O.He?，M.Korger，B.Mahltig

下萊茵應(yīng)用技術(shù)大學(xué) FTB-紡織服裝研究所(德國)

棉是最重要的天然纖維。然而，棉織物的生產(chǎn)需消耗大量的水。棉織物主要生產(chǎn)國有中國、美國、印度、土耳其和巴基斯坦。巴基斯坦因其特殊的干旱氣候，對(duì)耗水量大的工藝非常敏感。紡織品生產(chǎn)的工藝步驟特別容易對(duì)環(huán)境產(chǎn)生影響，主要包括生產(chǎn)纖維原料時(shí)棉植株的培養(yǎng)，以及紡織品整理和染色加工過程。充足的水對(duì)紡織品從棉紡廠到最后的成衣這整個(gè)工藝過程而言至關(guān)重要。

在大多數(shù)產(chǎn)棉國家，人口不斷增長、消費(fèi)行為不斷變化，以及氣候改變等因素是影響水供應(yīng)和水品質(zhì)的不利因素。因此，耗水量成為關(guān)注的焦點(diǎn)，尤其是棉織物生產(chǎn)和加工過程中的水耗。2015年，聯(lián)合國提出《2030可持續(xù)發(fā)展議程》，更加突顯了“水限制”的重要性。17項(xiàng)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)(SDGs)融入這一議程。其中，第六項(xiàng)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)(SDG 6)直接瞄準(zhǔn)“水限制”主題，尤其是水的可用性及其可持續(xù)應(yīng)用。紡織品整理和染色領(lǐng)域面臨的重要挑戰(zhàn)是減少水耗和廢水。進(jìn)一步的研究重點(diǎn)在于能耗和危險(xiǎn)化學(xué)品的使用。巴基斯坦作為擁有大型棉織物生產(chǎn)和加工能力的國家之一，其紡織生產(chǎn)行業(yè)通常無法獲得用于農(nóng)業(yè)的地表水。因此，該行業(yè)主要通過使用地下水滿足對(duì)水的需求。地下水資源被大量用于工業(yè)，導(dǎo)致這些區(qū)域的地下水位下降，同時(shí)地下水品質(zhì)降低。

在有限的水資源背景下，是否可以降低棉織物活性染料染色工藝中的用水量這一研究問題被提出。在目前的研究中，研究者已經(jīng)評(píng)估和優(yōu)化了活性染料染色過程中不同的生產(chǎn)綜合措施，如表1所示。所有研究均采用棉針織面料進(jìn)行，使用巴基斯坦用于棉織物黑色染色的典型浸染工藝作為代表性案例研究。該浸染工藝的持續(xù)時(shí)間通常為8～10 h。

染色過程中，漂洗工藝用水更換了數(shù)次，這導(dǎo)致水耗非常高。采用德國CHT 公司提供的各種Bezaktiv染料，在德國Thies公司提供的iMaster型工業(yè)染色機(jī)上進(jìn)行染色，工藝P1～P4均采用iMaster型染色機(jī)染色。使用瑞士Mathis 公司提供的JFL染色機(jī)在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行了額外的染色試驗(yàn)。

基于成熟的巴基斯坦染色工藝(P0)，采用不同的Bezaktiv染料重復(fù)染色試驗(yàn)并改善染色工藝。其中，P1染色工藝與P0染色工藝基本相同，只是將染料改為Bezaktiv染料并采用了其他添加劑。使用優(yōu)化的染色配方(Bezaktiv Go 染料)對(duì)工藝P2、P3和P4進(jìn)行工藝優(yōu)化。最終可得，P4染色工藝的水耗量最低，且該工藝的染色配方中不使用漂白劑。即便不改變?nèi)旧に嚶肪€，選擇P1染色工藝進(jìn)行染色試驗(yàn)，也可實(shí)現(xiàn)8%的水耗降低率(表1)。采用P3染色工藝，水耗進(jìn)一步降低，每千克染色織物的耗水量從P0染色工藝的61 L降至僅37 L，降低了近40%。對(duì)于重200 g的黑色T恤而言，這意味著采用改進(jìn)后的染色工藝，耗水量可從12.0 L降低至7.4 L。表明通過改進(jìn)染色設(shè)備的染色工藝參數(shù)及染料配方，可大幅降低水耗。

表1 不同活性染料染黑色染色工藝概況及其對(duì)比

染色后的固色率通過分光光度計(jì)測(cè)定。為此，收集并過濾試驗(yàn)中的染色工藝廢水。其中，P3染色工藝廢水的測(cè)試結(jié)果如表2和圖1所示。測(cè)試過程中，采用蒸餾水以1∶10的比例稀釋并過濾廢水。此外，測(cè)試了純色染料(Velvet Black Go和Golden Yellow Go)水溶液的紫外-可見吸收光譜。結(jié)果表明，使用CHT公司的Bezaktiv Go染料(Velvet Black Go)染色時(shí)，固色率可達(dá)最大值，約為90%。與原始染色工藝(P1染色工藝)相比，固色率提高了10%。

表2 活性染料染色工藝廢水中的染料量(250 g棉針織面料使用12.5 g Velvet Black Go染色，P3染色工藝)

圖1 不同染料與染色工藝廢水的紫外-可見吸收光譜(P3染色工藝)

通過檢測(cè)黑色染料的用量可知，P3染色工藝廢水中的黑色染料量明顯較低。與原始染色工藝相比，優(yōu)化后的工藝廢水中，染料量減少了至少23%，且染色工藝時(shí)間短，與原始染色工藝的13 h相比，優(yōu)化后的工藝染色時(shí)間僅需約7 h。此外，因設(shè)備運(yùn)行時(shí)間縮短，工藝的能耗降低。

除優(yōu)化染色配方和工藝參數(shù)外，還可進(jìn)一步改良節(jié)水紡織品加工技術(shù)。通過使用Thies公司的商業(yè)染色機(jī)(iMaster染色機(jī))和具有新型測(cè)試技術(shù)的染色控制裝置，結(jié)合優(yōu)化的染色工藝可實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的節(jié)水(表3)。圖2為安裝在Thies公司染色機(jī)上的染料控制裝置DyeControl，該裝置可用于染色和漂洗過程的自動(dòng)測(cè)量，對(duì)染色和整理過程中的用水量進(jìn)行單獨(dú)調(diào)節(jié)，分析并同步測(cè)量漂洗、洗滌和染色浴過程。可視化的工藝曲線文檔既可以實(shí)現(xiàn)濁度控制，又有助于確定染浴中的染料濃度。由表3可知，與沒有染色控制設(shè)備的原始工藝(1號(hào)工藝)相比，使用優(yōu)化的染色控制設(shè)備后(2～4號(hào)工藝)，耗水量可減少19%，同時(shí)可縮短染色時(shí)間。

表3 使用和不使用染色控制裝置下不同黑色染色工藝對(duì)比

圖2 安裝于Thies染色設(shè)備上的染料控制裝置和流量測(cè)量裝置

對(duì)于服裝行業(yè)及其消費(fèi)者而言，他們最關(guān)心的是紡織品最終的著色質(zhì)量不會(huì)因上述工藝改良而下降。為此，分析所得黑色染色棉織物的色牢度性能，包括汗?jié)n色牢度、洗滌色牢度、摩擦色牢度和耐光色牢度。結(jié)果表明，與使用原始染色工藝獲得的染色織物相比，采用低水耗的改良型染色工藝，可獲得類似的染色色牢度。

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