新疆是中國棉花產量最大、質量最優的省份,數據顯示2019年新疆棉花總產量達500.2萬噸,棉花播種面積為3810.75萬畝,較2018年增長2%,總體佔全國種植面積的76%。皮棉單產為131公斤/畝,高於全國單產平均值13.7公斤/畝,相比於全國總產量比重同比增加1.1個百分點,達84.9%。
南疆紡織服裝產業的發展仍有待進一步加強。
因為新疆在棉花總產、單產、種植面積、商品調撥量等方面位列全國第一,使得新疆作為全國優質棉生產基地的地位得到進一步鞏固。但是,新疆棉花產業的發展依舊存在着很多的問題。

截至2018年8月,新疆南疆地區已投產紡織服裝企業29家,已建成環錠紡72.77萬錠、氣流紡28320頭、織(布)機980台、成衣設備2560台(套);毛巾產能1.8萬噸/年、染整產能2萬噸/年、棉漿粕產能10萬噸/年、粘膠纖維產能10萬噸/年。這些產能較內地而言還是存在着一定的差距。

南疆紡織服裝業發展滯後的原因 

南疆紡織服裝業發展滯後的原因主要包括水資源匱乏、生態環境脆弱,環保要求趨嚴、產業附加值低、品牌缺失、紡織標準的建立存在着較大的空白等。

印染耗水量大,南疆水資源匱乏

傳統印染加工過程中要消耗大量的水,出於對印染產品質量的需求,對使用的水質要求較高。

南疆地區由於地理位置的原因,它處於青藏高原以北,易產生地理上的焚風效應,再加上其緯度較北疆低,環境氣溫高,荒漠化嚴重,在整體上該地區水分蒸發量大,因而水資源十分匱乏。

生態環境脆弱,環保要求趨嚴

南疆地區位於塔克拉瑪幹沙漠附近,荒漠化嚴重,生態環境及其薄弱,而且當地的環保要求日漸趨嚴。不過,對於傳統的紡織印染行業而言,其產生的印染工業廢水具有水量大、有機污染物含量高、鹼性大、色度高、水質變化大等特點,工業廢水中含有染料、漿料、助劑、油劑、酸堿、纖維雜質、砂類物質、無機鹽等物質,污染物可生化性差、處理難度較大。對於這些生態環境較為薄弱的地區而言,如果肆意排放,環境將會遭到很多無法挽回的損失。

紡織服裝產業附加值低

目前南疆地區紡織企業佔紡織服裝產業比重較大,但是下游產業發展滯後,集中表現在印染環節無法得到突破,嚴重制約了下游高附加值、高稅收、人口聚集的效果。

特別是紡織印染,作為紡織行業中增值最大、技術含量最高最為主要的中間環節,是聯繫上游紡織品和下游服裝等最終產品的重要紐帶。但是,受限於行業的生產特點,紡織印染行業往往能源和資源消耗較大、污染物產排量較多,使得其在南疆地區的發展陷入了瓶頸。

紡織品牌與標準的缺失

目前新疆僅依靠棉花輸出的年產值將近1000億元,產業附加值極低。如果在本地大力發展紡織企業,同時發展本地的棉紡品牌,預估至少會帶來3000億元規模的產值。

南疆除了紡織產業品牌的缺失,紡織標準的建立也存在着較大的空白,因此因地制宜地建立起適合本地的紡織行業標準以及相關的清潔生產方案也是發展綠色紡織的重要舉措之一。這樣可以在整體上形成以本地原料為基礎,以標準建立和政策為導向的紡織產業鏈,從而使新疆紡織產業“綠色化”、“標籤化”,既能解決南疆的環境問題,也能解決產業的發展問題。

同時,良好標準的建立還可以帶來更多的政府綠色補助,使得紡織產業在新疆實現可持續發展。

無水印染概述

目前,無水印染技術能夠很好地解決上述紡織工業廢水排放和環境污染問題。從其技術角度,無水印染主要可以分為以下幾類:超臨界二氧化碳無水染色、印花無水工藝、色母粒染色和硅基非水介質染色技術等。

超臨界二氧化碳流體染色技術

近年來,超臨界二氧化碳流體染色是較為火熱的無水染色技術,但這種技術目前還在進一步研究和完善中,尚不能大規模應用於實際生產。其主要原因在於設備為高壓裝置,成本高,投資大且適用的染料品種少,尤其缺少天然纖維染色所需的染料。

該技術目前的最大代表有由荷蘭DyeCoo Textie Systems所開發的ColorDry染色,該技術已於2014年由耐克成功的推出第一款使用ColorDry無水染色處理的布料所生產的Polo衫。

印花無水工藝

印花無水工藝目前有轉移印花、塗料印花和數字印花。轉移印花的特點在於生產方法為氣相反應,因而可以不依靠水來去除織物上的未反應物和未結合的生成物,但它只能用於玻璃化溫度比較明確的合成纖維,如滌綸、錦綸等。

塗料印花和數字印花有較為成熟的生產工藝,可是也存在着不少的問題。對於塗料印花而言,現在已經可以提供環保型的塗料系列品種,但在粘合劑方面仍存在問題;數位印花可以應用於棉織物,但仍需固着水洗,高精度花紋還需要依靠轉移印花協同。

色母粒染色

色母粒染色則是由高比例的顏料或添加劑與熱塑性樹脂,經分散而成的着色劑,其所選用的樹脂對着色劑具有良好潤濕和分散作用,並且與被着色材料具有良好的相容性,即:顏料+載體+添加劑=色母粒。色母粒在紡織印染工業中目前也只能用於化纖的着色,所以運用範圍較低。

硅基非水介質染色技術

硅基非水介質染色技術是一種全新的染色體系,該技術正在逐步引入南疆紡織行業中。

它主要有染料顆粒懸浮體染色和乳液染色兩種技術體系,在基於活性染料/硅基非水介質染色體系的優點上,通過對親水性活性染料在非水介質中懸浮及穩定機理的分析和研究,採用了特種懸浮劑加球磨的懸浮體系製備方法,最終獲取了較為穩定的且能滿足應用需要的活性染料/硅基非水介質懸浮液。其製備過程和原理如圖1中的模型所示。

活性染料/D5懸浮體系製備原理圖。製作的原理是:先採用研磨方法使染料顆粒粒徑降低,再添加分散劑採用球磨的方式作用一定時間,最後取適量(按染色濃度確定)研磨後的染料漿稀釋於一定量的硅基非水介質中,從而得到直接用於染色的活性染料/硅基非水介質懸浮體系。

製備好的活性染料/硅基非水介質懸浮液可直接用於纖維素纖維在硅基非水介質中的染色。當活性染料在非水介質染色體系中染色時,其最為主要的階段為染料的上染過程,它包括了活性染料從非水介質向棉織物轉移,溶解於織物表面的自由水。

由於纖維內外濃度差進而產生由表及裏滲透的過程,因此在無鹽促染條件下,室溫下活性染料在非水介質染色體系中染棉的上染率都在99%以上。這足以表明:非水介質染色在不添加任何促染鹽的情況下,活性染料幾乎全部上染到棉織物。這相比於傳統水浴上染率只有70%要好很多。

除此之外,該技術在不使用任何助染鹽的情況下,勻染性良好且染色深度明顯深於傳統水浴,活性染料的固色率也明顯高於傳統水浴。因此,該技術將很好地滿足新疆頒佈的地方性《印染廢水排放和綜合利用標準》環境標準,所以適合進行大規模的技術推廣。

南疆無水印染推廣建議

首先,要深入研究染料不溶性非水介質染色的基本原理。其基本原理包括:染料在非水介質中的上染、擴散以及與纖維的鍵合機理;染料-介質-纖維間耦合作用及染料不溶性非水介質的研究;染色中非水介質與纖維、染料、表面活性劑的作用及對染色行為的影響及機理探究。

通過逐步的研究,運用非水介質染色技術在紡織品染色中的實際應用工藝,建立一條年產5000噸的散棉活性染料的非水介質生產示範線。

硅基非水介質技術中試所得產品。其次,加大對非水介質染色專用染料和助劑的開發力度。染料結構對在非水介質中的溶解度、穩定性、染料-纖維親和力和上染動力學/熱力學、染料-纖維反應動力學/熱力學具有較大的影響,根據以上分析結果,設計出適用於非水介質染色的專用染料,並開發研究出染色助劑對纖維和染料靜電屏蔽效應、對染料在非水介質中的增溶效應、提高纖維與染料反應速率的作用機制中結構因素的影響等,從而設計和篩選出適用於非水介質染色的專用助劑。

最後,加大染色全過程中非水介質的循環利用關鍵技術的研究開發。目前,非水介質回收技術使非水介質的回用率達到98%,並借助染色後廢水處理回用技術從整體上實現了95%以上用水回用,減少了工業污水量的排放。

後期需要針對在紡織印染領域水資源的巨大消耗和污染的排放對環境造成嚴重污染的問題,研究開發經濟適用、普適性高的非水介質染色關鍵技術和裝備,從而實現對於發展新疆生態染整產業、新疆棉花產業的附加值和傳統產業的重大提升。附圖即為南疆引入硅基非水介質染色技術中試所得到的產品。

展望

目前,新疆除了是棉紡織原料的生產大省,在發展紡織服裝產業方面還具有較好的政策優惠。例如,從紡織產業各生產環節的成本來分析,假設在內地和南疆的阿拉爾地區分別投資建設一個12萬錠的環錠紡棉紡廠,總投資方面,阿拉爾比內地少將近1257萬元,折合萬錠投資阿拉爾比內地少105萬元;噸紗成本方面,阿拉爾比內地少1200元。

這僅僅是紡紗,在織造和服裝產業上南疆地區同樣擁有着較大的政策優惠,因此在新疆發展紡織服裝行業會有較大的前景。本文介紹的無水印染技術便是促進新疆服裝紡織產業發展的關鍵點之一。

目前非水介質關鍵技術路線的可行性已經在實驗室、小試和中試中得到驗證,整體上來說其技術風險不大。

未來該技術一是為打造南疆地區的“紡織服裝產業城”做準備,解決該地區服裝紡織產業發展所存在的品牌缺失,設備落後等主要問題,同時帶動人口聚集。

紡織服裝產業作為勞動密集型產業,是引人聚人的主導產業,因而勞動力的聚集是打通產業鏈的關鍵環節,它能貫通紡織服裝全產業鏈,從而形成“綜合性紡織服裝產業基地”。

二是通過該技術推動企業和南疆高校的產學研合作,建立相關的服裝紡織院校,從而加快培養和引進紡織服裝專業高端人才,為南疆紡織服裝產業發展提供智力保障,助力產業發展。

龔龑是北京服裝學院材料設計與工程學院教授/塔裡木大學紡織服裝學系院長;李秀麗是塔裡木大學紡織服裝學系講師;郭晟材是北京服裝學院材料設計與工程學院研究生;許明翥、趙睿明是塔裡木大學紡織服裝學系研究生。