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棉针织物生态前处理应用技术

彭志忠

[1.佛山市敬展纺织材料有限企业 广东佛山528223;2.莱菲雅(广州)新材料科技有限企业 广东广州 510660]


摘  要:基于“高能耗、低产出、污染重”棉针织漂炼的前处理,对节能减排高效短流程漂染工艺进行分析,先容了棉针织物生态新型前处理应用工艺,清洁生产、绿色生态低碳环保的新技术、新工艺及新设备是印染行业的发展趋势。

关键词:生态环保;节能减排;新型技术;炼漂前处理;棉针织


前  言

棉针织物煮漂一浴前处理基本都为高温碱氧一浴法绳状练漂,此方法在高温条件下处理棉针织物,将烧碱作为膨化剂,通过膨化织物来增加纤维和杂质间的距离,使杂质和纤维间的作用力降低,从而有利于杂质从织物内部及纤维上向外排除;在高温条件下烧碱能够水解果胶和含氮物质等,使其转变为一些溶解性盐类以及小分子物质,再通过表面活性剂的分散、乳化和洗涤作用将分解物从棉纤维/织物上去除,达到精炼的目的。

漂白过程主要是双氧水在高温碱性(烧碱为活化剂)条件下发生分解,产生的过氧化氢阴离子、羟基自由基和过氧根离子以破坏色素结构和降解木质素,有利于色素的去除,从而使织物/纤维获得满意的白度,高温碱氧一浴法炼漂工艺处理后的棉针织物效果好,但存在诸多的不利因素:一方面能耗及水耗大,排污严重且排放的残液碱度及COD高,对生态环境造成严重污染,布面上含有残留的碱,需经多次水洗和酸中和,整个过程处理时间长;另一方面织物长时间高温作用条件下,极易对棉纤维造成损伤,织物损伤损耗较大。

随着可持续循环理念的盛行和印染纺织工业的不断发展,以及生态环保能源等带来的一系列问题,棉针织染整工艺正朝着高效短流程、少水节能的清洁绿色漂/染整工艺方向发展。

首先,通过染整设备更新改造,采用小浴比染整设备,对节能减排起着关键作用;其次,以高效多功能漂练助剂及酶制剂的开发应用,在产品质量符合要求的前提下缩短工艺流程,使综合能耗降低,一定程度上可降低污染物浓度及排放;如低温等离子体/生物酶-酶氧冷轧堆集成技术等;第三,针织物平幅短流程前处理精炼已有成熟的工艺装备,通过平幅炼漂可大幅度降低能耗、减少污染物排放及提高生产效率。

因此,传统(烧碱-双氧水、高温长时间)棉针织物的前处理技术已经逐渐被生物酶、低温炼漂一浴法和平幅漂炼(即冷轧堆和连续平幅式练漂)加工工艺所取代,从而加速实现节能减排和生态环保的目的。

1.生物酶炼漂前处理工艺

生物酶是一种无毒、无害而对环境友好的(蛋白质)生物活化剂,生物酶用于纺织印染生产过程中处理条件温和、需用量少,节约成本;反应后释放的酶可继续催化另一个反应,易生物降解,产生的污染物极容易处理;应用酶的专一性,通过不同种类的酶(包括果胶酶、纤维素酶、脂肪酶在内的各种酶)之间的复配,其产生一定的协同作用,对棉纤维上的各种杂质进行去除,从而提高棉针织物的精炼效果(如亲水性/毛效和白度及染色性能等)。

用于棉针织物前处理的生物酶制剂主要以果胶酶、纤维素酶与脂肪酶和漆酶等及高效表活剂为主要成分的混合酶制剂,其高效催化作用在低温度下完成精炼,避免高温强碱工艺处理;另一方面酶是仅能催化分解特定物质、特定化学键及特定化学变化的催化剂,混合酶制剂协同作用于织物上的棉籽壳及共生物。

另外,多酶与表活剂协同,首先发生润湿渗透作用,促使酶制剂与棉纤维初生胞壁的纤维茸毛降解与果胶分解交替进行,相互促进增效;棉蜡因初生胞壁中的果胶、纤维素降解而被裸露,借力表面活性剂乳化增溶洗除,棉籽壳膨化,获得相应的亲水性、匀染性。

采用生物酶前处理,可避免强碱高温,减少对织物的损伤;该工艺更适合不耐强碱高温的织物(如粘胶弹力、莫旦尔/天丝棉等),若棉针织物或棉氨针织物染深(暗)色则不需要后续氧漂工艺,其节能减排成效更为显著。

生产案例:32S/1C+20D氨纶棉汗布,染深浓色。

传统碱煮工艺为:棉针织物→碱煮(100℃×40~50min,除油剂lg/L,精炼渗透剂0.5~1.0/L、烧碱1.5~2.5/L)→热洗(80℃×10min)→酸洗(HAc 0.5g/L,室温10min)→中性纤维素酶0.5~1.0%→活性染料染色→皂洗、固色。

复合酶制剂前处理工艺为:针织物→生物酶精炼[复合酶制剂Plus 1~2%(o.w.f)、非离子渗透剂0.3~0.5g/l,55~60℃、20~30min]×不排液升温(80℃,10min)→中性纤维素酶0.5~1.0%→活性染料染色→皂洗、固色。

生物纤维素酶处理的目的是:清洁织物表面,减少表面绒毛;防止织物的起毛起球性;改善织物手感性能及织物悬垂度;增进织物的吸水性、染料的亲和力和光泽亮度。

因强碱煮漂工艺要多道水洗和酸洗,且高温煮炼,而生物酶工艺时间约30~60分钟,其缩短工艺,综合成本也低于高温碱煮工艺;处理相同产品时,因生物酶对杂质催化分解的机理与碱煮炼工艺不同,产生废水CODcr、总氮、总磷等废水及污染物浓度都低于碱煮工艺,节能减排成效较明显。生物酶技术因其对织物作用条件温和,特别是在节约能耗、减少环境污染、提高产品质量等方面具有独特的优势,是清洁绿色前处理加工工艺,越来越受到印染企业的认可。

但果胶酶不能去除棉纤维中的色素和棉籽壳,对提高织物/纤维白度有限制,仅适用于纱质较好的棉纤维染中深色,主要原因有:一是与碱煮法相比,酶精练对织物棉籽壳等的去除效果较差;二是润湿性不够,用单一的酶制剂处理后,织物的润湿性要低于常规高温强碱精炼;三是织物白度的问题,生物酶漂白主要是利用漆酶/葡萄糖氧化酶产生过氧化物进行漂白,其漂白后织物的白度比常规工艺差,且会存有一定泛黄现象。

2.棉针织物低温炼漂白工艺

棉针织物传统氧漂需要使用较强的化学助剂和高碱及高温条件下进行,产品质量会出现一定程度的影响,如织物存有损伤而强力变低、手感变差及容易产生折痕皱等问题,且能耗高、废水排放值高;随着人们对环境生态问题和可持续发展的意识提升,新一代的低温练漂方式(如活化酶型和双氧水活化型低温练漂)已成为主要方案。

2.1 活化酶精炼型低温练漂工艺

为了弥补纯生物精炼酶练漂棉针织物的不足,因而开发了新的低温活化精炼酶Unvatex DMR,配合活化酶保护剂Unvatex DTG的作用;该低温练漂处理工艺是借助于低温精炼酶来完成的,将练漂温度从100℃降到70~80℃左右,其特殊配体对木质素及色素产生有选择性氧化作用,对纤维素纤维损伤较小;实现了生物酶和烧碱、双氧水同浴使用,从而获得较好的白度和精炼毛效。

其应用工艺:精练剂Unvatex CM:1g/L,活化酶Unvatex DMR:1g/L,活化酶保护剂Unvatex DTG:0.5 g/L,双氧水(27.5%)5~10 g/L,烧碱:0.5~1.0 g/L(调节pH值至10.5~11),工艺中需预先加入活化酶保护剂、精练剂、烧碱、双氧水,测试pH合格后再加入活化酶升温至75~80℃,保温45~60min,之后按正常工艺水洗、过酸、酶除氧后再染色。

相对于常规煮漂配方,该工艺中由于活化酶的介入,烧碱用量降低约50~70%,pH值低1~1.5左右,温度降低到75~80℃,精炼白度可达到68左右(常规工艺白度为72~75),毛效优于常规工艺,达到10cm/30min以上。经活性染料染色后测试,以相同工艺配方染中、深色时,色光和深度与常规工艺相当,色差值⊿E差异在0.5以内,且二者牢度也没有差别。

该工艺煮漂温度低,生物酶技术工艺温和,棉纤维损伤极低,织物失重率低,且手感柔软富有弹性;特别适合粘棉、天丝棉、棉含氨纶弹力织物等不耐高温强碱的多纤维针织物的炼漂;与传统碱氧工艺相比能耗降低20~30%,加工时间节省15%左右,可大大降低废水中的COD/BOD。

尽管活化酶低温精炼工艺有较好的练漂效果和环保优势,但仍存在工艺复杂及难以满足织物染浅亮色/鲜艳色或增白时亮度/白度高要求的问题,所以进一步开发出了应用工艺更为简便、应用范围更为广泛的双氧水活化型低温练漂白工艺。

2.2 双氧水活化型低温炼漂工艺

利用双氧水低温活化(主要产品包括酰胺基类化合物、烷酰氧基类化合物、酰基己内酰胺化合物等类型)再配以精炼效果优异的精炼剂,低温条件下实现棉针织物的炼漂加工。

过氧化氢活化漂白的原理是在碱性介质中,过氧化氧分解产生的过氧化氢负离子HOO-与活化剂反应产生过酸,过酸的氧化性强于过氧化氢,在低温条件(50~60℃温度下)能与棉纤维上的色素反应,且能在较短时间内获得满意的白度,实现低温精炼漂白工艺,达到节约能耗和降低织物/纤维损伤的目的。

双氧水活化剂Dlarite CRX即属于此类活化剂,应用工艺简单,不仅可用于降低常规工艺的练漂温度,也可用于冷堆平幅炼漂工艺,有利于提高织物炼漂白度,缩短工艺时间。

棉针织物低温练漂浸渍法工艺:精练剂Unvatex CM 1~2g/L,双氧水活化剂Dlarite CRX 0.8~1 g/L,双氧水(27.5%)5~10 g/L,烧碱:1.5~2.0g/L,升温至75~80℃,保温45~50min,后面洗水过酸/脱氧等工艺与常规工艺相同。

双氧水活化剂Dlarite CRX低温煮漂白度达到常规工艺水平(72~73),但毛效相对略低(可达到9~10cm/30min),综合水、电、蒸汽成本较常规工艺低,而织物顶破强力较常规工艺高8~10%,布损耗也降低1~1.5%,且克服了棉针织物折痕问题,提升了产品质量,形成较好的经济效益;为纯棉及其混纺针织物低温练漂工艺的推广又提供了可行的生产实践。

实践表明,低温练漂工艺不仅适用于纯棉纤维制品(棉针织物及纱线等),也可用于粘胶(及其他再生纤维素)、腈纶、羊毛类混纺类织物。

3.冷轧堆短流程平幅前处理工艺

由于松式浸渍练漂法(在染缸中进行绳状前处理)存在练漂布面效果差,织物很容易起皱和产生折痕。对于高品质产品,针对敏感色的棉针织产品,或是含有Modal、粘胶/天丝等针织产品,在染缸中进行前处理,往往会因不均匀而产生后续的染色疵病问题。同时,浸渍练漂其化学品用量大及能耗水耗高,生产效率低,污染物与废水排放量大,劳动强度高等缺点;随着人们越来越重视生态环保和生产成本,该工艺耗水、耗能高的问题也更趋突出。

冷轧堆工艺:在常温条件下,将棉针织物先浸轧烧碱和双氧水、稳定剂和精练剂(或多功能精炼酶和双氧水等)等混合的炼漂液,然后包裹密封在室温条件下堆置一定时间,最后进入高效水洗的平幅炼漂加工方式。

棉针织冷轧堆清洁前处理生产技术,在工艺上采用多功能精炼酶/生物酶、低温等离子体等生态染整技术取代了高温、强碱、多表面活性剂的重污染工艺;在设备上,采用冷轧堆短流程平幅生产方式取代了间歇式绳状生产方式。

3.1 棉针织物冷轧堆前处理工艺

工艺流程:平幅进布→浸轧前处理炼漂液→冷堆放置→热处理短汽蒸(95℃,5~10min)→2格水洗(热水洗、冷水洗)→中和→脱氧。

冷堆处理液处方/(g.L-1):

冷堆精炼剂CWA       6~10

100%NaOH             8~15

27.5%双氧水            15~40

质子处理剂TRV         3~5

轧余率/%                  110~120

密封堆置时间/h         4~8

采用冷轧堆工艺可以节约1/3以上的能源和时间,降低2/3的污水排放量,与传统的缸内精炼前处理工艺相比,冷轧堆前处理降低生产成本,生产效率明显提高,大大节约了能源(水、电、蒸汽),污水排放量减少;取得了理想的效果及可观的经济效益和社会效益;但冷轧堆练漂工艺加工时间较长,而且要占用大量的堆置空间,处理后织物的毛效不很理想;连续式平幅炼漂(轧-短蒸)前处理工艺是目前比较好的解决方案。

4.棉针织连续平幅前处理工艺

针织连续汽蒸炼漂白工艺是使针织物在低张力下传输经过润湿渗透、连续汽蒸、转鼓喷淋水洗等连续开幅炼漂工序,适用于棉及其混纺针织物和精细娇嫩、高氨纶含量以及易卷边的敏感性针织物的精炼漂白生产加工。随着平幅练漂加工设备的不断完善和成本的降低,平幅连续化炼漂加工将成为棉针织物炼漂工艺的重要发展方向。

4.1 平幅连续炼漂工艺流程

平幅进布→预处理(脱矿、除油→过水、轧干)→浸轧炼漂工作液(轧余率95~110%)→汽蒸(100℃*15~25min)→热水洗90℃(或履带冲洗85℃)→热水洗70~80℃→酸洗40℃、脱氧→冷水洗→出布落箱。

4.2 棉针织平幅练漂工艺处方g/L

烧碱(100%)          6~12

双氧水(50%)        10~25

多功能精炼剂ECT      4~6

氧漂稳定剂CDU        3~5

裂解处理剂TRW        2~3

棉针织平幅连续化前处理与传统间歇式(绳状)前处理工艺相比:加工条件温和,可消除坯布长时间与设备喷嘴及机件的相互摩擦,从而可以避免机械擦伤、减少织物表面折痕,织物强力没有催化损伤,产品质量明显提高;具有优良的加工重现性,是加工高技术含量、高附加值产品的有效途径;节省了染缸前处理工艺的时间和染化药剂及水和能源的消耗,实现了产能大幅提高;具有显著的节能减排效果和优良的加工质量,处理后的棉针织物能达到极佳白度和优良的毛效,经济效益可观,深得广大棉针织印染企业的青睐。

5.结语

5.1 随着新型染整技术、印染助剂/酶制剂和针织染整新设备不断出现,针织物染整逐步向最优的价格流程、最低的能源消耗、最高的劳动生产效率和最佳的产品质量发展,棉针织物的节能减排高效短流程漂炼工艺给企业增加效益,社会也带来了低碳和生态环保。

5.2 低耗节能减排是永恒的主题,寻求清洁生态染整生产,开发节约能源的“低碳清洁绿色”新型工艺技术、新产品及新设备是印染行业为之努力的目标。印染行业的绿色生态发展仍是一场需要不断努力的持久战,推进清洁化生产,这倒逼企业转型升级,提高印染生产智能化,研发绿色环保新产品、工艺技术及新设备等。

 

编辑概况:

彭志忠,江西新余人,印染高级工程师,从事纺织染整技术三十多年,致力于纺织染整、印花新技术工艺及染料助剂应用研究等工作。

手  机:13922372675(微信同号)

E-mail:pengzhong7798@126.com



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