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2002年評為無錫市高新技術企業、2007年評為江蘇省高新技術企業,並通過ISO9001認證,AAA級資信企業

  • 技術分析之染整前處理節能減排

    發布時間:2015-12-23 點擊:

    染整行業發展到今天,節能、減排、低碳、環保技術的發展越來越受到行業人士的關注。在新材料開發,新型染料、助劑的應用,節能環保設備的開發利用等方麵都取得了可喜的發展。

      對染整產品生產來說,不管是漂白產品,還是染色印花產品,要保證良好的產品質量,對前處理工藝的研究無疑是至關重要的。如何才能實現節能減排低碳環保的前處理工藝呢?

      首先AG视讯要先來認識前處理工藝的特點。

      一,染整前處理工序的特點及存在的主要問題:

      前處理工序一般流程長、處理條件強烈(高溫、高濃度、強堿、強酸、強氧化劑等)、工作環境差和排汙量大、汙水成分複雜且處理時間長、加工質量難以控製,而且使用化學品汙染嚴重、水資源耗量大,廢水處理負擔重。

      前處理過程主要的汙染源有以下幾個方麵:

      (1)在精練中所用的酸堿會導致廢水pH值不為中性

      (2)由於部分精練工序在高溫下進行,因而產生高溫廢水,不利於節能減排。

      (3)廢水的高懸浮物主要來自退漿及精練工序所產生的毛屑、纖維及澱粉、膠、蠟等雜質,使廢水中的COD值提高,常用的硫酸,醋酸,草酸等酸化劑也會提高BOD值.

      (4)廢水的COD高主要來自PVA等化學漿料。

      ⑸滲透劑,精煉劑的添加對環境保護的影響.

      ⑹不同加工方式對節能減排的影響也不相同.

      ①連續式加工和間歇式加工影響不同;

      ②同樣是連續式加工,傳統工藝與高速高效連續加工不同;

      ③同為間歇式加工,溢流染色與氣流染色不同.

      ④不同廠家生產的設備對節能減排的影響也不同.等等.

      從生態環保角度出發,應用高效高速前處理設備,努力開發環保型型前處理劑,研發新型工藝技術,有利於實現前處理工序節能、節水、節堿,可以從根本上解決前處理汙水的排放和處理問題,有效地實現節能減排。

       二,染整前處理節能減排技術分析

      ㈠短流程工藝和短流程前處理新設備

      ⒈短流程前處理工藝

      高效短流程前處理工藝采取冷軋堆技術和退煮漂一浴技術,采用符合環保要求的綠色助劑,工藝流程短,效率高,耗能低,排汙少。無堿(或少堿)冷軋堆前處理工藝,是適宜棉及其混紡織物的少汙染工藝,使工藝流程更短,效率更高,消耗更少,可以很好地滿足節能減排的要求。

      采用冷軋堆工藝,將傳統的退漿、煮練、漂白合為一道工藝,其質量達到3道工序的水平,還節約了大量的能源和勞動力,減少廢水的排放,比傳統工藝節約用汽80﹪,節水75﹪,節約化工原料20﹪ 。

      有研究報道,采用9201低溫高效精練劑後,綜合節能50﹪,COD降低了20﹪~30﹪,BOD降低了22﹪~50﹪ 。酶退漿和雙氧水漂白工藝的應用,大大降低了廢料和殘液的汙染源。

      短流程一浴法與常規的退、煮、漂三步法相比,可節約水電氣能耗30﹪~50﹪,減少汙水排放和提高生產效率。

      ⒉前處理新設備

      用先進的工藝和設備替代或改造傳統工藝和設備,以減少能源的消耗,降低汙染,也是清潔生產的內容之一。

      1).短流程前處理設備

      適於退漿、煮練、漂白三步前處理合為二步或一步工藝的短流程前處理設備:如Benninger公司的Ben-Bleach係統。這係統有Ben-Injecta退漿部分。退漿時無須預先使漿料溶脹,而是使用強力的蒸汽和水的噴射去除漿料。其他的組合部分有浸軋加工液的B-Impacta 、聯合蒸箱Ben-Steam及垂直式的Ben-Extracta水洗裝置。

      另一種是Ramish Kleinwefers公司的Raco-Yet係統,將退漿、煮練、漂白結合操作。這係統主體部分包括給液裝置、儲存反應單元及後水洗機械。類似的係統還有Bruguman公司的Brubo-matic係統。其主要單元是Brubo-sat,這部分包含加工液的給液裝置、計量進料係統及蒸箱。

      短流程前處理工藝的操作重點是浸軋,要求織物帶液率高,漿料及雜質充分地降解,後道的高溫高效衝洗也很重要。效果的優劣取決於設備、助劑及工藝,浙江印染機械有限公司等生產的平幅練漂聯合機具有高給液和高效水洗裝置,對實現退煮漂一浴短流程工藝提供了設備基礎。前處理工藝另一種新趨向是濕布軋液的加工工藝,可省去高耗能的烘幹階段。例如,濕布絲光將會逐漸普及,Benninger公司的Ben-Dimensa 2000,是專為濕布絲光設計的。

      2).用於針織物的高效前處理設備

      Dornier公司的筒狀前處理生產線,包括濕布絲光、漂白以及後工序的去除金屬、皂洗和增白等工序。Santex公司的連續前處理係統,則采用軋液-汽蒸來達到漂白和水洗。而Kusters公司的連續平幅前處理線,組合了Vacu Wash-Applicator真空清洗高給液裝置,VibrotexⅡ水洗及鬆弛單元,Potoflush水洗機,steepmaster Ⅱ汽蒸反應單元及最後部分的冷軋卷裝置。

      為縮短處理時間,應提倡高溫前處理工藝,如在溫度105 ~130℃的煮漂,但是,對手感和強力難免有輕微的影響。在浸染機械中做前處理有靈活性,若在超低浴比噴射染色機進行,能更為顯著的降低成本。

      3).其他節能高效前處理技術

      德國和意大利開發了一種引人關注的工藝,該方法是將坯布粘附在開孔輥上,經噴水,由凹凸的轉子引起水流波動來提高淨洗效果。另一正在普及的方法是,對卷成束狀的布以輻射狀環流處理液,使成批的束狀布高速旋轉,依靠產生的離心力提高處理效果。該裝置的特征是,僅用約布重6倍的水,進行以水洗為主的前處理。如瑞士一家公司開發的ROTOWA NV-41型設備,世界各地已有50台以上的該機器在運轉,用於超細結構機織物、針織物、非織造布的前處理。

      4).逆流水洗技術

      在印染加工中,水洗工序產生大量的廢水。節約用水,循環用水是減少水用量的基本方法,同時,提高水洗效率便可將水洗過程中的水量減少。先進的逆流水洗技術可以有效地減少用水。在逆流水洗係統中,清潔水首先進入最後的水洗槽,然後經過一連串的水洗槽與布料逆流衝洗,由於布料移動方向與水流方向相反產生洗擦作用,可以提高水洗效率。在減少水洗用量方麵,也有用分流式代替過去的溢流式水洗。

      國際上一些大的紡織機械公司,開發了高效水洗、廢熱、廢堿回收及小浴比的新技術和新裝置,集節能、節水、環保於一體。例如:配套在織物定型機的廢熱回收裝置,可以每小時節約19.2㎡的天然氣,按每天工作20h、每年251個工作日計算,每年可以節約20萬元。還有公司設計生產的高效水洗、循環水清洗利用係數達到﹥40﹪的設備。

      5).電化學漂白與絲光

      美國加利福尼亞大學發明了一種電化學係統裝置,主要用於無汙染的精練與漂白。其基本原理是利用電化學裝置的陰極釋放出的堿液進行煮練、漂白和絲光,而陽極產生酸中和殘餘的堿,杜絕廢液的排放。

      (二)生物酶前處理技術

      生物酶用於染整工業最早是從退漿開始的,目前酶在染整加工中的應用主要有生物酶前處理和生物酶後整理技術,前處理技術主要應用於退漿、精練和過氧化氫的漂白中。主要有澱粉酶、蛋白酶、果膠酶和過氧化氫酶

      1、生物酶退漿

      采用酶法退漿,與傳統工藝相比具有退漿率高、廢水的pH值低、退漿廢水可生物降解,且無毒無害等特點。如用澱粉酶代替堿去除坯布中的澱粉漿料,退漿時,澱粉酶能將澱粉水解成可溶性低分子糖,而且用酶處理產生的水解物無毒性,需要注意的是這些分解物必須經處理後再排放,否則後提高退漿廢水中的BOD(生物需氧量)。

      1).澱粉酶類

      澱粉酶退漿是一直沿用的工藝,而且有替代傳統的堿退漿、酸退漿以及氧化劑退漿的趨勢,酶退漿具有不會造成纖維損傷,退漿率高,環境負荷小等優點。

      按澱粉酶作用方式分,有α-澱粉酶、β-澱粉酶、葡萄糖澱粉酶、支鏈澱粉酶和異澱粉酶等。其中,α-澱粉酶可以快速切斷澱粉分子鏈,降低澱粉的黏度,是最重要的一類澱粉酶。澱粉酶按來源分,有植物澱粉酶、細菌澱粉酶和真菌澱粉酶。細菌澱粉酶耐高溫,有堿存在的條件下也較穩定,最佳適用pH值範圍(5~7.5)較溫和;真菌澱粉酶的耐熱性最差。中溫型酶在溫度高於75℃時即失活,高溫型酶當溫度達到100℃時仍很穩定,95℃時的活力是60℃(pH值為6.0和8.0)的4倍。近年來的發展方向是用過基因重組技術,開發能在較寬溫度範圍內使用的酶,即寬溫酶,最佳使用溫度視產品而異。表4-1列出了部分退漿酶的使用溫度。

      酶退漿後的紡織品比酸退漿和堿退漿的更柔軟,國內外應用較多,並在不斷擴大。國內酶製劑如BF-7658、胰酶等早在20世紀60年代已應用,近年來有新型α-澱粉酶製品出現。

      用BF-7658澱粉酶去除棉織物上的澱粉漿料正向高溫處理發展,這樣可以比目前使用的澱粉酶節約時間。胰酶一般從豬胰或牛胰中提取,成本高於BF-7658澱粉酶。

      2).其他退漿酶

      黃麻織物或紗線常采用羅仁子粉(TKP Tarmrind Kernel Powder)作為上漿劑,這種漿料用堿退漿工藝複雜,若采用特定的澱粉酶退漿,效果良好。澱粉酶僅對澱粉和改性澱粉漿料有作用。實際應用時應根據漿料組成的不同,選用相應的酶製劑,如羧甲酸纖維素(CMC)漿料選用纖維素酶。

      3).新型酶在退漿中的應用

      合成纖維應用的漿料有聚乙烯醇(PVA)、聚丙烯醇(PAA),這些高分子聚合物不能進行生物分解和降解,造成環境的汙染,目前研究人員正在研究、篩選具有某種功能的新菌種,通過基因改性成為高性能酶製劑;通過克隆、轉基因的基因工程菌,製出新的酶種;或根據化學生物結構和酶學原理定向合成新型酶製劑等。目前較成功的酶有PVA分解酶,滌綸、錦綸分解酶等高聚合物的基因工程菌和合成酶等。

      據報道,日本在研究開發用幾種微生物混合培養PVA分解酶,製成的酶能分解織物上的PVA漿料。現在使用的漿料中往往還加入了脂肪或油類潤滑劑,使漿料的潤濕變得困難,降低或削弱了退漿的效果。但當漿料中使用的是甘油三酸酯類的潤滑劑時,可配合添加脂酶退漿,有利於油脂的分解。

      2、生物酶精練

      傳統的棉織物精練是在熱堿中進行的,效果非常顯著,缺點是由於添加了潤濕劑、螯合劑等化學品,造成了印染廢水處理的沉重負擔,精練廢水含堿量大,pH值高,要耗用大量的酸中和,並用大量的水衝洗,消耗大量的化學試劑和水資源,而且使廢水中的COD/BOD的比率增高,汙染了環境,據統計,印染廢水的70%來自於前處理中的煮練。

      而且,如果在堿精練中工藝條件控製不嚴格,還易造成纖維素氧化損傷,強力下降。另外,由於在濃堿液中精練,致使棉織物的局部減濃度過高,產生較大的收縮,對後續加工的質量帶來很大的影響。

      近年來人們嚐試用生物酶進行棉織物的精練,可在溫和的溫度及pH值條件下代替傳統的堿精練是發展的趨勢,除了環保這一因素,還有經濟上的因素。從經濟的角度看,酶精練的實際成本並不高於傳統的堿精練,綜合考慮所節省的能源和水,有時可能更經濟。

      1).精練酶的種類

      棉織物精練的目的是去除果膠質、含氮物質、蠟狀物質等天然雜質,提高棉的吸濕性以利於後續的漂白、絲光、染色、印花、整理等加工過程。根據棉纖維的組成,精練可以使用果膠酶、脂肪酶、蛋白酶等,也有將這些酶劑配合使用,產生相互協同作用改善精練效果。果膠質位於蠟質與纖維之間,因此有人將它稱為“膠水”,它的作用相當於將蠟質粘合在纖維上,將果膠質去除後,蠟質暴露出來,可在隨後的高溫浴中乳化去除。現在使用的果膠酶有普通果膠酶、堿性果膠酶和原果膠酶。

      目前桑蠶絲的精練方法主要有皂堿法、酶皂法(或洗滌劑)複合法等。酶皂法(或洗滌劑)複合法處理的織物茸毛少、手感柔軟,采用該工藝還可以節能、節汽、減少汙染。

      (1)纖維素酶:纖維素酶和其他酶一樣是一種具有催化作用的活性蛋白質,能使纖維素長鏈大分子水解成低分子糖類或單分子葡萄糖。工業上應用的纖維素酶種類較多,由於來源不同,性能各有差異,其中分解纖維素作用最強的來源於線狀菌(TrichocIerma)的纖維素酶.

      纖維素酶是能切斷β-1,4-葡糖苷鍵的酶的總稱,它由內切β-葡聚糖酶、外切β-葡聚糖酶和β-葡萄糖苷酶組成。在這些酶的共同作用下,纖維素能被水解。纖維素酶是唯一在單獨使用時能改善織物潤濕性的酶,在溫和的機械攪拌作用下,纖維素酶的活性增大,但若用非常高的剪切力劇烈攪動,則可以使酶失活。可能是因為生物酶的三維空間結構被破壞,從而破壞了這種酶所具有的專一性。由於在使用時,會不可避免的造成強力損失,因此在加工中必須調節纖維素酶的反應速度,采用生物酶精練時,由於纖維素酶的反應速度慢,所以容易調節,這是比使用堿法精練有利的一麵。

      纖維素酶使棉籽殼成為自由漂浮的殼屑,隨後再加以處理能去除纖維表麵的棉籽殼,內部棉籽殼也大大減少,白度提高。此外,也可以通過在精練時,采用不同酶的協同效應,如纖維素酶、果膠酶、木質素酶和半纖維素酶等,以及螯合劑(如EDTA)和機械攪拌的作用去除纖維上的雜質。

      表麵活性劑對酶精練也有輔助功效,有實驗表明:隨著非離子表麵活性劑的濃度增加,其活性也隨之增加;陰離子表麵活性劑在低濃度時,可以適當的增加其活性,而陽離子表麵活性劑通常起著抑製劑的作用。

      纖維素處理時,要從酶組分、濃度、設備選用和工藝等方麵加以控製,處理結束,必須使纖維素酶在堿性(pH﹥9)或高溫(80℃以上)下失活,以減少織物的損傷和纖維強度下降。

      (2)堿性果膠酶:用於棉精練的堿性果膠酶,適用溫度55℃左右,pH在9.5左右,使用條件溫和,穩定性好,最主要的優點是不破壞纖維素結構。堿性果膠酶水解機理是在果膠質/果膠酶複合體界麵處迅速發生水解作用,產生水溶性產物而遊離初生胞壁基質,釋放出果膠酶,並能為其他果膠質再吸附。這一過程周而複始的重複進行著,直至酶因某種因素,如化學品、pH值、溫度等的變化而失活,終止反應。以下是三種堿性果膠酶商品。

      ①BioPrep係列是諾維信公司推出的堿性果膠酶,是一種基因改性的芽孢杆菌微生物,經發酵而製成的果膠酶,其使用溫度不高於65℃。通過去除棉纖維初生胞壁中的果膠質,使露出的棉蠟在隨後的熱水清洗中容易洗除,提高織物的潤濕性。此工藝被稱為Bio-Preparation(生物前處理),被處理織物的柔軟性較傳統工藝的好,並保持較高的強力,但白度較堿煮稍遜。當結合含的磷酸鹽、碳酸鹽等作為緩衝劑,會提高BioPrep對果膠質的去除能力;若與非離子表麵活性劑聯用,可以獲得良好的潤濕性和乳化能力;若再加入少量的陰離子表麵活性劑,將更有助於棉蠟的去除。BioPrep精練可用在在常規的濕加工設備中進行,如浸軋設備J-型箱和噴射設備等。

      ②Scourzyme L是諾維信公司於2003年度推出的一種堿性果膠裂解酶,可用於棉、亞麻、大麻及其混紡織物的生物精練。使用Scourzyme L的工藝被稱為Bio-Scouring(生物精練)。與傳統工藝相比,清潔用水至少減了少50﹪,不僅節約了大量用水,同時節約了能源。從某種程度上講,其成本比傳統的化學精練更經濟。Scourzyme L適用的pH值範圍較寬,最佳為7.5~9.5;溫度的選擇視pH值而定,pH值8.2~8.5最好使用55~60℃;當用於連續工藝時建議在30~40℃浸軋。具體工藝的pH值、溫度和處理時間的選擇還應視織物種類、類型以及設備而定。加入緩衝劑有利於果膠質的去除。Scourzyme L的應用工藝為:

      Scourzyme L精練→乳化→熱水洗→冷水洗

      Scourzyme L適用的設備同於Bioprep.

      ③拜耳公司(Bayer)公司的Baylase EVO也是一種生物精練用堿性果膠酶,它能與酶退漿聯用,適於連續和間歇式工藝,為獲得最佳效果,可加入非離子表麵活性劑DIADAVIN ANE和DIADAVIN UN等。

      (3)原果膠酶(PPase)是催化不溶性原果膠,分解出遊離水溶性果膠質的酶的總稱。根據PPase的作用機理,分為A、B兩種類型。A型PPase切斷原果膠質中聚半乳糖醛酸部分;B型PPase則分解聚半乳糖醛酸以外的部分,使水溶性果膠質遊離出來。經試驗表明,用PPase處理的棉紗可達到露出纖維素纖維的程度,精練效果(以吸水性評價)和堿精練相同。由於PPase對纖維素不起作用,因此不會引起處理後纖維強度的降低,處理後織物染色深度較堿精練法深。

      (4)清棉師Scolase 100T: 清棉師Scolase 100T是一種高效綠色前處理劑。是由生物複合酶和螯合分散劑結合而成的陰離子型粉末狀固體,易溶於50~60℃水中,1%水溶液的pH值為11~12 。前處理時,原則上隻需使用清棉師Scolase 100T和雙氧水,便可完成織物的退煮漂三合一連續式前處理加工,從而簡化了工藝流程,提高了生產效率和織物半成品質量。該前處理工藝的作用機理是:90~100℃時,Scolase 100T使果膠、棉籽殼、蛋白質迅速降解,並在雙氧水的協同作用下溶解於熱水。Scolase 100T連續式前處理工藝為:

      化料→進布浸軋→汽蒸→熱水洗(三道)→冷水洗→烘幹

      (5)煮練酶SKD係列:煮練酶SKD係列亦屬基因改性生物複合酶製劑,利用酶的專一性和高效性,準確而徹底地分解纖維素共生物。煮練酶SKD係列產品可適用不同類型紡織品的前處理,棉機織物、亞麻織物、亞麻/棉和棉/毛織物、全棉毛巾織物、棉/彩棉散纖維前處理以及苧麻脫膠工藝。使用煮練酶SKD係列產品可有效去除纖維素共生物及其他雜質,有利於後道染整加工,對纖維損傷少。

      (6)半纖維素酶和木質素酶:天然的纖維素纖維中均含有半纖維素和木質素,尤其是麻類纖維含量較高,半纖維素和木質素極度影響纖維的可紡性能,通過半纖維素酶和木質素酶處理,可以大部分清除半纖維素和木質素,但半纖維素酶和木質素酶還沒有在紡織工藝中單獨使用,主要是和其他酶製劑,如果膠酶、纖維素酶等配合進行纖維素處理。

      2).精練工藝

      目前酶精練常常使用的是間歇式設備,如J-型箱、噴射染色機等,存在問題是效率太低。因而有待於開發適合於生物精練的連續式設備和工藝。

       (1)酶連續精練的基本工藝流程:

      織物浸軋溫水→浸軋生物酶液(兩浸兩軋)→履帶箱汽蒸(45min,70~75℃)→去堿箱中熱水洗(80~85℃)→水洗槽熱水洗(80~85℃)→水洗槽溫水洗(60~65℃)→水洗槽常溫水洗→烘筒烘幹→落布

      (2)生產操作要求:

      ①在織物浸軋酶液時,需注意浸軋槽酶液的溫度穩定性和織物帶液量的連續均勻性,保證織物浸軋時,軋輥壓力左中右均勻一致,且使其吸收酶液充分,並保證浸軋槽酶液高度保持穩定。配製工作液時注意化料方法,酶液pH值,溫度,以防酶失活。

      ②履帶箱汽蒸時,需注意用直接蒸汽或間接蒸汽升溫和保溫時的連續穩定性,保證汽蒸時間時間充足,避免履帶箱內由於操作不當造成絞布和氣壓過高使織物泛黃,影響產品質量

      ③加強水洗效果,保持水洗槽噴淋常開,並且不斷更換槽內衝洗下來含雜質的水。織物落布保證布麵幹燥且不燙手,加強布麵毛效檢測頻率和質量,提高毛效檢測水平和方法,以保證織物潤濕效果的一致性,如有毛效質量不合格的產品需再次返工回練,以便後道工序的正常運作。

      (3)日本研發的連續式酶精練設備如圖所示。

      日本研發的連續式酶精練設備如圖所示

      生物酶精練運用於染整加工的前處理工序,越來越受到大多數紡織印染企業的重視。在精練中,使用單一酶很難達到理想的精練效果,還有待於加強各種生物酶精練劑的複配,以更好的發揮生物酶精練的各種優點,使工藝操作更加適用和高效。同時,酶精練中加入非離子表麵活性劑有利於降低棉織物的表麵張力,幫助酶向棉織物的微隙和裂縫中滲透,大大提高油蠟物質的去除;攪拌及使用混合酶可以提高精練效果,提高棉織物的潤濕性能。

      複合酶的應用是一項新技術,在洗毛時采用包含脂肪酶、蛋白酶等的複合酶配置洗滌劑使用,可同時洗去多種雜質,如羊脂、羊汗、蛋白質屑等,不僅能提高洗滌效果,還可增加原毛的手感和白度。

      3.生物化學複合精練

      一般是生物酶精練後再氧漂,由於酶作用的溫和性以及專一性,對棉纖維上的雜質的可及性和攻擊性不如高溫強堿處理,使織物的潤濕性仍不高。有研究用新的生物酶前處理工藝,即在酶處理前,織物先進行氧化漂白處理,使棉纖維表麵受到一定程度的破壞,再用生物酶精練,提高了酶的可及性,織物的潤濕性能有很大程度的提高,甚至超過傳統的堿前處理效果。因此,純棉織物生物酶前處理的工藝流程可采用:

      織物熱水預處理→氧漂→水洗→酶精練→水洗→幹燥

      4.生物酶在其他前處理工藝中的應用

      果膠酶可以用作麻纖維的浸漬脫膠等。生物酶也可以用作織物的絲光——“生物拋光”,即用纖維素酶對棉織物在無張力狀態下處理,產品不僅與堿絲光效果相近,還賦予柔軟性新特點。

      脂肪酶是分解天然油脂的酶,在紡織加工中主要用於絹紡原料脫脂處理。同時,脂肪酶在羊毛水洗時是較好的助洗劑,能去除羊毛附生雜質、脂蠟,是羊毛獲得可紡性;對滌綸進行處理,可改善滌綸表麵的親水性。

      羊毛炭化:可以用氧化酶取代硫酸用於羊毛的炭化工藝中。炭化屬於比較劇烈的工藝方法,目的是分解沾在羊毛上的植物纖維和雜質,但它也會引起羊毛的損傷和降低染料的親和力。用酶可以使羊毛上玷汙的植物去除,采用的酶有氧化酶、水解酶或果膠酶。

      (三) 超聲波前處理技術

      近代物理技術如:等離子體技術、離子濺射技術、微波技術、電子束技術、輻射技術及激光技術、電磁場技術等也滲入到了染整加工的各個方麵,其中超聲波技術以其方便、迅速、有效、安全而尤為引人注目,超聲波技術在紡織上的應用也越來越受到重視。

      1、概述

       1).超聲波及作用

      通常把頻率為2×104 ~2×109 Hz的聲波叫做超聲波。超聲波是一種頻率超出人類聽覺範圍的聲波,它既是一種波動形式,又是一種能量形式。超聲波彈性振動具有分散、脫氣及擴散功能。

      前處理其目的是從纖維中除去天然和外來的雜質,超聲波的使用會提高處理速度。在液體介質中超聲波的振動可以粉碎前處理液中的雜質粒子,增加洗滌劑的表麵活性,改善乳化液和膠體溶液的穩定性。在紡織品的退漿、精練、漂白和水洗等前處理加工中,應用超聲波設備可提高化學藥劑的擴散速度,活化和加快反應進行,有利於去除纖維上的雜質,縮短前處理加工時間,降低環境汙染,同時能保持並提高產品的質量。

      2).作用原理

      在超聲波傳播時,彈性介質中的粒子產生擺動並沿傳播方向傳遞能量,從而產生機械效應、熱效應和聲空化。聲空化是液體中氣泡在聲場作用下所發生的一係列動力學過程,是超聲波機械效應的一種特殊現象。

      液體聲空化的過程是集中聲場能量並迅速釋放的過程。當聲波負壓半周期的聲壓幅值超過液體內部靜壓強時,存在於液體中的被稱為空化核的微小氣泡就會迅速增大,形成直徑可達500um的氣泡;而在相繼而來的聲壓正壓相中氣泡又被突然絕熱壓縮,直到“崩潰”或“爆炸”。崩潰瞬間,發生一個極短暫的強壓力脈動,在氣泡及其周圍微小空間內出現“熱點”,形成高溫高壓區,溫度可達1900~5200K,壓力超過5.05×104 kPa,溫度的時間變化率可達109K/s,並伴有強大的衝擊波和時速達400km的射流以及放電發光瞬間過程,這些條件足以打開結合力強的化學鍵,並且促進“水相快速” 反應,為促進和啟通化學反應造成極端的物理環境。

       2、超聲波技術在精練工藝中的應用

      超聲波在煮練中的作用主要源於空化作用引起的分散、乳化、洗滌以及解聚等作用。超聲空化作用使粘附在纖維上的汙物表麵張力降低。因此在各個表麵上和低凹處起著清潔作用,同時空化作用使汙物和油垢得以乳化,有助於清潔油垢和汙物。

       1).棉精練

      超聲波對果膠酶的精練也具有促進作用。在果膠酶煮練棉坯布的過程中,應用超聲波後,酸性和堿性果膠酶的性能有顯著提高,煮練後織物吸濕性、白度比未用超聲波的均有提高,其原因可能在於超聲波、酶分子和液體媒質相互之間的多種物理和化學的作用。作用特點是:

      (1)超聲波增加果膠酶分子通過液體界麵層向纖維表麵的擴散速度;界麵層果膠酶的擴散速度是關鍵因素,它製約了整個反應的速率。

      (2)超聲波可以加速除去反應區域內雜質的水解產物,提高反應速率。

      (3)超聲波有利於果膠酶分子進入纖維內部,從而使纖維素纖維的酶處理更加均勻。

      (4)超聲波除去纖維毛細管和纖維交叉處溶解和包在液體中的空氣,而且在堿性果膠酶煮練時超聲波可以明顯減少廢水的排放,降低能耗以及生產的總成本。並且超聲波在酸性或堿性果膠酶處理織物時可以提高化學處理的速率。

       2).麻精練

      超聲波對原麻中膠質成分的分散有促進作用,且隨頻率、功率不同影響效果不同,這種作用使麻的膠質與纖維分開,再利用超聲解聚作用將膠質去除。超聲波脫膠比用酸處理效果好,且作用時間短,可采用流水線處理工藝。

       3).絲精練

      超聲波還可加速絲膠溶解。絹紡原料精練中,超聲波的除油、除膠效果明顯比常規處理好,尤其對含油量較高的原料,其處理效果更好,不僅不用進腐化缸,且不用高溫、高pH值和長時間,在除膠保油的同時,對纖維損傷小,可根據不同的要求,保住不同程度的膠質,且通過超聲波處理過的原料白度高,纖維鬆散,易於蠶蛹分離。

      3、超聲波技術在漂白中的應用

      超聲波的空化作用可以使試劑與纖維充分接觸,一方麵超聲波作用於纖維使纖維內部的比表麵積加大,從而增大了纖維吸附化學試劑的比表麵,提高反應速率;另一方麵超聲波的空化作用有助於破壞發色體係,從而起到消色的作用。

      用過氧化氫在冷漂、沸漂和超聲波法處理棉和亞麻紗的過程中,隨所用的方法不同,亞麻對過氧化氫的消耗也不同。其中,煮沸漂對過氧化氫的消耗比冷漂及超聲波處理都高,幾乎為它們的2倍。超聲波處理的溫度(45℃)與煮沸漂(100℃)相比顯著地降低。這種現象是由於超聲機械及空化作用、大量的振動能傳入液體內並產生一些熱量,提高了分子動能和碰撞衝量,使反應液與纖維充分接觸,從而加速了反應速度,降低了反應條件,漂白時間縮短,漂白後織物的強力介於過氧化氫冷漂和沸煮漂之間,處理後纖維的白度也優於傳統的漂白方法,柔軟性有顯著的提高。

      在超聲波環境下用雙氧水漂白棉織物,織物處理1h的雙氧水消耗比用冷漂(16 h)的高,但與煮沸法(2.5 h)相近,總效果顯著地比冷漂好,與常規法相似。但超聲波處理無須額外的能量,時間短,處理的織物吸水性與常規法一樣好。同時,用超聲波處理後的漂白棉織物有利於提高直接染料、活性染料的上染率,有利於活性染料染色時纖維—染料共價鍵的形成和穩定。

      4、超聲波技術對羊毛的作用

      與傳統精練法相比,在中性或很弱的堿性浴中,使用超聲波精練羊毛纖維,纖維損傷程度降低,操作速度也有所提高。利用超聲波洗毛可以降低洗毛溫度,縮短時間,降低淨洗劑用量。且在一定條件下,不用淨洗劑或溫度低於羊毛脂熔點仍可達到洗淨毛質量要求,所得洗淨毛的蓬鬆性好,羊毛纖維之間不發生糾纏,白度高,洗淨毛中幾乎無細小雜質。超聲作用後,羊毛鱗片變光滑、尖部變鈍,降低了羊毛纖維之間摩擦效應,而且作用時間越長鱗片摩擦效應越小,從而改善羊毛纖維的氈縮性。由於超聲波對羊毛纖維的刻蝕作用,羊毛纖維細度更趨集中,長時間作用會使羊毛纖維直徑明顯變小,斷裂伸長增加,但對羊毛纖維強力無明顯損傷。

      5、超聲波技術在前處理中的應用前景與發展

      超聲波輻射可以在較低的溫度下進行,反應溫和,有利於生產,高能超聲波可以加快紡織濕加工速度,該技術完全可以應用於工業化生產,解決傳統染整技術不能解決的問題,替代某些傳統化學加工,解決環境汙染問題,並開發新品種和高質量的產品。因此超聲波在紡織品前處理中的應用確實能起到明顯的效果。對於紡織品加工來說,前處理占據著舉足輕重的地位,對於其後的染色、後整理等工序有著重要的影響。

      雖然超聲波可用於多種紡織品染整加工工藝,在染整加工中的使用顯示出許多優點,但也存在不少問題,如加工成本、超聲波的方向性、噪聲等。而且由於超聲波設備的昂貴費用,限製工業大生產的應用。但隨科技的發展、工藝技術的進步和超聲波設備在其他工業領域的推廣應用,高性能超聲波設備的價格有望降低,超聲波技術在染整加工中的應用將會越來越廣泛,使超聲波技術逐步走向實際應用。總之,從解決環境汙染、降低能源消耗、開發新型高質量的產品等角度來考慮,超聲波在紡織品的前處理中以其獨有的特色引起更多的科研工作者的關注。

      (四)、絲光

       1.鬆堆絲光

      絲光對棉織物起著很重要的作用,目前一般采用緊式張力絲光,但絲光用堿濃度高,去堿用水量大,排放的廢水含堿量過高,回收負擔又過重。采用鬆堆絲光新工藝使堿濃度降為傳統工藝的1/3 。每100 m布節約燒堿19 kg,而得色率還可提高5﹪~10﹪,節省用汽,減少廢堿的排放。

      國內有用液氨處理的經驗並能產生特殊效果,如棉織物用液氨處理代替燒堿絲光,處理後織物具有優異的防皺和尺寸穩定的效果,已受企業的關注。雖然液氨比堿絲光的成本稍高一些,但由於采用的密閉回收係統,所以能夠很好的防止環境汙染,今後有望成為一種重要的絲光前處理加工。

      國外有用尿素絲光的報道,這樣排放的廢水就是液體化肥。總之,尿素或液氨絲光分解的氨,氮氧化物可回收作為肥料,有待於進一步開發和工業化研究。

      2.羊毛無氯絲光

      環保型羊毛無氯絲光、防縮技術很重要,現已用於生產實踐的無氯絲光法主要是高錳酸鉀法和蛋白酶法。高錳酸鉀的氧化能力很強,對鱗片層有一定的去除能力。但極其容易造成羊毛的損傷,並且會產生二氧化錳在羊毛上形成褐色沉積物,必須用還原藥劑去除,還原洗滌必須徹底,否則殘存在纖維內部的正二價錳離子會被空氣中的氧氣再度氧化產生二氧化錳沉澱。這種方法成本比較大,並且不容易控製。

       (五)、 堿減量

      滌綸織物的前處理采用苛性鈉溶液減量加工,以改善織物風格,但由於存在堿廢液的問題,而且滌綸堿減量廢水中含對苯二甲酸、乙二醇、堿等,生物降解性差、產生環境汙染。可以采用液堿代替固體堿,提高堿液的品質;采用連續式堿減量設備代替間歇式堿減量機械;選用高效促進劑,減少燒堿的用量;采用堿減量液自動測定及自動補加技術;滌綸織物堿減量工藝中的燒堿經過濾後再回用等清潔生產方式。

      三,紡織品前處理技術的發展與趨勢

      紡織品前處理的發展今後將集中在新技術的開發和應用上:新纖維及新品種的加工工藝,無水加工技術和生化技術的擴大應用;提高節能和循環經濟效益:減少染料、助劑及水的消耗,采用短流程前處理工藝、濕布加工工藝,減少耗水、耗能和其他天然資源的消耗;在環保及生態方麵:減少對環境的汙染,清潔生產符合生態要求和可降解產品綠色工藝的開發,多采用可再循環利用的能源、原料和物料。

      在針織物的前處理中,實現連續化生產是針織物前處理的發展趨向,同時亦可將不同的工藝連貫起來。例如,絲光與漂白可聯合起來等。

      無水加工技術亦可能應用於紡織品的前處理方麵,使用超臨界二氧化碳流體代替水,完全沒有汙水排除。目前,較有機會普及應用於前處理上的無水加工技術是等離子處理技術,尤其輝光放電類的等離子處理,可改變纖維表麵的形態。有研究報告指出:在羊毛的加工中,等離子體處理能有效地替代氯化處理,並減少了幾步工序。織物處理後的毛效高,尤其適合提供印花使用。

      隨著適應低碳經濟要求的新型染整技術的不斷湧現,必然要有適應低碳經濟要求的新型高性能助劑來保證。主要集中在“一低﹑二高﹑一多”助劑的研發,即:低溫型助劑;高效能型助劑;高專用型助劑;多功能型助劑。低溫型助劑如:雙氧水低溫漂白活化劑,低溫練漂劑,低溫去油劑等等,高專用型助劑如:新型生物酶助劑果膠酶等。

      就我國目前印染行業的發展狀況來說,實現低碳﹑環保﹑節能﹑減排,是一項非常複雜的係統工程,作為每一位印染行的研究人員,任重而道遠。我堅信:在AG视讯行業人士的共同努力下,中國印染行業的發展前景一定是美好的。


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