新疆是中国棉花产量最大、质量最优的省份,数据显示2019年新疆棉花总产量达500.2万吨,棉花播种面积为3810.75万亩,较2018年增长2%,总体占全国种植面积的76%。皮棉单产为131公斤/亩,高于全国单产平均值13.7公斤/亩,相比于全国总产量比重同比增加1.1个百分点,达84.9%。
南疆纺织服装产业的发展仍有待进一步加强。
因为新疆在棉花总产、单产、种植面积、商品调拨量等方面位列全国第一,使得新疆作为全国优质棉生产基地的地位得到进一步巩固。但是,新疆棉花产业的发展依旧存在着很多的问题。

截至2018年8月,新疆南疆地区已投产纺织服装企业29家,已建成环锭纺72.77万锭、气流纺28320头、织(布)机980台、成衣设备2560台(套);毛巾产能1.8万吨/年、染整产能2万吨/年、棉浆粕产能10万吨/年、粘胶纤维产能10万吨/年。这些产能较内地而言还是存在着一定的差距。

南疆纺织服装业发展滞后的原因 

南疆纺织服装业发展滞后的原因主要包括水资源匮乏、生态环境脆弱,环保要求趋严、产业附加值低、品牌缺失、纺织标准的建立存在着较大的空白等。

印染耗水量大,南疆水资源匮乏

传统印染加工过程中要消耗大量的水,出于对印染产品质量的需求,对使用的水质要求较高。

南疆地区由于地理位置的原因,它处于青藏高原以北,易产生地理上的焚风效应,再加上其纬度较北疆低,环境气温高,荒漠化严重,在整体上该地区水分蒸发量大,因而水资源十分匮乏。

生态环境脆弱,环保要求趋严

南疆地区位于塔克拉玛干沙漠附近,荒漠化严重,生态环境及其薄弱,而且当地的环保要求日渐趋严。不过,对于传统的纺织印染行业而言,其产生的印染工业废水具有水量大、有机污染物含量高、碱性大、色度高、水质变化大等特点,工业废水中含有染料、浆料、助剂、油剂、酸碱、纤维杂质、砂类物质、无机盐等物质,污染物可生化性差、处理难度较大。对于这些生态环境较为薄弱的地区而言,如果肆意排放,环境将会遭到很多无法挽回的损失。

纺织服装产业附加值低

目前南疆地区纺织企业占纺织服装产业比重较大,但是下游产业发展滞后,集中表现在印染环节无法得到突破,严重制约了下游高附加值、高税收、人口聚集的效果。

特别是纺织印染,作为纺织行业中增值最大、技术含量最高最为主要的中间环节,是联系上游纺织品和下游服装等最终产品的重要纽带。但是,受限于行业的生产特点,纺织印染行业往往能源和资源消耗较大、污染物产排量较多,使得其在南疆地区的发展陷入了瓶颈。

纺织品牌与标准的缺失

目前新疆仅依靠棉花输出的年产值将近1000亿元,产业附加值极低。如果在本地大力发展纺织企业,同时发展本地的棉纺品牌,预估至少会带来3000亿元规模的产值。

南疆除了纺织产业品牌的缺失,纺织标准的建立也存在着较大的空白,因此因地制宜地建立起适合本地的纺织行业标准以及相关的清洁生产方案也是发展绿色纺织的重要举措之一。这样可以在整体上形成以本地原料为基础,以标准建立和政策为导向的纺织产业链,从而使新疆纺织产业“绿色化”、“标签化”,既能解决南疆的环境问题,也能解决产业的发展问题。

同时,良好标准的建立还可以带来更多的政府绿色补助,使得纺织产业在新疆实现可持续发展。

无水印染概述

目前,无水印染技术能够很好地解决上述纺织工业废水排放和环境污染问题。从其技术角度,无水印染主要可以分为以下几类:超临界二氧化碳无水染色、印花无水工艺、色母粒染色和硅基非水介质染色技术等。

超临界二氧化碳流体染色技术

近年来,超临界二氧化碳流体染色是较为火热的无水染色技术,但这种技术目前还在进一步研究和完善中,尚不能大规模应用于实际生产。其主要原因在于设备为高压装置,成本高,投资大且适用的染料品种少,尤其缺少天然纤维染色所需的染料。

该技术目前的最大代表有由荷兰DyeCoo Textie Systems所开发的ColorDry染色,该技术已于2014年由耐克成功的推出第一款使用ColorDry无水染色处理的布料所生产的Polo衫。

印花无水工艺

印花无水工艺目前有转移印花、涂料印花和数字印花。转移印花的特点在于生产方法为气相反应,因而可以不依靠水来去除织物上的未反应物和未结合的生成物,但它只能用于玻璃化温度比较明确的合成纤维,如涤纶、锦纶等。

涂料印花和数字印花有较为成熟的生产工艺,可是也存在着不少的问题。对于涂料印花而言,现在已经可以提供环保型的涂料系列品种,但在粘合剂方面仍存在问题;数位印花可以应用于棉织物,但仍需固着水洗,高精度花纹还需要依靠转移印花协同。

色母粒染色

色母粒染色则是由高比例的颜料或添加剂与热塑性树脂,经分散而成的着色剂,其所选用的树脂对着色剂具有良好润湿和分散作用,并且与被着色材料具有良好的相容性,即:颜料 载体 添加剂=色母粒。色母粒在纺织印染工业中目前也只能用于化纤的着色,所以运用范围较低。

硅基非水介质染色技术

硅基非水介质染色技术是一种全新的染色体系,该技术正在逐步引入南疆纺织行业中。

它主要有染料颗粒悬浮体染色和乳液染色两种技术体系,在基于活性染料/硅基非水介质染色体系的优点上,通过对亲水性活性染料在非水介质中悬浮及稳定机理的分析和研究,采用了特种悬浮剂加球磨的悬浮体系制备方法,最终获取了较为稳定的且能满足应用需要的活性染料/硅基非水介质悬浮液。其制备过程和原理如图1中的模型所示。

活性染料/D5悬浮体系制备原理图。制作的原理是:先采用研磨方法使染料颗粒粒径降低,再添加分散剂采用球磨的方式作用一定时间,最后取适量(按染色浓度确定)研磨后的染料浆稀释于一定量的硅基非水介质中,从而得到直接用于染色的活性染料/硅基非水介质悬浮体系。

制备好的活性染料/硅基非水介质悬浮液可直接用于纤维素纤维在硅基非水介质中的染色。当活性染料在非水介质染色体系中染色时,其最为主要的阶段为染料的上染过程,它包括了活性染料从非水介质向棉织物转移,溶解于织物表面的自由水。

由于纤维内外浓度差进而产生由表及里渗透的过程,因此在无盐促染条件下,室温下活性染料在非水介质染色体系中染棉的上染率都在99%以上。这足以表明:非水介质染色在不添加任何促染盐的情况下,活性染料几乎全部上染到棉织物。这相比于传统水浴上染率只有70%要好很多。

除此之外,该技术在不使用任何助染盐的情况下,匀染性良好且染色深度明显深于传统水浴,活性染料的固色率也明显高于传统水浴。因此,该技术将很好地满足新疆颁布的地方性《印染废水排放和综合利用标准》环境标准,所以适合进行大规模的技术推广。

南疆无水印染推广建议

首先,要深入研究染料不溶性非水介质染色的基本原理。其基本原理包括:染料在非水介质中的上染、扩散以及与纤维的键合机理;染料-介质-纤维间耦合作用及染料不溶性非水介质的研究;染色中非水介质与纤维、染料、表面活性剂的作用及对染色行为的影响及机理探究。

通过逐步的研究,运用非水介质染色技术在纺织品染色中的实际应用工艺,建立一条年产5000吨的散棉活性染料的非水介质生产示范线。

硅基非水介质技术中试所得产品。其次,加大对非水介质染色专用染料和助剂的开发力度。染料结构对在非水介质中的溶解度、稳定性、染料-纤维亲和力和上染动力学/热力学、染料-纤维反应动力学/热力学具有较大的影响,根据以上分析结果,设计出适用于非水介质染色的专用染料,并开发研究出染色助剂对纤维和染料静电屏蔽效应、对染料在非水介质中的增溶效应、提高纤维与染料反应速率的作用机制中结构因素的影响等,从而设计和筛选出适用于非水介质染色的专用助剂。

最后,加大染色全过程中非水介质的循环利用关键技术的研究开发。目前,非水介质回收技术使非水介质的回用率达到98%,并借助染色后废水处理回用技术从整体上实现了95%以上用水回用,减少了工业污水量的排放。

后期需要针对在纺织印染领域水资源的巨大消耗和污染的排放对环境造成严重污染的问题,研究开发经济适用、普适性高的非水介质染色关键技术和装备,从而实现对于发展新疆生态染整产业、新疆棉花产业的附加值和传统产业的重大提升。附图即为南疆引入硅基非水介质染色技术中试所得到的产品。

展望

目前,新疆除了是棉纺织原料的生产大省,在发展纺织服装产业方面还具有较好的政策优惠。例如,从纺织产业各生产环节的成本来分析,假设在内地和南疆的阿拉尔地区分别投资建设一个12万锭的环锭纺棉纺厂,总投资方面,阿拉尔比内地少将近1257万元,折合万锭投资阿拉尔比内地少105万元;吨纱成本方面,阿拉尔比内地少1200元。

这仅仅是纺纱,在织造和服装产业上南疆地区同样拥有着较大的政策优惠,因此在新疆发展纺织服装行业会有较大的前景。本文介绍的无水印染技术便是促进新疆服装纺织产业发展的关键点之一。

目前非水介质关键技术路线的可行性已经在实验室、小试和中试中得到验证,整体上来说其技术风险不大。

未来该技术一是为打造南疆地区的“纺织服装产业城”做准备,解决该地区服装纺织产业发展所存在的品牌缺失,设备落后等主要问题,同时带动人口聚集。

纺织服装产业作为劳动密集型产业,是引人聚人的主导产业,因而劳动力的聚集是打通产业链的关键环节,它能贯通纺织服装全产业链,从而形成“综合性纺织服装产业基地”。

二是通过该技术推动企业和南疆高校的产学研合作,建立相关的服装纺织院校,从而加快培养和引进纺织服装专业高端人才,为南疆纺织服装产业发展提供智力保障,助力产业发展。

龚龑是北京服装学院材料设计与工程学院教授/塔里木大学纺织服装学系院长;李秀丽是塔里木大学纺织服装学系讲师;郭晟材是北京服装学院材料设计与工程学院研究生;许明翥、赵睿明是塔里木大学纺织服装学系研究生。