23助剂与设备在染整加工中的应用

23助剂与设备在染整加工中的应用

2.3在短期工艺前，有必要在添加剂和设备上处理工艺应用问题。短流程前处理工艺在我国推广已近20年,取得了很大进展。但随着时代进步和高新技术的发展,与国外先进技术比较,仍存在一定差距。(1)短流程前处理工艺基本已普及,但优化工作做得还很不够。不少单位对短流程工艺的制订不是根据品种特点、客户要求和最终用途等,因地制宜(根据机台设备,助剂和人员素质等)来优化制订最适宜的工艺。此外,对采用冷轧堆工艺后必须加强热碱处理的重要性认识还不够,导致冷堆工艺质量不稳定。要解决这一问题就要合理选择工艺配方,正确制订工艺条件,并通过大量的测试,采用中心旋转法优化工艺,以及在生产过程中通过控制各项工艺参数来控制双氧水的反应速率,使两类反应达到最佳平衡点,即在规定时间内,既使杂质去除率达到半制品质量标准,同时又把对纤维素本身的损伤降到最低。(2)短流程前处理工艺在缩短流程、降低能耗、提高半制品质量和降低成本等方面对染整加工工艺的发展起到了极其重要的作用,但此工艺的主要用剂为烧碱,因此仍属高温强碱化学工艺。冷堆工艺虽不属高温,但碱浓高,这种工艺会产生大量碱性污水,对环境造成污染。(3)短流程前处理配套助剂质量不稳定,缺乏系列化、专用化、标准化和统一的测试标准(有的单位已在开发,但为数不多)。特别是适用于短流程工艺环保型助剂的开发,不能满足清洁生产工艺的要求。在配套设备的开发上也跟不上短流程工艺的发展要求,特别是在自动化和机电一体化的开发上,缺乏工艺参数的在线检测和计量装置。对于冷轧堆轧卷装置,不少企业仍采用被动打卷,而不是中心辊主动驱动;采用高给液装置的企业不多;汽蒸工序主要还是采用履带蒸箱,且漏汽严重,温度达不到要求,预热时间不足,易产生横档风干印,造成染化料助剂浪费严重,至今还没有一台符合工艺要求的高温热碱处理设备。总之,助剂与设备的开发未能与工艺品种的开发同步发展,应引起有关方面的重视。3我国印染行业前处理工艺的进展近年来,特别是加入WTO后,更加快了印染行业进行生态染整和清洁生产的步伐,这已成为印染行业可持续发展的重要基础。目前全棉织物的前处理工艺,不论是传统的退煮漂工艺,还是短流程前处理工艺,都要在高温条件下,采用烧碱、表面活性剂及众多的化学药品来完成去杂任务。冷轧堆工艺虽属低温,但所需药剂特别是烧碱量较高,工艺产生的废水严重污染环境。为减轻前处理工艺对环境的污染,使印染行业可持续发展,世界各国同行都在研究开发生物酶制剂来替代传统的烧碱前处理加工工艺。生物酶制剂以其特有的专一性、高效性和反应条件温和,越来越受到各地印染企业的重视。这种可自然降解的生物制剂,易洗尽,且耗水少、去杂效果好、对环境无害,并具有能耗小、流程短和质量好等优点,其给印染行业带来的好处可归纳为4E,即Efficiency(效率高)、Effectiveness(效果好)、Economy(效益高)、Ecology(生态好),这是印染行业前处理工艺的发展方向。3.1生物酶在印染前处理工艺中的应用生物酶是一种对环境友好的生物催化剂,具有较大的优越性。如反应速度快,处理条件(如温度、pH值等)较温和,操作安全易控制和可取代强碱等化学品;仅对特定的底物起作用,对基质损伤小,处理产生的废水可生物降解,降低水及能源的消耗。已开发的用于印染前处理加工的生物酶品种有淀粉酶、纤维素酶、脂肪酶、蛋白酶、果胶酶、过氧化氢酶、漆酶和葡萄糖氧化酶等。3.1.1退浆用酶制剂(1)常用的为淀粉酶,其最佳pH值为5~7.5,目前常使用的有两种耐温型酶——中温型和高温型酶。中温型酶在温度高于75℃时即失活;高温型酶在100℃时仍很稳定,95℃时其活力为60℃时pH值6和8的4倍。近年来,通过基因重组技术开发了宽温酶,即能在较宽温度范围内使用的酶。目前印染厂采用较多的退浆酶制剂主要有丹麦诺维信公司的耐高温淀粉酶Termamyl(使用温度范围为85~115℃);苏宏宽温酶SuhongDesizyme2000L(使用温度范围为20~95℃);拜耳公司的宽温酶BaylaseAT02(使用温度范围为20~98℃),及中温酶BaylaseLT(使用温度<75℃);河北石家庄联邦科特化工公司的液体宽温酶OPT-260(使用温度范围为40~110℃);山德士公司的宽温酶BactosolALiquid(使用温度范围为25~115℃),加工时间仅几分钟,同时还能去除混合浆料中的PVA等化学浆料。(2)在实际生产中,应根据织物上浆料的组分来选用相应的酶制剂,如CMC浆料可选用纤维素酶;浆料中含有脂肪或油类润滑剂,则浆料的润湿受阻,油脂水解时会降低退浆的速度,故采用酶退浆时,可配套使用一种专用分解脂肪的酶;若织物上含有PVA浆料,其水溶性虽好,但生物降解性差,应采用可分解PVA的酶制剂。据报道,日本已利用几种微生物混合培养出能去除织物上PVA浆料的PVA分解酶。3.1.2精练用酶制剂棉织物精练的目的是去除棉纤维中的果胶质、蜡质和含氮物质等天然杂质,因此精练时可采用果胶酶、纤维素酶、脂肪酶和蛋白酶等替代碱精练工艺,也可将上述酶制剂复配使用,以利用其相互协同效应来提高精练效果。近年来,国内外各大公司开发了适用于棉精练的各种酶制剂及其复配体系,可适应各种织物及工艺设备。(1)目前各印染厂采用较多的有诺维信公司开发的碱性果胶酶Bioprep。这是一种基因改性的芽孢杆菌微生物经发酵制成的酶制剂,其最适pH值为7.5~9.5,如使用螯合吸附剂,则应pH值>7,否则会抑制酶的活性,适用温度为55℃左右。由于温度与pH值密切相关,如选取50℃则pH值控制在9.5;如温度为60℃,则pH值为8.5。另外,温度也会影响酶的渗透性,浸轧酶液时,温度最好控制在30~40℃,在酶浴中最好加入渗透剂,精练时要加入螯合剂,以去除钙及其它二价金属离子,有利于去除棉蜡,但又不能完全去除钙离子,否则会抑制酶的活性。由于碱性果胶酶对钙离子有依赖性,故螯合剂不能与酶同时或先于酶加入,而要在酶反应结束后加入。诺维信公司于2003年又开发了碱性果胶裂解酶ScourzymeL,其最佳pH值为7.5~9.5,对温度的选用则根据pH值而定。如pH值在8~8.5时,温度掌握在55~60℃;若采用连续工艺时,则浸轧温度掌握在30~40℃。(2)目前各印染厂采用较多的精练酶制剂还有上海永光化工贸易公司开发的SKD系列煮练酶(为基因改性生物复合酶制剂),可适用于不同类型纺织品的前处理领域。例如,浙江美欣达印染厂采用煮练酶SKD-301精练纯棉灯芯绒织物、全棉纱卡和亚麻棉混纺等织物,取得一定成效,但对棉籽壳、麻皮作用甚微,还要采用一定浓度的烧碱和氯漂来解决,其工艺还不够理想。深圳新龙亚麻纺织漂染有限公司在亚麻织物上采用煮练酶SKD-301轧酶堆置一次氧漂,效果不理想,如轧酶堆置后经两次氧漂,可获得满意效果,可省去碱煮、氯漂;但工艺流程较长,对厚重亚麻织物及混纺织物,还需采用碱煮和氧漂,其工艺还有待进一步完善。常州东方华源印染厂在棉毛混纺织物上采用煮练酶SKD精练(冷堆后氧漂),在去除棉毛纤维上杂质的同时,不损伤羊毛,手感好、工艺清洁环保,但必须掌握好温度和pH值。某印染厂在棉/亚麻织物上采用煮练酶SKD-301,其处理结果是可以去除棉籽壳、麻皮、麻茎,织物强力损伤较小,能满足后道加工要求;但此工艺仍要采用碱煮和氯漂,不属清洁生产工艺。某印染厂在彩棉织物上采用煮练酶SKD,其效果也比较理想,处理后自然光泽好、强力高、手感好、毛效能满足后道要求、色泽变化小。安徽森林风家纺有限公司在全棉毛巾前处理生产中采用煮练酶SKD-301,以取代高温高压高碱的精练工艺,降低了生产时间、蒸汽和水的消耗量,并减少了污水排放量和污染程度,改善了工作环境。浙江宁波利和针织漂染有限公司在棉针织物上采用煮练酶SKD,效果很好,完全能取代传统的高温高压高碱的煮练工艺和氯氧联漂工艺,大幅度降低了生产时间、蒸汽和水的耗用量,并减少了排污量。从上述生产实例分析,SKD系列煮练酶应用在针织、毛巾、彩棉、棉毛及纯棉轻薄织物上的效果较好,但在灯芯绒织物、麻类及其混纺织物,特别是厚重织物上应用效果不太理想,还需使用一定浓度的烧碱或采用氯漂工艺。对这些织物采用生物酶制剂工艺,还需进一步改进完善,以真正实现清洁生产。(3)还有不少厂家采用上海市纺织科学研究院研制开发的生物酶制剂清棉师Scolase100T(由生物复合酶和螯合分散剂复合而成)。原则上只需使用清棉师Scolase100T和双氧水便可完成织物的退煮漂三合一前处理加工任务。在90~100℃时,Scolase100T可使果胶质、棉籽壳和蛋白质等迅速溶解,并在双氧水的协同作用下溶于热水。如浙江宁波众鑫印染有限公司在纯棉大提花织物前处理工艺上应用清棉师Scolase100T,效果较好。其退浆干净,白度好,强力基本无变化,时间缩短60~90min,节约能源,综合成本比原工艺低,污水中色度、COD值、pH值都比常规烧碱工艺低,促进了清洁化生产。山东德棉集团印染厂在棉氨弹性织物前处理工艺上采用Scolase100T,处理效果较好,不仅质量提高,流程缩短,节约能源,且实现了无碱或低碱工艺,符合环保要求。但酶制剂成本较高,应进一步降低成本、优化工艺,真正实现无碱清洁工艺。上海民丰印染厂在平绒织物上采用Scolase100T后,效果很好,只需加入Scolase100T和双氧水,无需其它任何助剂就能达到传统工艺的要求,且织物的手感好,对纤维损伤小,处理时间比传统工艺节约2/3,并节约能耗、人工,排放污水pH值为8,有利于环境治理。(4)有关公司和一些大专院校也开发了精练用酶制剂,在各印染厂应用都取得了成效。例如,广东佛山市某印染厂在各种弹性织物上采用江门市大明化工公司生产的多功能精练酶DMA,取得了较好效果,此工艺为无碱工艺,符合清洁生产工艺要求。无锡维新漂染厂在纯棉府绸织物上采用江南大学研制开发的复合酶FW,其白度、强力均优于碱处理工艺,能满足后道加工要求,其排放废水中的COD值是碱处理工艺的1/10。此工艺可替代碱处理工艺,为印染厂实现清洁生产创造良好条件。西安工程科技学院研究了7658酶、脂肪酶、纤维素酶对棉织物前处理效果的影响,确定了较佳的工艺条件为pH值5、浴比1∶40,在50℃处理60min,然后再经双氧水漂白,在95℃处理60min,处理效果可与传统碱精练工艺效果相媲美。此工艺节水节能,可替代碱精练工艺,属清洁生产工艺。广东佛山某印染厂采用广州中兆贸易公司的精练酶Loyaeym168处理全棉卡其织物,在白度、毛效、手感、退浆效果和强力等方面均超过碱精练工艺,符合环保要求。其它如德国NEL公司生产的精练复合酶TheramyLBS和拜耳公司开发的BaylaseEVO碱性果胶酶,都是较好的精练酶制剂。3.1.3去除棉籽壳的酶制剂据有关文献报道,国外一些学者研究了采用纤维素酶去除棉籽壳,其机理是经纤维素酶处理,使棉籽壳附着在织物上的微小纤维产生水解,棉籽壳成为自由飘浮的壳屑,随着酶精练,棉籽壳全部除去。也有通过采用不同酶的相互协同效应(如纤维素酶、果胶酶、木质素酶、半纤维素酶等),以及螯合剂(如EDTA)一起,再用机械振荡来去除。3.1.4漂白用酶制剂漂白用酶制剂目前尚处于开发阶段,比较引起关注的是采用氧化还原酶,研究最多的有漆酶、过氧化氢酶和葡萄糖氧化酶等。漆酶属无基质特异性酶,这种氧化还原酶需要某种介质在反应中起传递电子的作用。将漆酶用于漂白的关键是,要找到合适的介质和研究其实用化问题,并降低其成本。对过氧化氢酶,目前是利用它来去除双氧水漂白后剩余的过氧化氢。无需还原剂和水洗漂洗,可节约大量用水,减少环境负荷。目前使用过氧化氢酶漂白,还未能得到满意的效果,可能是这种酶在漂白过程中会很快失活的缘故,需进一步研究。葡萄糖氧化酶(GOD)是目前被认为最有可能开发成功的漂白用酶制剂。其原理是β-D-葡萄糖在葡萄糖氧化酶的催化作用下,生成葡萄糖酸内酯和双氧水,利用双氧水对织物进行漂白。而葡萄糖酸内酯水解生成的葡萄糖酸,对金属离子具有很强的螯合能力,因而漂白时无需加入稳定剂。为避免酶失活,处理浴应呈微酸性至中性,温度应较低些,其白度与氧漂相同。3.2短流程前处理新进展3.2.1微波低温等离子体处理新技术天津工业大学研究的以微波低温等离子体处理技术替代传统的前处理工艺,其半制品毛效、白度、强力和染色的K/S值等指标,可接近和超过常规工艺水平。该低温等离子体是指在2.45GHz微波高频率下放电而获得的低温等离子体,具有电子密度高、能量大、易于发生或引发相关物理化学反应,是前处理工艺今后的发展方向之一。该新技术为无水工艺,对棉织物具有退浆和去除纤维素纤维天然杂质的功效,且去杂率较高。3.2.2对生态有利的过醋酸漂白新工艺该工艺不产生任何有毒副产品,废水中不会产生AOX(可吸附有机卤化物),可完全生物降解,对设备腐蚀性低。其活性比双氧水低,对纤维损伤小,并具有杀菌消毒作用,为次氯酸钠漂白剂的最佳替代物,可获得较高的白度和较低的COD值,漂白时间为30~60min。该新工艺特别适宜麻类织物和有色纱线、织物的漂白。目前,又开发了酶-过醋酸新工艺处理棉织物;过氧化氢-过醋酸漂白新工艺处理亚麻织物;超声波-过醋酸漂白新工艺处理纯棉针织物。(1)天津工业大学研究采用复合果胶酶-过醋酸,对棉织物进行前处理,织物损伤小,手感柔软,染色得色深,节约能源,可减轻废水污染,为环保型工艺。(2)大连轻工业学院采用过醋酸-过醋酸或过氧化氢-过醋酸复漂新工艺,对亚麻织物进行处理获到较好效果,可完全替代氯漂,该工艺适合生产高档亚麻织物。(3)张家港沙洲工学院研究采用超声波辅助过醋酸漂白纯棉针织物的新工艺,效果很好。该工艺优点是能在较低温度下进行,以减少过醋酸的分解率,提高利用率,很有推广价值。3.2.3新型漂白剂过氧化尿素的应用宁夏大学化学化工学院对过氧化尿素用于棉织物漂白工艺中的浓度、时间和pH值等进行了筛选,认为0.4%浓度的过氧化尿素浴液中,在pH值为9条件下,于100℃漂白1h,具有均匀有效分解,避免纤维损伤的优点,大大缩短了前处理工艺流程。过氧化尿素为固体物料,比双氧水稳定性好,且无腐蚀性、便于远程运输和长期贮存。由于过氧化尿素在漂白过程中持续放氧,故利用率高,用量少,反应时间短,浴液可反复使用,节约能源,综合成本低,有发展前景。3.2.4超声波技术在前处理加工中的应用采用超声波退浆可加速织物上浆膜的膨化和脱离,提高退浆效率,特别对一些难膨化的浆膜,如淀粉浆非常有效。采用20kHz频率的超声波对棉织物进行双氧水漂白,可加速漂白速度,节约时间,其效果超过常规漂白工艺。如福建晋江凤竹针织漂染实业有限公司研制开发的超声波应用于亚麻织物的漂白工艺,可降低双氧水的消耗和反应温度,改善亚麻的刚性,有利于染色工艺,无需添加助剂,该工艺特别适合纱线漂白。3.2.5棉织物的电解煮漂用NaOH作碱性电解液,在一定的温度、电压下电解。电解槽由石墨颗粒和网状玻璃碳的多孔性堆积床为阴极和高表面积的平面状为阳极组成。在处理时,电解液碱浓度需达到足以进行棉织物煮练的浓度,并含有一定量的精练剂。其处理效果、润湿性显著,瞬时吸水性<1s,白度好于常规工艺。由于电解时在阴极连续产生的H2O2能保持一个平衡的浓度,故能有效控制产生的H2O2,因而降低对纤维的损伤。4对我国印染行业前处理工艺发展的看法4.1加强前处理工艺条件的优化工作对前处理作为染整加工中的基础工序重要