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紡織化學發展之趨:天然化、高技術和環境親密型

發布日期:2017-07-24 作者: 點擊:

目前,世界眾多學術著作從數個領域深入研究,如何讓天然染料成為合成染料的替代品。原因是,環境問題包括汙水處理、削減汙染源;而染料的應用研究,如無水染色,新型染色助劑,數碼印染等等的發展也日新月異。已有眾多研究成果獲得美國紡織化學與染色師協會(AATCC)的重視,其中有大量媒體刊載了相關學術成果,如《染色技術》、《染色》、《纖維與聚合物》、《紡織研究》、《紡織學院》等雜誌,及由AATCC主辦的研究雜誌。這些行業刊物涵蓋了讀者感興趣的熱點問題,還包括基礎性研究和應用性研究。

  天然染料研究

  天然染料能分解生物,可再生,無毒,尤其可用於有嚴格安全性和毒理學標準的食品、藥品、化妝品等等。這樣的染料是合成染料環境親密型替代品。以上特性更加激發了行業專家對天然染料的研究。

  盡管專家們也把絲綢印染技術作為研究的對象,但棉纖維仍是天然染料在紡織品應用中的主要對象。該研究的過程包括四個關鍵步驟:植物的提取、媒染、漂洗、染色。尤其第二步驟至關重要,因為天然染料本身很難與紡織品融合,必須通過介質實現染色。

  最新研究包括在棉纖維上使用的天然染料噴墨印花,其原料主要來自胭脂樹、兒茶等等。研究評估表明,精加工的植物色素具有很強的耐洗度、耐摩擦和耐光性,色牢度也非常理想。例如,除了傳統的介質外,從胭脂樹提取的染料可用於黃麻染色,利用介質汞可獲得較好的耐洗度,因為後媒染與無機媒染劑會讓色量與色牢度很好的融合。據報道,近期世界染料行業將一種稱為茜素的染料應用於毛織品,用膨脹粘土媒染劑代替傳統的媒染劑。按3%-10%的水平進行預處理和後期處理,因為預處理略帶較好的耐洗牢度,而後期處理略帶較好的耐光性。

  活性染料研究

  目前,世界紡織品染色領域的重點是以鹽量最小化與降低染料汙染等級為目標,那麽染料尤其是活性染料的處理就成其為重頭戲。最近,另一種活性染料問世,它能促使廢水染色低度化,深度染色纖維的色牢度可提高。這項技術的商業價值還在研究中。此外,陽離子染色技術的出現使棉花染色又添新軍,它能提供亮色度,可使酸性染料再利用成為可能。相關研究還表明,聚合物與三聚氯氰活性物用來加工陽離子棉花已成為可能。

  由於新技術的發明與商業化,以超臨界二氧化碳為中介物,進行滌綸的無水染色已成為可能,這種方式越來越受到人們的重視。2013年AATCC舉行了專門會議,就最新的染色技術的發展進行了引薦。目前的發展已開辟出一條可持續的聚酯染色方法,其次是天然纖維的染色,比如用於棉花、毛織品的染色。據超臨界二氧化碳研究表明,建立一定規模的實驗室以研發分散紅74的織物繩染法更具有環保親密性。相比傳統染色工藝,繩染設備采用的染色工藝能降低成本,二氧化碳的回收利用率為92%-95%。

  其他染料應用研究還報道了一種分散染色的方法,即印染人造纖維的最新技術。這種分散性染料具有固定分散功能。

  新型數碼印花技術

  如今,把數碼印花技術應用於紡織已成為可能。眾所周知,此技術原用於標識、標記、技術紡織品、家用裝飾和底層染色。數碼印花油墨中含有酸性染料、分散顆粒、活性物質與色素等等。該技術可用於打印樣和采樣,其使用方法要比傳統更節約成本。數碼印花工藝學提供了係列染色,如3色(CYM)、4色(CMYK),乃至5、6、7和8擴展色域,全色匹配可滿足不斷發展的市場需求。業界認為,此項技術是印染技術的革命,因為它提供了不適用傳統方法的發展潛力,其中包括無限色彩、色調圖形、無限重複尺寸、快速和頻繁的設計變化、高精度的精細線條圖案、低成本小批量生產、大規模定製、高清晰度和有趣的數碼印花攝影品質。印染打印頭的問世又促使紡織印染技術如虎添翼,打印頭不僅允許帶顏料和染料墨印花,而且還使高速轉屏,使印染效率大大提高。

  近期的相關法規

  談及染料科學,相關法規必不可少。美國就曾發生過這樣的慘劇。一家染料公司投產幾年後,發現工廠內的工人逐一患上了膀胱腫瘤。經查發現,這是由於在生產偶氮染料時,工人長期暴露在芳香胺化合物環境中,如聯苯胺、β-萘胺等直接致癌物環境下所致。隨之,該公司被勒令停產。後來表明,偶氮染料如直接黑38可在哺乳動物係統進行新陳代謝,但聯苯胺在歐盟《2002/61/EC指南》中已明令禁止。值得關注的是,芳香胺會從偶氮染料中釋放出與DNA發生反應,產生突變的正氮離子,成為導致人體惡性腫瘤形成的先決條件。

  由於這類危害物,相關的國際研究和法規政策越來越多也越來越嚴厲,如《加拿大環境保護條例1999》、《國際癌症研究機構(IARC)專著99》、《化學品注冊、評估、授權和限製》等政策與法規不斷出台。《加拿大環境保護條例》涵蓋了製造或進口到加拿大的化學物質,並特別關注偶氮酸、堿性染料、直接染料、分散性染料、金屬絡合染料、活性染料等等。國際癌症研究機構也加強了覆蓋全人類的致癌風險評價。《化學品的注冊、評估、授權和限製》涵蓋了製造或進口歐盟的化學物質,此外,幾乎所有的西方國家都高度關注151種化學物質的使用。

  2010年,IARC研究出重大成果,即指明,聯苯胺染料本身屬於直接的致癌物。其中的對二胺基聯苯與聯苯胺染料同屬於致癌物,這一發現表明,這樣的化學染料實際上已被禁止使用。

  2015年《加拿大環境保護條例》提出另一報告,即對61種偶氮染料和8種偶氮型活性染料的篩檢評價。這69種物質組成兩組芳香族偶氮。基於結構的相似度和應用,以聯苯胺為基礎的物質分組評估,作為加拿大政府物質分組活動的化學物質管理計劃的一部分。在這個分組中染料被視為優先評估分類標準,因為它們滿足了加拿大《環境保護法1999第73條》的分類標準,或基於他人健康問題優先考慮。最終得出的結論是,這69種染料不符合CEPA1999製定的第64節中的任何標準。

  《化學品注冊、評估、授權和限製》即歐盟相關的最權威的法規,它擁有最新最廣泛的類型。該法規旨在保護人類健康和環境安全,保持和提高歐盟化學工業的競爭力,也旨在促使產生風險評估的其它方法,以減少在動物體內測試的頻率。西方公司每年若生產或進口超過1噸這類化學物質,就要負責收集關於這些物質的性能和使用情況。他們還必須對每一種物質的危害和潛在風險作出評估。所有的信息將通過含有危險資料的登記檔案輸入歐洲化學品管理局。該機構將評估使用化學品帶來的危險,並采取更嚴格的控製措施。化學物質管理計劃與每個注冊的物質密切相關。

  未來之路

  紡織染化無論使用天然或人造染料,都有各自的專門用途。在任何意義上,前者都不可能完全取代後者,因其優勢:色牢度,易於生產和應用。同樣,數碼印花技術、二氧化碳染料在未來的十年裏都有很大的潛力,它成為關鍵的染色開發技術。如今,印染速度和神奇的圖案紛紛來自數碼技術,這與二氧化碳印染技術密不可分。而業界對無水印染的強烈興趣又與二氧化碳印染技術具有千絲萬縷的聯係。若天然纖維真的能有效且無毒無害的印染,並利用超臨界流體二氧化碳介質,若這樣,這將是印染技術的曆史性突破。

  這裏提到的環境法規都是圍繞著色劑和染色展開。任何相關法規的出現都好似在阻礙染色工業技術的商業化進程,但人們更多的看到了,全世界越來越嚴格的環保要求,相信業界擁有更多智慧為事業提供發展的契機。

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