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低溫練漂的節(jié)能減排工藝

來源:印染在線 發(fā)布時間:2015年01月19日

 

棉纖維上含有04%~12%的果膠質(zhì)、04%~12%的蠟質(zhì)、10%~19%的蛋白質(zhì)、07%~16%的灰分及少量的色素等天然雜質(zhì),稱之為棉纖維的天然共生物。這些雜質(zhì)主要存在于棉纖維的角質(zhì)層和初生胞壁中。它們的存在使棉具有疏水性,阻礙了染料的滲透和擴(kuò)散。加之紡紗時進(jìn)行上漿,人為地施加了漿料、抗靜電劑和潤滑劑。在染整時必須將雜質(zhì)、漿料、油劑通過退漿、煮練、漂白三道工序予以去除,以保證棉的潤濕、滲透性和白度,為后續(xù)染色、印花、整理創(chuàng)造必要條件。
由于當(dāng)前的漿料品種很多,有淀粉、變性淀粉、丙烯酸酯、變性種子膠、海藻酸鈉、CMC、PVA等復(fù)配成上漿劑。各廠選用品種差異很大,配方不一,增加了退漿的難度。特別是PVA,即使退漿率達(dá)到95%,殘留的5PVA仍然會導(dǎo)致染色不勻,產(chǎn)生色花。各種漿料最好的退漿劑是雙氧水。用生物酶退漿,效率高,但因有專一性,只對特定的漿料有效,對其他漿料則一無效能。
棉漂白有次氯酸鈉、雙氧水和亞氯酸鈉三種,以亞氯酸鈉漂白白度最佳,但分解物二氧化氯毒性很大、腐蝕設(shè)備嚴(yán)重。堿性次氯酸鈉漂白白度最差,且不能與煮練同浴進(jìn)行。雙氧水漂白白度居中。用雙氧水漂白,可將退漿、煮練、漂白三工序合而為一。在傳統(tǒng)煮練工藝中,以燒堿作為蛋白質(zhì)、果膠、油蠟的水解劑和皂化劑,再用表面活性劑將分解物乳化和分散而從棉纖維上去除。但這些反應(yīng)都必須在高溫下進(jìn)行,同時雙氧水的漂白作用也要在95℃以上才發(fā)揮。低溫時,雙氧水分解出有效成分很慢。因此傳統(tǒng)工藝都是在100℃,甚至135℃的高溫高壓設(shè)備中進(jìn)行,練漂時間6090min,耗用蒸汽量很大,每噸棉針織品約需蒸汽56t,占整個染整用汽量的60%左右。因此出現(xiàn)了低溫冷軋堆練漂工藝,它是棉織物浸軋高濃度燒堿、雙氧水和表面活性劑溶液,軋后打卷,冷堆1624h,利用濃度高、反應(yīng)時間長來達(dá)到反應(yīng)的目的,但分解出來的雜質(zhì)牢固地附在織物上,非用高溫強(qiáng)力洗滌不可。因此練漂質(zhì)量達(dá)不到中、高檔產(chǎn)品的要求,使用受到限制。傳統(tǒng)工藝因使用燒堿,它會與纖維素反應(yīng)生成纖維素鈉,不易從纖維上洗下來,練漂后必須反復(fù)用水洗滌,耗水量很大,練漂用水量約占整個染整用水量的50%,也相應(yīng)地增加了污水排放量。
節(jié)能減排已成為全球的共識,研究、推廣低溫練漂工藝成為熱點(diǎn)、焦點(diǎn)。
(1)低溫煮練的原理
低溫練漂必須分別實(shí)現(xiàn)低溫煮練和低溫漂白。低溫工藝中去除棉纖維上的共生物、色素和漿料。
生物酶煮練和燒堿煮練都是將共生物水解。前者是生物催化反應(yīng),后者是化學(xué)水解?;瘜W(xué)水解反應(yīng)的速度取決于反應(yīng)溫度、反應(yīng)物的濃度和催化劑的使用。一般地說,反應(yīng)溫度相差10℃,其反應(yīng)速率相差23倍,要達(dá)到相同的水解率,在低10℃的條件下反應(yīng),時問要延長23倍。提高反應(yīng)物濃度也能提高反應(yīng)速度,取決于它是幾級反應(yīng),若是一級化學(xué)反應(yīng),反應(yīng)速率與反應(yīng)物的摩爾濃度成正比。催化劑可以大大提高反應(yīng)速率,取決于使用的催化劑的催化效率,選擇優(yōu)異的催化劑就可以降低反應(yīng)溫度。煮練時燒堿本身就是催化劑。冷軋堆煮練工藝就是利用提高反應(yīng)物濃度和延長反應(yīng)時間來完成的。
低溫煮練的基本原理是:煮練時共生物的水解反應(yīng)是可逆反應(yīng),反應(yīng)速率取決于反應(yīng)物的濃度和生成物的濃度,若生成物積聚的濃度高時,反應(yīng)速度降低,甚至逆反應(yīng)增加。因此,及時將生成物去除,既有利于水解反應(yīng)的進(jìn)行,又可提高水解反應(yīng)的速度。使用溶劑將水解反應(yīng)產(chǎn)物萃取去除,使反應(yīng)有利于生成水解物的方向進(jìn)行,從而提高反應(yīng)速率,使水解反應(yīng)(煮練)可降低溫度。同時,有機(jī)溶劑也能直接萃取棉脂、棉蠟,提高纖維的親水性。這就我國著名學(xué)者黃茂福教授研究發(fā)明低溫煮練的基本原理。
(2)低溫漂白的原理
因過羧基的漂白有效利用率高于雙氧水而起到漂白活化作用。若過羧酸的碳原子數(shù)小于8的,生成的過羧酸能溶解于水中,不易吸附到纖維上,使纖維表面上過羧酸濃度與溶液中相同,其雙氧水活化效率較小,如TAED。這種活化劑稱為親水性活化劑。若過羧酸的碳原子數(shù)大于8,因其過羧酸不溶于水而易被纖維吸附而使纖維表面濃度高于溶液,其雙氧水活化效率高,這種活化劑稱為疏水性活化劑,如NOBS。
用醋酐與乙二胺(用作離基)反應(yīng)生成四乙酰乙二胺(TAED)。TAED與等摩爾雙氧水反應(yīng)生成過醋酸,過醋酸的活性比雙氧水大,加速了漂白。同時釋放出離基乙二胺。NOBS也是這樣,與雙氧水作用后生成過壬酸與離基苯酚磺酸。
酰類活化劑單獨(dú)使用時,它與雙氧水的反應(yīng)是等摩爾反應(yīng),2mol的雙氧水(68g)要與1ml的活化劑(216g TAED)反應(yīng),純TAED的用量是雙氧水(100%)3倍,若用1g/L100%雙氧水,100%的TAED要用32gL才能發(fā)揮最佳效果。因此不少人做1gL TAED試驗(yàn)后認(rèn)為TAED沒有好的活化效率,主要是沒有用足夠的用量。但使用如此高的濃度其成本不勝負(fù)擔(dān),國外專利介紹其最低用量為2gL方能于80℃漂白。即使這樣印染廠還是承擔(dān)不了,因TAED的價格很貴。
為克服活化劑高用量的缺點(diǎn),經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)使用復(fù)合活化劑可以發(fā)揮協(xié)同作用,從而使活化劑用量降到0204g/L。并且自制了活化劑,使使用成本大為降低,根據(jù)上述基本原理,上海祺瑞紡織化工有限公司研制開發(fā)了用于低溫練漂的低溫練漂劑QR2010QR2011、QR2020。以不同比例用于棉針織物、機(jī)織物、毛巾、紗、筒子紗和混紡物的低溫練漂,優(yōu)選了不同溫度的雙氧水練漂液配方。在數(shù)十家不同類型的印染廠進(jìn)行大樣試驗(yàn),都取得了很好效果。

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