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节能减排型染色工艺与设备的新动向 N e wT r e n do fE n e r g y S a v i n ga n dD i s c h a r g e R e d u c i n gD y e i n gP r o c e s s e sa n dM a c h i n e s 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the watermark 节能减排型染色工艺 节能减排型染色工艺是采用新型清洁染色工艺或对传 统染色工艺进行技术改造，从而达到节约水、电汽、化学 品以及减少对环境污染的目的。近年来备受关注的工艺有 活性染料冷轧堆染色、活性染料湿短蒸染色、分散染料微 胶囊染色、涂料染色、天然色素染色、超临界二氧化碳染色 等等。 1 活性染料冷轧堆染色 冷轧堆染色工艺具有节能、高固色率、污水排放量少 等特点。据报道，欧洲有1 3 的活性染料染色是采用冷轧堆 染色工艺加工。近年我国能源成本增加以及染料品质改进、 新品种面市，印染厂采用冷轧堆染色工艺技术也越来越多。 不过冷轧堆工艺技术要求使用者具有一定的管理和技术水 平。其主要特点是：( 1 ) 染液中同时有一定比例的染料和碱 剂，在室温条件下经过长时间的堆置，使染料在布面上吸 附、扩散和固着3 个阶段同时缓慢进行，可以提高染料固色 率达9 0 以上，节约染料约1 0 2 0 ；( 2 ) 与连续染色 的轧、烘、轧、蒸工艺技术相比，可节省水、电、汽等资源在 2 0 左右；( 3 ) 染液中电解质用量少，染料利用率高，环境 污染少，( 4 ) 由于作用时间长，染料对织物的渗透优良，可大 大改善染色织物纤维的“环染”现象，特别是灯芯绒织物可 以改善露底现象；( 5 ) 冷轧堆染色工艺技术适应面广，可广 泛适用于各种厚、薄型织物，也可用于毛巾或针织物等的染 色。很多印染厂应用活性染料冷轧堆染色工艺技术已取得 了很好的经验。 冷轧堆染色法有长时间堆放法( 一浴轧堆法) 和短时 间堆放法( 简称K K V 法) 两类，以短时间堆放法应用最厂乙 具体做法是将染液与碱剂分别配置，浸轧时染液与碱剂按 比例在料缸内混匀后注入轧槽进行轧染；也可将染液与碱剂 以计量泵按比例注入轧槽进行轧染。这种方法既保证了染 液的稳定性，又有适量的碱剂进行固着，因此堆置2 3h 即能达到固着牢度，而延长堆置时间只会加大渗透度，不会 影响色光。为使渗透、牢度和染料利用率都高，故大多采用 堆置1 2 2 4h 。 一般工艺流程为坯布退煮漂一浸轧染液一打卷堆 置一水洗皂煮一水洗烘干。该工艺中的碱剂可使用硅酸钠 ( 5 0m L L ) + 3 8 。B 6 烧碱( 2 0 3 5m L L ) 或3 8 。B 6 烧碱 ( 1 0 2 0m L L ) + 盐( 3 8g L ) ，温度为2 0 2 5 。 在冷轧堆染色工艺中，目前接头印是影响产品质量的 主要疵点，因此要使用二线或三线包缝机接头。染液一定用 软水，洗水也最好用软水，因为硅酸钠与硬水中的钙镁离子 反应形成不溶物，易造成手感不良及浮色沾污。若水质不好 可使用助剂进行软化。 2 活性染料湿短蒸染色和无盐轧蒸连续染色 活性染料湿蒸短流程轧染工艺源于2 0 世纪8 0 年代初 由德国H o e c h s t ( 赫斯特) 公司矛U B r u e c k n e r ( 布鲁克纳) 公司 联合研制的E c o S t e a m _ T _ 艺( 经济汽蒸法) ，但那时还没有 推出生产样机。直到1 9 9 5 年德国M o n f o r t s ( 门富士) 公司和 Z e n e c a ( 捷利康) 公司联合开发T E c o n t r o l 染色工艺和湿蒸 染色机| 短流程湿蒸轧染( 简称湿短蒸) 工艺技术是指织物经 浸轧染液后不经烘干，直接进行湿态汽蒸。由于没有烘干， 染料不会发生泳移，故染色织物色泽均匀。传统活性染料连 续轧染工艺采用“轧一烘一焙”法或“轧一烘一轧一蒸”法 完成染料“吸附一扩散一固着”过程，加工流程长、染料易 泳移、固色率低等缺点。与之相比，湿短蒸工艺具有许多突 出的优点，如表1 所示。 表1湿短蒸轧染工艺与传统轧染工艺比较 纺织导报C h i n aT e x t i l eL e a d e r 2 0 0 9N o 2 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the watermark E c o n t r o l 工艺有3 个步骤，即：轧一烘一洗。E c o n t r o l 工艺省去了分离固色步骤( 汽蒸) ，且工艺过程无需用 盐。烘房内温度为i 2 0 ，织物停留2m i n ，在相对湿 度为2 5 的蒸汽中固色。E c o n t r o l S E 艺提供了受控染色 ( C o n t r o l l e dC o l o r a t i o n ) 的优点及由M o n f o r t s 设计开发的 创新设备。但由于设备造价高、工艺控制难度大，并没有得 到广泛推r 我国山西彩佳印染有限公司通过对传统的还原皂洗机 进行重新设计和组合，研发出了活性染料无盐轧蒸连续染 色工艺。它将活性染料印染的轧、烘、轧、蒸、洗五步工艺简 化为i 步工艺，即：轧、蒸、洗。其流程是：进布一2 只冷 水辊冷却一浸轧染料及固色碱混合液，透风- ，汽封口 还原蒸箱一蒸洗箱7 只一两柱烘燥( 书8 0 0 烘筒2 0 只) 一落布。其产品特点如下：( 1 ) 从浸轧染料和碱剂的混合液 到染料的固色过程伞部是在湿态条件下进行的，不存在打 底机烘干过程中染料容易产生泳移的现象，同时织物染透 性好；( 2 ) 由于半制品通过均匀轧车后，进入设置汽封1 2 1 的 还原蒸箱，布面含水量较常规液封T 艺低，所以升温快，节 约了蒸汽；( 3 ) 由于无盐染色，可减少染料回粘现象，所以 容易水洗，并且牢度提高；( 4 ) 无盐轧蒸工艺染色成品达到 G B T 4 11 2 0 0 8 棉印染布标准，与轧烘轧蒸工艺染色 成品的各项牢度指标一致。 与常规轧烘轧蒸工艺相比，无盐轧蒸工艺无需用盐，使 染色化学品用量减少了9 0 ；节省了一台热风打底机，综合 节能3 0 以上；并且减少洗涤用水，减少污水排放3 0 。 与E c o n t r o l 3 二艺相比，无盐轧蒸工艺使用还原皂洗机，减少 了红外线加热装置和高温加热装置及温度、湿度的精密控 制，进一步缩短了固色时间，提高了染色效率。与间歇式冷 堆染色工艺相比，无盐轧蒸工艺得色量一致，由于固色碱剂 的改进，克服了水玻璃沾污的弊病，实现了轧染的连续化， 提高了生产效率。 3 活性染料低盐或无盐染色 活性染料染色时需要添加大量的中性电解质来提高上 染率，但大量的电解质在污水处理中难以去除，对环境污染 严重。为此，近年来国内外很多研发人员对活性染料的低盐 或无盐染色工艺傲了大量的研究工作。 目前开发的低盐和无盐染色主要有以下几种途径： ( 1 ) 通过改进染料结构，开发高直接性和对盐依存性 低的活性染料或可产生电荷引力的阳离子型活性染料，结构 式如下所示： 7 8 N H C H 2 C H 2 ( 2 ) 开发新的染色工艺，如小浴比染色、电化学染色、 微悬浮体染色等。染料的直接性与染色温度和浴比有关，染 色温度越低，直接性越高，需要盐用量也就越少。但温度太 低会降低染料的溶解度和上染速率，冈而必须选用适当的 助剂来改善染料的溶解和分散性，加快染料的上染和固色 速率。浴比越小，染料直接性越高，盐用量也越少。而新型 染色工艺目前还只是在试验探索阶段。 ( 3 ) 对纤维改性，提高对染料的吸附能力。通常采用 的是两浴两步法工艺，即改性后再染色，这样势必会延长工 艺时间。为此，有人将改性放干自订处理工艺中，前处理与改 性一浴，然后6 0 酸洗一次，冷水洗至中性，染前再用除 氧酶处理。前处理与改性·浴中还用到具有渗透润湿、洗涤 煮练、氧漂稳定功效的多功能助剂B C N 和精练酶等助剂。 ( 4 ) 开发新型染色助剂。例如苏州大学研发的超支化 活性染料无盐染色助剂以端胺基超支化合物、交联剂、催 化剂为主要组分配制而成。由于端胺基超支化合物既不同 于一般的小分子化合物，又不同于常规高分子化合物，采用 该助剂处理纱线、织物后，纤维表面胺基和亚胺基丰富且均 匀，因此，在活性染料染色工艺巾不需加入无机盐，就能保 证染色的均匀性，同时，染色深度、色牢度等指标与常规染 色工艺相当或更佳。 4 分散染料微胶囊染色 由于分散染料是一种疏水性强而水溶性小的非离子型 染料，在制备和使用中都要加入多种助剂，如分散剂、匀染 剂、增溶剂等，才能进行染色，却因此加重了染色废水的色 度以及C O D 、B O D 等的负荷，增加r 污水处理的难度。 目前国内研发的分散染料微胶囊主要是利用微胶囊的 缓释功能和隔离性，使染色速度减缓，不仅可以达到匀染目 的，节省许多助剂，而且还可以消除废水中的色度和C O D ， B O D 污染。 分散染料微胶囊染色技术在国内尚处干初始阶段，其 染色和制备机理大致如F ：以高分子成膜材料作微胶囊的 壁材，将分散均匀的染料细小液滴或固体颗粒包覆，形成微 纺织导报C h i n aT e x t i l eL e a d e r ·2 0 0 9N o 2 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the watermark D y e i n g & F i n i s h i n g & T e x t i l eC h e m i c a l sI 染整及纺织化学品 胶囊。在染色时，微胶囊内部的染料向壁外扩散，壁外的水 向内渗透，形成交换直至内外达到平衡，使分散染料在纤维 表面吸收而达到完全上染。 分散染料微胶囊非常细小，有巨大的比表面积；胶囊 壁材对染料亲和性很弱，具有半透膜特性；同时它耐热、坚 固，在染色条件下不破裂、不软化，能亢分地保持其原有的物 理机械性能。微胶囊化使分散染料形成直径约1 0 6 0r i m 的小颗粒，并被囊壁严密包裹，在染色介质水中孤立存在。 当小颗粒与织物接触时由于微胶囊的隔离作用而不会污染 织物或形成斑点，这一点类似于传统染色中的表面活性剂 ( 分散剂) 胶束。 在高温染色条件下，水的表面张力很低，易于渗入微胶 囊内，溶解其中的分散染料形成饱和溶液。由于胶囊壁内外 染料形成的浓度梯度，使得溶解的染料分子在扩散推动力 的作用下，穿过胶囊壁向外扩散进入染浴，同时水进一步渗 透进胶囊，直至平衡。若染浴中有涤纶存在，单分子染料会 向涤纶表面吸附并向纤维内部扩散，完成上染。染浴中的染 料溶解平衡被打破，所以溶解、上染不断进行。“溶解一扩 散一吸附一上染”这一过程连续进行直至获得所需的色 深。由于分散染料的溶解度很小，染浴中染料浓度极低，从 而保证了良好的匀染性。 微胶囊化分散染料染色的涤纶织物具有良好的水洗 性能，主要是由于纤维表面尽可能低的沾色，使后续的水洗 过程变得不重要。如果断绝染料来源，在染色条件下用水处 理，促使纤维表面的吸附染料完全进入纤维，同样可以达到 提高色牢度的日的。其主要理论依据是：分散染料在水中的 标准化学位远高于其在纤维中的标准化学位。这种免水洗 处理可以形象地称为“饥饿染色”。 利用分散染料微胶囊活性染料一浴法对涤棉混纺进 行染色，也无需使用分散剂和匀染剂等助剂，即能达到匀染 和高色牢度的要求。消除了助剂的增溶作用，染色后纤维表 面的浮色大幅度减少，可省去涤纶织物的烧碱保险粉还原 清洗工序，避免了还原清洗对活性染料的破坏，并且降低了 耗能、节省了水资源、缩短染色周期、提高了设备利用率及 生产效率。 分散染料微胶囊染色新技术无需新的染整设备，利用 原有的高温高压溢流染色机、高温高压卷染机及热熔染色 机即可进行。 5 涂料染色 与染料染色相比，涂料染色具有对纤维加工对象的普 适性、色谱选择的广泛多样性、节能减排的环保性等特点。 涂料染色工艺分为涂料轧染和涂料浸染2 种。涂料 轧染适合大批量生产，工艺流程短、不需水洗，可节水约 9 0 ，节能约4 0 ；涂料浸染适合小批量多品种的生产，能 产生灵活多变的染色效果。 涂料染色助剂( 涂料色浆、粘合剂、交联剂、防泳移剂 等) 的性能是影响涂料染色效果的重要因素。涂料应该具 备一定的耐酸、碱、氧化剂和还原剂的能力，有良好的耐日 晒、耐气候牢度和耐热稳定性，粒径分布均匀、分散稳定性 好，与各种化学助剂的配伍性好。粘合剂要求粘着力强，手 感柔软而不粘、高温不泛黄、不粘辊、配伍性好、性能稳定 等等。 一些发达国家的涂料染色技术的应用已具有一定的规 模和较高的质量水平，并在不断地推陈出新。很多公司推出 了一系列涂料染色色浆及其配套助剂如粘合剂、阳离子改性 剂、色牢度提高剂、柔软剂、匀染剂等等，染色助剂的性能 不断提高，如高细度色浆、核壳型超柔软粘合剂的研发。染 色设备也在不断升级，如M o n f o r t s 公司生产的T h e r m e x 连 续染色机适用于涂料连续染色工艺，可获得传统染色机无 法满足的品质和重现性要求。 我国涂料染色技术的推广和应用水平与国外相比虽然 仍存在差距，但近年来也取得了较大的进步。由常州市东高 染整有限公司研发的“织物变性涂料连续轧染新技术”是 在改进的涂料轧染设备上，采用棉织物变性和涂料染色两 步法或一步法完成，在染色过程中少用粘合剂和交联剂，针 对水洗产品的系列开发，解决了传统涂料染色工艺存在的 染深性差、手感硬、粘辊、色牢度低等缺点。此外，常州森容 纺织品有限公司开发了色织产品涂料染色新工艺即环状涂 料染纱线工艺，并由张家港建业印染机械有限公司负责专 用设备的制造。此外，苏州印染厂有限公司对涂料粉的选择 ( 粒径大小和分布、晶形，折光指数、色牢度、着色力、鲜艳 度等) 、粘合剂优选( 从粘度、成膜速度、与其它助剂配位陛 等) 、柔软剂和防泳移剂筛选等进行了研究和生产试验，所 生产的特宽幅( 2 8m ) 床上用品织物( 中浅色) 全部出I ：1 美 国。这种生产工艺值得推广' 但在生产特浓特深产品，粘沾 滚筒、提高湿摩擦牢度和手感柔软性方面还需继续攻关。 6 天然色素染色 天然色素染色以天然色素为着色剂，可以在常温或高 温的条件下染色，不使用任何化学合成助剂，不需要特殊设 备，对人体和环境不会造成危害，因此天然色素染色技术也 纺织导报C h i n aT e x t i l eL e a d e r 2 0 0 9N o 2 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the watermark 是实现清洁生产和获得生态纺织品的途径之·。 天然色素通常指的是天然植物染料，是从植物中萃取 出来的，如黄芩、紫草，绿茶、紫苏、甘蓝、苏木、高粱红色 素、姜黄、桷皮苷、茜草、红米等。因此所受污染少，安全性 好，不含任何有害元素，并且经过严格的筛选，不仅无毒无 害而且还有医疗和保健作用，这是合成染料难以比拟的。天 然植物染料在印染生产整个过程中，对生产环境无污染，对 人体缝康无任何伤害，排污也不会对人类生存环境产生不 良影响。所以，天然色素染色技术符合国家节能减排基本国 策，值得推广应用。 目前，由陕西盛唐植物染料公司开发生产的天然植物 染料已有红、黄、绿、黑、蓝五大系列，2 0 多个品种，颜色达 10 0 0 多种，可染棉、麻、毛、丝等多种纤维，并且产品达到了 O e k o T e xS t a n d a r d1 0 0 生态环保标准。该产品在我国山西 彩佳等部分印染厂试染结果表明，染色织物的色牢度可以 和现用的活性染料媲美，另外天然植物染料所赋予纺织品 的抗紫外线等一些特殊性能是合成染料所不能达到的。 7 超临界二氧化碳染色 超临界二氧化碳染色技术真正实现了无水染色，不但 省去了还原清洗和烘干工序，降低了能耗，而且二氧化碳和 残余染料也可以通过回收，循环使用。 超临界流体指的是处于I t $ 界点以上温度和压力区域下 的流体，在临界点附近，会出现流体的密度、粘度、溶解度、 热容量、介电常数等所有流体的物性发生急剧变化的现象。 超临界流体的物性兼具液体性质与气体性质，密度和溶剂 化能力接近液体，粘度和扩散系数接近气体，在I t $ 界点附近 流体的物理化学性质随温度和压力的变化极其敏感，在不 改变化学组成的条f C - T ，即可通过压力调节流体的性质。当 前超临界流体技术已在许多领域得以广泛应用。 由于二氧化碳临界温度为3 1 0 5 ，临界压力为7 3 7 M P a ，而水的临界温度为3 7 4 ，临界压力为2 2 0 5M P a ， 因而应用二氧化碳的超临界技术比水容易得多。超临界二 氧化碳流体的密度和对染料的溶解能力远远高于气体，甚 至高于液体，对织物有很强的渗透作用。 超临界二氧化碳染色技术主要应用于染聚酯纤维。对 于天然纤维的染色，尚处于研究探索阶段。目前的方法主要 是对天然纤维进行改性，使其表面具有疏水性，再用分散染 料在超临界二氧化碳流体中进行染色。 自1 9 9 6 年德国西北纺织工业研究院首先开始研究超临 界二氧化碳无水染色技术以来，日本、美国、中国等也陆续 在研究，但由于这项新技术难度较大，进展不快，到现在还 停留在小试或中试阶段。主要问题是设备成本高，对亲水性 纤维和染化料难以使用等问题，有待于更深入的研究。 8 泡沫染色 泡沫整理是采用尽可能多的空气来取代配制染液或整 理液时所需要的水，将染化料或整理齐q $ 1 1 成泡沫体，然后 强制泡沫扩散到织物表面或透入织物内部。由于空气降低 了整理浴的含水量，就可以节约染化料和整理剂，减少污染 物和废水排放。如果织物焙烘后不需要水洗，该工艺可基 本无废水产生。因此，泡沫整理是典型的低给液节能型染整 技术，完全符合绿色染整的发展方向。泡沫整理可用于前处 理、染色、印花、后整理等各个工序，目前使用最多的是后整 理领域。 与常规的浸轧法相比较，泡沫染色更加节能，其主要特 点包括以下几方面。 ( 1 ) 染液施加均匀。泡沫染色技术首先用泡沫发生器 将染液泡沫化，然后通过施泡机的施加棒施加于织物表 面。只要织物平整，施加于织物表面的染料就一定是均匀 的。在浸轧法染色中，染色是否均匀和织物幅宽有很大关 系，幅宽越宽，要做到均匀上染困难就越大。泡沫染色与幅 宽没有太大关系，显然这是其他染色方法都不能相比。 ( 2 ) 避免染料泳移。泡沫染色织物带液率很低，最高 也不会超过4 0 ，所以在后续烘干过程中，由于烘干不均 匀产生染料泳移的现象就不会发生，也就不会产生边中色 差。而常规浸轧法，由于织物带液率高，那些对纤维亲和力 低的染料，极易在烘干过程中产生泳移，造成边中色差。 ( 3 ) 染液浓度一致。由于染料对纤维亲和力不同，浸轧 法中浸轧槽内的染料浓度会随着染色的进行而不断发生变 化，往往产生前后色差。到目前为止，这个问题基本还是靠 技术人员的经验来解决。而泡沫染色则完全不存在这样的 问题，整个染色过程中染液已泡沫化，各种化学品的浓度始 终是不会改变的。再加上精确的泡沫施加量的控制，使织物 染色前后得色一致，颜色稳定应该是比较容易做到的。 ( 4 ) 泡沫染色由于是把起泡后的染料溶液均匀地施加 于织物表面后，再通过轧车挤压，可以使染料在织物中很好 渗透，因此，染色牢度和浸轧法一样，不存在什么问题。 ( 5 ) 可以实现污水的零排放。泡沫染色，残留的仅仅 是少量的泡沫，而且这些泡沫破泡以后得到的染液浓度与 配方浓度完全一样，多数情况下可以回用，避免了常规浸轧 法轧槽中剩余的染液必须放掉的问题。 纺织导报C h i n aT e x t i l eL e a d e r ·2 0 0 9N o 2 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkRemover.com to remove the watermark