圖分類號： TS193.5

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號： 1001-7003（2021）12-0054-09

引用頁碼： 121110

DOI： 10.3969/j.issn.1001-7003.2021.12.010（篇序）

Abstract： With the increasingly prominent contradiction between economic development and ecological environmental protection， the development of the textile chemical industry has exerted serious impact on human life environment. In recent years， through a large number of studies and development of textile chemistry cleaning production and processing technology based on the concepts of water saving， energy saving， and ecological environmental protection， the whole industry has yielded some achievements. This article summarized and analyzed the existing non-aqueous or anhydrous dyeing technologies， and introduced several frequently researched non-aqueous medium dyeing technologies， including organic solvent dyeing， liquid paraffin dyeing and silicone non-aqueous dyeing. Then， the article compared the application and limitations of these dyeing methods， and specifically introduced the development state of silicone non-aqueous dyeing technology. Taking reactive dyed cotton as an example， it is found that the dye uptake rate of reactive dyes in the system is close to 100 %， a fixation rate of up to 90%， an increase of 30%-40% compared to the traditional water bath dyeing method. The silicone medium dyeing method has solved the problem of large sewage discharge from cotton fiber dyeing and serious dye waste from the source， laying the foundation to realize zero sewage discharge. It is expected to open up a path of cleaner production and sustainable development for textile dyeing and change the image of serious water pollution in the traditional dyeing industry.

Key words： reative dyes; disperse dyes; solvent dyeing; silicone non-aqueous dyeing; liquid paraffin; reverse micelle dyeing

紡織化學(xué)工業(yè)領(lǐng)域，水資源的巨大消耗和廢水、廢氣的排放已成為制約行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要難題。前處理、染色和后整理是紡織化學(xué)工程中耗水量和污水、廢氣排量巨大的主要加工過程，特別是染色前處理和后道水洗中大量的污水排到環(huán)境，對生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重的影響[1-2]。目前傳統(tǒng)水浴染色大多在大浴比的水浴中進(jìn)行，用水量非常大，研究者通過染色設(shè)備的改進(jìn)來降低染色浴比或?qū)ξ鬯M(jìn)行處理再回用等，以及印染廢水再生循環(huán)利用技術(shù)。雖然理論上省鹽省水，但是在實際生產(chǎn)中產(chǎn)異化較高，工藝復(fù)雜，難以在紡織印染行業(yè)中推廣[3]。棉纖維陽離子改性技術(shù)實現(xiàn)了棉纖維無鹽的染色，提高了上染率，但是陽離子改性的前處理工藝復(fù)雜且殘液中的化學(xué)助劑增加了廢水處理難度[4]。鹽回用技術(shù)仍在傳統(tǒng)水浴中進(jìn)行染色，染料利用率并沒有提高，染色中鹽的平衡難以控制，且對染色后道處理要求較高[5]。雖然傳統(tǒng)水浴染色通過設(shè)備的改進(jìn)、污回用、鹽回用或紡織品的前處理來減少污水的排放，顯然關(guān)注生產(chǎn)過程中的某個部分或單純對污水進(jìn)行處理是不夠的，必須對整個染色加工過程及其工藝方法進(jìn)行創(chuàng)新，從源頭控制污染的產(chǎn)生才能有效減少污染排放。非水介質(zhì)染色技術(shù)是一種越來越受到關(guān)注的具有生態(tài)和環(huán)保品質(zhì)的染色新技術(shù)[6-7]。

1?非水介質(zhì)染色發(fā)展現(xiàn)狀

目前出現(xiàn)了幾種研究較多的清潔生產(chǎn)染色技術(shù)，主要有真空升華染色[8]、超臨界CO2流體染色[9-10]、溶劑染色[11]和非水介質(zhì)染色[12]等。真空升華染色的原理是利用染料在真空及加熱的條件下發(fā)生升華而被氣化，氣化的染料通過環(huán)染的方式上染纖維。由于特殊的上染方式需要染料符合升華特性，使得染料品種受限，目前該技術(shù)適用于一些非離子型的分散染料和易升華的顏料，且染料升華的速度無法控制，染色過程中染料對設(shè)備污染嚴(yán)重且清洗困難[13]，所以很難大規(guī)模應(yīng)用于市場。超臨界CO2流體[14-16]染色的原理是使用超臨界狀態(tài)的CO2代替水作為染料載體，分散染料（疏水性）可以溶于超臨界CO2，染色時間更短，效率更高，需要專用的染色設(shè)備，但價格過高，且高溫高壓設(shè)備操作具備一定的危險性。在超臨界CO2介質(zhì)中，活性染料、酸性染料、直接染料等常用水溶性染料幾乎都不與該介質(zhì)相溶，因此不適用于未改性的天然纖維[17]。纖維經(jīng)過復(fù)雜的改性工藝提高了超臨界CO2染色工藝流程，成本也會隨之增加，改性后的棉織物增重率約為22%，因此改性工藝還需要進(jìn)一步探究[18-19]。溶劑染色的基本原理是用溶劑代替水作為染色介質(zhì)，溶劑染色中有機溶劑能溶解低聚物，但這種染色方法最大的缺點是上染率不高，染色后溶劑回收利用難度非常大，溶劑一般是烷烴、烯烴的溶劑，且毒性大[20-23]，在市場中成熟并廣泛應(yīng)用還有待進(jìn)一步研究[24]。

在紡織印染行業(yè)中，非水介質(zhì)染色是替代傳統(tǒng)水浴染色較成功的嘗試[25-26]。雖然非水介質(zhì)不能溶解水溶性染料，但能輸送物質(zhì)和傳遞能量。非水介質(zhì)染色技術(shù)的一個主要優(yōu)點是用水量很低，由于溶解染料和其他化學(xué)試劑所需的水很少，棉纖維的溶脹只需要少量的水溶液。在染色過程中，所有的水溶液都能被棉織物完全吸收，而不需要任何促染鹽，實現(xiàn)了活性染料對棉纖維的無鹽染色。對于非水介質(zhì)的循環(huán)使用，經(jīng)過短時間的靜態(tài)分離后，可將90%以上的非水介質(zhì)直接用于下次染色。因此，整個染色過程非常簡單，染色介質(zhì)易循環(huán)使用。

1.1?二元介質(zhì)染色研究進(jìn)展

周浩等[27]選擇乙醇與水組成混合溶劑染色體系，對常用的活性染料進(jìn)行篩選，選出了能用于該體系的染料。纖維經(jīng)過水預(yù)溶脹，以一定的帶液率入染，活性染料在乙醇/水（體積比1︰4）體系中溶解度較低，無鹽條件下，活性染料向帶有水的棉織物表面擴散（堿液也會擴散到纖維表面），然后在一定條件下染料向纖維內(nèi)部擴散，發(fā)生鍵合反應(yīng)，完成固著。該體系的應(yīng)用特點是在無鹽的情況下，活性染料獲得95%以上的上染率，染色過程中使用傳統(tǒng)染色1/10的堿量，可以獲得80%以上的固著率，但是染色殘液中乙醇/水的體積比難以控制，染色可控性難以把握。如表1所示，在不加鹽的情況下，使用傳統(tǒng)染色1/10的堿量，C.I.活性藍(lán)198就可以獲得97%的竭染率和86.5%的固色率，比傳統(tǒng)染色的固色率提高了9%～20%。從織物的色深來看，可以節(jié)省30.5%～42.5%的染料。

賈凱凱等[28]選取二甲基亞砜（DMSO）與碳酸二甲酯（DMC）混合后的溶劑代替水作為染色介質(zhì)，研究了棉和羊毛在該混合介質(zhì)的染色性能。由于活性染料在DMSO中有較高的溶解性，在染色過程中使用DMSO/DMC混合溶劑，染料的上染率未曾到達(dá)70%以上[29]，固色率最高在60%左右，與水浴相差不大。從圖1可知，在有機溶劑中，C.I.活性紅24染棉筒子紗的上染率高達(dá)92.3%，與傳統(tǒng)水浴相比，上染率提高了20%;該種溶劑染色并沒有解決染棉纖維時上染率低，溶劑回收難度大、成本高等問題，同時溶劑的生理毒性也限制了大面積產(chǎn)業(yè)化的可行性[21-24]。

1.2?反膠束染色系統(tǒng)研究進(jìn)展

反膠束是由某些表面活性劑在非極性介質(zhì)中自組裝而成的球形納米級聚集體。它們的結(jié)構(gòu)可以表示為極性液相的納米級液滴，被表面活性劑分子單層包裹，均勻分布在非極性油相（油包水反相微乳狀液）中[30]。氟表面活性劑有助于反膠束的熱力學(xué)穩(wěn)定性[31]，使用反膠束體系代替水作為介質(zhì)，使染料上染纖維完成染色過程，在反膠束體系下的染色原理與傳統(tǒng)水相染色相似。圖2為染料在反膠束體系中的染色原理示意。

Sawada等[31-32]制備了AOT/異辛烷體系，這是一種常用于活性染料染色的陰離子型反膠束體系。研究結(jié)果與傳統(tǒng)水溶液體系相比，棉織物對直接染料的吸附量要高得多。隨著AOT濃度和增溶水量的提高，活性染料在該體系的濃度也會增加，無需加鹽促染，上染率便提高，所得染色織物的表面色深幾乎不變。TANG等[33]在有機介質(zhì)中使用由AOT/異辛烷（陰離子表面活性劑）組成的反膠束對棉花進(jìn)行活性染料染色，將染料水溶液注入AOT/異辛烷反膠束溶液中，攪拌至透明，制得55種染料溶液，在40 ℃時用兩種不同的染色槽分別對樣品進(jìn)行兩個獨立的染色步驟（吸附和固色），然后再進(jìn)行皂洗。結(jié)果表明，在不添加電解質(zhì)的情況下，活性染料能較好地溶解在反膠束中，并能有效地擴散到纖維中，獲得較好的固色結(jié)果。

YI等[34]制備了TX-100/正辛醇/異辛烷反膠束體系，同時使用M型活性染料，C.I.活性紅195對棉織物染色。在該體系中，加鹽不會促進(jìn)染料在織物上的吸附，且染料的平衡吸附量明顯高于加鹽的傳統(tǒng)水浴染色工藝。此反膠束體系中可實現(xiàn)棉織物C.I.活性紅195的無鹽染色，與之前反膠束體系相比其水池極性更加均一。

WANG等[35]報道了使用聚乙二醇（PEG）為基礎(chǔ)的非離子反膠束作為活性染料載體，在烷烴（庚烷和辛烷）介質(zhì)中染色棉纖維。如表2所示，烷烴染色樣品的得色量比傳統(tǒng)的水染色樣品的得色量高。

為了避免烷烴類有機溶劑的污染，萬偉等[36]采用十甲基環(huán)五硅氧烷（D5）作為替代品用于制備環(huán)境友好型非離子型反膠束體系：MOA-3/正辛醇/D5體系，將該體系用于棉織物的染色。隨著體系中的增溶水量的增加反膠束中染料濃度降低，織物的染色色深會隨之降低。在該體系中，無機鹽對活性染料上染過程沒有促染作用，當(dāng)碳酸鈉作為堿劑時，其質(zhì)量濃度在40 g/L，染色30 min即可完成。該方法克服了傳統(tǒng)反膠束連續(xù)相介質(zhì)烴類溶劑的污染和超臨界CO2反膠束設(shè)備的高壓問題，擴大反膠束技術(shù)的應(yīng)用。C.I.活性紅195在MOA-3/正辛醇/D5反膠束中的染色結(jié)果表明，活性染料在D5中的吸附效果遠(yuǎn)好于在傳統(tǒng)水浴中的，但其總的固色結(jié)果不如水浴中的好。

1.3?液體石蠟非水染色研究進(jìn)展

液體石蠟是碳原子數(shù)為8-24的正構(gòu)烷烴，是一種無色無嗅不易揮發(fā)的透明油狀液體，其性質(zhì)穩(wěn)定、價格低廉，作為染色介質(zhì)具有很大的發(fā)展?jié)摿?。靛藍(lán)染料在傳統(tǒng)水浴中上染率低，需要多次浸軋，工藝復(fù)雜。朱振旭等[37-38]以液體石蠟代替水作為染色介質(zhì)實現(xiàn)了棉纖維一次深染，并探究了棉纖維在靛藍(lán)染料/液體石蠟體系中浸染工藝的最佳條件，棉纖維的帶液率在80%，染色溫度60 ℃，染色時間50 min，棉纖維與液體石蠟比值為1︰50。傳統(tǒng)水浴一次染色K/S值僅有13.05，十二次K/S值可達(dá)20.99，該條件下的染色工藝，一次染色棉纖維K/S值可達(dá)到24.75，很大地改善了上染率低、染色需多次浸軋的問題。

朱振旭等[39]選用液體石蠟作為染色介質(zhì)使得活性染料染色時對環(huán)境污染的問題得以改善，同時提高了染料上染率和固色率。AN等[40]探究了在液體石蠟非水介質(zhì)染色體系中，活性黑KN-B和活性橙K-7G的最佳染色條件，在該條件下無需加鹽促染，吸附率幾乎達(dá)到100%，總固色率達(dá)到90%左右，并對染色原理進(jìn)行了研究。染料吸附率高可能是親水性活性染料與疏水性液體石蠟間界面張力產(chǎn)生的“推力”所致，而活性染料固色率高的主要原因可能是活性染料在非水介質(zhì)體系中的水解較少。與傳統(tǒng)純棉織物活性傳統(tǒng)染色相比，該新型染色技術(shù)可顯著降低水、化學(xué)品和染料的消耗，有利于降低印染廢水處理負(fù)擔(dān)，實現(xiàn)生態(tài)染色。該染色過程中，水溶性的活性染料很難和液體石蠟混溶，使得染料能更好地吸附上染纖維，因此提高了染料的上染率和固色率。但是染色結(jié)束后因為液體石蠟黏度大且本身結(jié)構(gòu)呈鏈狀分布，因此增加了水洗難度，水洗工藝的能耗、水耗限制了其工業(yè)化的應(yīng)用。

1.4?廢食物油乳化液體系染色

全世界每年生產(chǎn)超過1 500萬t[41]的廢棄食用油，供應(yīng)量很大。另外，廢棄食用油還具有生物降解性好、無毒、易燃性低、爆炸性小、成本低等獨特優(yōu)勢[42]。LIU等[43]以可控乳濁液穩(wěn)定性為基礎(chǔ)，設(shè)計了一種新型的W/O活性染色系統(tǒng)，用廢油制成染色乳劑以達(dá)到高染色質(zhì)量和最小化污染物排放的目的。染色后的織物經(jīng)抽真空、熱水浸漬、高壓擠壓收集油脂，染色棉織物的常規(guī)洗滌工藝為：冷洗10 min，95 ℃皂洗10 min，95 ℃熱洗10 min，布液比1︰30冷洗10 min。在染色工業(yè)中，這樣一個過程是在一條有四個箱子的連續(xù)生產(chǎn)線上進(jìn)行的，用標(biāo)準(zhǔn)皂（1 g/L）和碳酸鈉（1 g/L）進(jìn)行皂洗。在實際生產(chǎn)中，將抽真空、浸漬、擠壓處理與常規(guī)洗滌工藝連接成一條連續(xù)的整體生產(chǎn)線，如圖3所示。雙液相體系與常規(guī)的水相相比避免了無機鹽的使用，可提高33%的染料固色率[43]，大幅減少了染料排出量。作為外相的廢棄食用油可生物降解，能夠重復(fù)使用。

與以前報道的染色方法相比，半穩(wěn)態(tài)的W/O體系使用環(huán)保成分，適用于所有類型的活性染料體系中，大部分水作為溶劑溶解活性染料，然后形成W/O乳液，作為染料浴。與常規(guī)體系相比，乳劑體系可減少染料排放96%，減少染料消耗71%[43]，且當(dāng)初始染料輸入量為2%時，無需添加鹽即可取得較好的染色效果。染色油可重復(fù)使用，可降解，可通過低成本處理從染色棉織物中完全去除，減少了印染廢水的排放。LIU等[44]研究了雙液相體系與常規(guī)水相體系染色機理的差異、油中組分的去除效率和可重復(fù)使用性，對材料成本進(jìn)行了評估，發(fā)現(xiàn)能夠系統(tǒng)工業(yè)化的可能性較大。LIU等[43]對該乳化系統(tǒng)進(jìn)行了材料成本的評估并與常規(guī)系統(tǒng)進(jìn)行比較，討論得出乳化系統(tǒng)的總成本大幅低于傳統(tǒng)系統(tǒng)。利用廢棄食用油合成生物柴油，已經(jīng)很受歡迎和成熟，因此廢食用油到能源的供應(yīng)鏈有被中斷的風(fēng)險。這種新型乳劑體系對于實現(xiàn)活性染料的大規(guī)模清潔染色還需要進(jìn)一步研究。

2?硅基非水介質(zhì)染色體系

一般來說，用溶劑對不同纖維進(jìn)行染色可以獲得較好的染色性能，但仍存在較多的問題。雖然很多學(xué)者研究了棉織物在非極性溶劑中的溶脹過程，但其染色機理尚不清楚。需要特殊的染料和機械設(shè)備，而且溶劑回收成本高。因此，尋找一種合適的環(huán)保介質(zhì)，建立一種可行的非水染色方法，成為非水染色技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。D5沸點在210 ℃左右，是無色無嗅易揮發(fā)的液體，不溶于水，但能與大部分有機溶劑相溶，是一種很好的染料輸送、熱量傳導(dǎo)的載體[45]。大量的毒理學(xué)研究表明，D5是一種生態(tài)品質(zhì)優(yōu)良的化學(xué)物，并廣泛應(yīng)用于日用化工、有機硅等工業(yè)和消費領(lǐng)域[46]。

2.1?D5懸浮體系染色

以D5為染色介質(zhì)，制備了活性染料染色棉纖維的D5非水染色體系。近年來，王際平團(tuán)隊[47]在該體系下進(jìn)行活性染料對棉纖維染色，活性染料溶液分散在D5介質(zhì)中，如圖4所示。由于活性染料溶液與D5完全不混溶，因此會迅速擴散到棉纖維表面，并且在機械力作用下幾乎所有的染料都能吸附在棉纖維表面[48]。活性染料的上染率接近100%，相比于傳統(tǒng)水體系（60%～70%）要高。染色后的D5殘液經(jīng)靜態(tài)分離后可再利用，王際平團(tuán)隊于2020年建成了一條年產(chǎn)3 000 t散棉硅基非水介質(zhì)染色生產(chǎn)示范線，整個染色全過程節(jié)水98%;減少全過程污水排放98%，減少鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)100%;節(jié)省染料20%;節(jié)省能耗22%，染色全過程運行成本與傳統(tǒng)水浴染色相當(dāng)。

高先云等[49]通過對D5的洗滌能力、織物的表面形貌、結(jié)構(gòu)和性能的測試，發(fā)現(xiàn)D5洗滌是一種多用途的洗滌方式，對環(huán)境和織物性能的影響較小。萬偉等[50]研究了D5反膠束體系的增溶特性，結(jié)果表明，在反膠束體系中使用非極性D5替代傳統(tǒng)石蠟是可行的，而且對生態(tài)環(huán)境體系也很友好。李深正等[51]在D5介質(zhì)中染色滌綸纖維，研究表明在D5體系中加入少量的水可以顯著提高滌綸的染色性能。與常規(guī)染色方法相比，在不添加分散劑的情況下，獲得了相同的染色性能。LIU等[52]和FU等[53]用C.I.活性紅195在活性染料/D5懸浮液中染棉。結(jié)果表明，染料D5懸浮液體系的染色平衡吸附量遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)水浴法，且顯著縮短了半染時間。

2.2?D5反相微乳液染色

魯鳳鳴等[54]選擇D5作為反相微乳體系的介質(zhì)，探究了在該體系中陽離子上染腈綸織物的工藝，確定最佳染色工藝的溫度為60 ℃、在水中進(jìn)行預(yù)處理的pH值為4.5～5，以一定帶液率入染。最終對比發(fā)現(xiàn)，反相微乳體系的含水量對織物的得色量無顯著影響，因此以D5為介質(zhì)的反相微乳體系在水溶性染料非水介質(zhì)染色應(yīng)用中具有良好前景。

PEI等[55]研究了二氯均三嗪染料在D5非水介質(zhì)染色體系中的染色性能及水解機理。在非水介質(zhì)染色體系中，溶液的化學(xué)成分及介質(zhì)的極性和分子大小會影響纖維的溶脹[56]，D5、石蠟和異辛烷的分子結(jié)構(gòu)中不包含極性基團(tuán)。而對于乙醇和水，它們的分子中含有一些極性基團(tuán)（—OH），這些極性基團(tuán)可以與纖維素纖維形成氫鍵。此外，裴劉軍團(tuán)隊[57]研究了羅丹明B向黏膠纖維和棉纖維中的擴散，表明水分子向纖維中擴散。但對于D5染色介質(zhì)，香豆素6僅向纖維表面擴散，說明D5分子無法滲透到纖維中。這說明水可以溶脹纖維，但D5介質(zhì)不能溶脹纖維[57]。研究發(fā)現(xiàn)，D5反相微乳液染色織物的色深和染料固色率比傳統(tǒng)水浴染色要高得多，改進(jìn)后的染料用量降低了30%～40%，達(dá)到了傳統(tǒng)水浴染色的色深。在D5反相微乳體系中，染料水解率較低可能是由于染料的擴散速率和表面活性劑的抓水能力阻止了染料與水的反應(yīng)，加快了染料與纖維的反應(yīng)（圖5）[58]。水解模型表明，傳統(tǒng)水浴染色體系的水解速率常數(shù)比D5反乳液體系的水解速率常數(shù)快3～4倍[59]。

3?靛藍(lán)在非水介質(zhì)體系中一次深染

靛藍(lán)染料傳統(tǒng)水浴中靛藍(lán)隱色體對棉纖維親和力低，上染率僅10%左右，需重復(fù)上染才能獲得較高的染色深度，因此染色工序復(fù)雜，生產(chǎn)效率低下成為亟待解決的問題。100 kg/d的工業(yè)應(yīng)用為靛藍(lán)在非水介質(zhì)染色體系中染色提供了有力的支撐，這種染色技術(shù)可以改變傳統(tǒng)靛藍(lán)染色（圖6）的缺點，如：復(fù)雜的工藝流程，風(fēng)格單調(diào)，牛仔服裝生產(chǎn)廢水污染嚴(yán)重。

王際平團(tuán)隊[60]采用D5代替水作為靛藍(lán)染料染色介質(zhì)，開發(fā)靛藍(lán)染料D5這一全新體系。李棟等[61]探究了棉纖維在該體系中的最佳工藝：帶液率120%，染色溫度60 ℃，染色時間50 min，棉纖維與D5質(zhì)量比值為1︰30。該工藝下的染色效果與傳統(tǒng)水浴染色相比K/S可提高3倍，上染率提高30%左右。李棟等[61]對棉纖維的D5介質(zhì)精煉工藝進(jìn)行優(yōu)化，并得出D5介質(zhì)精煉優(yōu)于水浴堿精煉的效果。表3為傳統(tǒng)水浴染色和D5中一次深染的染色性能對比，可見棉纖維在傳統(tǒng)水浴中多次染色的效果低于靛藍(lán)染料/D5體系中一次深染的效果。該技術(shù)不僅簡化了染色工藝縮短了染色時間，并且減少用水和廢水排放。

4?尼龍在D5體系下的染色

尼龍是幾種重要紡織纖維之一，其染色過程需要大量的水和化學(xué)品。尼龍的市場份額正在迅速增長，預(yù)計到2020年將達(dá)到300億美元[62]。尼龍有許多特殊特性，如彈性、高耐磨性、光澤柔和，且具有光滑和柔軟的手感，使這種纖維廣泛應(yīng)用于紡織工業(yè)上。目前，對尼龍的染色主要有酸性染料和分散染料，酸性染料染色后需要經(jīng)過固色處理，以提高染色色牢度[63]，分散染料染尼龍不需要經(jīng)過處理便可得到較好的染色效果[64]。針對目前普遍存在的水資源污染問題，可將分散染料低壓無水染色體系應(yīng)用于化纖染色和洗滌工藝。PEI等[65]研究表明，使用D5作為染色介質(zhì)可以克服傳統(tǒng)水浴和超臨界流體染色尼龍相關(guān)的缺點。Saleem等[66]采用掃描顯微鏡（CLSM）和X射線光電子能譜（XPS）分析了D5對尼龍纖維內(nèi)部的滲透及其在纖維截面中的分布，尼龍織物在D5溶劑中染色后性能保持穩(wěn)定。在D5溶劑中，用酸性染料對尼龍進(jìn)行染色，不添加任何助劑的情況下可達(dá)到近100%的上染率。分別使用AR249、AB83、AO67染色的織物得色量比在傳統(tǒng)水浴中分別提高53%、32%和23%。以D5為介質(zhì)染色，偶氮染料和蒽醌染料的K/S值比水溶液染色提高了30%和43%。

5?結(jié)?語

傳統(tǒng)水浴染色過程中水資源的大量消耗和污水排放已成為制約可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵難題。近年來，紡織品清潔生產(chǎn)加工技術(shù)取得了顯著進(jìn)展，也踐行了可持續(xù)發(fā)展理念。然而，如何降低新型染色介質(zhì)、新工藝產(chǎn)生的增加成本，以及有效地回收和循環(huán)利用介質(zhì)是紡織印染行業(yè)亟須解決的問題。非水介質(zhì)體系染色關(guān)鍵技術(shù)不僅可以改善染色行業(yè)水資源消耗量巨大和污水排放嚴(yán)重的問題，而且可以實現(xiàn)染色全過程運行成本與傳統(tǒng)水浴相當(dāng)或略低，改變現(xiàn)有非水介質(zhì)染色成本高、操作難度大的應(yīng)用瓶頸，具有較好的工業(yè)化推廣前景。

參考文獻(xiàn)：

[1]DONG X， GU Z， HANG C， et al. Study on the salt_free low-alkaline reactive cotton dyeing in high concentration of ethanol in volume[J]. Journal of Cleaner Production， 2019， 226（1）： 316-323.

[2]宋心遠(yuǎn). 活性染料染色新技術(shù)（一）[J]. 紡織導(dǎo)報， 2007（9）： 108-111.

SONG Xinyuan. New dyeing technologies using reactive dyes （Part Ⅰ）[J]. China Textile Leader， 2007（9）： 108-111.

[3]CHAVAN R B， SUBRAMANIAN A. Dyeing of alkali swollen and alkali swollensolvent exchanged cotton with a reactive dye[J]. Textile Research Journal， 1982， 52（12）： 733-737.

[4]HANG C， HE J. Study on desorption of hydrolyzed reactive dyes from cotton fabrics in ethanol-water solvent system[J]. Coloraion Technology， 2014， 130（2）： 81-85.

[5]VERMA A K， DASH R R， BHUNIA P. A review on chemical coagulation/flocculation technologies for removal of color from textile wastewaters[J]. Journal of Environmental Management， 2012， 93（1）： 154-168.

[6]馬威， 張淑芬， 楊錦宗. 棉纖維陽離子化與活性染料無鹽染色[J]. 染料與染色， 2004， 41（6）： 340-345.

MA Wei， ZAHNG Shufen， YANG Jinzong. Cationization of cotton and salt-free dyeing them with reactive dyes[J]. Dyestuffs and Coloration， 2004， 41（6）： 340-345.

[7]曹宏斌， 石紹淵， 李玉平， 等. 一種高含鹽工業(yè)廢水深度處理與脫鹽回用的方法： CN 201410246963.X[P]. 2014-06-05.

CAO Hongbin， SHI Shaoyuan， LI Yuping， et al. A method for advanced treatment and desalination reuse of high salt containing industrial wastewater： CN 201410246963.X[P]. 2014-06-05.

[8]宋富佳， 劉凱琳. 環(huán)保染整技術(shù)盤點[J]. 紡織導(dǎo)報， 2018（11）： 64-67.

SONG Fujia， LIU Kailin. Review on eco-friendly dyeing and finishing technology[J]. China Textile Leader， 2018（11）： 64-67.

[9]郭開銀， 張超， 魏強， 等. 超臨界CO2流體染色專利技術(shù)研究[J]. 廣東化工， 2017， 44（11）： 165-166.

GUO Kaiyin， ZHANG Chao， WEI Qiang， et al. Study on patent technology of supercritical CO2 fluid dyeing[J]. Guangdong Chemical Industry， 2017， 44（11）： 165-166.

[10]WANG Y X， JING X D， ZHAO Y P. Waterless beam dyeing in supercritical CO2： Establishment of a clean and efficient color matching system[J]. Journal of CO2 Utilization， 2021， 43： 101368.

[11]繆華麗. 活性染料非水介質(zhì)染色及理論研究[D]. 杭州： 浙江理工大學(xué)， 2013.

MIAO Huali. A Technological and Theoretical Study on Non-Aqueous Dyeing of Reactive Dyes[D]. Hangzhou： Zhejiang Sci-Tech University， 2013.

[12]PEI L J， LIU J J， GU X M， et al. Adsorption kinetic and mechanism of reactive dye on cotton yarns with different wettability in siloxane non-aqueous medium[J]. Journal of The Textile Institute， 2019， 111（3）： 1-9.

[13]洪凡. 無水印染： 超臨界CO2染色技術(shù)的研究進(jìn)展[J]. 紡織導(dǎo)報， 2010（5）： 96-101.

HONG Fan. Research and development of supercritical CO2 fluid dyeing technology[J]. China Textile Leader， 2010（5）： 96-101.

[14]ZHANG J， ZHENG L J， SU Y H， et al. Dyeing behavior prediction of cotton fabrics in supercritical CO2[J]. Thermal Science， 2017， 21（4）： 1739-1744.

[15]MIAH L， FERDOUS N， AZAD M M. Textiles material dyeing with supercritical carbon dioxide（CO2） without water[J]. Chemistry and Materials Research， 2013， 3（5）： 38-40.

[16]鄭環(huán)達(dá)， 鄭禹忠， 岳成君， 等. 超臨界二氧化碳流體染色工程化研究進(jìn)展[J]. 精細(xì)化工， 2018， 35（9）： 1449-1456.

ZHENG Huanda， ZHENG Yuzhong， YUE Chengjun， et al. Research progress on engineering technology of supercritical carbon dioxide fluid dyeing[J]. Fine Chemicals， 2018， 35（9）： 1449-1456.

[17]KIM T， SEO B， PARK G， et al. Effects of dye particle size and dissolution rate on the overall dye uptake in supercritical dyeing process[J]. The Journal of Supercritical Fluids， 2019， 151： 1-7.

[18]SCHMID A， BACH E， SCHOLLMEYER E. Supercritical fluid dyeing of cotton modified with 2， 4， 6-trichloro-1， 3， 5-triazine[J]. Coloration Technology， 2003， 119（1）： 31-36.

[19]ZCAN A S， CLIFFORD A A， BARTLEK D， et al. Dyeing of cotton fibers with disperse dyes in supercritical carbon dioxide[J]. Dyes and Pigments， 1998， 36（2）： 103-110.

[20]陳璐怡. 棉和羊毛在非水溶劑中的活性染料循環(huán)染色[D]. 上海： 東華大學(xué)， 2015.

CHEN Luyi. Recyclable Reactive Dyeing of Cotton and Wool in Non-Aqueous Solvents[D]. Shanghai： Donghua University， 2015.

[21]賈凱凱， 陳支澤， 楊一奇. 棉筒子紗活性染料有機溶劑染色[J]. 印染， 2016， 42（1）： 1-4.

JIA Kaikai， CHEN Zhize， YANG Yiqi. Cotton package dyeing with reactive dyes in organic solvents[J]. Dyeing and Finishing， 2016， 42（1）： 1-4.

[22]阮馨慧. 棉在有機溶劑中的活性染料染色及其環(huán)境影響評價[D]. 上海： 東華大學(xué)， 2016.

RUAN Xinhui. Non-Aqueous Dyeing of Cotton with Reactive Dyes in Organic Solvents and Its Environmental Impacts[D]. Shanghai： Donghua University， 2016.

[23]FU C C， TAO R， WANG J P， et al. Water-saving aftertreatment of reactive dyed cotton fabrics in D5 Medium[J]. Journal of the Textile Institute， 2015， 107（6）： 1-5.

[24]鄧勇， 張玉高， 王際平. 一種免濕后處理的活性染料非水溶劑染色方法： CN 201510053852. 1[P]. 2015-05-06.

DENG Yong， ZAHNG Yugao， WANG Jiping. A non-aqueous solvent dyeing method of reactive dyes without moisture post-treatment： CN 201510053852.1[P]. 2015-05-06.

[25]周小明， 張玉高， 陳玉洪， 等. 一種免水洗活性染料非水溶劑染色方法： CN 201610634616. 3[P]. 2016-03-08.

ZHOU Xiaoming， ZHANG Yugao， CHEN Yuhong， et al. A non-aqueous solvent dyeing method with water-free reactive dyes： CN 201610634616.3[P]. 2016-03-08.

[26]CHEN L， WANG B， RUAN X， et al. Hydrolysis-free and fully recyclable reactive dyeing of cotoon in green， non-nucleophilic solvents for a sustainable textile industry[J]. Journal of Cleaner Production， 2015， 107： 550-556.

[27]周浩， 杭彩云， 何瑾馨. 乙醇-水體系中活性染料無鹽低堿染色技術(shù)的探索[J]. 染料與染色， 2014， 51（6）： 27-31.

ZHOU Hao， HANG Caiyun， HE Jinxi. Investigation on reactive dyeing with salt-free and low-alkali in ethanol-water system[J]. Dyestuffs and Coloration， 2014， 51（6）： 27-31.

[28]賈凱凱， 陳支澤， 楊一奇. 棉筒子紗活性染料有機溶劑染色[J]. 印染， 2016， 42（1）： 1-4.

JIA Kaikai， CHEN Zhizhe， YANG Yiqi. Organic solvent dyeing of cotton cheese yarn with reactive dyes[J]. Dyeing and Finishing， 2016， 42（1）： 1-4.

[29]LITTLE A， CHRISTIE R M. Textile applications of photochromic dyes Part 5： Application of commercial photochromic dyes to polyester fabric by a solvent-based dyeing method[J]. Coloration Technology， 2016， 132（4）： 304-309.

[30]李艷玲， 董永春， 易世雄， 等. 反膠束技術(shù)在染整加工中的應(yīng)用進(jìn)展[J]. 印染， 2014， 40（11）： 48-53.

LI Yanling， DONG Yongchun， YI Shixiong， et al. Progress on reversed micelles technology in wet processing of textiles[J]. Dyeing and Finishing， 2014， 40（11）： 48-53.

[31]SAWADA K， UEDA M. Adsorption and fixation of a reactive dye on cotton in non-aqueous systems[J]. Coloration Technology， 2003， 119（3）： 182-186.

[32]LEE C H， TANG A Y L， WANG Y M， et al. Effect of reverse micelle-encapsulated reactive dyes agglomeration in dyeing properties of cotton[J]. Dyes and Pigments， 2019， 161： 51-57.

[33]TANG A Y L， KAN C W. Non-aqueous dyeing of cotton fiber with reactive dyes： A review[J]. Coloration Technology， 2020， 136（3）： 214-223.

[34]YI S X， DONG Y C， LI B， et al. Adsorption and fixation behavior of CI Reactive Red 195 on cotton woven fabric in a nonionic surfactant Triton X-100 reverse micelle[J]. Coloration Technology， 2012， 128（4）： 306-314.

[35]WANG Y M， LEE C H， TANG Y L， et al. Dyeing cotton in alkane solvent using polyethylene glycol-based reverse micelle as reactive dye carrier[J]. Cellulose， 2016， 23（1）： 965-980.

[36]萬偉， 劉今強， 李莎， 等. D5反膠束體系的制備及其增溶特性的研究[J]. 應(yīng)用化工， 2009， 38（10）： 1417-1420.

WAN Wei， LIU Jingqiang， LI Sha， et al. Study on the preparation of D5 reverse micelle system and its solubilizing properties[J]. Applied Chemical Industry， 2009， 38（10）： 1417-1420.

[37]朱振旭. 活性染料在非極性介質(zhì)中染色及機理研究[D]. 杭州： 浙江理工大學(xué)， 2017.

ZHU Zhenxu. Study on Dyeing and Mechanism of Reactive Dyes in Non-polar Medium[D]. Hangzhou： Zhejiang Sci-Tech University， 2017.

[38]馬俊然， 胡敏干， 周嵐， 等. 棉纖維靛藍(lán)染料/液蠟體系染色工藝[J]. 染整技術(shù)， 2019， 41（2）： 45-50.

MA Junran， HU Mingan， ZHOU Lan， et al. Dyeing process of cotton fiber with indigo dye/liquid paraffin system[J]. Textile Dyeing and Finishing Journal， 2019， 41（2）： 45-50.

[39]朱振旭， 周嵐， 黃益， 等. 棉織物的活性染料/液體石蠟體系無鹽節(jié)水染色[J]. 染整技術(shù)， 2017， 39（3）： 52-57.

ZHU Zhenxu， ZHOU Lan， HUANG Yi， et al. A water-saving and salt-free dyeing of cotton fabrics with reactive dye/liquid paraffin system[J]. Textile Dyeing and Finishing Journal， 2017， 39（3）： 52-57.

[40]AN Y， MA J R， ZHU Z X， et al. Study on a water-saving and salt-free reactive dyeig of cotton fabrics in non-aqueous medium of liquid paraffin system[J]. The Journal of The Textile Institute， 2020， 111（10）： 1538-1545.

[41]GUI M M， LEE K， BHATIA S. Feasibility of edible oil vs. non-edible oil vs. waste edible oil as biodiesel feedstock[J]. Energy， 2008， 33（11）： 1646-165.

[42]AHMAD T， BELWAL T， LI L， et al. Utilization of wastewater from edible oil industry， turning waste into valuable products： A review[J]. Trends in Food Science & Technology， 2020， 99： 21-33.

[43]LIU L Y， MU B N， LI W， et al. Semistable emulsion system based on spent cooking oil for pilot scale reactive dyeing with minimal discharges[J]. ACS Sustainable Chemistry & Engineering， 2019， 7（16）： 13698-13707.

[44]LIU L Y， MU B N， LI W， et al. Cost-effective reactive dyeing using spent cooking oil for minimal discharge of dyes and salts[J]. Journal of Cleaner Production， 2019， 227（1）： 1023-1034.

[45]LUO Y N， PEI L J， ZHANG H J， et al. Improvement of the rubbing fastness of cotton fiber in indigo/silicon non-aqueous dyeing systems[J]. Polymers， 2019， 11（11）： 1854.

[46]REDDY M， LOONEY R， UTELL M. Modeling of human dermal absorption of octamethylcy clotetrasiloxane （D4） and decamethylcy clopentaasiloxane （D5）[J]. Toxicological Sciences， 2007， 99（2）： 422-431.

[47]FU C C， TAO R， WANG J P， et al. Water-saving aftertreatment of reactive dyed cotton fabrics in D5 medium[J]. Journal of The Textile Institute， 2015， 107（6）： 1-5.

[48]PEI L J， LIU J， CAI G， et al. Study of hydrolytic kinetics of vinyl sulfone reactive dye in siloxane reverse micro-emulsion[J]. Textile Research Journal， 2017， 87（19）： 2368-2378.

[49]高先云， 劉今強， 李永強. D5洗滌對織物性能的影響[J]. 浙江理工大學(xué)學(xué)報， 2007（1）： 6-10.

GAO Xianyun， LIU Jinqiang， LI Yongqiang. The impact of D5-washing on the fabric performance[J]. Journal of Zhejiang Sci-Tech University， 2007（1）： 6-10.

[50]萬偉， 李莎， 魯鳳鳴， 等. D5反膠束體系活性染料染色研究[J]. 浙江理工大學(xué)學(xué)報， 2010， 27（5）： 697-702.

WAN Wei， LI Sha， LU Fengming， et al. Study on the reactive dyeing in D5 reverse micelle system[J]. Journal of Zhejiang Sci-Tech University， 2010， 27（5）： 697-702.

[51]李深正. 滌綸纖維以D5為介質(zhì)的分散染料非水染色研究[D]. 杭州： 浙江理工大學(xué)， 2012.

LI Shenzheng. Study on the Dyeing of PET Fiber with Disperse Dyes in D5 Media[D]. Hangzhou： Zhejiang Sci-Tech University， 2012.

[52]LIU J Q， MIAO H L， LI S Z， et al. Non-aqueous dyeing of reactive dyes in D5[J]. Advanced Materials Research， 2012， 441： 138-144.

[53]FU C C， WANG J P， SHAO J Z， et al. A non-aqueous dyeing process of reactive dye on cotton[J]. Journal of The Textile Institute， 2015， 106（2）： 152-161.

[54]魯鳳鳴， 繆華麗， 李深正， 等. 陽離子染料在D5反相微乳體系中的染色性能研究[J]. 浙江理工大學(xué)學(xué)報， 2011， 28（6）： 836-840.

LU Fengming， MIAO Huali， LI Shenzheng， et al. Study on the cationic dyeing in D5 reverse microemulsion system[J]. Journal of Zhejiang Sci-Tech University， 2011， 28（6）： 836-840.

[55]PEI L J， LUO Y N， GU X M， et al. Diffusion mechanism of aqueous solutions and swelling of cellulosic fibers in silicone non-aqueous dyeing system[J]. Polymers， 2019， 11（3）： 411.

[56]PEI L J， LIU J J， GU X M， et al. Adsorption kinetic and mechanism of reactive dye on cotton yarns with different wettability in siloxane non-aqueous medium[J]. The Journal of The Textile Institute， 2019， 111（7）： 925-933.

[57]SAWADA K， UEDA M. Adsorption behavior of direct dye on cotton in non-aqueous media[J]. Dyes and Pigments， 2003， 58（1）： 37-40.

[58]裴劉軍， 王際平， 張紅娟. 一種適用于滌棉混紡織物的一浴兩步法染色工藝： CN 202110096219.6[P]. 2021-05-25.

PEI Liujun， WANG Jiping， ZAHNG Hongjuan. One bath two-step dyeing process suitable for polyester cotton blended fabric： CN 202110096219.6[P]. 2021-05-25.

[59]PEI L J， LIU J J， WANG J P， et al. Study of dichlorotriazine reactive dye hydrolysis in siloxane reverse micro-emulsion[J]. Clean Prod， 2017， 165： 994-1004.

[60]LUO Y N， PEI L J， WANG J P， et al. Sustainable indigo dyeing and improvement of rubbing fastness of dyed cotton fiber using different fixing agents for obtaining eco-friendly cowboy products[J]. Journal of Cleaner Production， 2020， 251： 119728.

[61]李棟. 棉纖維的靛藍(lán)染料/D5體系一次染深色技術(shù)研究[D]. 杭州： 浙江理工大學(xué)， 2016.

LI Dong. Study on One-Time Dyeing Technology for Deep Shade Cotton Fibers Using Indigo/D5 System[D]. Hangzhou： Zhejiang Sci-Tech University， 2016.

[62]SALEEM A M， PEI L J， SALEEM M F， et al. Sustainable dyeing of nylon with disperse dyes in decamethylcyclopentasiloxane waterless dyeing system[J]. Clean Prod， 2020， 276： 123258.

[63]KOH J， KIM H J， LEE B S， et al. Effect of acid donors on the dyeing of nylon fiber with acid milling dyes[J]. Fibers and Polymers， 2018， 19（12）： 2533-2540.

[64]LUO Y N， PEI L J， ZHANG H J， et al. Improvement of the rubbing fastness of cotton fiber in indigo/silicon non-aqueous dyeing systems[J]. Polymers， 2019， 11（11）： 1854-1864.

[65]PEI L J， WU P， LIU J J， et al. Effect of nonionic surfactant on the micro-emulsifying water in silicone media[J]. Surfactants Deterg， 2016， 20： 247-254.

[66]SALEEM M A， PEI L J， SALEEM M F， et al. Sustainable dyeing of nylon fabric with acid dyes in decamethylcyclopentasiloxane （D5） solvent for improving dye uptake and reducing raw material consumption[J]. Journal of Cleaner Production， 2021， 279： 123480.