摘要：本篇文章从经济建设和社会发展需求，技术特征，技术状态，社会效益预测，经济效益评估，及其发展前景详细论述了微胶囊无助剂免水洗清洁染色技术。阐明了微胶囊分散染料商品化、染色工艺及染色废水的回用技术与其他生产及应用技术相结合可形成成套的生产应用技术；促使该项新技术的产业化达到批量生产规模，可最终实现印纺织印染行业清洁生产目标。
国家中长期科学和技术发展规划纲要，在重点领域及其优先主题的前两点中就明确指出能源及水资源是科技发展的重点研究领域。
目前，我国分散染料年产量有35万吨左右，在这些成品染料中含有30~60%的助剂。在使用中这数以十几万吨的助剂将全部进入水中，形成大量的污染废水。1%浓度的商品分散染料水溶液的COD为6000-13000mg/L，BOD为100-1000mg/L。此外，在实际的染色过程中，还需要补加足量的助剂。因此，最终用于染色的助剂量远大于上述数字。染色中助剂造成的污染后果还不仅仅是助剂本身。由于助剂（表面活性剂）增溶作用会使相当多的分散染料稳定的滞留于染浴中，导致严重的色度污染和更多的COD，BOD负荷。同样，助剂在纤维表面的吸附和增溶作用，导致染料在纤维表面的堆积。这一堆积层在染色过程中始终存在，最后在纤维表面成为浮色。染色终了后为消除大量的浮色，传统上要借助于复杂的后水洗，包括还原净洗和皂洗等，赋予染色织物足够的色牢度性能。繁重的后水洗会消耗大量的水，能源和数量可观的化学品，对环境造成严重的污染。据统计，每染1吨涤纶织物，用于染色的水为10-20吨，用于染色后水洗的水为80-120吨，总耗水在90-140吨之间。这么多的水将全部成为严重污染的废水！水洗中用于加热能耗约相当于430公斤标准煤。尚不计水洗中的动力消耗。 还应指出的是，这仅仅是指一般涤纶纤维而言。如果染超细纤维织物，情况就严重的多。超细纤维有巨大的比表面积，染色时由于助剂的吸附、增溶作用，在纤维表面堆积而形成的浮色的量要大的多！这也许就是超细纤维制品染色牢度难以达标的原因。 由上面的简单讨论，不难看出在染色工艺中实施“无助剂”和“免水洗”的巨大意义。
2. 技术特征
无助剂、免水洗染色技术的研发是基于微胶囊技术的应用，即利用微胶囊的缓释性能。 该染色技术包含分散染料的微胶囊化和相应的染色技术。大体来讲，对此技术的基本原理可作如下的表述： 微胶囊的壁可被看作是一种半透膜，在染色条件下，如130℃，水的表面张力很低，易于渗透入微胶囊内，溶解其中的分散染料。在扩散推动力的作用下，溶解的染料分子可以穿过胶囊壁向外扩散进入染浴。单分子的染料会向涤纶纤维表面吸附并向纤维内部扩散，完成染着作用。由于分散染料的溶解度很小，染浴中染料浓度极低，从而保证了良好的匀染性。这便是无助剂微胶囊染色的基本原理。 免水洗染色的理论依据：以往的染色技术毫无例外地都是靠水洗除去浮色。此时水洗的任务非常繁重。在分散染料染色的场合要进行还原净洗和皂洗。这些既耗水又耗能。所用之化学品和洗涤剂还会造成环境污染。因为胶囊染色技术根本不用表面活性剂及其他助剂，染浴中除了纤维和已溶解的单分子染料之外，就只有用来调节pH值的少量醋酸。此时染色体系中不存在增溶作用，在纤维表面只有单分子吸附的染料层。在化学位的作用下，吸附层的染料分子通过自由容积向纤维内部扩散上染。染浴中的染料继续向纤维表面补充、吸附。胶囊内已溶解的染料继续向染浴扩散，补充染浴中染料的浓度，整个体系保持一种动态的平衡。染色结束之后，染浴中及纤维表面仍保持一定量的染料，即自由染料分子和吸附的染料。由于分散染料极小的溶解度和纤维表面仅有单分子层的吸附，上述染料量，即可能导致的浮色量远远少于传统的染色体系。此时，如果断绝染料的补充来源，即把染料微胶囊与染缸主体隔离开来，使织物继续在染色温度下，保持一段时间，如10－20分钟，纤维表面的吸附染料（浮色）的绝大部分会向纤维内部扩散并染着，从而保证了足够的色牢度。这样的处理我们称之谓“后染色”或“饥饿染色”。实践证明其效果优于传统的水洗工艺。 染色残液之零排放：分散染料在染浴中有轻微的溶解度。在高温下，溶解度还会高些。染浴排出时会略带颜色，冷却后染料析出。经简单过滤，除去染料粒子和其他悬浮物后呈无色。COD、BOD较原水略高。可用于织物的前处理。这样不但可节约前处理用水，前处理废水的排放量也不会增加。就染色工艺而言，可以做到废水的零排放，不会对环境增加污染负担。此外，染色后的微胶囊壳，约占织物重的2％左右，呈粒径数十微米的粉状，可以混入燃料中燃烧，亦可以填埋处理。
3. 技术状态
本技术经过近8年对微胶囊的合成到染色工艺的开发，从实验室成果，经过中试以及数次生产规模的试验均获得成功，整体技术基本成熟。先后申请了4项发明专利，其中3项已获得授权。另有一项专利，是与企业共同完成的（以企业为主），目前正在申请中。这最后一项是为目前的高温染色机配套使用的。上述几项发明的综合应用，便可实现分散染料的无助剂免水洗染色工艺，和染色废水零排放的环境友好、资源节约型生产。 染料微胶囊生产经一年多的试验和改进，已形成年产100吨的试生产能力。所选用的7个基本染料包括三个原色，三个补充色和一个黑色，目前还只能手工配色。 就染色而言，经过中试的品种有梭织物、针织物、超细纤维织物（包括仿麂皮绒）的染色。其中梭织物又经过了数次生产性试验。关于纱线的染色试验正在进行中。 迄今为止，将微胶囊技术用于疏水纤维的清洁染色未在国内外见相同或类似报导。此项技术将是一套全新的染色技术，将微胶囊技术用于分散染料高温高压染色也是首创，是完全拥有自主知识产权的新技术，在理论及实践上都有创新性。它顺应我国《纺织工业污染防治规划》的要求，从源头上消除废水与污染物的产生，是环境友好和资源节约综合利用的新技术。
3.1下面是最近实际例子的数据和传统工艺的对比： （1）染色配方：
（2）染色质量：（匀染性和色牢度）
标准深度＝1/1
（3）染色排水（微胶囊工艺染色和传统工艺染色排水色度和COD、BOD）
相同染色条件下进行染色后，分散蓝B56染料及其微胶囊染色后废水指标：色度、COD和BOD检测结果如下表所示，分散染料微胶囊染色废水吸光度远远小于未胶囊化的分散染料染色废水, 而且其COD、BOD含量达到国家1极排放标准。由于传统分散染料染色时加入渗透剂、分散剂等助剂，大大增加分散染料在水中的存留量，因此染色废水颜色很深。而利用微胶囊染色后，未上染的染料随胶囊在水中沉淀，染后废液几乎无色，可直接排放或再用于染色。
3.2 分别测定分散红60和分散蓝56及其微胶囊染色涤纶织物的匀染性能和染色色牢度如下：
表1 不同分散染料高温高压染色涤纶的水洗牢度
标准深度＝1/1
*1：w羊毛，PAN聚丙烯腈，PET涤纶，N尼龙，C棉，D醋酸纤维表2 不同分散染料高温高压染色涤纶的耐磨擦色牢度
标准深度＝1/1
表3 不同分散染料高温高压染色涤纶的耐汗渍和耐晒色牢度
标准深度＝1/1
表4 不同分散染料高温高压染色涤纶的耐升华牢度
标准深度＝1/1
4. 社会效益预测
可从根本上解决分散染料染色之水污染问题，首先是染色中虽然用水却基本不污染水；其次，染色后无需后水洗，所以可节约大量的洗涤用水、能源和助剂。彻底改变染色污染环境的状况。
5. 经济效益评估
5.1节约各种助剂：商品染料中含助剂30~60%，传统染色工艺助剂用量亦相当多，我国目前分散染料产量达30多万吨，其中含助剂超过16万多吨，这些助剂进入水体后将造成极大污染，并且这些助剂成本都比较高，而在分散染料微胶囊清洁染色工艺中可根本不用。胶囊化费用：估计该费用足可与节省之助剂费用相抵（包括胶囊化时之化工厂污水处理费用）。
5.2节约用水：一般地，染色及后水洗（包括水洗、皂洗、还原清洗等）用水量大。2004年我国年产分散染料33万吨，外销9.63万吨，国内耗用约23万吨，如按中深色计算（染料用量2％o.w.f.），可染涤纶1150万吨，以每吨涤纶水洗用水100吨计，则节水11.5亿吨。
5.3节能：节约还原清洗、皂洗和热水洗工艺所需能量以及后水洗动力之消耗。
6. 结论与展望
大量的实验室、中样和部分生产规模试验证明利用微胶囊的特殊性能，可以实现分散染料对涤纶等疏水纤维的无污染染色。除了环境意义而外，还显著的节省能源，水资源和可观的助剂和化学品，染色时间亦可明显缩短。 微胶囊分散染料染色技术还适合于聚酰胺等疏水性合成纤维的染色。初步研究表明，它在T/C混纺品的清洁染色也有巨大的潜力。
