活性染料無鹽軋蒸連續(xù)染色工藝
摘要：本文重點(diǎn)介紹開發(fā)活性染料無鹽軋蒸連續(xù)染色工藝的背景，活性染料染色的工藝現(xiàn)狀，論述了無鹽軋蒸連續(xù)染色工藝原理、特點(diǎn)、設(shè)備、染料、堿劑及助劑，肯定了該工藝高效、節(jié)能減排的先進(jìn)性和實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化推廣的廣闊前景
關(guān)鍵詞：活性染料、無鹽軋蒸、連續(xù)染色、節(jié)能減排
1．技術(shù)背景
1.1紡織業(yè)被列為重點(diǎn)污染行業(yè)
紡織行業(yè)“十一五”發(fā)展綱要》對(duì)“十一五”時(shí)期紡織工業(yè)節(jié)能降耗指標(biāo)做出了規(guī)劃要求：“印染行業(yè)：?jiǎn)挝划a(chǎn)值的污水排放量比2005年降低22%，萬元產(chǎn)值耗電量比2005年降低10－15%。”這就對(duì)印染行業(yè)的生產(chǎn)和經(jīng)營(yíng)形勢(shì)提出了嚴(yán)峻的要求，逼迫印染行業(yè)研究短流程、高效、節(jié)能、減排新工藝。
1.2行業(yè)減利因素不斷增加
小批量：染色加工的批量越來越??；
多品種：染色加工的品種越來越多、加工色澤越來越多；
高品質(zhì) ：要求印染產(chǎn)品品質(zhì)達(dá)到更高的牢度性能；
快交貨：產(chǎn)品交貨期縮短；
污水處理費(fèi)用增加：環(huán)保法規(guī)越來越嚴(yán)格；
產(chǎn)能過勝：競(jìng)爭(zhēng)加劇；
歐美設(shè)限：出口受阻；
人民幣升值：利潤(rùn)下降；
出口退稅率降低：利潤(rùn)空間減小；
能源、染料、人工費(fèi)用等成本上升，利潤(rùn)下降。
印染行業(yè)所面臨的主要壓力之一是小批量。由于設(shè)備要求有一定的生產(chǎn)量，才有經(jīng)濟(jì)效益，因此，印染加工的產(chǎn)量直接影響設(shè)備的利用率。表1列出了全球1960-2000年平均加工批量的變化。從表1可知，全球印染行業(yè)加工的批量由特別大變?yōu)樘貏e小。以國(guó)內(nèi)某企業(yè)1965-2005年加工批量為例，加工批量也呈現(xiàn)越來越小的趨勢(shì)（見表2）顯然，這些變化對(duì)印染廠的產(chǎn)量有直接的影響。為了保持產(chǎn)量，在相同的時(shí)間，則需要進(jìn)行更多批次的染色加工（見圖1），同時(shí)，也相應(yīng)增加了實(shí)驗(yàn)室仿樣工作量（見圖2）。
表1： 國(guó)際1960-2000年加工批量變化 單位：米
<| | 1960 | 1970 | 1980 | 1990 | 2000 |
| 美國(guó) | 6000 | 40000 | 30000 | 6000 | 3000 |
| 歐州 | 12000 | 9000 | 6000 | 2000 | 1000 |
| 日本 | 14000 | 13000 | 9000 | 2500 | 2000 |
| 亞州 | 6000 | 10000 | 9000 | 3000 | 2000 |
表2： 國(guó)內(nèi)某企業(yè)1965-2005年平均批量變化 單位：米
| 年份 | 1965 | 1975 | 11985 | 1995 | 2005 |
| 批量 | 250000 | 200000 | 120000 | 60000 | 6000 |
圖1：保持全額生產(chǎn)所需的日常染色生產(chǎn)的批數(shù)圖 圖2：支持生產(chǎn)所需的日常試驗(yàn)室染色打
圖3：停機(jī)時(shí)間對(duì)效率的影響
在全面考慮設(shè)備利用率的情況下，許多工廠要求設(shè)備利用率達(dá)到75%。假定平均批量為11000m，需更換色澤的時(shí)間為60min。那末，平均批量為1000m時(shí)，如仍是60min更換色澤，則設(shè)備利用率將降低至20%以下，因此，其生產(chǎn)無經(jīng)濟(jì)性可言。在此情況下，要獲得75%的設(shè)備利用率，更換品種的時(shí)間應(yīng)縮短至5min（見圖3），這顯然是不可能完成的。這就是開發(fā)無鹽軋蒸工藝的背景。
1.3濕短蒸工藝推廣難
在1995年意大利米蘭舉行的國(guó)際紡織機(jī)械展覽會(huì)（TIMA）上，德國(guó)門富士（Monforts）公司和捷利康（Zeneca）公司（即現(xiàn)在的德司達(dá)公樣數(shù)司的一部分）展示了兩公司合作開發(fā)的活性染料連續(xù)軋染的濕短蒸（Econtrol）工藝。Econtrol工藝有三個(gè)步驟，即：染色——烘干——水洗。Econtrol工藝省去了分離固色步驟（汽蒸），且工藝過程無需用鹽。在烘干過程中如果空氣濕度25%，溫度120℃，時(shí)間2分鐘，織物表面溫度約68℃;濕度為30%時(shí)，布面溫度為71℃。而在此之前的幾年中，活性染料連續(xù)軋染工藝技術(shù)進(jìn)展甚微，幾乎沒有大的革新，以及實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的應(yīng)用。
濕短蒸（Econtrol）工藝向染色工作者提供受控染色(Controlled oloration)的優(yōu)點(diǎn)，
1.4 間歇式冷堆染色效率低
2001年我公司成功推行了活性染料冷堆染色工藝，冷堆染色工藝，染透性好，頭尾色差小，無邊中色差，屬于節(jié)能工藝，對(duì)于小批量染色有著無可爭(zhēng)議的優(yōu)勢(shì)。冷堆染色的工藝流程為：浸軋染液、堿劑-堆置（12-24小時(shí)）-水洗-烘干。該工藝加工周期長(zhǎng)，常常因?yàn)槎逊?2-24小時(shí)后，經(jīng)水洗才發(fā)現(xiàn)色不符再去修色，發(fā)現(xiàn)問題滯后，效率低，往往由于間歇生產(chǎn)而誤交期，嚴(yán)重影響企業(yè)信譽(yù)。
2．技術(shù)特征
2.1 原理及過程
能不能把冷堆染色連續(xù)化？ “用短時(shí)間的飽和汽蒸固色取代長(zhǎng)時(shí)間的室溫冷堆固色，從染色原理上是可行的，雖說‘無鹽軋蒸’這一工藝在國(guó)內(nèi)和國(guó)外都未見報(bào)道，但是，只要我們用科學(xué)的態(tài)度對(duì)待每一個(gè)細(xì)節(jié)，相信科學(xué)，不怕失敗，這一新工藝就一定能開發(fā)成功！”
從2004年9月，我公司根據(jù)活性染料的染色原理，開始研究試驗(yàn)無鹽軋蒸工藝?；钚匀玖宪埡孳堈艄に嚍槲宀焦に?，即：軋、烘、軋、蒸、洗，無鹽軋蒸工藝簡(jiǎn)化為三步工藝，即：軋、蒸、洗。在普通的連續(xù)軋染機(jī)上，不用打底機(jī)只用顯色皂洗機(jī)便完成了活性染料連續(xù)染色的全過程。經(jīng)過反復(fù)對(duì)染料、助劑進(jìn)行篩選復(fù)配試驗(yàn)，2005年初，在化驗(yàn)室試染成功無鹽軋蒸工藝，2005年5月，對(duì)常規(guī)的還原皂洗機(jī)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)、組合：①浸軋槽由100升改為30升，使染液更新快；②蒸箱前增加12米透風(fēng)架，以改善織物的染透性；③增加兩只直徑為570毫米冷水輥，以降低進(jìn)布溫度
2.2無鹽軋蒸工藝中的染料、堿劑和助劑
2.2.1染料
我們先從進(jìn)口50余只活性染料進(jìn)行篩選，其中有部分染料性能可以適應(yīng)該工藝。為了降低成本，我們又對(duì)國(guó)產(chǎn)150余只活性染料進(jìn)行逐個(gè)篩選，對(duì)不同濃度的比移值、耐堿性、提升性、穩(wěn)定牲、勻染性、染色牢度等性能指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試、打樣、對(duì)比。最終篩選出了可以適用于無鹽軋蒸工藝的活性染料。
在無鹽軋蒸工藝中，由于染料固色在70-90秒內(nèi)完成，因此，篩選了反應(yīng)性中等的活性染料。包括活性嫩黃、活性金黃、活性艷紅、活性大紅、活性艷蘭、活性翠蘭、活性芷青、活性黑等。
關(guān)于染料用量：染同樣的深度，細(xì)薄織物，無鹽軋蒸工藝與軋烘軋蒸工藝及濕短蒸工藝染料用量相等；粗厚織物，由于無鹽軋蒸工藝染透性好，因此，染料用量比軋烘軋蒸工藝有所增加，其染料用量與冷軋堆染色相比基本相同。
2.2.2堿劑
固色堿劑是活性染料無鹽軋蒸連續(xù)染色工藝成敗的關(guān)鍵條件之一，對(duì)此我們做了廣泛的試驗(yàn)。先后共試驗(yàn)了七種堿劑：①.水玻璃+燒堿法。②.純堿+燒堿法。③.堿穩(wěn)定劑法。④.代堿劑法：⑤.磷酸三鈉法⑥.純堿+鹽法⑦.自配固色堿CJ-R法。
以上堿劑有的是適應(yīng)性不廣，有的是粘輥嚴(yán)重，有的還需要加鹽、有的雖然可以使用但
我廠經(jīng)多次研究復(fù)配成功的固色堿CJ-R，完全克服了其他堿劑的缺點(diǎn)，對(duì)不同染料用量與固色堿的用量有一定的規(guī)律，生產(chǎn)中工藝穩(wěn)定，操作方便，運(yùn)用自如，完全滿足了無鹽軋蒸工藝的需要。
2.2.3助劑
在無鹽軋蒸工藝中，軋烘軋蒸工藝使用的助劑都可以使用。
2.3 無鹽軋蒸工藝的特點(diǎn)
染色體系的標(biāo)準(zhǔn)要求如下：經(jīng)濟(jì)性，對(duì)小批量染色同樣也有此要求；快捷的色澤品種更換；應(yīng)用簡(jiǎn)便；適用于鮮艷色澤、非常淺和非常深的色澤；優(yōu)異的重現(xiàn)性以獲得高的生產(chǎn)可靠性；應(yīng)有一套簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)室染色方法；對(duì)環(huán)境友好；工藝對(duì)牢度性能無限制；工藝時(shí)間短。
換而言之，對(duì)染色工藝的要求，就是盡可能在最短的時(shí)間內(nèi)獲得最優(yōu)的結(jié)果。影響染色工藝的變量越少，則達(dá)到要求的可能性越高。
圖4列出了連續(xù)軋烘軋蒸（PDPS）工藝中的變量（25個(gè)）。25個(gè)變量就意味著有25個(gè)參數(shù)有可能會(huì)對(duì)染色的結(jié)果產(chǎn)生副作用。
| 染料施加 紅外線預(yù)烘 熱風(fēng)烘燥 堿的施加 汽蒸 水洗 ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ 織物質(zhì)量 輻射強(qiáng)度 溫度 化學(xué)品濃度 溫度 溫度 處方質(zhì)量 均勻性 時(shí)間 鹽的質(zhì)量 時(shí)間 pH值 帶液量 殘余含濕率 濕度 帶液率 蒸汽量 水量 溫度 排風(fēng) 織物溫度 蒸汽質(zhì)量 液體溫度 水封 軋槽容量 |
圖4 在軋烘軋蒸（PDPS）工藝中的工藝變量
圖5列出了濕短蒸工藝的變量降為15個(gè)。濕短蒸工藝變量數(shù)比軋烘軋蒸工藝少 40%，也就是說，在濕短蒸（Econtrol）工藝中錯(cuò)誤發(fā)生的幾率降低了40%。在無鹽軋蒸工藝中變量降為13個(gè)，比軋烘軋蒸（PDPS）工藝降低了48%。比濕短蒸（Econtrol）工藝又減少了8%。圖6列出了無鹽軋蒸工藝的變量。
| 染料施加 紅外線預(yù)烘 Econtrol烘燥-固色 水洗 ↓ ↓ ↓ ↓ 織物質(zhì)量 輻射強(qiáng)度 溫度 溫度 處方質(zhì)量 均勻性 時(shí)間 pH值 帶液率 殘余含濕率 濕度 水量 溫度 排風(fēng) 堿 |
圖5 在濕短蒸（Econtrol）工藝中的工藝變量
| 染料施加 汽蒸－固色 水洗 ↓ ↓ ↓ 織物質(zhì)量 溫度 溫度 處方質(zhì)量 時(shí)間 pH值 帶液率 蒸汽量 水量 溫度 蒸汽質(zhì)量 堿 汽封 |
圖6 在無鹽軋蒸工藝中的工藝變量
2.4 工藝特征
2.4.1無鹽軋蒸工藝與常規(guī)軋烘軋蒸工藝相比，徹底改寫了活性染料染色必須用鹽的歷史，使染色化學(xué)品用量減少了90%。節(jié)省去一臺(tái)熱風(fēng)打底機(jī)，綜合節(jié)能30%以上，并且減少洗滌用水，減少污水排放30%。
2.4.2無鹽軋蒸工藝與濕短蒸工藝相比，使用還原皂洗機(jī)，減少了濕短蒸的紅外線加熱裝置和高溫加熱裝置及溫度、濕度的精密控制，并且縮短了固色時(shí)間，提高了染色效率。
2.4.3與間歇式冷堆染色工藝相比，得色量一致，由于固色堿劑的改進(jìn)克服了水玻璃沾污的弊病，實(shí)現(xiàn)了軋染的連續(xù)化，提高了生產(chǎn)效率。
3．總體性能指標(biāo)
3.1產(chǎn)品的質(zhì)量
3.1.1經(jīng)檢測(cè)無鹽軋蒸工藝染色成品，達(dá)到《棉印染布GB／T411-93標(biāo)準(zhǔn)》與軋烘軋蒸工藝染色成品的各項(xiàng)牢度指標(biāo)一致。
3.1.2用“評(píng)定變色用灰色樣卡”評(píng)定首尾色差，達(dá)到4級(jí)以上，色光變化小。
3.1.3無鹽軋蒸工藝，從浸軋染料和堿劑的混合液到染料的固色過程全部是在濕態(tài)條件下進(jìn)行的
3.1.4由于半制品通過均勻軋車后，進(jìn)入設(shè)置汽封口的還原蒸箱，布面含水量較常規(guī)液封工藝低，所以升溫快，節(jié)約了蒸汽。
3.1.5改善水洗性能：由于無鹽染色，可減少染料回粘現(xiàn)象，所以容易水洗，并且牢度提高。
3.2 小樣與大樣的重現(xiàn)性
為了使染色生產(chǎn)獲得最高的效率，需要化驗(yàn)室進(jìn)行多種試驗(yàn)，摸索出不同染料，不同深度，不同的配套堿劑及相應(yīng)的工藝條件，找出規(guī)律性才能制定出良好的實(shí)驗(yàn)室工藝，快速而便利地生產(chǎn)出可重現(xiàn)的產(chǎn)品。
我公司化驗(yàn)室，通過由小樣到大樣，再由大樣到小樣，經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)，不斷總結(jié)完善，現(xiàn)在己經(jīng)掌握了從高支高密的細(xì)薄織物到粗厚織物的無鹽軋蒸工藝的仿樣工藝。較好地實(shí)現(xiàn)了化驗(yàn)室小樣與生產(chǎn)大樣的重現(xiàn)性。
3.2.1大小樣的差別①.黃色：化驗(yàn)室小樣黃色得色淺，大生產(chǎn)大樣黃色得色深；②.藍(lán)色：化驗(yàn)室小樣藍(lán)色得色深，大生產(chǎn)大樣藍(lán)色得色淺。經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)，化驗(yàn)室薄膜法加尿素50g/L后，可以達(dá)到大小樣得色深淺一致。若用化驗(yàn)室小還原蒸箱氣封法仿色，色光基本一致。
3.2.2. 軋烘軋蒸工藝化驗(yàn)室仿樣用的設(shè)備，可以滿足無鹽軋蒸工藝的仿樣要求，不需另外購(gòu)置無鹽軋蒸工藝專用的仿樣設(shè)備。
3.2.3 無鹽軋蒸工藝的實(shí)驗(yàn)室工作效率可以大大提高。
| 軋蒸工藝/min 軋烘軋蒸工藝/min 染液準(zhǔn)備 5 染液準(zhǔn)備 5 染料施加 1 染料施加 1 織物預(yù)處理 1 織物預(yù)處理 1 軋蒸（烘燥） 3 烘燥 2 水洗 10 化學(xué)品配制 5 烘燥 2 織物準(zhǔn)備 5 施加化學(xué)品 1 汽蒸 2 水洗 10 烘燥 2 共 22min 共 34min |
在圖7中比較了無鹽軋蒸工藝和軋烘軋蒸工藝所需的實(shí)驗(yàn)
根據(jù)圖7比較而知，無鹽軋蒸工藝仿色所需時(shí)間比軋烘軋蒸工藝所需的時(shí)間減少了35%。
3.3 無鹽軋蒸工藝可染的色澤
無鹽軋蒸工藝，不僅可以染鮮艷的嫩黃、艷紅、大紅、艷綠、艷蘭和芷青、海軍蘭、黑色，而且可以用圖7無鹽軋蒸工藝與軋烘軋蒸工藝化驗(yàn)室仿色樣時(shí)間對(duì)比三元色拼染中間色，如：灰、橄綠、墨綠、棕等，并且色光穩(wěn)定。
3.4 適用的纖維材料和織物
無鹽軋蒸工藝，可以對(duì)不同紗支不同密度，由纖維素纖維加工的機(jī)織物進(jìn)行染色。由于該工藝染透性好，特別適宜燈芯絨織物染色。
3.5 無鹽軋蒸工藝的環(huán)境特性及成本
工業(yè)化生產(chǎn)工藝環(huán)境特性已成為越來越重要的因素。在選擇優(yōu)化染色工藝時(shí)，需要考慮該工藝的環(huán)保特性，其中主要的標(biāo)準(zhǔn)是能耗、化學(xué)品用量、排水和排氣的污染情況。另外要考慮的是，對(duì)環(huán)境友好的工藝是否具有經(jīng)濟(jì)性。而無鹽軋蒸工藝完全滿足上述要求。
在軋烘軋蒸（PDPS）工藝中，如果織物克重為350g/m,軋液率為70%,鹽用量為250g/L，則染色100萬米織物所需鹽量總計(jì)為61000kg。與軋烘軋蒸（PDPS）工藝不同的是，無鹽軋蒸工藝無需用鹽。
一臺(tái)無鹽軋蒸連續(xù)染色機(jī)與一臺(tái)軋烘軋蒸連續(xù)染色機(jī)相比較，該工藝省去了熱風(fēng)打底機(jī)，只用還原皂洗機(jī)，符合節(jié)能減排的原則。在正常條件下，每米布印染加工費(fèi)用可節(jié)約0.08元左右。一臺(tái)無鹽軋蒸連續(xù)軋染機(jī)每年可以節(jié)約蒸汽3847.5噸，節(jié)水10125噸，節(jié)電19.44萬度，節(jié)鹽360噸，包括人工費(fèi)在內(nèi)，每年節(jié)約成本總費(fèi)用約55萬元。因此，無鹽軋蒸工藝兼具環(huán)保性和經(jīng)濟(jì)性。
4．結(jié) 論
活性染料無鹽軋蒸連續(xù)染色工藝與濕短蒸工藝、冷軋堆染色工藝和傳統(tǒng)的軋烘軋蒸工藝相比：具有一定的技術(shù)先進(jìn)性、工藝可靠性和經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性。該工藝的染料、助劑及設(shè)備均已實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化。主要特點(diǎn)如下：
4.1省去打底機(jī)，只需還原皂洗機(jī)，節(jié)省土建和設(shè)備投資。
4.2減少了工藝控制點(diǎn)，有利于提高產(chǎn)品質(zhì)量。
4.3軋烘
4.4省去打底機(jī)，省去紅外線予烘和烘筒烘燥，綜合節(jié)能30%，織物染透性好并且防止了染料泳移。
4.5省去打底機(jī)，減少了換品種的擦車工作量。提高了效率，適合小匹量染色。
4.6染料和堿劑一浴連續(xù)軋染，拼染中間色穩(wěn)定。
4.7省去打底機(jī)，徹底克服了加工高支高密織物在打底機(jī)上產(chǎn)生的皺條。
4.8染料和堿劑一浴連續(xù)軋染，減少了操作人員，降低了用工成本。
4.9無鹽軋蒸工藝，染色不需用鹽，減少了染色化學(xué)品用量90%，從根木上消除了印染污水中的鹽難以去除的難題。
4.10染色不用鹽，浮色不易回沾，改善了染色布的洗滌性，減少污水排放30%以上，提高了染色牢度。
5．存在問題
目前設(shè)備尚需繼續(xù)完善。
綜上所述，活性染料無鹽軋蒸連續(xù)染色工藝，屬于活性染料連續(xù)染色的短流程節(jié)能減排工藝，建議在行業(yè)推廣。
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