染色工艺中的节能减排技术

1高固色率活性染料的应用

活性染料性能优良,应用范围不断扩展,染料新品也不断涌现,主要特点为:高固色率、高色牢度、适合低盐、低水、低能耗的染色要求,以此减轻对环境的污染。

以往的活性染料固色率在 50% ～ 70% 之间,染色后在染浴中残留大量的染料,其中有一部分是水解染料,而且色泽越深残留的染料越多。针对这种情况,近年来开发了多活性基的活性染料,例如Cibacron深红S B的提升力为一般红色活性染料(如C.I.活性红239,195)的 3 倍左右。其他的三活性基染料如Cibacron红C 2G(C.I.活性红228)为 2 个乙烯砜基和 1 个一氯均三嗪基,Cibacron红FN 3G(C.I.活性红266)为一氯均三嗪、一氟均三嗪和乙烯砜基,一些三活性基染料在原有双活性基的基础上增加一个活性基,但整个分子增加幅度不大。从而保证了染料分子在纤维上的均匀扩散,同时水解染料易于洗除。

已经投入生产的新型活性染料含有一氟均三嗪、烟酸均三嗪、三氯嘧啶、二氟一氯嘧啶、二氯喹啉、a 溴代丙烯酰胺等基团,这些新活性基的引入,使染料在鲜艳度、坚牢度、固色率等方面均有很大提高,这些含有复合活性基的染料除具有优异的高吸尽率、高固色率和高提升力,而且水解染料易于洗除。

例如,传统染黑色需用 9% ～ 12% 的活性染料,而现在选用三活性基(2 个乙烯砜基和 1 个一氯均三嗪基)活性元染料染色,其特点在于具有很高的乌黑度;在标准色度下固色率高达 80% 以上,染料只需 5% ～ 6% 左右的用量就能达到以往产品染色深度的要求。因其高固着率、低水解,因此染后只需皂洗一道,无需另外固色剂处理,色牢度可达到 4 级以上,该深色品种较常规染色工艺减少皂洗、水洗和固色各一道,可节约 3 缸水,节约 30% 的蒸汽,缩短染色时间近 3 h,降低了污水的排放。平均染 1 t深色布能节约 130 元左右的费用。

2冷轧堆染色工艺

冷轧堆染色是一种新型的染色方法,就是在常温下完成染料对织物的染色,可使用低温型活性染料。

工艺流程:织物浸轧染液 堆置染固 后处理。

操作方法:织物在常温下浸轧染液,利用轧辊的轧压作用使染液吸附到织物上,然后均匀打卷,外层采用塑料薄膜包覆,不使织物风干。在冷堆设备上马达慢速带卷转动18 ～ 22 h,以确保完成染料的吸附、扩散和固色过程,再经平洗后处理工序,完成染色。

工艺优势:适用于活性染料染中厚棉织物,设备简单、液量小、透染性好、布面光洁,比传统的轧染工艺可节能50%,节水 40%,综合效益显著。

3耐强碱分散染料的应用

耐强碱分散染料在染浴中的染色pH值可达 10 ～ 12,所以可将涤纶、涤锦超细纤维织物的开纤和染色工序合并,采用一浴一步法工序,明显缩短了工艺流程,能耗低,且废水排放量较少。

(1)传统涤锦珊瑚绒前处理、染色流程

前处理(开纤、减量〉 中和水洗 染色 水洗 后整理。

可以看出,传统染色工艺流程长,步骤繁杂,不容易控制品质,成本高,能耗大,排污多,效率低,不利于印染企业的发展。

(2)优化涤锦珊瑚绒染色工艺

为解决以上问题,常熟某公司技术人员在总结以往经验的基础上,积极与浙江某科研单位合作,对传统染整工艺进行改进优化。该科研单位提供一组练染一浴一步法AF耐碱系列分散染料和相关助剂,由于该组染料为偶氮环糊精包合的分散染料,具有以下特征:①特宽pH染色性能,能在较强碱性条件下染色;②碱性条件下优异的匀染性及染色重现性。

目前该公司已将传统涤锦珊瑚绒前处理、染色工艺优化为现有新的染色工艺:前处理(开纤、减量〉+ 染色 水洗 后整理。可以看出,新工艺流程步骤简单、成本少、能耗低、排污少、效率高,从而大大提升了印染企业的竞争力和利润空间。

涤锦珊瑚绒前处理(开纤、减量)+ 染色一浴一步法工艺曲线:

染料、助剂配方:XL 1001,6.0 g/L;XL 1001B, 1.5 g/L;AF,X%;浴比,1∶15。

备注:XL 1001为退练染一浴剂;XL 1001B为练染一浴染色稳定剂;AF为一浴法碱性染色分散染料。

4涤/棉织物一浴法染色工艺

传统的分散/活性两浴法染色工艺存在着生产流程长、耗水、耗电、耗汽、生产效率低、制造成本高的不足,很难适应和满足目前生产交货快、质量好、价格低的要求。

由日本化药公司开发的Kayacelon React CN型染料是双3 羧基吡啶基季铵盐均三嗪活性基,染色时游离基是3 羧基吡啶(菸酸),对环境无害。由于反应性高,具有高吸着率和较高的固着率。能与分散染料在中性浴中对涤/棉混纺织物进行一浴一步法染色,是一种很有前途的环保型活性染料。

为了解决分散/活性两浴法染色中存在的一些问题,江苏某印染公司选用了Kayacelon React CN活性染料和国产分散染料,配用具有良好染浴pH缓冲能力的Kayaku Buffer P 7染色助剂,进行分散/活性一浴法染色,各项染色指标优良。

(1)涤/棉织物一浴法染色工艺实例(表 1)

(3)染色效果

①重现性

本工艺选择的分散染料和CN活性染料均可在pH近中性和高温的条件下对涤/棉织物上染固着,特别是CN活性染料三原色具有均衡的高上染率和高固着率。由于采用P 7调节pH值以及活性染料对元明粉加入量的依赖性不大,加之CN活性染料无需加碱固色,避免了在碱性条件下所引起的染料水解及色变等问题。所有这些都对颜色重现性能稳定起到一定的保障作用,既使偶有色光偏差,可向染浴中直接加料修色,因此若需进行色光修正就十分简便易行。

②匀染性

两种染料均在高温条件下对纤维染色,高温使纤维分子链段运动加剧,分子间隙增大,非常有利于染料分子向纤维的均匀扩散。加之工艺控制和配套助剂的协同作用,织物的匀染得到了良好的保障作用,所以染色物基本无色花现象产生。

③牢度指标

涤/棉浅色织物染后只需进行常规皂洗,即可达到良好的净洗性,中色织物在染色降温水洗后采用酸性皂洗剂BBT D 0.5 ～ 1 g/L在 80 ℃ × 15 min条件下进行皂洗,可显著提高皂洗牢度和湿摩擦牢度。

采用全新煮漂和分散/活性一浴法染整工艺对涤/棉中浅色织物进行加工生产,能够缩短生产周期,工艺时间短、印染废水排放量减少,综合成本降低约 30%,减轻了对生态环境的污染,特别是染色重现性好,牢度优良,定形后织物色变小,不易产生色花,纤维损耗减少,使产品质量得到保障,能够达到出口产品质量标准,因此该工艺有很好的推广应用价值。

5色媒体无盐无碱活性染料染色工艺

棉针织坯布在传统的活性染料染色工艺中,必须使用大量的电解质(30 ～ 90 g/L)和碱(10 ～ 30 g/L),促使染浴中阴离子性的活性染料吸附到纤维上并形成共价键结合而上染固色。为了防止染料上染快而造成染花,元明粉、纯碱又必须分批加入,操作难度大,染后残液中大量的未上染染料、电解质、碱的排放导致水质恶化,严重破坏生态环境。

使用新型染色助剂――色媒体,对棉织坯布进行阳离子化预处理,使纤维带有正电荷和反应基团,在活性、直接等阴离子性染料染色时可使染料匀染上染纤维,达到较高的固色率,从而实现无盐、无碱染色,减少了水解染料的产生,避免了电解质、碱剂随染色残液的排放而产生的污染,特别有益于保护生态环境,实现清洁染色。

(1)预处理工艺

工艺处方:色媒体,10%;渗透剂 DM 1231,1.0 g/L;浴比,1∶12。

工艺曲线:

(2)无盐无碱染色工艺

工艺处方:活性染料 ≤ 5%;浴比,1∶12。

工艺曲线:

(3)应用效果

实行无盐无碱染色新工艺可有效提高染料得色率,特别是深浓色可减少染料用量约 30%,不仅节约资源,而且大大降低了染料、助剂成本。

采用上述优化工艺染色与传统染色工艺相比具有织物失重率小、操作简便、工艺时间短、生产成本低、影响因素少、染色牢度好等优点,推广应用后可给染整行业带来较大的收益。

6涤棉混纺针织物节能染色生产新工艺

6.1涤棉织物氧漂染涤一浴新工艺

采用环保新型染漂一浴多效剂XH 181染整生产涤棉混纺织物,可实现氧漂、染涤合二为一,一次性完成。大大节约了水、电、汽和药剂及人工费用,降低了染色综合成本。

(1)工艺配方

染漂一浴多效剂XH 181,1.0 g/L;精练剂,0.5 g/L;100% H2O2,3.0 g/L;分散染料,X%。

(2)工艺曲线

新工艺比传统工艺大大缩短了工艺时间和流程,所需助剂种类也有所减少。

6.2耐碱性染料选择

目前,国内染料生产厂家所生产的分散染料,在染料性能上进行不断改进,大多数染料pH值适用范围变宽,达到了 3 ～ 9 或 4 ～ 10 (每只染料在色卡上都标明染色时工作液pH值),这就为涤纶碱性染色提供了有利条件,但有些染料如含有酯基、酰胺基、氰基的染料在高温碱性条件下易发生水解,导致色光变化或得色率降低,如分散深蓝H GL(含酯基),及用此类染料拼混的如分散棕S 2BL、分散黑S 2BL等,在高温碱性条件下极易水解,此类染料不适合碱性染色;还有一些常用的分散染料如荧光系列的,高坚牢度的,都需要在强酸性条件下pH = 3.5 ～ 4.5 染色,故也不适合采用碱性条件染色。

所以必须选用在碱性及氧化剂共存的条件下染色效果好、质量稳定的分散染料。国内不少染料化工等公司分别推出了适用于碱性染色的低温、中温和高温型分散染料,代表性厂家和产品如下:

浙江闰土公司:分散染料ADD、ACE等几十个品种;浙江龙盛公司:分散染料ALK等几十个品种;杭州吉华公司:分散黄3GF、分散红FB、分散蓝E 4R等;常州亚邦公司: E RPD系列浅三原色等;温州开源化学工业公司:分散金黄SE 3R(200%);上海安诺其:(超细纤维专用)ERD红、ERD黄、ERD蓝、ERD黄棕、ERD红玉。

6.3新工艺应用特点

利用染漂一浴多效剂XH 181可实现涤棉混纺针织物练漂、碱性染涤纶一浴一步工艺。该工艺特别适用于一些浅色、中色、鲜艳色的涤棉混纺针织物染色。XH 181能稳定保持整个染色过程中染浴的pH值在 9 左右,其特殊的碱性缓冲染色体系及强力的分散匀染能力可有效防止和去除染色过程中涤纶低聚物,提高分散染料匀染性,防止色点、白粉印的产生。节省传统工艺中的酸洗、水洗工序,节省水、电、汽等能源成本,可以有效缩短工艺时间,提高设备利用率。

对于浅色品种,漂染涤完成后,进行一道热水洗(90 ℃,15 min)一次,水洗干净后直接染棉;对于一些需做还原清洗品种,无需排液,只要在染液降温至 80 ～ 90 ℃时直接加入还原剂(此时浴中双氧水有效成份已经基本失去)和调整pH值即可。

6.4染色牢度比较

涤棉漂染一浴新工艺与传统氧漂、染涤两浴法工艺染色后的成品染色牢度对比结果如表 2 所示。

测试数据表明,涤棉漂染一浴新工艺与传统氧漂染涤两浴工艺染色后成品的各项染色牢度一致,可满足产品高质量要求。生产流程比传统工艺减少 1 道氧漂工序,节约 120 min,生产效率可提高近 20%。经测算,新工艺比传统工艺 染 1 t布成本平均下降 300 元。若按此工艺大批量进行生产,一年将可节约成本约 500 万元。

涤棉针织物进行氧漂、涤纶染色一浴法生产,具有以下优势:(1)省去了以往前处理氧漂工艺氧漂后的热水洗、酸中和和水洗步骤,缩短了漂染工艺流程,节约了水、电、汽;(2)省去了烧碱、双氧水稳定剂、螯合分散剂、渗透剂的使用,降低了助剂成本;(3)减少了污水排放,节省污水处理费用,真正做到了节能降耗、减排环保的清洁生产;(4)重现性良好,既有利于保证产品的稳定性,又可更好地控制生产成本;(5)织物经氧漂、涤纶染色一浴加工后,成品的失重率减小、织物强力高、色牢度与传统酸性染色工艺相当。

7代用碱在活性染料浸染染色中应用

代用碱SH是一种高浓缩缓冲有机液体碱,呈淡黄色状,能直接溶于冷水,产品pH值(1% 水溶液)= 13.0,对于各种结构的活性染料都有较高的给色量和重现性。因此液体固化料稀释非常方便,尤其适合需要自动给液输送和泵送的染色,更适合于小浴比的染色,可以降低染色废水的排放量,为国内目前新颖的节能降耗型的创新产品。

代用碱剂中含电解质成份少,离子强度低,因此在加碱过程中固色提升性较缓,特别对于敏感的颜色染色匀染性更好。通常可在 20 min左右将代用碱加完,缩短了加碱时间,节省了染料固色时间。使用其替代纯碱固色,使用量在为纯碱用量的 1/10 前提下也能保证染料有相当高的固色率。由于代碱剂是液体,加入量又少,在低浴比和气雾染色机上更显示出独特的优越性。代用碱固色后易于清洗,避免了纯碱固色由于洗涤不净而形成的白斑,并且有较纯碱更好的固色牢度。使用代用碱剂固色完成后织物经 2 次水洗即可达到纯碱固色需 3 次水洗后的布面pH值,节省酸洗,缩短工艺时间,省水节电,降低染色废水的排放,减轻对环境的污染,降低成本。经测算,和纯碱固色相比,使用代用碱剂固色加工中深织物每吨可节约各项成本约 30%,染后排放残液的COD值下降约 1 500 左右。

8微胶囊分散染料染色工艺

微胶囊分散染料可进行纯涤纶、锦纶、涤/棉混纺织物染色。包括:梭织布、针织布、长毛绒、麂皮绒等。工厂可利用现有的溢流染色机上再连接一套专用的萃取机装置。

微胶囊化分散染料采用蜜胺树脂预聚体作为壁材制备而成。使分散染料被囊壁严密包裹变成直径数微米的小颗粒,比表面积大,可在染浴中呈自由运动状态。

(1)微胶囊染色机理:胶囊内的分散染料被进入胶囊内的水溶解 已溶解的染料向胶囊外扩散 水中的单分子染料向纤维表面吸附 纤维表面吸附层的染料向纤维内部扩散形成着色。这个过程在高温下(如 130 ℃)不断延续,最终达到所要求的染色深度。

(2)微胶囊染色过程:织物进机,微胶囊分散染料用水搅匀后倒入辅助装置,并添加适量冰醋酸,接着按传统染色工艺升温开始染色,升温至 130 ℃保温 30 min,然后关闭辅助装置通路,继续保温运行 20 min,降温进水冷却后织物出缸。

微胶囊染色工艺中,微胶囊分散染料中不含助剂成分,染色时除了调节pH值所需少量酸之外,染浴中无需添加其他助剂,染色结束后,染后浴中除了空胶囊和浓度极微的染料外,织物上没有其他化学品残留。染色排放残液经沉淀池过滤并除去胶囊之后就可变得清澈,可以循环再次利用。同时因染后织物上无染料浮色残留,可省去还原清洗、热水洗和冷水洗几道后处理工序,节约大量的染色后处理用水。

按生产 1 t 织物对比统计,新工艺可节省传统染色及后处理需用助剂 40 kg/t,减少了助剂产生的污染物排放。染色后无需多次水洗,染色后排出的脚水清澈透明,这些排放水可回用于对织物的前处理。吨织物可节水 60 t,节电180kW・h,节蒸汽 3 t,缩短染色时间近 40%,同时设备利用率可大大提高,吨织物总体约降低染色成本 800 元。

9染后酶皂洗工艺

活性染料染后皂洗、水洗处理是整个染色工艺过程中的一个重要环节,对染色物的牢度及染色时间、能源、水的节约具有重要意义。活性染料不可能完全固着于纤维上,在纤维和染浴中残存有 20% ～ 30% 的水解染料,未固着的水解活性染料由于对纤维素纤维仍具有一定的亲和性,需耗用大量水和助剂及能源反复多次处理才能去除,从而达到提高染色牢度要求。

传统活性染料染后水洗过程一般包括冷水洗、酸洗、皂洗、热水洗、冷水洗等。深浓色产品一般需皂洗 2 遍。活性染料染色后洗涤的耗水量约占总染色所需耗水量的 60%,洗涤时所需能耗约占总能耗的 40% ～ 50%,不但影响到生产效率的提高,而且是造成废水排放量居高不下的重要因素。

新型活性染料染色后皂洗酶210B含有特殊酶基团和特殊高分子聚合协调组分,通过酶基团作用于残存溶液中水解染料结构上的发色官能团以加速溶液中水解染料的氧化――分解反应,使皂洗残液脱色,而附着在纤维上的未固着的水解染料借助于皂洗酶210B内含的特殊高分子聚合物协同效应,经过迁移、分散溶解在洗液中,不产生对被染物的二次沾附,继而又经过皂洗酶基团的作用使水解染料的发色基团消色,从而达到去除织物和洗涤液中未固着的水解染料之目的。但对已经与纤维共价键结合的染料,即已经固色的染料则影响很小。

因活性染料发色基团分子结构差异,皂洗酶消色程度亦会有所不同,生产时需注意工艺处方的调整。达到减少染色后皂洗、热洗、水洗的次数,以至节省能耗费用和明显缩短水洗时间。

工艺处方:皂洗酶210B,0.4%;pH = 5 ～ 7;皂洗温度,80 ～ 90 ℃;皂洗时间,20 min;热洗温度,50 ～60 ℃;水洗时间,10 min。

工艺流程:染色后的织物 冷水洗 酸洗 皂洗酶皂洗 水洗(对色) 柔软。

两种皂洗工艺效果对比见表 3。

技术经济分析:(1)皂洗酶工艺加工每 1 t布成本可节省 376 元,可比传统皂洗工艺节约成本 35% 左右,这尚不包括生产效率提高,带来额外成本的节省;(2)皂洗酶的生物酶特殊作用能够分解去除已经水解和未固色的活性染料,充分去除浮色,有效提高皂洗效果,减少皂洗后水洗次数,缩短工艺时间 60 min,明显降低成本;(3)与传统皂洗工艺相比,各项色牢度有明显提升,可不用或减少固色剂用量;(4)显著降低废水COD、色度,减少污水排放量。

皂洗酶为生物产品,使用安全可靠,符合环保要求,能给企业带来完全符合绿色生态环境的要求,并且可减少能源、水源耗用、节能减排明显。

10采用新型酸性皂洗剂代替传统皂洗剂皂洗

(1)新型皂洗剂的特点

酸性皂洗剂BBT D是阴离子型和非离子型表面活性剂复配而成的助剂,pH呈酸性,具有良好的渗透能力,易与染料亲和,并形成胶束,降低染料与纤维的亲和力,形成内核使染料胶束稳定地分散在水中,具有分散抗凝聚兼软化水硬度的多种功能。染色后织物不必再进行有机酸中和,可直接皂洗,即可有效去除织物中未固着水解染料,并可克服残液中染料对织物的反沾问题,同时调节布面pH值至中性,因其皂洗功效优于传统,所以使用量较少,仅为传统皂洗剂用量的 50%。

(2)新工艺流程

冷洗 皂洗 热水洗 1 次冷水洗。

(3)皂洗牢度效果对比(表 4)

由表 5 可知,BBT D和传统皂洗剂分别对织物皂洗后各项牢度指标检测结果基本一致,符合加工要求。

11涤纶染色后的酸性还原清洗剂

传统工艺中采用分散染料染色后的中深色涤纶织物都必须进行水洗,再用保险粉在碱性条件下进行高温还原清洗,以将织物上的浮色洗去,既耗能源又耗水,而且洗后织物色光变化大,生产管理及产品质重难以掌控。

新型酸性还原清洗剂GB,主要成分为有机还原剂及界面活性剂。可在分散染料酸性染色后直接将其加入染浴内对织物进行还原处理,去除织物上未固着的分散染料,提高染色牢度指标。

与传统的采用保险粉加碱的还原清洗工艺相比,采用酸性还原清洗剂进行还原清洗,具有诸多优点:

(1)采用酸性还原清洗剂,一般染色后不用放掉残液,调节工作液 pH = 4.5,加入酸性还原清洗剂GB 1.0 ～ 2.0 g/L直接进行还原清洗。因此,采用酸性还原工艺可以节省 2 道工序,对处理 1 缸染色织物而言,可省掉 2缸水,节约将冷水加热到 85 ℃及保温所需的热能,减少 2 缸水的污水排放,可谓省时、节能,提高工效。

(2)涤纶织物的吸湿排汗整理外贸订单越来越多,有很多工厂采用分散染料染色与吸湿排汗整理同浴工艺,以提高吸湿排汗的功效和染色牢度。但吸湿排汗整理剂对碱剂敏感,染色后如果采用保险粉加碱的还原清洗工艺会降低织物的吸湿排汗的效果,而采用酸性还原清洗可保证织物有优异的吸湿排汗效果不受影响。

(3)外贸订单对纺织品的pH值有严格的要求。采用酸性还原清洗工艺,工作液保持在酸性条件下,因此可保证成品布面pH值在中性至弱酸性范围。如果采用保险粉加碱进行还原清洗,若在加工时稍有疏忽,中和或水洗不彻底,就很有可能造成布面pH值检测不合格,而且织物在带碱状态下进行定形极易形成色变、红块、黄渍、白印,产生染色疵品。