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浅析针织物少水节能漂染实用工艺

2020-11-13常州纺织服装职业技术学院 岳仕芳

摘要:对棉型针织物的少水节能减排高效短流程漂染工艺进行简要分析,主要对间隙式系列前处理高效短流程工艺及系列染色短流程工艺阐述,与相应的传统工艺对比质量、节能减排成效及污染指标降低情况等。  

    针织物的纤维种类、编织方法多、线圈结构易变形,长期以来以间歇式缸染进行,漂染工艺流程效率低能耗高随着能源资源日趋紧张国家对节能环保的要求更加严格以及加工成本的增加企业利润低下,针织染整工艺正朝着高效短流程、少水节能漂染工艺方向发展。首先,通过设备更新改造,采用小浴比设备,对节能减排起着关键作用;其次,以高效多功能助剂的开发应用,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,在一定程上降低污染物浓度;第三,目前针织物平幅前处理及平幅水洗已有成熟的工艺装备,通过平幅炼漂可大幅度降低能耗、减少排放。外织物前处理、染色及印花后水洗,要占到总耗水量的80%,并产生大量的废水,下面重点介绍针织物间歇式漂染加工的高效程流程工艺。

1 针织物高效短流程前处理工艺

1.1 传统碱氧一浴前处理工艺

    上世纪80年代始,碱氧一浴前处理高效短流程工艺因节能减排效果明显,在梭织物、针织物前处理中迅速得到推广应用,该工艺成功应用依赖于耐碱性好的碱氧稳定剂,能使烧碱液中的双氧水的无效分解和自由基(HOO-)浓度降低、以尽量减少对织物的损伤,主要产生HO-2用于分解织物上的浆料和杂质对梭织物而言织物上有浆料结构紧密轧蒸工艺烧碱浓度高通常达到35g/L60g/L稳定剂的要求高,故最早开发的碱氧一浴工艺在涤棉织物上应用比较成功,在纯棉梭织物上以先冷堆再短蒸工艺较为常用虽然不能一步完成但在一定程度实现了节能减排针织物因结构易变形卷边目前仍大量采用浸浴法前处理浴比一般在1:8110烧碱浓度24g/L但对稳定剂的要求降低故碱氧一浴工艺在针织物纱线上的应用非常成功最早的碱氧工艺处方一般为高效精炼剂l-2g/L碱氧稳定剂0.5-lg/L30%双氧水6-8g/L烧碱2-4g/L借助碱氧稳定剂高效精炼剂烧碱氧化剂协同作用使棉纤维上的杂质发生氧化水解和复分解皂化乳化增溶净洗等物理化学作用使织物获“匀的处理效果漂练结束酸洗除氧HAcNaAc 0.5g/L除氧酶0.08-0.lg/L其传统碱氧工艺曲线如图1。工作液至少含4种助剂,配料不当会使工作液失效、织物降强,残液pH值较高,通常吨产品耗水在3240吨。

1.2 新型碱氧一浴前处理工艺

所谓新型碱氧工艺,主要是依赖一款多功能助剂,该助剂市场称之为DF-88酶或OK-88酶等,实则是三合一多功能煮练剂主要包括碱性盐渗透剂稳定剂螯合分散剂能与双氧水共浴协同作用于棉纤维使织物“匀的处理效果其处方为多功能助剂2-3g/L30%双氧水4-6g/L对杂质多的坯布可适当添加烧碱炼漂后中和与除氧与传统碱氧工艺相同其工艺曲线见图2两者之不同在于新型碱氧处方更简单、工作液pH值更低,双氧水利用率更高,织物强力损伤较小,煮漂白残液pH值低本文作者在粘亚麻前处理工艺研究中发现该新型碱氧工艺处理的织物白度高于传统碱氧工艺这与多功能助剂中碱性盐为δ-层状偏硅酸钠有关,吸附杂质能力强,洗涤力好。

1.3 针织物低温炼漂一浴工艺

针织物低温炼漂一浴处理是借助于低温精练酶来完成的,低温精练酶实则是由δ-层状偏硅酸钠,液体的Mn-L型(高分子配位锰化合物)分散体粉状重金属螯合剂高效表面活性剂组成可将炼漂温度从100℃降到85℃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损伤较小低温精练剂兼具渗透、乳化、螯合分散及氧漂稳定功能,一般处方为:低温精炼剂l-2g/L30%双氧水5-6g/L烧碱2-3 g/L中和水洗与除氧处理同前其工艺曲线见图3该工艺煮漂温度低升温时间,产品失重率低,棉纤维损伤小。与传统碱氧工艺相比能耗降低2030%,加工时间节省15%左右,更适合不耐高温的多纤维针织物的炼漂。

1.4 低碱炼漂工艺

    棉针织物低碱炼漂是依赖低碱漂白精炼助剂,该助剂也属于多功能表面活性剂,蓝色透明液体,有稳定催化双氧水及润湿渗透等作用,使纯棉针织物在高温低碱下完成炼漂,炼漂后残液pH接近中,无需用酸中和,炼漂后排液水洗一次,除氧后即可直接进行活性染色,缩减一道酸洗,能降低污水量及污水中的COD,提高生产效率。低碱氧炼漂工艺曲线见图4

生产案例:342832s棉汗布,布重:135kg,浴比:1:10

原碱氧一浴处方:30%双氧水6g/L,烧碱2g/L去油精炼剂0.5 g/L除油灵0.5 g/L冰醋酸0.8 g/L除氧酶0.3 g/L

低碱氧一浴处方30%双氧水6g/L烧碱0.6/L低碱漂白精炼剂1g/L除氧酶0.3g/L

两种工艺处理效果对比见表1

1 低碱氧工艺与常规碱氧工艺质量与残液对比

项目

 

CIE白度

 

%

毛效

cm/30min

顶破强力/N

 

残液pH

耗时/h

 

耗水/t

 

炼漂

水洗

酸洗

除氧

原碱氧

70.3

9.5

443.5

11.5

11.3

5.0

7.0

2.5

21.6

低碱氧

70.5

10.4

454.9

8.0

7.2

不酸

7.0

1.4

10.8

针织物低碱氧漂工艺比常规炼漂工艺减少一次水洗和一次酸洗节水节能明显工艺时间缩短

1.5 生物酶前处理工艺

    用于棉针织物前处理的生物酶主要以果胶酶、纤维素酶及高效表活剂为主要成分的混合制剂,其高效催化作用可在低温度下完成精炼,避免高温处理;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;非水溶性无机盐通过螯合分散去除;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,获得亲水性、匀染性。残余杂质、色素及棉籽壳通过后续氧漂去除。采用生物酶前处理,可避免强碱高温,可减少对织物的损伤。因此该工艺更适合不耐强碱高温的织物,若棉针织物染或棉氨针织物深色则不需要后续氧漂工艺,节能减排成效更为显著。

生产案例:32S/1C+20D氨纶汗布,染深浓色。

传统碱煮工艺为:针织物碱煮(100℃×40min除油剂lg/L,渗透剂0.5/L)热洗(80℃×10min)酸洗(HAc 0.5g/L,室温10min)活性染色。

合酶制剂前处理工艺为:针织物生物酶精炼[复合酶制剂1-2% (o.w.f)55℃、15min]×不排液升温(80℃,10min)活性染色。

处理效果比较见表2

2 复合酶制剂精炼与碱煮高温处理效果

项目

高温碱煮工艺

生物酶工艺

亲水性(滴水法)

<ls

<ls

棉籽壳

少量棉籽壳

少量棉籽壳

染色表观色深值

标准

与碱煮工艺相同

布面光洁度

毛羽较多,光洁度一般

毛羽较少,布面干净

染色均匀性

染色均匀,无色花现象

染色均匀,无色花现象

    因碱煮工艺多一道水洗和酸洗且高温煮炼生物酶工艺缩短工艺时间约30-60分钟综合成本也低于碱煮工艺,收集处理相同产品产生的废水测试污染物浓度,因生物酶去杂的专一性和对杂质催化解的机理与碱煮炼工艺不同产生废水CODcr总氮总磷都低于碱煮工艺节能减排成效较明显

2 针织物节能减排染色工艺

2.1 涤棉针织物炼漂染涤一浴工艺

一般T/C织物前处理与染涤工艺为:T/C针织物碱氧炼漂(100℃,40min) 热水洗(80℃,10min)酸洗(室温,10min)除氧(室温,10min)分散染涤(130℃,30min)待染棉等后续工序。

为解决该工艺流程长的问题,印染科技工作者开发了炼漂染一浴助剂,能在分散高温染涤的同时与双氧水协同实现棉纤维前处理,该助剂为表面活性剂、功能性助剂复配物,在弱酸性条件下稳定催化分解双氧水,使之能氧化棉纤维上的色素、分解杂质,借助表活剂的乳化、洗涤力去除棉蜡,对分散染料色光的影响相对较小,重现性好;空白对比实验表明炼漂染一浴法去油率达51.5%、白度为73.91%,传统分浴法碱氧前处理工艺去油率为50.9%,白度76.2%,毛效均为16cm/30min左右,布面外观效果好。但该工艺实施的前提需选用耐双氧水的分散染料,为解决大小样色差建议打小样也采用炼漂染一浴工艺。

    T/C针织物一浴炼漂染工艺为:40℃入染炼漂染一浴(130℃×40min) 水洗除氧染棉。炼漂染色工艺处方:染后无需中和水洗,直接除氧后活性染棉。

应用实例:高温高压液流O型缸,CVC汗布,1489.7kg,浴比:1:7,染米白,30%氧水:6.0%(owf)炼漂染一浴助剂1.0%(owf)98 %HAc0.3%(o.w.f)分散黄E-GL:x %(o.w.f)分散3By%(o.w.f)分散蓝2BLN:z%(o.w.f)与传统工艺相比减少了三道工序1吨布可节约蒸汽大约1.3、节约水约24吨,节约时间1.52.0小时,节能减排明显,且生产效益和生产效率大幅度提高。

2.2 分散/活性染色免还原清洗工艺

    棉/涤或涤/棉中深色以分散/活性两浴两步法染色工艺为通常染涤后采用烧碱/保险粉还原清洗分散染料浮色、中和水洗后再用活性染棉,染棉后还在皂洗。该方法工艺流程长,耗能耗水大;保险粉和烧碱对生产环境和废水处理极为不利,还原清洗去除分散染料浮色,从而提高色牢度。印染科技工作者为解决常规工艺两次皂洗和烧碱/保险使用对环境不利的问题开发了免还原清洗剂将分散染色后还原清洗与活性染色后的皂洗合为一步,免还原清洗剂具有高的吸附性能、分散性能、悬浮性能、螯合和增溶作用,去除浮色能力强,其螯合作用可屏蔽染液中的金属离子,抗再沾污力强、增效洗涤效果。

2.2.1 免还原清洗工艺可缩短生产工艺程序

    T/C针织物分散/活性常规染色工艺与免还原清洗工艺对比如下:

    常规工艺:棉涤半制品(130℃×3060min)还原清洗(80×20min)醋酸中和(50℃×15min)冷洗染棉(60℃×30min)、加纯碱固色(60×45min)醋酸中和(50℃×15min)冷水洗皂洗(95℃×15min)热水洗(80℃×15min)冷水洗。

    免还原清洗工艺:棉涤半制品染涤(130℃×3060min)染棉(60×30min)、加碱固色(60℃×45min)+热水洗(80℃×10min)醋酸中和(50℃×15min)冷水洗皂洗(免还原清洗剂2g/L85×15min)热水洗(80℃×15min)冷水洗。

2.2.2 免还原清洗工艺染色牢度与传统皂洗工艺对比

    同样染色浓笈CVC针织物按常规工艺与还原清洗工艺处理,染料组合有:橙色:分散红玉S-5B/ 分散橙S-4RL/活性黄M-3RE/活性红M-3BE;绿色:分散橙S-4RL/分散深兰HGL/活性黄M-3RE/活性深蓝M-2GE;紫色:分散红玉S-5BL/分散深兰HGL/活性红M-3BE/活性深蓝M-2GE;消色:分散红S-5BL/分散橙S-4RL/分散深兰HGL/活性红M-3BE/活性黄M-3RE/活性深蓝M-2GE。染色总浓度在610%,表观色深K/S值基本无差异;免还原清洗工艺洗涤的摩擦牢度及皂洗牢度略优于原常规工艺,其中拼紫色染料浓度为5%时,免还原清洗工艺湿摩牢度差半级。由此可推测,T/CC/T中深浓色织物染色,采用免还原清洗工艺后处理效果与传统工艺基本相当。

2.2.3 免还原清洗工艺节能减排成效

    生产一吨布或一吨纱,浴比按大生产工艺18计算,与传统工艺相比,省去了烧碱/保险粉还原清洗、醋酸中和与冷水洗至少三道工序,缩短生产时间约80min,按1t染缸功率为l00kW计,运转耗电系数按0.6计,则染1吨织物可省电约80度;减少两次升温降温,按8吨水两次需升温50℃计,需耗蒸汽D=1143kg节约新水24t;此外,由于节约水和蒸汽,污水排放减少25t。以染黑色拼色为例,分散与活性染料浓度均为4%(o.w.f),实验对比废水CODcr,免还原清洗工艺产生的废水比传统工艺产生的废水CODcr低。

2.3 针织物活性染色与抛光一浴工艺

2.3.1 除氧、抛光与染色一浴的可能性分析

    因针织物易收缩卷边,传统工艺针织物不能烧毛,去除绒毛需采用纤维素酶、也叫抛光整理,抛光后酶需灭活,灭活条件在80℃下处理10min或调节pH值于碱性使之失活。常用抛光条件45℃~55℃,pH4.55.55060min,在弱酸性条件下较长时间处理,对织物纱线强力也有一定的损伤。针织物煮漂后残留双氧水会影响活性染料的色光,需采用过氧化氢酶除氧处理,除氧条件55℃、10min中温型活性染棉的温度5560℃,染色30min后加纯碱固色30min左右。

    市场上知名助剂商开发的可以在活性染色时实施抛光、除氧的复合酶,适宜的pH57,适宜温度6065℃,和中温型活性染料染棉纤维的温度和pH值吻合,而活性染料上染后加纯碱固色时正好能使复合酶失活,免去专门的使酶失活的工序,避免了原抛光酶在酸性条件下进行会导致纤维受损的问题。

2.3.2 除氧、抛光与染色一浴工艺

    棉针织物活性染色与抛光分浴工艺与一浴工艺对比,实验对比了活性黄RW,活性超级红,活性深R-2GLN,染料浓度均为2%(owf)

    分浴工艺:前处理中和(室温×10min)+除氧(室温×10min)抛光[pH=5.055℃×60min,抛光2%(o.w.f)灭活(80℃×10min)染色(染色15 min加盐15min加碱固色3min)皂洗后处理

    一浴工艺:前处理→中和(室温×10min)60℃,pH 6.0,复合光酶2%(o.w.f)除氧、抛光,20min→加染料染色15min→加盐促染15min→加碱固色30min→皂洗后处理同前。

    两种工艺处理后表面光洁度达3.54.0级;表观色深值接近;皂洗牢度变色45级、沾色3.54级;耐碱性汗渍变色3.54级、沾色3.03.5级;耐酸性汗渍变色3.5级,沾色3.03.5级。一浴工艺减少除氧、抛光两道工序,工艺温度控制更简便收集处理相同织物的废水对比分析,COD下降20% 左右。

2.4 针织物活性染料深浓染色后采用皂洗酶后处理工艺

    活性染料的染色浓度越高,染料缔合度越大,未键合的染料就越多,故染深浓色时浮色量大、后处理尢为重要对皂洗剂的分散性去污能力搞再沾污力要求就越高常规活性染料染色浓度5%(owf) 以上时,企业为了提高活性染料染色织物的色牢度,一般进行两次高温皂洗,再加强热水清洗。市场上开发的皂洗酶能够催化分解水解活性染料和未固着的活性染料,分解产物的溶解度更高,降低了水洗温度还能使织物上的浮色洗除更净,在确保色牢度、色泽的前提下,可减少清洗次数和时间。

2.4.1 不同工艺皂洗后处理及质量对比

    染色采用活性黄M-3RE、活性红M-3BE、活性深蓝M-2GE、活性黑B-ED4只染料分别染色,染料浓度6%(o.w.f),食盐40g/L,纯碱25g/L固色40分钟后用传统方法皂洗后处理,与皂洗酶后处理对比见表3

                     3 两种工艺及处理效果对比

项目

传统皂洗工艺

皂洗酶处理工艺

工艺

对比

 

 

活性染色室温洗(10min)酸中和(冰醋酸lg/L50℃、20min)室温洗(10min)高温皂洗(皂洗剂1g/L 95℃、15min)第二次高温皂洗((皂洗剂1g/L 95℃、15min)执洗(80℃、10min)一室温水洗(10min)

  活性染色冷洗(10min)中和(冰醋酸1g/L50℃、20min)高温皂洗(皂洗剂1g/L95℃、15min)皂洗酶洗(皂洗酶0.6g/L85-9020minpH6-7冷水清洗(10min)

能耗

对比

 

皂洗酶处理工艺与传统高温皂洗工艺对比,至少节约一道80℃、10min热水洗和一道冷水洗,且酶洗温度只要85-90℃即可,而传统高温皂洗工艺的第二次皂洗仍需要95℃。所以皂洗酶用于活性染深深浓色织物皂洗后处理具有节能、节水、减排的功效。

表观

色深

值比

 

(1)活性黄M-3RE与活性红M-3BE两只染料△E色差值较小,目测基本看不出色差;

(2)活性深蓝M-2GE与活性黑B-ED颜色色调与传统工艺相同,△E色差在l左右,比传统工艺看深浓,由于色调相同不影响正常拼色。

色牢

 

 

4种染料皂洗牢度变色4-5级,沾色44-5级,两种皂洗色牢度相同;活性深蓝M-2GE、活性黑B-ED的干摩牢度是皂洗酶工艺比传统高温皂洗工艺高l级,活性黄M-3RE、活性红 M-3BE是两种工艺相同;4种染料的湿摩牢度是皂洗酶洗工艺比传统高温皂洗工艺处理后织物0.5级以上。

2.4.2 不同工艺处理后残液吸光度值比较

    皂洗酶工艺与传统高温皂洗工艺的洗涤残液首次清洗和二次清洗液的吸光度值织物染色浓度为6%(o.w.f),收集相同重量织物用皂洗酶处理后残液与传统高温皂洗残液,分别测试其CODcr值比较如表4

4 两种工艺处理后残液吸光度值

项目

活性黄M-3RE

活性红M-3BE

活性深蓝M-2GE

活性黑B-ED

残液

 

传统高温皂洗

0.476

0.286

0.500

0.882

皂洗酶洗涤

0.016

0.032

0.008

0.012

首次清洗液

传统高温皂洗

0.042

0.053

0.100

0.074

皂洗酶皂洗

0.016

0.032

0.008

0.012

二次清洗液

 

传统高温皂洗

0.040

0.029

0.052

0.038

皂洗酶皂洗

测不出

测不出

测不出

测不出

CODcr/mg.L-l

 

传统高温皂洗

777.5

954.0

526.5

526.8

皂洗酶皂洗

401.5

604.0

300.8

411.0

    皂洗酶洗后第二次清洗水基本无色,而传统工艺第二次清洗液仍有一定色度,由此推断皂洗酶洗涤后只要清洗一次即可,而传统高温皂洗工艺经第二次清洗后还需要热水强力清洗,污水排放量大。皂洗酶l处理的洗残液CODcr低于传统高温皂洗工艺说明皂洗酶对织物上浮色确实有消解作用而不仅仅是乳化洗涤。

3 结束语

    印染科技工作者开发了许多用于针织物染整的高效能助剂,可根据本企业设备、产品特点选用,并做好先峰试验和中样应用研究、再推广应用获得节能减排成效。当然,要大幅度降低本企业产品的综合能耗、则需要对生产装备更新改造成新型的小浴比设备,或者大胆采用平幅炼漂和平幅水洗后处理设备才能实现目标。

参考文献:

[1] 岳仕芳,陈雪.无磷络合分散剂在碱氧轧蒸工艺中的应用[J],印染,2008(14)19-20

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