环保性印花色浆的非环保隐患

      随着人们的环保意识普遍增强,消费者在购买“绿色”商品时越来越重视企业是否有能力确保其产品和生产过程真正符合环保要求、不含有害物质、对消费者健康和对环境无害。许多企业也正因“绿色”这一危机下生存的代名词去寻找市场中的份额和竞争优势,所以,“绿色环保”对整个印染行业已经作为在国际市场上交易的潜规则。对于纺织品供应链而言,由于下游产品的环保压力,自然会让纺织品企业联想到如何从根本上解决最后产品的环保问题,对上游化学品生产企业提供的染料、助剂、颜料等的安全环保性能已作为最关键的审核指标。虽然我国是纺织品大国,但由于底子薄、发展慢、管理跟不上等因素,许许多多的化学品供应商还不具规模,在环保意识和管理、监控等方面同下游企业的要求有一定的差距,但他们为了生存的需要,就以“环保”充当“皇帝的衣裳”来蒙骗客户,以致给众多企业带来不少损失。同时由于国内外对纺织品的环保要求在不断地更新,也就要求上游的化学品供应商必须跟进。那么对于印染(或网印)企业如何去识别化学品的环保性,这就要求在供方提供相关的检测报告作承诺的同时,自身真正了解相关信息或化学品存在的非环保的隐患是极其重要的。多年来笔者了解到很多印染企业的忧虑,也亲眼目睹过因盲目使用产生污染问题造成企业上百万损失的实例,感触颇深。为此笔者借助有关文献资料、就从事于化学品行业浅薄经验作一探讨,以求共勉。
对于涂料印花用的着色剂—色浆来说,其环保要求涉及的内容很多。到目前为止,普遍存在的监控要求主要有:禁用偶氮染料含量、游离甲醛含量、可萃或可溶性重金属含量、邻苯二甲酸酯类含量、烷基酚聚氧乙烯醚(APEO)含量、有机氯载体含量等几方面的限制。有些印染厂的下游单位有时还会提出有机锡化合物、杀虫剂、含氯苯酚PCP、TECP)、EDTA(乙二胺四乙酸)和DTPA(二乙烯三胺五乙酸)等,实际上这些指标已经有了规定,只是最终的用户还没实施全面监控或者说不予抽检而已。

一、 禁用偶氮染料
(24 种含有或裂解产生的禁用芳香胺)
1.禁用偶氮染料指标
标准限量:
GB18401(中国) 20 ppm
2002/61/EC(欧盟) 30 ppm
禁用偶氮染料包括24 种含有或裂解产生禁用芳香胺。它们是4- 氨基联苯、联苯胺、4- 氯- 邻甲基苯胺、2- 萘胺、邻氨基偶氮甲苯、2- 氨基-4- 硝基甲苯、对氯苯胺、2 ,4 – 二氨基苯甲醚、4,4’- 二氨基二苯甲烷、3,3’-二氯联苯胺、3,3’- 二甲氧基联苯胺、3 ,3 ’- 二甲基联苯胺、3,3’- 二甲基-4,4’- 二氨基二苯甲烷、2- 甲氧基-5- 甲基苯胺、4,4’- 亚甲基—双-(2- 氯苯胺)、4 ,4 ’- 二氨基二苯醚、4,4’二氨基二苯硫醚、邻甲基苯胺、2 ,4- 二氨基甲苯、2 ,4 ,5- 三甲基苯胺、4- 氨基偶氮苯、邻氨基苯甲醚、2,4-二甲基苯胺、2,6- 二甲基苯胺。

2.隐患分析
1) 染料和有机颜料合成过程中中间体的残余或杂质
● 溶剂法生产染料或有机颜料其通过回收反复利用的三氯苯会产生少量多氯联苯存在于产品中,如:粗酞菁中约有(100 ~150) ppm,最终产品中约有(40~50) ppm。
● 染料及有机颜料用原料,由于合成过程中同时产生的同分异构体很难分离,或多或少含有同分异构的致癌芳胺。如2,4- 二氨基苯甲醚(2,3;2,5;2,6- 二氨基苯甲醚),2-萘胺(1-萘胺),邻甲苯胺(对;间甲苯胺),对氯苯胺(对;间氯苯胺),邻氨基苯甲醚(对;间氨基苯甲醚),2,4 二氨基甲苯(2,3;2,5;2,6- 二氨基甲苯),2- 氨基-4 硝基甲苯,4- 氯邻甲基苯胺等。
2) 染料和有机颜料合成过程中副产物
● 中间体苯胺重氮离子的C-N 键能断裂发生异种离解。异裂时产生苯基碳阳离子具有高反应活性,能与亲核基团反应包括苯胺分子的亲核反应,在酸性条件下产生4-氨基联苯。如C.I.酸性黄11、14,C.I. 酸性橙10、12 ,C.I. 直接红23、31,C.I. 直接黑56 等。
● 对硝基苯胺重氮离子发生均裂形成自由基的自身偶联。重氮离子在碱性条件下偶合发生均裂脱重氮基,生成芳烃基自由基,由于其活泼性可造成自身偶联为4,4’- 二硝基联苯,还原为联苯胺。如C.I. 酸性蓝21,C.I. 酸性绿20,C.I. 分散黑27、28 等。

3) 助剂中带入
迄今生产和使用的纺织助剂中发现含有24种致癌芳香胺的助剂有两个。一个是净洗剂LS,含有致癌芳香胺—邻氨基苯甲醚,它是净洗剂LS 的原料对氨基苯甲醚的同分异构体。由于对氨基苯甲醚是采用对硝基氯苯经甲氧基化和还原制成,而工业上使用的对硝基氯苯中夹带着约3% 的邻硝基氯苯,在甲氧基化和还原的过程中同时被转换成邻氨基苯甲醚;另一个是聚氨酯涂层剂,含有致癌芳香胺—2,4-二氨基甲苯(TDI)及4,4’- 二氨基二苯甲烷(MDI),它们是制造聚氨酯涂层的原料,由于它们与光气反应,使氨基转变为异氰酸酯的收率仅70% 左右,残留在二异氰酸酯中的未反应不少,若未经允许充分提纯去杂,最终残存在聚氨酯涂层剂中带到纺织品上。

4)非结构因素造成纺织品存在致癌芳胺或超标
由于染料印花后需要高温蒸化发色,通过常压高温、过热蒸汽或饱和蒸汽等热源,最高温度可达185 ℃。而检测首先要将纺织品上染料剥离,然后再还原完全分解,满足后道分离、分析、检测。分离需要高温汽化,GC-MS是常用的检测方法,为了完全汽化且不影响分析结果稳定性,进样口温度为(260~290) ℃,柱温(190~220) ℃在这样的高温下染料及有机颜料分子中某些致癌芳胺因分解而释放出,某些非致癌芳胺也因高温而产生致癌芳胺。
● 2- 萘胺磺酸类化合物常作为偶氮染料的重氮组分,在一定浓度无机酸和温度下或高温下发生水解,磺酸基被脱除。如吐氏酸(2- 萘胺-1- 磺酸)容易水解,脱磺酸基产生乙萘胺。
反应如下:

● 芳烃基羧酸芳胺(2- 羟基-3- 萘甲酰芳胺结构)在高温特别是湿热条件下水解产生致癌芳香胺,常用作为红色有机颜料的偶合组分的色酚A S – D、A S -E、AS-OL 等。如 C.I. 颜料红12、13、17、112、253 等使用时受高温产生邻甲苯胺;C.I. 颜料红8、30 等产生对氯苯胺;C.I. 颜料红9、170:1、256 等产生邻氨基苯甲醚。
● 蒽醌环上α位亚氨基断裂产生致癌芳香胺。
● 乙酰乙酰芳胺类有机颜料是有机颜料黄和橙色的主要品种,用以制造印花涂料色浆。其偶氮键被还原,其酰胺虽化学稳定性很高,但在高温蒸化或高温检测条件下会分解释放出致癌芳胺,如C.I.颜料黄13、81、176 释放2,4- 二甲基氨苯等。
二、 游离甲醛
1.游离甲醛指标标准限量:
GB18401(中国) 20/75/300 ppm
112 法规(日本) 0/75 ppm
2.隐患分析
1) 涉及染料和有机颜料颜色中的荧光色所用荧光颜料在其合成过程中甲醛与三聚氰胺或尿素缩聚成树脂,虽说经高温烘焙,但由于甲醛过量可能有部分残留。
2) 助剂中带入
● 分散剂,如N N O 、M F 、CNF、SS 等都是萘类及其同系物的磺酸和甲醛缩合物,由甲醛隐患,制法是用硫酸磺化甲基萘,再与甲醛缩合。
MF 分子结构:

从MF 分子结构看,不是半缩醛形式,缩聚物是C-C键结合,键能354.8 kJ/mol,比N-CH2OH的C-N 键能304.7 kJ/mol(CO键能354.9 kJ/mol)很难水解而释放甲醛。故游离甲醛及释放甲醛都很低。但近年屡在分散染料和还原染料中检出甲醛且超标。究其原因是分散剂M F 、N N O 原料甲基萘供不应求,以不足30% 的洗油权充为α – 甲基萘,其杂质没有与甲醛,造成甲醛过量。
● 涂料印花和涂料染色常用的黏合剂和交联剂如聚丙烯酸酯黏合剂中N – 羟甲基丙烯酰胺自交联剂(3%~5% 单体总量),在烘焙和储藏过程中会释放出(100~200) ppm 游离甲醛。
● 防水拒油整理剂如多羟甲基三聚氰胺衍生物型防水剂在高温会释放出甲醛。
● 棉用固色剂主要提高活性染料和直接染料的湿处理牢度,20世纪50年代开始使用的固色剂Y 和固色剂M 存在游离甲醛问题。但近年来开发了无甲醛固色剂,主要有阳离子树脂型固色剂和季铵盐类固色剂等。
● 免烫整理是棉制品的一种重要的整理技术,早期用的免烫整理剂,由于生成的N- 羟甲基酰胺为半缩醛结构,在高温高湿状态下,容易水解释放出甲醛,如2D树脂(二羟甲基二羟基环乙烯脲树脂)它的游离甲醛含量高达1 000 ppm。现开发的低甲醛免烫树脂大都是醚化2D 树脂,但有些厂家生产的2D 醚化树脂存在不稳定,游离甲醛时高时低,需要注意。甲醛对皮肤和黏膜有强烈刺
激性并被怀疑会致癌,又很难生物降解,因此用甲醛制造的纺织助剂如固色剂Y、分散剂N、分散剂MF、分散剂CNF、三聚氰胺-甲醛缩合物交联剂、树脂整理剂(如2D 树脂、树脂整理剂FZ-838、树脂整理剂FZ-839、CPU 树脂、树脂整理剂CHD 等)等必须严格控制。
  
三、 可萃取重金属
1.可萃取重金属指标
可萃取重金属限量指标见表1。

2.隐患分析
● 金属络合染料是纺织品上重金属的重要来源,铬媒染料,含铜、铬和镍的金属络合染料。
● 使用金属作催化剂制造的染料。
● 天然植物纤维在生长过程中也可能从土壤和空气中吸收重金属。
● 在染料加工和纺织品印染加工过程中也可能带入一部分重金属。
重金属被人体吸收以后会倾向于累积在人体的肝、骨骼、肾、心及脑中,累积到一定程度会对器官造成无法逆转的损害,对儿童伤害尤为严重。

四、 邻苯二甲酸酯类
1.邻苯二甲酸酯类指标
标准限量:
GB/T18885(中国) 0.1%
2005/84/EC(欧盟) 0.1%
目前被禁用的邻苯二甲酸酯类增塑剂有6 种,它们分别是D E H P 、B B P 、D B P 、D I N P 、DNOP、DIDP。
2.隐患分析
邻苯二甲酸酯类常用作软质PVC 的增塑剂和涂层中用到的涂层剂,应用相当广泛。在一般的使用条件下,软质PVC 会释放出相当量的邻苯二甲酸酯类增塑剂,会对三岁以下儿童造成损害,此外,邻苯二甲酸酯类增塑剂还是有害的环境激素。对男性生殖系统有害,三岁以下儿童不得使用(在塑料制品中)。
五、 烷基酚聚氧乙烯醚(APEO)
1. 烷基酚聚氧乙烯醚(APEO)指标
标准限量:
2003/53/EC(欧盟) 50 ppm
2.隐患分析
助剂是主要来源,烷基酚聚氧乙烯醚(APEO)是最常见的非离子表面活性剂之一,因具有良好的表面活性(润湿、渗透、乳化、分散、增溶、去污)而被广泛用于洗涤用品、纺织及皮革加工工艺(如作为渗透剂、清洗剂、匀染剂、分散剂、乳化剂等)、纸浆和造纸生产、化妆品、杀虫剂和生物杀灭剂的配方等。目前最常见的烷基酚聚氧乙烯醚是壬基酚聚氧乙烯醚(NPEO)。
● 印花浆料、黏合剂、涂层胶、软片、氨基硅油、防水剂等产品在纺织印染助剂中用量很大,但是在制造这些产品或产品制成乳液状态都要使用APEO 作为乳化剂。如乳液聚合印花黏合剂要加入APEO 和AEO 作为乳化剂;氨基硅油制成乳液需以氨基硅油的50% 量加入各种不同EO 类的APEO 作为混合乳化剂。
● 净洗剂和皂洗剂也是印染厂用量很大的一类助剂,这类助剂中大量使用LAS(十二烷基苯磺酸钠)和APEO 复配而成。
● 染色所用匀染剂有时会用含有APEO 的匀染剂作为染料和有机颜料分散剂,如TX-10 等。

六、 有机氯载体
1.有机氯载体指标标准限量:
GB/T18885(中国) 0.1 ppm
2002/371/EC(欧盟)0.5/0.1 ppm
2.隐患分析
载体染色工艺是聚酯纤维纯纺产品常用的染色工艺。采用载体染色工艺可以使聚酯纤维紧密超分子结构在载体(又称膨化剂)的作用下发生膨化,有利于染料分子的渗透,不仅使上色率提高,而且具有节能降耗、简化染色工艺的作用。但长期的研究表明,以含氯芳香族化合物为主的染色载体对人体有潜在的致畸和致癌作用,主要指含氯苯和含氯甲苯化合物,有20 多种。涉及染料和有
机颜料如下。
1) 制造染料和有机颜料的原料中带入
● 染料和有机颜料原材料生产中如色酚系列2- 羟基-3- 萘酸酰胺(色酚AS),将三氯化磷和2,3 酸(2- 羟基-3- 萘酸)溶于大量无水氯苯中。
● C.I. 颜料红23 和32 中重氮组分红色基KL 、KD 在合成酰氯化过程中常用无水氯苯作为反应溶剂,其溶剂残留。
2)作为合成反应的溶剂残留或杂质
● 国内外普遍采用的溶剂法生产铜酞菁,过去常用氯苯作溶剂,现一般采用烷基苯、硝基苯作溶剂。
● 直接氯化法生产一氯代铜酞菁和四氯邻苯二睛生产十六氯代铜酞菁都以三氯苯作为溶剂
● 三苯并二口恶嗪类颜料,如C.I.颜料紫23合成过程中与四氯苯醌缩合、闭环和氧化反应生成三苯并二口恶嗪,一般在二氯苯或三氯苯中进行。
● 四氯异吲哚啉酮如C.I.颜料黄109、110 是在邻二氯苯中合成的。
● 一些蒽醌颜料的缩合常在溶剂中进行如C.I. 颜料黄123 是1- 氨基蒽醌与对苯二甲酰氯在邻或对二氯苯中反应。
● 有机颜料都有不同晶型,一般都希望得到较稳定的晶型,常进行溶剂法后处理。例如铜酞菁β型在热力学上是稳定的,其余晶体都属不稳定型。通常在研磨时,要添加一些有机溶剂如氯苯、二甲苯等。
● 碳黑的制造中用的蒽油和煤焦油,在不完全燃烧时会残留在碳黑中一起带入色浆中,尽管是微量的,但也会容易被检测出。
3)助剂中带入
● 印染漂白剂流出液。
● 染色过程中通常加含氯芳香族化合物如三氯苯、二氯苯载体使纤维结构膨化,有利于染料的渗透。
● 涂层整理剂如聚氯乙烯是一种可吸附的有机卤化物,聚合物可能有少量氯乙烯。
● 水性涂料中杀菌防霉剂如异吲哚啉酮类,由N,N- 二甲基-3,3-二硫代二丙酰胺在惰性溶剂下用卤代剂进行卤化环化。
通过分析,我们不难发现涂料印花用色浆的环保性隐患是很大的,而目前国内的相当一部分色浆制造商有用到上述产品,却会盲目地称之谓“环保”产品。国内的大部分碳黑生产企业对碳黑的“有机氯载体”基本上没有控制,大部分色浆制造商都在使用这些碳黑,而且他们也不清楚产品不环保性。当然,国内也有一些规模较大的色浆制造商已经注意到这些问题,并且做了控制。因此,笔者写本文的目的,也就是总结经验,与各位共同探讨,也借此呼吁广大印染企业关注和重视涂料印花浆环保的问题。

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