1、2023 年第 2 期综述纺织产业是我国国民经济发展的重要支柱之一，对我国经济和社会的稳定及发展有重要的作用。众所周知，作为纺织产业链的终端，印染行业高耗能、高耗水已经成为纺织服装时尚产业发展的瓶颈。涤纶是重要的纺织原料，其断裂强度和断裂模量高、热稳定性优异、耐热性和耐光性好，具有良好的洗可穿性，同时还具有很好的抗有机溶剂、氧化剂性能以及较好的耐腐蚀性等1。据我国化纤工业协会的数据显示，2019年我国合成纤维产量为5 2794万吨，其中涤纶占比近90。因此，本文从节能减排的生态加工技术出发，重点阐述了当前涤纶分散染料无水染色技术存在的问题和未来的发展趋势。1涤纶传统染色存在的问题染色是整个纺织
2、服装时尚产业链中不可或缺、高附加值的核心部分。传统的涤纶染色以水为介质，染色时要加入多种辅助染色的化合物，染色后还要进行还原清洗，在此过程中消耗了大量的水和化学品。排放的废水中还含有各种表面活性剂和未上染的染料，采用污水后处理方法并不能有效解决污染物排放问题，同时还会大大增加染色成本。现在印染行业面临的涤纶分散染料无水染色研究进展基金项目：上海市青年科技英才扬帆计划（21YF1416000）；浙江省清洁染整技术研究重点实验室开放项目（QJRZ1901）；新疆建设兵团科技局重大项目（2019A0001）。作者简介：胡钒（1998），女，硕士研究生。主要从事染料结构与其性能关系研究。通讯作者：张红
3、娟（1990），女，讲师，博士。Email：hjzsueseducn。胡钒1，2，张红娟1，2，王际平1，2摘要：涤纶传统水浴染色存在高耗水、高排放、高污染的技术难题，严重制约了纺织行业的可持续发展。文中着眼于涤纶分散染料的无水染色方法，着重介绍有机溶剂染色、超临界二氧化碳流体染色、硅基介质染色等技术，分析各个新型染色技术的优点与不足，以期能够改变涤纶传统水浴染色的三高现状，为涤纶分散染料生态染色技术的发展提供新思路。关键词：分散染料；无水染色；有机溶剂染色；超临界二氧化碳流体染色；硅基介质染色中图分类号：TS 190.6文献标志码：B文章编号：1000-4033（2023）02-0084-0
4、6Research Progress of Water-free Dyeing of Disperse DyesHu Fan1，2，Zhang Hongjuan1，2，Wang Jiping1，2（1School of Textile and Fashion，Shanghai University of Engineering Science，Shanghai 201620，China；2Shanghai Engineering Research Center for Clean Production of Textile Chemistry，Shanghai University of En
5、gineeringScience，Shanghai 201620，China）Abstract：Traditional water bath dyeing of polyester has technical problems，such as high water consumption，high emission and high pollution，which seriously restrict the sustainable development of textile industry Based onwater-free dyeing methods of polyester dy
6、ed with disperse dye，this article introduces the organic solvent dyeing，supercritical carbon dioxide dyeing and silicone medium dyeing technology，and analyzes the advantages andshortcomings of different new dyeing technologies The aim is to change the three highs problems of traditionaldyeing for po
7、lyester，and provide a new thought for the development of ecological dyeing technologyKey words：Disperse Dyes；Waterless Dyeing；Organic Solvent Dyeing；Supercritical Carbon Dioxide Dyeing；Silicone Medium Dyeing（1上海工程技术大学 纺织服装学院，上海201620；2上海工程技术大学 上海纺织化学清洁生产工程技术研究中心，上海201620）842023 年第 2 期综述不仅仅是一个能否可持续发展
8、的问题，更是一个能否生存的问题。随着中国经济由高速度增长转向高质量增长的发展模式，高耗水、高排放、高污染的传统染色方法亟须改变2。为进一步促进纺织行业的生态可持续发展，寻求新的染色介质去实现涤纶分散染料无水染色成为行业科技发展的研究重点3。2无水染色工艺的发展无水染色技术是指选用非水染色介质对涤纶纤维进行染色的方法，目前常用的无水染色方法包括有机溶剂染色、超临界CO2流体染色、真空升华染色等46。21有机溶剂染色关于有机溶剂染色的研究最早开始于德国。在1908年，德国的科学家们就发表了有关溶剂染色的文章，奠定了后续溶剂染色发展的基础，其后的研究涉及了加工工艺、对象、设备、染料等78。有机溶剂染
9、色可以解决涤纶织物染色时的低聚物问题，在以往的传统水浴染色过程中，由于低聚物不易溶于水，涤纶高温高压染色时析出的低聚物很容易造成染色疵点，不仅影响产品色泽、色牢度，还会沾污染色设备，降低生产效率9，而低聚物容易溶于有机溶剂，采用溶剂染色技术可以避免上述问题。早期被选为染色介质用于合成纤维染色的溶剂大多是氯代烃类化合物10-11，其中关于四氯乙烯和三氯乙烯的研究最多。四氯乙烯用于染色有很多独特的优点，如较短的染色时间、较少的助剂以及整合操作的可能性（如煮练、染色和整理可以缩减成一个步骤，既降低了操作成本，又提高生产效率12）。但是分散染料在四氯乙烯中的溶解度比较高，高的溶解度导致了染料对纤维的上
10、染率较低，增加了染料的浪费和污水处理的难度，不能满足生产要求。同时四氯乙烯极易挥发，美国联邦清洁空气法案中已经明确公布其为有毒空气污染物，暴露其中会对中枢神经系统产生影响。基于这些原因，四氯乙烯已经不再被作为非水染色介质用于纤维的染色。Kim et al13测试了分散染料在29种溶剂中的吸附和溶解性能。结果发现该染料在烷烃类介质中对纤维的吸附性能要高于其他溶剂，而且当烷烃中碳原子数目减少时，染料的吸附量也会相应增加，研究还发现染料在涤纶上的吸附量与在溶剂中的溶解度呈线性反比关系。但是烷烃类溶剂沸点均相对较低，有些甚至还是汽油中的主要成分，存在易燃易爆的安全隐患问题，后期也逐渐被淘汰。Xu et
11、 al3将液体石蜡作为染色介质研究了分散染料对涤纶纤维的染色性能，结果发现染色温度为130.00、浴比为151时，染料在纤维中的上染量达到最大，并且染色后织物色牢度可以满足应用要求，但在此条件下染料的上染率仅为43。研究还发现在液体石蜡染色体系中，染色后织物表面的低聚物含量明显降低，由原先021下降到002，并且在一定的循环次数内，因染浴循环使用而引起的低聚物累积不会影响染色织物的成品质量。但因为分散染料在液体石蜡中对涤纶纤维的上染率太低，只有加大染料浓度才能获得深色效果，导致分散染料的大量浪费，同时也增加了污水处理难度，还会进一步增加染色成本。Pawar et al14将氯化胆碱和尿素制成深
12、共晶溶剂（DES），将其作为涤纶织物染色的介质。在试验中用CI分散蓝56、CI分散橙30和CI分散红82在不同的温度、染料浓度、酸碱度下对涤纶进行染色，所述共溶剂及染料分子结构式如图1所示。结果发现：用此方法染色获得的涤纶纤维，各项色牢度优于传统水浴下染色的涤纶。同时，XRD图谱和拉伸性能也证明了染色 前 后 聚 酯 纤 维 结 构 几 乎 不 受DES介质的影响。此外，DES代替水作为染色介质后，聚酯纤维的热稳定性也未发生明显变化。虽然溶剂染色可以取得令人满意的染色结果，还能降低低聚物对染色织物色牢度及染色设备的影响，但由于分散染料在大多数溶剂介质中的溶解度偏高，导致染色过程中染料在织物上的
13、分配率降低，造成大量染料残留在染色介质中，利用率低且难以处理。极性强的溶剂对染料的溶解度低，虽然一定程度上可增加染料上染率，但是汽化热及传热系数也随着极性增大而增加，蒸发速度相应变慢14-15，导致后续溶剂回收的难度也随之增加。另外溶剂染色对防火及染料类别也有更苛刻的要求，这些因素图1分子结构式NCH3CH3CH3+H2OCl-（a）氯化胆碱COH2N NH2（b）尿素O2NClNNNCH2CH2OCOCH3CH2CH2CN（c）C.I.分散橙30O2NClNNN（C2H4OCOCH3）2Cl（e）C.I.分散红82（d）C.I.分散蓝56OHONH2NH2OOHBr852023 年第 2 期
14、综述也制约了溶剂染色的发展。22超临界CO2流体染色超临界CO2流体染色技术是以超临界态CO2作为染色介质进行涤纶纤维着色的一种染色技术。由于超临界CO2本身生态环保，在染色过程中很大程度上降低了化学助剂的使用频率，因此是当前印染行业研究的一个热点。在进行染整时，基于相似相溶的原理，CO2流体会先溶解单分子染料或整理剂，再进一步通过高压泵的作用流动至纤维表面附近，随后借助染料或整理剂的分子间作用力不断扩散吸附到纤维表面，让纤维内外存在浓度或化学位的差异，从而完成染料分子向纤维内部扩散转移的染整过程16。为了提高染料利用率以及推动超临界CO2流体的进一步应用，目前该染色技术的主要研究内容集中在分
15、散染料溶解度测定、染色用设备改进等方面。221分散染料溶解度研究染色过程中，染料在染色介质中的溶解行为与染料在纤维表面及内部的吸附速率、扩散速率及上染率密切相关，并会进一步影响纺织面料的颜色性能与染色质量17。为了提高无水染色体系中涤纶纤维的染色效果及染色品质，准确预测分散染料在超临界CO2中的溶解度规律和探究分散染料结构与溶解度的关系，并适当增加染料在该体系中的溶解度来获得更高的上染率变得极为重要。目前，Yamini et al18通过研究分散黄184、分散黄232及其改性染料（染料结构如图2所示）在超临界CO2流体中的溶解度发现，与分散黄184相比，改性分散黄184溶解度从002106mo
16、l/mol升高到909106mol/mol（温度为3485，压力为121 MPa）和从109106mol/mol升高到2057106mol/mol（温度为7485，压力为355 MPa），这与分子内氢键减弱了溶质与溶质之间的相互作用有关；同样存在氢键的条件下，相比于改性分散黄184，分 散 黄232的 溶 解 度 从909106mol/mol降低到047106mol/mol（温度为3485，压力为121 Mpa）和从2057106mol/mol降低到770106mol/mol（温度为7485，压力为355 Mpa），这与分散黄232共轭结构中Cl基代替了CH3有关，说明通过改变染料分子结构可以有效调控分散染料在超临界CO2流体中的溶解度。Alwi et al19以压力125250MPa、温度50.00110.00 作为试验条件，测定了CI分散紫1和CI溶剂蓝59在超临界CO2中的溶解度，结果显示：烷胺基、NH2与染色介质超临界CO2之间的相互作用力明显不同，与NH2相比，烷胺基能更有效地提升双取代蒽醌染料在染色介质中的溶解度，因而CI溶剂蓝59在超临界CO2中具有更高的溶解性能。通过进