快速低温冷堆连续练漂工艺在棉织物上的应用

快速低温冷堆连续练漂工艺在棉织物上的应用

根据《印刷行业第25个规划》的要求，印刷行业单位的工业增加值能耗应进一步降低。到2015年，印染行业单位工业增加值的能源消耗应比2010年低20%，水产量应比2010年低30%，主要污染物的排放应低于2010年10%。因此,为解决当前印染行业面临的艰巨的节能减排压力以及加工成本不断升高的形势,应对印染工艺技术进行研究改进。1一般漂白工艺1.1轧碱短蒸法蒸洗法工艺流程为:浸轧碱氧助剂工作液→打卷(2000~3000m)→保温旋转放置(转速4~6r/min,16~24h)→轧碱短蒸(3~5min,100℃)→蒸洗(6格蒸洗箱,80~85℃)→烘干。简写为:轧→堆→轧→蒸→洗。工艺处方为:在此工艺中,各种助剂总用量为98~100g/L,烧碱量高,蒸汽用量为1.5t/h,工艺堆置时间长达16~24h,且为不连续生产工艺。1.2传统三种发酵工艺工艺流程为:a.退浆(针织物可略此工序)轧碱(烧碱8~12g/L,精练剂1~2g/L,80~85℃)→网带汽蒸(100~102℃,45~90min)→蒸洗(2格蒸洗箱,85~90℃);b.煮练浸轧煮练工作液(烧碱40~60g/L,精练剂6~8g/L,螯合分散剂1~2g/L,55℃)→双层网带汽蒸(100℃,90min)→蒸洗(4格蒸洗箱,88~90℃)→重轧;c.氧漂常温浸轧氧漂工作液(双氧水4~6g/L,水玻璃2~3g/L,稳定剂2~3g/L,螯合分散剂1~2g/L,精练剂4~6g/L,烧碱4~6g/L)→网带汽蒸(100℃,45min)→蒸洗(4格蒸洗箱,80~85℃)→重轧→烘干落布。以上流程可整体简写为:轧→蒸退→洗→轧→蒸煮→洗→轧→蒸漂→洗。此传统三段方法,工艺路线长,耗能大,排污多,成本高。近两年,虽然有高温煮练低温漂白或低温煮练高温漂白等节能工艺的研究成功,但是其工艺路线仍较长,耗能仍较大。为扭转这种局面,必须进行技术创新,研发出短流程、低温、低碱、低排放的节能减排印染新工艺。2快速冷沉法的连续性能2.1u3000工艺流程在现行棉织物间歇式冷堆前处理工艺(轧→堆→轧→蒸→洗)和常规退、煮、漂三段连续式汽蒸练漂工艺(轧→蒸退→洗→轧→蒸煮→洗→轧→蒸漂→洗)基础上,采用本公司研制的高效低温练漂剂,结合设备改造,配置新型的高给液装置、配料系统以及检测系统,对如下5种工艺流程进行实验:a.轧→堆→洗→轧→蒸→洗;b.轧→堆→轧→蒸→洗;c.轧→堆→蒸→洗;d.轧→堆→洗→轧→堆→洗;e.轧→堆→洗。通过实验,确定了棉织物快速低温冷堆连续练漂工艺的工艺流程为:室温进干布→高给液浸轧练漂工作液(带液率100%)→网带箱连续堆置(35~40℃、蒸洗75~90min)→蒸洗(7格蒸洗箱,前3格60~65℃,后4格90~95℃)→烘干。简写为:轧→堆→洗。2.2h2分解分解根据相关资料分析,过氧化氢的分解产物有HO2-、HO2·、HO·、OH-和O2以及新生态氧[O]。关于过氧化氢漂白的机理有3种观点:一种认为,过氧化氢漂白是由于生成的新生态氧的氧化作用而实现的,但这一点不能体现漂白过程中的复杂性和多样性;第二种说法认为,HO2-是漂白的有效成分,这一说法的主要依据是过氧化氢的漂白速率是随溶液pH值的升高而加快,其漂白是由于HO2-与色素中的双键发生反应,产生消色作用所致;第三种说法认为,过氧化氢分解出的自由基与有色物质作用而消色,需要指出的是,自由基虽有破坏色素而漂白的作用,但其也易损伤织物,尤其是HO·对织物的损伤,因此漂白液中如果有铜、铁等重金属离子存在,织物会产生破洞,需严加注意。对于过氧化氢分解产物中的氧气,其虽无漂白作用,但是如果渗透到纤维内部,在高温碱性条件下会使纤维氧化,造成纤维强力和聚合度大大下降。因此从漂白角度可将H2O2的分解仅分为两种类型:a.有效分解分解产物对漂白有贡献的HO2-的分解称为有效分解。在漂白过程中,H2O2受碱的作用不断释放HO2-,HO2-会不断与色素作用从而达到漂白的目的。b.无效分解分解产物对纤维有损伤的HO2·、HO·等自由基和O2等物质的分解被称为无效分解。在实际生产中两种分解会同时存在,应尽量控制好工艺条件,尤其是控制好pH值,使分解朝着有效分解的方向,尽量减少无效分解以获得良好的漂白效果。另外,实践显示,双氧水不仅具有漂白作用,而且对棉纤维还有去除杂质的显著效果。此外,随着化学浆料的广泛应用,双氧水退浆也越来越受到重视,双氧水对聚乙烯醇(PVA)浆料有着独特的效果,可使其氧化降解,促使其分子量降低,黏度减小,溶解度提高,最后经充分水洗达到退浆的目的。综合织物的白度、强力、纤维的聚合度和H2O2分解率等多种因素,考虑实际生产中需加入一定量的稳定剂等条件,最终确定双氧水工作液pH值在10.5~11.0之间较为理想。2.3新型低温练漂剂低温练漂是使用双氧水在低温条件下分解的有效成分进行退浆、去除纤维素共生物和色素,而不是靠碱对果胶、蜡质等进行皂化水解,所以双氧水担负着化学反应的主角。双氧水在低温状态下用传统化学方法去除浆料和棉纤维的共生物是相当困难的,且反应速度随温度的降低会减缓,在双氧水漂白反应中温度每差10℃,反应速度可相差2~3倍。因此,若要能够在较低温度下进行练漂,必须改变传统化学反应机制才能达到。低温练漂剂研发初期加入了新型活化剂1,5-二乙酰-2,4-二羰基六氢-1,3,5-三嗪(DADHTC7H9N3O4),其使双氧水能在较低温度下分解出有效物质,达到退浆、氧化裂解纤维素共生物果胶、蛋白质、棉蜡、半纤维素、棉籽壳、色素的作用;为了在浸轧槽内用最短的时间使工作液渗透到织物内部,低温练漂剂中加入了高效渗透剂;为了防止重金属离子使双氧水局部剧烈分解而产生织物破洞,低温练漂剂中加入了氧漂稳定剂;为防止冷堆练漂经常出现的蜡丝、手感不柔软等疵点,低温练漂剂中还加入了溶蜡剂。早期所研制的这种低温练漂剂虽然可以实现低温练漂工艺,但冷堆时间仍较长,无法实现连续化。2011年10月份以后,本研究调整了原有低温练漂剂的某些组分,制成了快速低温练漂剂,其组分助剂之间的相互协同作用使得低温练漂剂的整体效果大大提高,低温练漂堆置时间缩短为75~90min,结合设备改进,可以实现快速连续化的效果。实践证明,所研发的低温练漂剂,突破了常规双氧水激化理论的概念,但其相关机理如同双氧水的漂白机理一样,尚需进一步探讨。2.4工艺与处方的确定2.4.1练漂效果的影响以纯棉织物为例,快速低温练漂剂用量对练漂效果的影响如表1所示。从表1可以看出,快速低温练漂剂的最佳用量在9.6~10.0g/L之间时,练漂效果最好。2.4.2碱燃烧以纯棉织物为例,烧碱用量对练漂效果的影响如表2所示。由表2可以看出,烧碱用量在10~12g/L之间时,练漂效果最好。2.4.3双氧水用量对织物色度的影响以纯棉织物为例,双氧水用量对练漂效果的影响如表3所示。由表3可以看出,双氧水用量越高,织物白度越好。双氧水最佳用量为24.75g/L,最低用量不能少于17.88g/L。2.4.4游泳技术的处方综上所述,结合实际生产工艺,确定了练漂工作液中各成分用量为:快速低温练漂剂烧碱双氧水2.5工艺设备的确定通过对设备改进、研究确定的快速低温冷堆连续练漂工艺设备如图1所示,连续堆置在双层网带蒸箱内完成。3快速低温冷堆前后织物染色效果对比经实践测试,快速低温冷堆连续练漂工艺所得半制品的各项物理指标均符合后序加工工艺的要求,强力、毛效、白度均与常规冷堆工艺指标相比无差异,棉籽壳去除干净。织物经快速低温冷堆连续练漂工艺与常规冷堆工艺分别处理后,染色效果对比如表4所示。由表4可看出,快速低温冷堆连续练漂工艺所得试样染色后手感要更加蓬松、柔软。以常规冷堆工艺所得试样染色为标样,测得快速低温冷堆连续练漂工艺试样染色后△E为0.57,L*为0.45,a*为0.35、b*为0.02、C为-0.35、△H为-0.05,说明快速低温冷堆连续练漂工艺所得试样染色性能良好,与常规冷堆工艺所得试样的染色性能无差异,色力度和色光基本一致。4节能、减税、社会一条生产线按年生产6750t布计算,加工生产同种织物,快速低温冷堆连续练漂工艺与常规冷堆工艺相比:5年—结论试剂总量可由100g/L降到33g/L;全年试剂排放可减少455.62t,其中烧碱由49g/L(相当于4.9%)减少到11g/L(相当于1.1%),全年减少烧碱排放256.5t,合97.470万元;污水中pH值由12降到7~8,符合排污标准;COD总量降低60%以上。在能源消耗方面,低温冷堆连续练漂工艺与常规冷堆工艺相比:蒸汽由每2.93t/h下降为1.21t/h,全年蒸汽量减少11576.25t,合173.644万元;年用电量减少18.36万kW·h,合11.016万元;年用水量减少8.336万t,合25.008万元;年节省能源总费用可达200多万元。在工时方面,冷堆前处理工艺堆置时间由12~24h减少到75~90min左右,且由间歇式生产变成了连续式生产,生产效率得到了提高。此外,由于快速低温冷堆连续练漂工艺的工作液中不使用水玻璃而使用促进剂,因此避免了水玻璃对设备的沾污;布面处理后手感柔软,成品品质明显提升,减少了柔软剂的用量;且污水COD降低,容易处理。总体来说,快速低温冷堆连续练漂工艺所研发使用的快速低温练漂剂适用范围广,可以在连续式、间歇式或平幅、绳状等各种前处理设备中应用,满足梭织、针织、纱线等行业的应用。这项工艺技术节能减排及社会效益明显,如果能在全国纺织行业推广,必将对我国纺织行业的节能减排产生积极影响,为国家“十二五”节能减排目标的完成发辉积极作用。5.1在理论研究和大量实验的基础上,自主创新,研发了具有高效分散、乳化、渗透、稳定的快速低温练漂剂。5.2结合设备改造,配置新型的高给液装置、配料系统以及检测系统,实现了棉织物的快速低温冷堆连续练漂工艺,与