近年来,国内牛仔行业在生产过程中产生的环境污染等问题引起大家的关注。本文分析了牛仔行业生产过程中产生污染的原因、目前牛仔染色污染治理方案、牛仔面料表面处理新技术,以及未来可持续发展的方向。

牛仔面料多数采用经过浆染纱联合机或者球经染色机染色后的原棉纱线作为经纱、原棉纱线或者其他纱线作为纬纱交织成坯布,经退浆、烧毛、预缩处理而成。面料再经裁剪、制衣及各种方法的成衣洗涤,达到洗旧、褪色的效果,形成风格各异的牛仔服装。牛仔服装作为服装界最普及的单品深受广大消费者喜爱,其中有减压作用又使人心情愉悦的靛蓝牛仔服装市场需求量巨大,而靛蓝牛仔服装常用靛蓝染料进行染色。

靛蓝染料的染色机理。靛蓝染料的染色机理

靛蓝染料在还原剂作用下被还原成隐色酸,在碱性条件下形成隐色体钠盐上染纤维,再经氧化恢复到不溶于水的色淀状态固着在纤维上 。靛蓝染料分子内、分子间都存在一定的氢键,染料分子稳定,并出现不同程度的聚集,染料颗粒大。

据资料指出,靛蓝亲和力常数KS=3.5(一般活性染料为30-200),靛蓝染料对棉纤维的染色亲和力相比活性染料小,不易染成深色,需经多次浸染、氧化、再浸染才能获到较深的颜色。现有浆染纱联合机染色技术采用多次浸轧染液,但是由于靛蓝染料对纤维的亲和力小、上染率低,靛蓝染料无法渗透到纱线内部,只上染于纱线表面呈现“环染白芯”现象。

织成牛仔面料制衣后经过牛仔服装的各种洗水工艺进行均匀或者局部的褪色和剥色,显露出一定程度的“白芯”,呈现蓝里透白的“仿旧”、“石磨蓝”、“蓝天白云”等牛仔效果。

传统牛仔服装洗水工艺分为:普洗、轻酵素洗、重酵素洗、高锰酸钾洗、次氯酸钠洗等多种洗水方式。污染严重的是浮石高锰酸钾洗和次氯酸钠洗,利用高锰酸钾和次氯酸钠破坏靛蓝染料的分子结构,配合手工处理,达到局部脱色、起花、营造“猫须”“马骝”“炒雪花”等牛仔效果。但是需要消耗大量的化学品、加热的能源、洗涤用水。
广东新塘的污水流入东江的图片。 2010年绿色和平组织发布的“时尚有毒”报告和谷歌关于广东新塘的污水流入东江图片,以中国最大的牛仔服装生产基地广东新塘为案例,揭示当时中国牛仔产业的污染和落后状况,对中国牛仔行业带来极大的负面影响。

传统的牛仔服装洗水方式存在各种隐患,操作人员工作环境恶劣,身心健康无法得到保障。此外,为仿旧和达到洗褪效果使用了大剂量的化学品,虽然经过很多次洗涤仍未能完全清洗干净,隐藏在服装缝隙中的化学物质在穿着过程中接触皮肤,易引起过敏等危害健康的现象。

助力牛仔服装的环保生产

牛仔服装生命周期的可持续发展需要从源头改良、生产过程的精益控制及新技术的应用、服装废弃环节的再利用及引导、生产过程的废气治理、牛仔面料及服装表面处理工艺的改良等方面做起。

一、源头改良的治理理念

染料:牛仔浆染纱联合机染色工艺目前最常使用的染料主要为靛蓝染料和硫化染料,这两种染料属于石油基化工合成染料,原料来源于石油,是不可再生资源,且化工染料在生产和使用过程中会产生大量的废水废气,对环境和人体生命健康造成严重影响,寻找替代染料是大势所趋。

美国加州大学伯克利分校的研究人员尝试采用大肠杆菌产生的生物靛蓝染料添加酶实现染色,实验结果发现生物靛蓝染色和水洗效果同传统的化学合成靛蓝相近。新型生物基染料或植物染料原料来源于自然界可再生植物,对环境和人体友好,更加符合可持续发展的理念,将成为优选项。

还原剂:靛蓝染料和硫化染料都是不溶性染料,在染色之前要经过还原,将不溶性染料分子变成可溶性结构进行上染,上染完成后,再经过氧化,使得可溶性染料结构重新变回不溶性染料,实现染料在纤维中的固着。染料的还原是该过程的首要步骤,是染色的前提条件。传统工艺染料还原过程中,因为使用保险粉、硫化碱,会产生对人体有害的“含硫臭味”气体,如果排入污水中导致COD浓度严重超标。

目前,国内外都有不少运用新型还原剂的论文和生产尝试工作,比如采用单糖、还原糖类、二氧化硫脲等用于取代或者部分替代保险粉和硫化碱。但是都受制于消耗用量大、成本高、粘滚筒、染色牢度未见提高等缺陷,无法形成大批量生产能力。中国纺织工业联合会“纺织之光”科技进步二等奖中有采用“环保复合还原剂”替代保险粉和硫化碱,配合新的染色配方、高温染色工艺,从源头上减少有害物质的投入,能够大幅度降低染色残液和染色废水中硫化物的浓度,改善车间生产环境,减少厂区周边的空气污染,有效减轻污水处理厂的处理压力。

采用散纤维染色技术制作仿牛仔服装:改变传统纱线染色的方式,尝试选用各种染料染制散纤维后跟白棉散纤维混纺形成色纺牛仔纱线,织成牛仔面料、制衣后经过牛仔服装的各种洗水工艺得到“仿牛仔服装”。

a.选用硫化黑染料染制散纤维制成“仿牛仔服装”,因为硫化黑染料的散纤维颜色深度较高,染色后散纤维跟白棉混纺后干湿摩牢度和皂洗牢度都比传统硫化黑纱线染色方法有提升。不过,硫化黑染料已渗透到纤维内部,洗水工艺只能起到部分褪色和剥色的作用,混纺纱褪色后仍为浅黑色;剥色有残存颜色导致牛仔服装在“猫须”和“马骝”处泛黄,感觉不够干净。

b.选用靛蓝染料染制散纤维制成“仿牛仔服装”,因为靛蓝染料的颗粒大、对纤维的亲和力小、上染率低,加之染缸内难以氧化,导致需要较高浓度才能达到传统靛蓝牛仔的深度,染料成本高,干湿摩牢度和皂洗牢度相比传统工艺没有改善。虽然经过牛仔服装的各种洗水工艺,呈现不同程度的褪色、剥色、起花现象,有类似“靛蓝牛仔服装的风格”,但是因为染料渗透到纤维内,无法达到靛蓝牛仔服装“蓝天白云”的干净效果。况且,这样的洗水工序中依然有大量的靛蓝颜色脱落,仍需要消耗大量化学品、热能、水,不符合环保和可持续发展的理念。

c.选用涂料染制散纤维制成“仿牛仔服装”,因为涂料染色依靠粘合剂跟纤维结合,粘合剂的用量直接影响到牛仔服装蓝色和黑色的脱落程度,牛仔服装洗水后因工艺的不同,可以呈现不同的洗水风格。不过,涂料染散纤维制作的牛仔服装洗褪的层次很少,经过多次洗涤后涂料的颜色萎暗,同靛蓝牛仔服装越洗越鲜亮形成鲜明对比,跟传统靛蓝和硫化黑牛仔的风格存在明显差距,需要加以改进。

d.采用蓝色活性染料染制散纤维制成“仿靛蓝牛仔服装”。因为活性染料的高牢度,所以染色后散纤维不易脱色,干湿摩牢度和皂洗牢度都比靛蓝染料有明显的提升。借助于活性染料不耐还原剂的反应机理,采用多种洗水工艺使服装呈现不同程度的褪色、剥色、起花现象,有类似“靛蓝牛仔服装的效果”。不过,如果不能研发出亲水性小的活性染料,就无法仿制靛蓝染料染制牛仔纱线时“环染白芯”的效果,在服装洗水工序虽有部分褪色和剥色的作用,但剥色部位呈现明显萎暗的黄色,无法完全呈现靛蓝牛仔服装“蓝里透白”“蓝天白云”的效果。

二、生产过程的精益控制及新技术的应用

选用阳离子化和接枝法进行浆染纱联合机纱线的预处理改善纱线跟染料的结合力,提升染色牢度;在节能减排和改善车间操作环境方面建议采用液体染料、自动称配料、染液智能输送系统;优先选用超声波高效洗水设备代替传统洗水方式,明显降低水耗。

牛仔服装生产过程可多方面去改善其可持续性,包括从源头改良、引入精益控制、循环再用等。(图片:Anderson Davis)三、服装废弃环节的再利用及引导

因为牛仔服装使用的都是粗支纱线,耐洗涤,使用寿命长,在牛仔服装丢弃时可以进行引导,使之变废为宝。

可以把牛仔服装裁成适当形状做成新式箱包的贴片和装饰;可以剪裁后拼入鞋的表面层,比如李宁的“禅”鞋面就用到牛仔面料的拼块;可以裁剪后设计成坐垫;可以裁剪后制成地垫;可以裁成合适尺寸的布条,通过捻搓成绳条再编织成新潮提袋等等。

四、生产过程的废气治理

牛仔纱线染色多数采用“束纱染色”和“片纱染色”的浆染纱联合机,生产过程中敞口设备较多;纱线需要经过两次烘干的过程和两格经纱上浆槽,存在大量无组织排放的现象。

环保部门督促企业对无组织废气的收集和治理,通过在生产各环节加装废气收集装置减少废气外溢,再对收集后的废气进行处理,经监测达标后排放。

五、牛仔面料及服装表面处理工艺的改良

酵素处理:退浆和酵洗起花两个步骤合一,借助于纤维素酶对全棉牛仔服装的表面进行处理取代传统的“浮石磨洗起花”,同时纤维素酶可以把牛仔面料和服装上的浆料去除干净。两道工艺合并后,在保证酶酵洗出来的起花效果及服装表面风格与传统“浮石磨洗起花”相同,从而降低水的消耗,减少污水排放,降低耗电量和加热所需蒸汽的消耗量,节能减排效果显著。

激光刻蚀:通过激光三维动态聚焦的扫描仪,把高能量的激光束投射到服装的表层进行灼烧,表层染料跟纤维一起气化,从而产生清晰立体的图像,形成类似于牛仔服装洗水的效果,还可以增加各种美术处理的图画,抛弃传统的手工擦磨、喷砂、喷化学药剂、氧化、水洗等各种落后加工方式,明显改善操作人员的工作环境。在体现绿色环保的同时赋予牛仔服装时尚创新的元素。

臭氧处理:该技术借助于臭氧发生器产生臭氧气体同牛仔服装进行接触,无需使用高锰酸钾做脱色剂,无需使用大量的水,直接把染料分解脱色,达到牛仔服装水洗工艺的脱色仿旧效果。整个过程环保可靠,效率高,避免了传统洗水工艺中的高污染,保障操作工人的身体健康。

空气搓洗:牛仔面料在改善手感和提升尺寸稳定性方面借鉴进口空气揉搓机的成功经验,把待处理的牛仔面料借助于高速气流进行输送,推动面料在空气牵动下高速运动,跟金属格栅接触,借助拍打的机械作用使面料获得蓬松、柔软的手感,提高悬垂性,增强产品的尺寸稳定性。

关注可持续发展理念的牛仔服装

一、彩色牛仔服装

传统的牛仔面料染色多数用靛蓝染料或硫化染料,还有蓝套黑或黑套蓝,颜色单调。随着国民生活水平及消费水平的不断提高,人们更加追求时尚多彩的服装服饰,因此开发彩色牛仔面料及设计、制作多彩的牛仔服装符合消费者的新需求。

优选环保复合还原剂替代保险粉和硫化碱,通过基础研究探索染色配方和高温染色生产工艺等关键技术,开发彩色牛仔纱线。将染色纱线单独织造或与各种颜色及又特种功能的纱线交织,可以制作出风格各异、功能众多的彩色牛仔面料,进而通过设计、剪裁变成各种彩色牛仔服装。

二、抗菌牛仔服装

随着社会、经济的发展,人类在享受发展红利的同时也面临着细菌和病毒的侵扰。从2003年的SARS病毒到2019年的新型冠状病毒,病毒不仅危害到世界各地人们的健康,还使全球经济的发展受到了制约。

随着生活水平的提高,人们对健康着装提出了更高的要求,具有防护功能的纺织服装产品越来越受到人们的喜爱,尤其是具有抗菌抑菌功能的牛仔服装。

牛仔服装的换洗频率不如轻薄类服装,甚至出现了牛仔服装只穿不洗的“养牛一族”。因为牛仔服装多采用天然棉纤维制作而成,棉纤维是亲水性的多孔纤维,人体润湿的环境为细菌的繁殖提供了足够的养分,长期不洗容易滋长细菌,滋生异味。开发抗菌性能优良、安全无毒、高效持久的抗菌抑菌牛仔面料和服装将越来越受到消费者的青睐。

目前制作抗菌牛仔面料多采用以下两种方法:一是将具有天然抗菌功能的纤维如麻纤维、竹纤维与棉纤维进行混纺或交织,制作抗菌牛仔面料;二是通过后整理法,将牛仔面料浸轧或者喷涂抗菌整理助剂,从而赋予牛仔面料抗菌功能。

苏州中纺学研究院最新研究中使用天然植物基还原系类抗菌染料染色,优选环保复合还原剂替代保险粉和硫化碱,通过基础研究、摸索新的染色配方和高温染色生产工艺等关键技术,开发耐久抗菌彩色牛仔纱线。

其抗菌性能依存于染料,工艺流程简单,耐久性好,安全性高。将染色纱线正常织造,或与含铜、含锌抗菌纱线交织,制作多次水洗后仍有抗菌效果的彩色牛仔面料,进而通过设计、剪裁制成具有持久抗菌功能的彩色牛仔服装。

三、数码印花仿牛仔风格的牛仔服装

数码印花是先利用Photoshop、CAD等制图排版软件设计各式各样的图案,再将图案传输给数码印花机的计算机系统,将图案打印在织物或服装上,可以克服传统印花套版复杂、开版麻烦的缺陷,能适应服装市场个性化、快反应、小批量定制的发展趋势。

展望

在总结传统牛仔行业存在各种问题的基础上,中国牛仔企业痛定思痛,注重自身的社会责任,在生产过程的诸多环节积极采用新技术、新工艺,保障员工的身心健康,保护环境。企业通过转型升级成为社会的贡献者,致力于全行业的可持续发展!

*李瑞卿是苏州中纺学面料产业研究院副院长、高级工程师;魏炳举及李继往是该院工程师。