染色方法的控制与环保规范

纺织品的染色（dyeing）是指用染料对纺织品进行加工，从而获得颜色的过程。染色离不开染料，染料是能使纺织品等物质获得鲜明而坚牢颜色的有色物质。

纺织品的染色需满足以下条件：

（1）所染得的颜色要与色样相符，且染色的均匀性和重现性要好。色样通常由客户提供，染色后的染品与色样的色差应控制在指定范围内，而且各批次染品之间的色光要保持一致。

（2）所染得的颜色要有一定的牢度。染色牢度是指纺织品上的染料经受各种因素的作用而能保持原有色泽的能力，常见的染色牢度包括耐日晒色牢度、耐皂洗色牢度、耐摩擦色牢度、耐汗渍色牢度、耐熨烫色牢度、耐干洗色牢度等。

（3）染色要符合生态环保的要求。这意味着从染色生产、染品使用到废水废气的排放等全部过程都要符合环保法规，对生态环境和人体健康无害或危害极小，并易于资源的回收和再利用。

纺织品种类繁多，分布广泛。按纺织品存在形态的不同可分为以下几大类别。

（1）纤维（fiber）。主要有短纤维和长丝两种形式。

（2）纱线（yarn）。纺织纤维经纺纱加工而成“纱”，两根或两根以上的单纱合并加捻而成“线”。纱线存在形式也多种多样，如筒子纱、绞纱、经轴纱线等。

（3）机织物（woven fabric）。也称梭织物，是指由相互垂直排列的一组经纱和一组纬纱在织机上按一定规律交织而成的织物。机织物一般结构坚实，形态稳定，强度高，耐磨性好，但其柔软性、弹性和透气性不如针织物。机织物按组织结构的不同可分为平纹、斜纹、缎纹等大类品种，一般用来做衬衫和外套、裤子、时装类的服装，目前市场上80%的服装用织物是机织物。

（4）针织物（knitted fabric）。是由一根或一组纱线在针织机的织针上弯曲形成线圈，并相互串套联结而成的织物。针织物又分为经编织物和纬编织物。针织物具有良好的延伸性和弹性，手感柔软，透气散湿，但针织物尺寸不稳定，易脱散、卷边、勾丝和起毛起球。针织物一般用来制作T恤衫、内衣、卫衣、运动服等服装。

（5）非织造布（non-woven fabric）。又称无纺布，是指定向或随机排列的纤维通过摩擦、抱合或黏合而相互结合制成的片状物、纤网或絮垫。近年来非织造布产品发展迅速，种类繁多，常见的有服装衬里、絮片、包装袋、餐巾纸、土工布、口罩、手术衣等。

纺织品常见的形态如图1-1所示。

图1-1　纺织品的各种形态

纺织品按其用途不同又可分为服装、家纺产品、产业用纺织品三大类别。各自包括的主要产品如表1-1所示。

表1-1　纺织品的产品种类

染色可以在纺织加工的任何阶段进行，也就是说，纺织品可以各种形态进行染色，如散纤维染色、纱线染色、织物染色、成衣染色等，因此染色加工可以渗透到各种纺织品领域，印染厂、色织厂、针织厂、牛仔布厂、毛纺厂、丝绸厂、毛巾厂、服装厂、鞋帽厂、产业用纺织品厂等各种纺织品生产企业往往设有染整车间，配以不同类型的纺织品为加工对象的染色设备。无论纺织品以何种形态存在，其所用的纤维适用的染料及其染色原理都是相同的，掌握了纤维和各种染料的结构与性能及其染色工艺技术，就能触类旁通。

根据纤维的化学结构特征可将常用的纺织纤维分为纤维素纤维、蛋白质纤维和合成纤维三大类别。不同类别的纤维所适用的染料类别不同。

（一）纤维素纤维及所用染料

纤维素纤维主要有天然纤维素纤维如棉（cotton）、麻（亚麻linen、苎麻ramie、黄麻jute、大麻hemp等）和再生纤维素纤维如黏胶（viscose）、铜氨（cuprammonium）、莫代尔（Modal）、莱赛尔（Lyocell）等纤维。纤维素纤维的结构特征是纤维大分子由β-D-葡萄糖剩基彼此以1，4-苷键连接而成，每个葡萄糖剩基上有三个羟基，纤维分子链呈线型平面结构。纤维素纤维属于亲水性纤维，具有较强的极性。染色时宜用极性较强、同平面性较好的染料染色。理想的染料分子应该具有如下特征：染色前染料分子小，且具有高度水溶性，以保证染料能够均匀进入纤维内部；染色后在纤维内部形成大的不溶性分子，或能与纤维形成共价键结合，以保证优良的染色牢度。

纤维素纤维染色可用的染料主要有直接染料、活性染料、还原染料、硫化染料、不溶性偶氮染料（也称冰染料）等。纤维素纤维的典型代表是棉纤维，因而这几类染料通常也被称为“棉用染料”。棉用染料分子一般具有狭长平面结构，分子上带有水溶性基团，赋予染料以水溶性，比如直接染料和活性染料分子上一般都带有两个或两个以上的磺酸基。但也有的棉用染料分子上并不含水溶性基团，染料不溶于水，如还原染料和硫化染料，染色时必须采用化学方法使之首先变成水溶性形式，上染纤维才能实现后续染色。

在棉用染料中，活性染料是性价比最高的染料。它不仅具有色谱齐全、色泽鲜艳、应用工艺较简单、适用性强等特点，而且可以和许多纤维（如蛋白质纤维、聚酰胺纤维等）形成共价键结合，是取代禁用染料和其他类型纤维素纤维用染料的最佳选择之一，因此受到了广泛关注，其消耗量名列棉用染料的首位。而其他类型的棉用染料尤其是直接染料和冰染料，由于部分品种属于可还原裂解出致癌芳香胺的偶氮染料或隐含有害的芳香胺而被禁用，正在滑向被淘汰的边缘。

（二）蛋白质纤维及所用染料

蛋白质纤维主要有天然蛋白质纤维如蚕丝（silk）、羊毛（wool）及其他动物纤维和蛋白复合纤维如大豆蛋白复合纤维（soybean protein）、牛奶蛋白复合纤维（milk protein fiber）、蚕蛹蛋白复合纤维（pupa protein）等。蛋白质纤维大分子由多种α-氨基酸剩基按照一定的顺序以肽键连接而成，分子主链上含有大量肽键，侧基上连有氨基、羧基、羟基、二硫键等极性基团，因此蛋白质纤维也属亲水性极性纤维。

蛋白质纤维染色可用的染料主要有酸性染料（又可细分为强酸性染料和弱酸性染料）、酸性媒介染料、酸性含媒染料以及活性染料。蛋白质纤维的典型代表是羊毛纤维，因而这几类染料通常也被称为“毛用染料”。毛用染料分子上一般含有阴离子基团，如酸性染料分子上都含有磺酸基，除了赋予染料以水溶性之外，还可在酸性条件下与蛋白质纤维分子形成离子键结合，如果需要较高的染色牢度，通常要增加染料分子的相对分子质量并提高疏水性结构部分的比例。酸性媒介染料和酸性含媒染料分子结构上都含有可与金属离子形成配位键结合的螯合中心；活性染料分子在一定的条件下可与蛋白质纤维生成共价键结合，由此提高染色牢度。

在毛用染料中，酸性媒介染料色泽鲜艳度虽然不如酸性染料，但其具有较好的耐光、耐洗和耐缩绒牢度，常用于深色染色。由于需用含金属铬离子的媒染剂，会对环境带来危害，近年来使用受到限制，Eco-label已明令禁止使用媒介染料。

（三）合成纤维及所用染料

合成纤维是以石油、天然气、煤焦油以及农副产品等非纤维性物质为起始原料，再经化学聚合、纺丝成型后加工而制成的纤维。合成纤维传统的品种主要有聚酯（polyester,PET）、聚酰胺（polyamide,PA）、聚丙烯腈（polyacrylonitrile）、聚丙烯（polypropylene,PP）、聚氨酯弹性（polyurathane elastic,PU）等纤维，其国内商品名称分别为涤纶、锦纶、腈纶、丙纶、氨纶，号称合成纤维“五大纶”。其他合成纤维还有聚乙烯醇缩醛化纤维（PVA，维纶）、聚氯乙烯纤维（PVC，氯纶）、聚乙烯纤维（PE，乙纶）等，目前很少用于服装，多用于产业用纺织品。近年来，合成纤维的品种不断丰富发展，如聚酯纤维家族中的聚对二甲酸丙二醇酯（PPT）、聚乳酸（PLA）、聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN）等；高性能纤维中的对位芳纶（PPTA）、间位芳纶（MPIA）、超高分子量聚乙烯（UHMWPE）、芳砜纶（PSA）、聚苯硫醚（PPS）、聚酰亚胺（PI）、聚苯并噁唑（PBO）、聚苯并咪唑（PBI）、聚吡啶苯并二咪唑（PIPD）等。

合成反应所用的单体不同，纤维分子主链上结构单元就不同，所适用的染料类别也就各有所异。

聚酯纤维以聚对苯二甲酸乙二酯为代表性品种（涤纶），属于疏水性纤维。分散染料是其染色的专用染料。因聚酯纤维应用广泛，所以分散染料耗用量大。为与聚酯纤维的疏水性相适应，分散染料也应是疏水性染料，难溶于水，但其分子结构中应含一个或一个以上的极性基团如—NH2、—OH、—NHR等，以增加染料对聚酯纤维的染着能力。

聚酰胺纤维（锦纶）的主要品种是聚己二酰己二胺（PA66）和聚己内酰胺（PA6）。其纤维大分子首尾的一个氨基和一个羧基都是亲水性基团，链中的酰氨基也具有一定的亲水性，因此聚酰胺纤维具有中等的吸湿性。染色所用的染料类别较为丰富，可用酸性染料、分散染料、阳离子染料以及活性染料染色。

聚丙烯腈纤维（腈纶）分子是丙烯腈、酯类单体和含羧基或磺酸基单体通过自由基聚合反应而生成的三元共聚物。阳离子染料是其染色的专用染料。染料结构中含有可在水中电离出带正电荷的色素阳离子，从而与腈纶纤维大分子上第三单体提供的阴离子染座中心形成离子键的结合。

聚氨酯弹性纤维（氨纶）是由芳香族二异氰酸酯和聚醚或聚酯二元醇合成的软硬链嵌段共聚物制成的，分子链上含有大量的氨酯基，纤维极性较小，结构松弛。聚氨酯弹性纤维的染色性能尚可，理论上染锦纶的染料都能染氨纶，通常采用分散染料和酸性染料染色。

聚丙烯纤维（丙纶）分子中不含极性基团或能与染料分子相结合的官能团，吸湿性极差，回潮率几乎为零，故难以染色，是合成纤维“五大纶”中最难染色的纤维。通常采用原液着色的方法使纤维着色。也有对丙纶进行化学改性以改善其染色性能，但往往会改变纤维的本性。(www.xing528.com)

综上所述，各种纺织纤维可选用一种或多种染料染色，各种纤维适用的染料种类见表1-2。

表1-2　各种染料对常用纺织纤维染色的适用性

注〇表示适用。

此外，将不同的纤维通过混纺、交织、复合等技术手段制成多组分纤维的纺织品，以获取优良的综合性能，已成为当前纺织领域中惯常的做法，因而多组分纤维的染色目前已成为染整厂经常采用的加工技术。只有在掌握了单一纤维染料的选用原则、染色原理和染色工艺的基础上，才有可能较好地解决多组分纤维染色的难题。本书将专列一章讲述多组分纤维的染色原理及方法。

后续章节中将按染色性能将纤维分为A、B、C、D四类，如表1-3所示，阐述各种纤维的染色性能及染色工艺。

表1-3　纤维按染色性能分类

根据染料与被染物接触环境与方式的不同，可将染色方法分为原液着色、浸染、轧染、冷轧堆、成衣染色、无水染色等，其中浸染和轧染是最常用的两种染色方法。

（一）浸染

浸染（exhaust dyeing,dip-dyeing）是将纺织品浸渍于染液中，通过纺织品与染液的相对运动，染料逐渐上染，染液中的染料浓度逐渐下降，最终完成上染及固着的染色方法。浸染属于间歇式生产，生产效率较低，适用于小批量多品种的染色加工。浸染设备简单，操作容易，被染物所经受的张力较小，可以染各种形态的纺织品。常用于散纤维、纱线、针织物、毛织物、丝织物、稀薄织物、网眼织物、宽幅织物等纺织品的染色。

根据纺织品和染液的相对运动形式的不同，可将浸染分为以下三种方式。

1.被染物不动，染液动　将被染物装入染色机，用盖子旋紧压好，然后通入染液，在循环泵的作用下，染液可进行顺、反向循环流动，反复透过被染物，在一定的温度和压力下循环一定的时间后，被染物纤维内外实现透染。散纤维、毛条、经轴纱、筒子纱、绞纱等通常采用这种方式进行染色。

2.被染物动，染液不动　将染液加入染色设备中，被染物在回转装置的作用下做循环转动，或做左右摇摆、上下升降运动，从而获得均匀染色。如卷染机、绳状染色机、往复式绞纱染色机等设备均属此种方式的染色。可用于染机织物、针织物，也可用于成衣染色，如牛仔裤的吊染。

3.被染物动，染液也动　目前正在广泛使用的喷射染色、溢流染色以及最近兴起的气流染色都属于这种浸染模式。除了染液通过循环泵和热交换系统做循环运动之外，织物也会借助喷射、溢流、气流装置对染液所产生的动力做相应的循环运行。织物在循环运动中能不断改变位置和形状，有利于匀染，可以有效地消除折皱，而且由于织物随液体流动，所以受到的张力很小，具有劳动强度低、操作方便等优点。适合纯涤纶针织物的染色，也适合机织物（包括丝织、毛织）等的染色。

以上各种染色方式中，根据设备染色时温度和压力的大小可有高温高压染色机和常压染色机之分。有的设备配有多种装置，可以一机多用，能染散纤维，也可以染筒子纱、绞纱甚至服装。图1-2是几种常见的浸染染色机设备图。

图1-2　几种常见的浸染染色设备

浸染中一个重要的概念就是浴比（liquor ratio）。所谓浴比，指的是染液质量与被染物质量之比。因为浸染多为间歇式生产，因此常以一批（或一锅）待染物的质量为计算基准。染料的用量一般用对纤维质量的百分数（omf或owf）来表示，括号中是英文on mass of fiber/fabric或on weight of fiber/fabric的缩写。例如，染一锅50kg重的织物，若采用20:1的浴比进行染色，则需用1000kg的染液来染。下达染液配方时，若染料浓度为2%（owf），则1000L染液中要加入1kg的染料。

浴比的大小对染料的上染速率、上染百分率、匀染性、耗水量、耗热量等都有很大影响，后面章节将专门进行讨论。随着对现代印染节能、降耗、环保要求的日益提高，小浴比染色正在被大力提倡，各种低浴比染整设备不断问世。行业中一般把浴比低于8:1称为小浴比，目前浴比已从最初的20:1以下降至3:1～4:1。

（二）轧染（pad dyeing）

轧染是指织物在染液中经过短暂的浸渍后，随即用轧辊轧压，将染液挤入织物组织的空隙中，并除去多余的染液，使染料均匀分布在织物上，之后在一定的条件下（比如经汽蒸或焙烘）完成上染的过程。

轧染和浸染的不同之处表现在以下几个方面：

（1）轧染一般属于连续式加工，生产效率高，适合大批量织物的染色。轧染从进布到落布一般只有几分钟，而浸染通常染完一锅需要2～3h。所以轧染设备通常是连续化生产的大型联合机（图1-3），而浸染设备则是相对可以独立操作的单元设备。

图1-3　热熔染色联合机示意图

（2）轧染中织物与染液的接触时间很短，织物与染液接触只是通过浸轧过程（主要有一浸一轧和二浸二轧方式）来实现，一般只有几秒到十几秒的时间，因此染液浓度较高；而浸染过程中织物在染液中一般要在浸渍1h左右。这是因为轧染是靠轧辊的压力排出织物组织内部的空气并迅速使染料均匀分布在纤维表面，而浸染则通过染液的循环流动使染料不断移染来完成均匀上染。

（3）轧染液中染料的浓度一般用每升染液中染料的克数“g/L”来表示，而浸染液中染料的浓度用对纤维或织物重的百分比“%（owf）”来表示，轧染染液浓度一般高于浸染。

轧染中一个重要的概念是轧液率（mangle expression，又称带液率或吸液率），是指浸轧后每100g干织物上留有染液的质量，也即浸轧后织物上带的染液质量对干布质量的百分比。浸轧时轧点上施加的压力越大，轧液率就越小。轧液率过高，在随后的烘干过程中染料会发生“泳移”现象（参见第二章第一节）而影响匀染效果；轧液率过低，就不足以使染液充分润湿织物和纱线，也就不能保证染料均匀地到达纤维表面。通常涤/棉织物的轧液率为55%～60%，棉织物的轧液率在60%～70%，而吸湿性更大的黏胶纤维的轧液率在90%左右。

根据染液浓度和轧液率，可换算浸轧后织物上所带的染料量：

织物上的染料量（g染料/100g纤维）=轧液率（g染液/100g纤维）×染料浓度（g染料/g染液）

（三）其他染色方法

1.原液着色（mass pigmentation）原液着色是性质完全不同的另一种染色方法。其技术途径是纺丝液在进入纺丝箱体前，已经和着色物质充分混合均匀，然后经过喷丝牵伸等工序直接生产出有色纤维。原液着色通常用于难以染色的纤维（如丙纶、间位芳纶）的上色。但近年来由于原液着色是一种无水染色工艺，不再需要后道染色，不会产生废水，符合循环经济发展的要求，因此国家相关部门要求在纺织产业上大力推广原液着色技术，要求在“十二五”期间有色纤维比重要达到5%～10%。

2.冷轧堆染色（cold pad-batch dyeing）冷轧堆染色简称冷堆染色，多用于活性染料染色。指的是织物在低温下浸轧染液和碱液，利用轧辊轧压使染液吸附在纤维表面，然后打卷堆置一定时间（通常需要6～10h）并缓慢转动，期间发生染料的吸附、扩散和固色过程，最后水洗完成上染的染色方式。该染色过程通常是在室温下进行，省去了烘燥和汽蒸工序，节约了能源，而且染料水解少，固色率高。因此冷轧堆染色具有节能、降耗、减排三大作用，是印染行业节能减排技术发展的方向之一。

3.成衣染色（garment dyeing）成衣染色又称服装染色，是指以服装形态进行染色加工的过程。与传统染色相比，成衣染色具有批量小、交货期短的优点，风格独特，适合于各种天然纤维。有常规染色、扎染、吊染、球染、套染等方式。染料可以有直接染料、酸性染料、活性染料、涂料。成衣染色通常采用浸染方式进行染色，常见的成衣染色设备有滚筒洗衣机（适用于牛仔服及休闲装）、挂染槽成衣染色机、升降式成衣染色机、GC-20-30型成衣染色机（适于羊毛成衣染色）、SME261-35型成衣染色机（适于多种成衣染色）等。成衣染色过程比较简单，疵点避裁也好做，报废率较低，但是尺码控制、色差控制、手感控制均匀一致不易做到，且都是大浴比，用水特别多，所以成衣染色一般成本要高一些。

我国的服装染整始于20世纪70年代末，最初是牛仔服石磨、漂洗和雪洗。80年代兴起丝绸服装砂洗，全棉与T/C服装的水洗（缩水）、柔软洗、砂洗，以及少量的服装染色、印花和扎染。90年代，酶处理技术广泛地用于牛仔服水洗、纯棉服装超级柔软洗、针织品抛光。近几年来又兴起永久性压烫树脂整理技术，用于服装浸渍处理，尺寸与形态稳定性比以往的织物处理方法有较大提高。洗水行业随服装业的发展而发展，不少中高档服装离不开服装的后染整加工，已成为提高服装品位与附加价值的现代化新技术。