分散染料节能减排应用技术实践(一)


彭志忠

(广东佛山市敬展纺织材料有限企业  广东佛山  528216)


摘  要:印染行业推进节能减排清洁生产,向技术密集资源节约、环境友好型产业发展,要采用技术先进节能环保的新工艺、新流程设备以及有效工厂管理;以实现了清洁印染生产、污水污泥等零排放,提高企业的经济与社会效益。本文对涤纶分散染料染整的现状进行了概述,分析了新时代分散染料节能减排染整技术及发展,对于我国纺织染整企业技术发展和竞争力的提升,具有非常重要的现实意义。

关键词:节能减排;分散染料染色/印花;涤纶织物;低温染色;碱性染色;免蒸水洗染色/印花


前  言

涤纶纤维具有优良的物理化学性能和服用性能,广泛的应用领域,其优良的性能使其成为合成纤维中发展最快、产量最高的品种之一。涤纶纤维的崛起及快速发展,使其目前已发展成为最重要的纺织纤维,而其多样性已成为某些技术要求很高的纺织领域的可选纤维。分散染料是涤纶纤维染色/印花的唯一选择,但由于传统的涤纶分散染料染整工艺流程长,存在能耗(电、汽消耗)高、水耗大,同时废水、废气的排放量较多,对环境影响严重。

目前传统工艺的生产成本居高不下,随着能源、环保问题的日益突出,以及纺织品的日趋高档化,如何采用新工艺、技术和新流程设备以及有效的工厂管理,做到真正的节能减排,是当今纺织印染企业面前的重要课题。

绿色印染和清洁生产才是今后印染行业的发展方向,减少印染加工能耗、用水是重要环节之一,低能耗和少水或无水印染一直是印染急需攻克的技术难题。传统的生产工艺已不符合绿色印染、生态排放的环保要求,其生产工艺流程急需转型升级改造;必须优化组合染整加工工艺的各大要素,能量(热能、机械能、电子能及电耗等)、化学品及时间,革新工艺,缩短工艺流程,提高生产效率,节能减排,降低生产成本。

一、分散染料概述

分散染料是纺织染料行业里最重要和主要的一大类,分散染料不含水溶性基团,分子量较低,属疏水性型染料,分子中虽含有极性基团(如羟基、氨基、羟烷氨基、氰烷氨基等),在染色过程中依靠分散剂的作用呈分散状态进行染色的一类非离子染料。这类染料后处理要求较高,通常需要在分散剂存在下经研磨机研磨,成为高度分散、晶型稳定的颗粒后才能使用;主要用于涤纶(PET)、聚乳酸纤维(PAL)、聚对苯二甲酸丙二酯纤维(PTT)、聚对苯二甲酸丙二醇酯纤维(PBT)及其混纺织物的印染;也可用于醋酸纤维、锦纶、丙纶、氨纶等合成纤维的(浅色)染色。

分散染料于1922年由德国巴登苯胺纯碱企业,主要用于聚酯纤维和醋酯纤维的染色,当时主要用于醋酯纤维的染色;20世纪50年代后随着聚酯纤维的出现,获得了迅速发展,成为纺织染料工业中的大类产品。

二、分散染料的应用现状

1.分散染料的分类

分散染料通常按两种方法分类:

1.1 化学结构分类

分散染料的化学结构主要有偶氮类、蒽醌类和杂环型三大类染料;前两类分散染料约占分散染料总量的85%(其中偶氮类分散染料占50%,双偶氮染料占10%, 蒽醌类占25%),其他苯乙烯结构、杂环类分散染料占15%。偶氮型分散染料可按一般偶氮染料合成方法生产,工艺简单,成本较低;蒽醌型具有红、紫、蓝等色,以鲜艳著称的染料种族——蒽醌系染料;杂环型为新近发展起来的一类染料,具有色彩鲜艳的特点。蒽醌型及杂环型分散染料的生产工艺较复杂,成本较高。

偶氮型的色谱较剂全,有黄、橙、红、紫、蓝等各种色泽,偶氮类染料的给色量较高,升华牢度较好,但移染性和匀染性比较差;在高温条件下,比较容易被还原性物质破坏,蒽醌类分散染料色泽比较艳亮,遮盖性和匀染性较好。在高温条件下,耐还原耐水解的稳定性相对较高,耐晒牢度也相对较好,但升华牢度比较差。

1.2 应用的耐热性能分类

可分为低能型、中能型和高能型(低温型、中温型和高温型)分散染料。

※ 低能型染料:耐升华牢度低,扩散匀染性能好,适于竭染法染色,常称为E型分散染料;

※ 高能型染料:耐升华牢度较好,但匀染性扩散差,适用于热熔染色,称为S/H型分散染料;

※ 中能型染料:耐升华牢度与匀染性介于上述两者之间,又称为SE型分散染料。

按升华牢度的高低,分散染料通常又被分为三类,S(H)型(高温型)、SE型(中温型)、E型(低温型)。

以分散染料染涤纶为例,其实用特点见表1所示:


2.分散染料的应用

分散染料(Disperse dyes)是一类水溶性较低的非离子型染料,染色时借助分散剂呈分散状态而使疏水性纤维(涤纶、醋酯、锦纶等)染色;最早用于醋酯纤维的染色,称为醋纤染料。随着合成纤维的发展,锦纶、涤纶相继出现,尤其是涤纶,分散染料获得了迅速发展,成为纺织染料工业中重要的产品。由于涤纶纤维具有整列度高,纤维空隙少,疏水性强等特性,要在有载体或高温、热溶下使纤维膨化,染料才能进入纤维并上染。

因此,对染料提出了新的要求,即要求具有更好疏水相容性和一定分散性及耐升华等的染料,目前印染加工中用于涤纶织物染色的分散染料基本上具备这些性能,但由于品种较多,使用时还必须根据加工要求选行选择。由于聚酯纤维具有疏水性强、结晶和整列度高、纤维微隙小和不易润湿膨化等特性,要使染料以单分子形式顺利进入纤维内部完成对涤纶的染色,按常规方法是难以进行的,因而分散染料染涤纶需较特殊(即高要求工艺条件及染色设备)的染色方法。

2.1 用于涤纶染色

涤纶属于聚酯纤维,由于涤纶分子中没有亲水性基团,也没有其他较强的极性基团,故聚酯纤维的吸湿性较差,疏水性大;再加上涤纶大分子线型状态好,结构紧密,结晶度高,分子间空隙小,所以分子较大的水溶性染料不能上染涤纶。由于分散染料的相对质量比较低,分子结构简单,水溶性极小,因此,最适合染涤纶纤维。

目前分散染料染涤纶的主要染色方法主要有:

※ 利用高温高压卷染机或溢流染色机(如喷射溢流机等)在125~135℃温度高温浸染。

※ 利用热熔连续轧染机于190~210℃连续热熔轧染染色。

※ 沸温常压载体的染色,但由于之前的染色载体一般不符合环保要求,所以要选择使用。

※ 沸温吸色-焙烘发色的工艺在涤纶染浅色时也有应用;但由于焙烘发色程度难以准确控制,所以实际应用不多。

这些方法利用了不同的条件使纤维膨化,纤维分子间的空隙增大,同时加入助剂以提高染料分子的扩散速率,使染料分子不断扩散进入被膨化和增大的纤维空隙,而与纤维由分子间引力和氢键固着,完成对涤纶的染色。由于分散染料在水中的溶解度极低,故要依靠加入染料和溶液中的分散剂组成染液;为防止分散染料及涤纶在高温及碱作用下产生水解,分散染料的染色常需在弱酸性条件下进行。

2.2 分散染料存在的问题

从聚酯纤维(涤纶)问世以来,分散染料的发展史只有60年,但它已成为世界纺织染料中产量最大的一种染料。目前我国的分散染料产量已超过了35万吨,是世界上最大的分散染料生产国,年出口分散染料已超过15万吨。

随着聚酯纤维,特别是涤纶超细纤维以及新合成纤维的迅速发展,国内外市场对分散染料的需求将会进一步扩大;然而国内生产的分散染料还处在不稳定的状态,特别是在染料质量和实用性上还存在着不少问题亟待解决。

1.低含量的粉状分散染料质量较差

(1)粒径大,而且颗粒大小不均匀,与超微细的颗粒(0.2~0.3微米)的要求差距较大(目前国产分散染料的粒径在0.5~2.0微米)。

(2)染料晶粒的形状不规则,有针状、棒状、片状、粒状、菱状和块状等,而且染料的晶型不稳定。

(3)分散染料的稳定性较差,特别是高温时的稳定性。在高温条件下不少品种的染料晶粒容易聚集;这与染料制造时和染色时添加的分散剂、匀染剂等产品的质量有关,分散染料的热聚集会严重影响染色物的质量,如产生色点、色渍、色变、色牢度低、得色量降低等问题。

2.染色性能不能满足要求

主要表现在涤纶织物用分散染料染色后,经过高温干热处理(热定形、柔软处理、防水处理等),其耐水洗、耐皂洗、耐摩擦、耐汗渍等染色牢度会明显下降,而且还会对相邻的其他纤维(如棉、麻、粘胶纤维)造成严重的沾污。因此,染色质量往往难以满足市场要求。

3.染料的纯度不高

分散染料中含有的扩散剂、元明粉、无机成分和重金属等杂质,会影响染色质量。有些染料对非涤纶的沾色较多、升华牢度和摩擦牢度较低、染色的污染严重,这都与染料的纯度有关。所以,建议印染企业尽量采用高浓度的分散染料。

三、聚酯纤维/织物分散染料染色

1.高温高压染色法

高温高压染色法是在高温有压力的湿热状态下进行,染料在100℃以内上染率极少,即使在沸腾的染浴中染色,上染速率和上染百分率也不高,所以必须加压在2atm(2.02×105Pa)以下,染浴温度可提高到125~135℃,此时染浴对涤纶的增塑作用较大,使涤纶纤维分子链段运动较剧烈,分子间微间隙增大,产生的瞬时孔隙也越多和越大。

此时染料分子的扩散也增快,增加了染料向纤维内部的扩散速率,使染色速率加快,直至染料被吸尽而完成染色。染色结束后,温度降至纤维玻璃化温度以下时,纤维分子键段运动停止,自由体积缩小,分散染料与纤维通过范德华力、氢键等而固着在纤维内。

分散染料的高温高压染色方法是一种重要的方法,其适合升华牢度低和分子量较小的低温型染料品种。用这类染料染色匀染性好,色泽浓艳,手感良好,织物透芯程度高,适合于小批量、多品种生产,也常推荐于涤棉等混纺织物的染色。

分散染料的高温高压染色可在高温高压卷染机和喷射、溢流染色机上进行,适宜于染深浓色泽,染色pH值一般控制在4.5~6.0,常用醋酸和染色酸等调节pH值,为使染浴保持稳定,染色时尚需加入分散剂和高温匀染剂。

2.热熔染色法

分散染料采用热熔法染色与一般浸轧染色相似,通过浸轧的方式使染料附着在纤维表面,经过预烘干后,随即再进行热熔处理;在190~210℃左右的高温作用下,沉积在织物上的染料可以单分子形式扩散进入纤维内部,在极短的时间内完成对涤纶的染色;热熔染色法也是目前涤棉混纺织物染色的主要方法,若是涤棉混纺织物,则可通过热熔处理使沾在棉上的染料以气相或接触的方式转移到涤纶上。

以连续化轧染生产方式为主,生产效率高,尤其适用于大批量生产。热熔染色法的缺点是设备占地面积大,同时对使用的染料有一定的条件限制,要根据染料的耐热性能,合理选择适当的热熔温度和时间,其染料的利用率较高温高压法低。

 

未完待续,请关注下期精彩内容……

 

编辑概况:

彭志忠,江西新余人,印染高级工程师,从事染整技术三十多年;致力于纺织染整、印花新技术研究及染化料应用技术管理等。

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