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基于定量压轧技术的轧-烘-轧-堆染色工艺2021-04-27东莞市金银丰机械实业有限公司 李 智 梁 芳 杨军伟 杨兴宇 广东智创无水染坊科技有限公司 李 裕 摘要：通过自制的定量压轧工艺装置，对棉织物依次进行活性染料轧液、预烘、定量压轧碱剂溶液，然后进行冷堆固色，在轧碱剂的过程中活性染料与碱剂完全不接触，只有在碱剂施加完成后活性染料与碱剂才接触。结果表明，选择适宜的定量压轧设备，在活性染料轧余率30%-60%、烘干、碱剂轧余率30%-40%，堆置时间8-24 h的条件下，可实现棉织物少水洗染色及无盐染色。与传统冷轧堆染色工艺相比，该新工艺可显著提高染料上染率，降低染料和碱剂的用量，对染料和碱剂的选择范围较广，无需转动条件下堆置，染色品质量达到传统工艺的水平，同时实现节约用水。 关键词：冷轧堆 少水洗 轧余率 无盐 低碱 0 前言 棉织物的印染加工是印染行业的重要加工产品，而冷轧堆是其主要的染色工艺之一。传统棉织物的冷轧堆染色工艺采用传统的轧车装置进行轧液，轧后织物的轧余率普遍为60%-70%，现阶段多采用计量泵供液，将活性染料和碱剂分别注入轧车的料槽，布料在料槽内浸渍后过量带液，再经轧辊压轧得到一定的轧余率(60%-70%)，尽管现在的料槽越来越小，但是在料槽中活性染料遇碱会发生水解；同时，在长时间堆置过程中由于轧余率较高，染料在碱性条件下也会发生水解现象，导致染料利用率偏低，产生浮色，增加水洗负担，染料的水解是造成活性染料冷轧堆染色过程中染料用量高、产生废水大的重要因素；再者，在堆置的过程中，由于轧余率较高，存在大量的自由水，容易导致堆置过程中的泳移现象，影响产品品质，所以传统的冷轧堆染色需要在转动的状态下堆置。 针对上述问题，本项目开发了一种通过自制的定量压轧工艺装置，对棉织物依次进行活性染料轧液、预烘、定量压轧碱剂溶液，然后进行堆置固色的轧-烘-轧-堆染色工艺，可节约染料和碱剂的用量，完全无需无机盐，并验证了该工艺的可行性。 1 试验部分 1.1 材料和仪器 织物：全棉机织物坯布半制品(130g/m2)。 染化料：活性染料：安诺素（上海安诺其集团股份有限公司）、活性染料固色助剂（自制）。 仪器：定量压轧装置、拉幅定型机、打卷机（东莞市金银丰机械实业有限公司）、FA2014N型电子天平（上海精密科学仪器有限公司）、SW-12型水洗色牢度仪（莱州市电子仪器有限公司）、Y5711型摩擦色牢度仪（莱州市电子仪器有限公司）。 1.2 染色工艺 1.2.1 传统冷轧堆染色工艺 活性染料处方： 安诺素藏青 20 g/L 安诺素深红 11.2 g/L 安诺素黄 8.8 g/L 固色碱剂处方： 氢氧化钠 6 g/L 纯碱 20 g/L 尿素 7 g/L 工艺流程：染料、碱剂分别溶解→计量泵分别注入料槽→织物浸轧染液（轧余率65%）→冷堆固色(24h)→水洗→皂洗→水洗→烘干→性能测试评估。 1.2.2 轧-烘-轧-堆新工艺 染色处方： 安诺素藏青 16 g/L 安诺素深红 8.96 g/L 安诺素黄 7.04 g/L 活性染料固色助剂 20 g/L 工艺流程：活性染料溶解后注入自制的定量压轧装置→织物定量压轧染液（轧余率35%）→烘干→碱剂溶解后注入自制的定量压轧装置→织物定量压轧碱剂溶液（轧余率35%）→冷堆固色(24h)→水洗→皂洗→水洗→烘干→性能测试评估。 1.3 测试方法 耐皂洗色牢度按GB/T 3921-2008《纺织品色牢度试验耐皂洗色牢度》测定； 耐摩擦色牢度按GB/T 3920-2008《纺织品色牢度试验耐摩擦色牢度》测定。 2 结果与讨论 2.1 免基于定量压轧技术的轧-烘-轧-堆染色工艺的原理 常规冷轧堆染色工艺中染料会在料槽内遇碱水解，而新工艺中至少碱剂的施加是采用压轧的方式进行的，因此，染料和碱剂只能够在碱剂施加完成后才会接触，避免了染料在料槽内的水解。常规冷轧堆染色工艺中堆置前的轧余率为65%，相较于新工艺的带液量大，染料在长时间堆置过程中布面水解情况相对严重。传统工艺轧液过程和堆置过程中染料容易水解，造成活性染料利用率变低，形成浮色，增加水洗负担。 新工艺中在施加碱剂之前的布料不会进入碱剂的料槽，也就不会存在染料脱落进入碱剂料槽的问题，因此完全不需要无机盐。同时由于传统工艺带液量大，存在大量的自由水，容易在后续的堆置过程中产生泳移现象，而新工艺由于轧余率为35%，基本上都是结合水，基本不会出现水解和泳移现象。虽然新工艺的带液量可以很低，但是新工艺在定量压轧了活性染料后经过了烘干过程，这个过程一方面是把水分烘干，利于后续碱剂的低带液量给液，同时起到了业内通常所说的透风作用口，，在这个过程中热风可以使胚布在前处理阶段所携带的双氧水等得到分解、挥发，消除了传统工艺中因双氧水等的残留而引起的色花现象，并使得染料与胚布有了一定程度的初步结合，利于后续的固色[纠。 基于上述认知，本项目自制了一种定量压轧工艺装备，其轧余率可根据需要自由设定。
图1 定量压轧装置示意图 如图l所示，染料或碱剂溶液置于料槽内，调节计量器与带液辊之间的间隙和压力，控制压辊与带液辊之间的压力和间距，织物从压辊与带液辊之间经过，织物不需要进入料槽就能够得到定量的溶液。 2.2 染色效果 2.2.1 轧余率对染色结果的影响 织物浸轧染液后，进行冷堆固色，轧余率会影响冷堆过程中密闭的料卷内的绝对湿度Ⅲ，进而影响染料的水解程度。传统的浸轧方式，轧后织物的轧余率一般为65%，而新型的定量压轧装置轧后织物的轧余率可任意控制在25%-45%。减少轧余率，可有效避免染料的水解，提高染料的利用率，并且也有效地降低泳移现象。采用新型的定量压轧新工艺对棉织物进行轧一烘一轧一堆染色，测试堆置前不同轧余率下的染色结果，并与传统的冷轧堆染色进行对比，结果如表1所示。
由表1可知，采用轧一烘一轧一堆染色工艺对棉织物进行冷堆染色，当轧余率35%左右、堆置时间24h，染色织物的上染率明显高于传统冷轧堆染色工艺，且各项色牢度指标相当。当织物轧余率超过35%，随轧余率的增加，染料水解程度加强，上染率逐渐降低；当织物轧余率低于35U/o时，随轧余率的逐步降低，水分过少，对纤维的溶胀作用和对染料的增溶作用不足，上染率逐渐降低。 2.2.2 上染率 分别采用传统工艺和新工艺对棉织物进行堆置染色，染色织物的K/S值和固色率结果如表2所示。 表2 传统工艺和新工艺的上染情况
由表2可知，采用轧一烘一轧一堆染色工艺对棉织物进行冷堆染色，织物的K/S值和固色率传统工艺相比均有所提高，尤其是固色率比传统工艺染色织物的有明显提高。这是因为定量压轧的轧一烘一轧一堆染色工艺中染料的水解程度达到了极限低的水平，染料的利用率明显比传统工艺高，由此也减少了后续的水洗负荷。此外，由于染料和碱剂在轧碱之前完全不接触，染料无需进入碱液的料槽，因此可以完全不需要无机盐。 2.2.3 色牢度 分别采用传统工艺和新工艺对织物进冷堆染色，织物的各项色牢度测试结果如表3所示。 表3 传统工艺和新工艺的色牢度
由表3可知，采用轧一烘一轧一堆染色工艺，可以对棉织物实现少水无盐染色，且各项色牢度指标均达到传统冷轧堆染色的工艺水平。 2.3 能耗对比 由于轧-烘-轧-堆染色工艺增加了烘干过程，增加了一定的能耗。但是，由于染液的带液量很低(35%左右)，因此烘干的过程很短，能耗也很低，相较于提升产品的质量以及减少水洗及水处理负荷，降低染料和碱剂的用量，有限的能耗应该是可以接受的以加工幅宽1.4 m、130 g/m2纯棉机织物为例，按350/0的轧余率，以30 m/min的车速计，每小时只需将115 L 水从室温加热变成蒸汽，同时将328 kg织物从室温加热到100℃，总的能耗约为3万大卡，如果采用天然气加热，热能实际利用率较低，约为40%，其烘干过程天然气用量约为10m3／h(热量约为80 000大卡)，按天然气4元/m3，则每小时能耗费用为40元，加上设备用电，平均每平方米织物能耗低于0.02元，加上人工、场地、设备折旧，每平方米低于0.05元。与新工艺节约染料和助剂的价值大致相当，而新工艺不单节省大量的水，降低大量的污水排放，更重要的是新工艺克服了泳移带来的质量问题，加上烘干过程同时起到了透风的作用，确保了产品质量。 2.4 注意事项 (1) 由于项目工艺的利用率高，加工相同产品时应适当减少染料及助剂的量（约15%—20%）； (2) 由于轧液中始终存在一些助剂，尽管小部分织物可以实现免水洗染色（比如人造革基布等工业用布），但对大部分织物比如服饰类织物染色后仍需经简单的水洗过程，以洗除布面残留的助剂。 (3) 由于采用本项目工艺时带液量较低，相比于传统的轧染，染料和助剂的浓度需要提高，这样才能够得到与传统轧染一致的染色效果。比如，常规工艺染色染液为20 g/L，60%轧余率，则每100 g坯布上轧染料1.2 g。按新工艺轧余率30%，就需40 g/L。如果常规60 g/L，则每100 g坯布上轧染料3.6 g。新工艺就要120 g/L才能达到同样色深。但是由于新工艺节约染料20%左右，则新工艺染料浓度分别为32 g/L和96 g/L即可达到100 g坯布1.2 g和3.6 g的色深。 3 结论 采用轧-烘-轧-堆染色工艺，无需使用无机盐，可实现对纯棉织物的少水洗染色。染色条件为：在选择合适的定量压轧设备的前提下，在轧余率35%、堆置时间10-24 h的条件下，可实现棉织物少水洗无盐染色。与传统冷轧堆染色工艺相比，该新工艺可提高染料上染率，染品质量达到传统工艺的水平，还能节约用水、节省染料和助剂，并且无需考虑染料的耐碱性问题，扩大了染料和助剂的选择范围。 参考文献： [1] 毛志平．一种活性染料潮固色连续化染色方法[P].中国专利ZL 201911081088.3，2019.11.07. [2] 张彦，一种活性染料冷轧堆染色设备和染色方法[P].中国专利ZL 201510828241.X.2015.11.25. [3] 房宽峻．一种织物的活性染料无盐染色方法[P].中国专利ZL 201811644200.5，2018.12.30. |
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