活性染料濕短蒸軋染工藝設備的研究進展

時間：2020-11-30 17:13:46 來源：

1、前言
    活性染料是當今纖維素纖維紡織品最重要的染色用染料，而活性染料的連續軋染則是最重要的染色工藝之一。但是，織物浸軋染液后都需要進行中間烘干，以利于后續汽蒸，或焙烘固色時提高加工速度和減少染料水解，獲得高的固色率和色牢度。但中間烘干存在許多問題，首先烘干時染料容易發生泳移，產生色差和降低色牢度，染色重現性也變差；并且濕織物烘干時蒸發水分要消耗大量能源；此外，烘干使織物上水分先蒸發掉，而再浸軋或織物汽蒸又要使染料和化學品重新吸水溶解，干織物吸濕都會放熱，產生過熱現象，對染料迅速上染和固色均不利，且這種反復使織物吸水和失水在能源利用上也非常不合理。所以，進行濕蒸染色是印染業長期追求的目標。
    2、幾種常用活性染料染色工藝
    活性染料纖維素纖維軋染工藝主要有以下幾種：
    ①軋—烘—蒸工藝
    ②軋—烘—軋—蒸工藝
    ③軋—烘—焙工藝
    ④冷軋—卷堆工藝
    上述四種工藝中①～③工藝均為連續軋染工藝，這三種工藝浸軋染液后都需要進行中間烘干，以減少織物上染料的水解，提高織物汽蒸或焙烘固色時的升溫速率及固色率。工藝①主要適合于穩定性較高的染料，但其上染率低，得色淺，色牢度差。工藝②染料和固色堿劑分兩次浸軋，第二次浸軋時須加入大量電解質，即食鹽或元明粉以防止染料被解吸，且織物先烘干再吸水不但延長了工序并多消耗能源。工藝③須消耗大量尿素作為固色和滲透劑，高溫焙固工藝不但能耗高而且得色較暗，且當溫度達150～180℃時，尿素分解產生有毒煙氣，并降低染料的固色速率。由此可見，上述三種工藝存在流程長，能耗高，固色率和色牢度差，環境污染較重等問題。
    工藝④是一種半連續化的軋染工藝，適用于反應性和擴散性能較高的活性染料。但該工藝生產周期長，不便于放樣，且需要大量燒堿與硅酸鈉（水玻璃）作為固色劑，造成水洗困難，成品織物手感較硬，且機臺周圍污垢嚴重。所以該工藝的使用在印染企業受到很大的限制。
    由于上述幾種工藝在生產實踐中均存在著不少的問題，所以具有節能降耗、環境友好、提高染色質量的濕短蒸軋染工藝就受到越來越多的關注和重視。
    3、濕短蒸染色工藝的理論基礎
    濕短蒸染色工藝就是在選用適當的染料和固色堿劑的前提下，采用專用汽蒸設備使織物盡快升溫，使織物從軋液時60%～70%的含水率很快降到適當水平后，進行濕態汽蒸或焙蒸，使染料快速固色。由于濕短蒸染色工藝是采用濕態織物直接進行汽蒸固色，并且加熱載體也含有一定的濕度，因此，該工藝汽蒸固色速度快，固色率高，染料不易泳移，堿劑用量低，或可應用污染少的弱堿性堿劑，一般可不用尿素，而且重現性、勻染性和透染性較好。特別織物不經中間烘干，濕織物直接汽蒸（焙蒸），節能效果明顯。
    影響濕短蒸染色工藝的因素很多，主要包括染料的結構和性質，纖維性質和織物組織結構，堿劑性質，固色溫度和時間，助劑和鹽類等；和常規軋染工藝不同的是它還受織物的含水率、加熱載體的組成、氣體介質的含濕率和溫度等的影響。由于同時受如此多因素的共同影響作用，所以采用濕短蒸固色工藝不論是過熱蒸汽或空氣與蒸汽混合氣體作熱載體的工藝，固色后的外觀與常規軋烘—軋蒸工藝往往不同，兩種固色工藝處方和條件不能互換。這也是對染整企業技術人員來說感到最為為難的地方。所以必須通過不斷的工藝試驗，研究專用的濕短蒸工藝設備，建立濕短蒸的專用技術條件，才能更好的促進濕短蒸染色工藝的大量推廣應用。
    4、濕短蒸工藝設備的國產化研究進展
    4.1、國外濕短蒸染色技術概述
    活性染料自20世紀50年代開始應用后，世界各國都著重在研究活性染料的結構和研發新的工藝設備，并不斷加以改進。20世紀80年代，德國Hoechst公司（赫斯特）與Bruckner（布魯克納）機械廠聯合研制了Eco-Steam系統（經濟汽蒸法）；1995年，德國Monforts（門富士）與Zeneca（捷利康）公司聯合開發了Econtrol工藝（濕蒸染色法）；德國Babcock（巴科克）紡機公司與德國BASF（巴斯夫）公司于1998年研發的巴布科—熱媒（Babco—Therm）烘干機，完成了易固—發色新工藝。以上濕蒸新工藝開啟了活性染料濕蒸染色技術的新時代，為我們進行濕短蒸染色技術研究提供了很好的經驗基礎。
    4.2、國內濕短蒸染色技術研究近況
    2002年原上海二印在消化吸收Eco-Steam系統濕蒸工藝的基礎上，把國產焙烘設備改型為高溫濕短蒸工藝設備，進行國產KN、M、K型活性染料濕短蒸工藝的實踐；原邯鄲印染廠在2002年引進一臺Econtrol工藝設備后，做了大量的工藝對比試驗，以難度較大的咖啡、深藍、碳黑等顏色為主，進行濕短蒸工藝的染色生產；以上兩公司為我國在推廣應用濕短蒸染色工藝方面做出了積極的貢獻。
    由于濕短蒸工藝的溫度和濕度控制要求非常嚴格，溫度和濕度又是緊密相關的，織物含水率和熱載體相對濕度還關系到織物升溫速度和升溫曲線平臺區溫度的高低，并影響染料的上染和固著。所以，活性染料濕短蒸染色工藝的成功應用，除了要研究開發新的活性染料和助劑，研究建立專用工藝技術條件外，研究和開發新的濕短蒸軋染工藝設備，做到對溫度、濕度的精準控制，則是非常關鍵的內容。
    過去一段時間以來，國內也曾有相關染整設備企業進行過濕短蒸工藝設備的論證嘗試并制造出樣機，但由于其在工藝的適應性、設備的結構設置、溫濕度的控制系統等多方面均未能研制到位，因而在生產試驗中未能成功。江都印染機械有限公司早在1997年就和原揚州印染廠共同試驗過X型活性染料連續軋染低溫焙烘固色工藝，并于2003年研制出活性染料短流程濕蒸設備，在以后的數年中并不斷進行工藝的試驗及設備的改進提升。去年，紡織工業協會在《紡織工業“十二五”科技進步綱要》中明確提出活性染料濕短蒸染色技術在2015年要突破產業化技術，在2020年推廣應用面力爭達到30%，這為溫短蒸染色技術在國內的應用推廣和快速發展提供了良好的契機。
    江都印機集十多年持續研究濕短蒸工藝設備的基礎，適應《進步綱要》中的技術攻關及產業化要求，通過與業內相關設備及工藝專家的聯合攻關研發，現向業內隆重推出公司的最新產品—智能化濕短蒸軋染聯合機。
    4.3、智能化濕短蒸軋染聯合機的主要特點
    4.3.1、設備的工藝流程：如圖1所示（僅列出前段的濕蒸固色部分）
    平幅居中進布→均勻軋車→紅外預烘→給濕裝置→熱風預烘（20m）→濕蒸固色（40m+40m）→高溫水洗→皂洗→水洗
    4.3.2、各單元配置及特點
    均勻軋車：
    ①在保證浸軋時間不變的前提下將軋槽容積減小至30L以下，使染液能及時更新并始終保持新鮮。
    ②染料和堿采用1：4比例泵精確混合供液，再通過混合管的混合均勻后再對軋槽供液，提高工藝染液的穩定性，防止染料水解，節約染料，降低工藝污水色度。
    ③軋槽內有液位自動控制及門幅修正裝置，能根據液位變化及門幅變化調整供液量。
    ④軋車配有自動清洗裝置，當一批織物染色結束后導布運行時，立即對軋車進行自動噴淋清洗，實現不停機換色，縮短換批時間。
    紅外預烘：創新設計的紅外預烘裝置，在同一輻射布道中織物經三次穿引，充分利用熱輻射、熱對流效果，提高工藝車速，降低綜合能耗；同時，將紅外預烘機排氣風機排出的濕熱空氣導入濕蒸烘房，起到對烘房給濕和加溫的雙重效果。
    給濕裝置：利用專用給濕裝置對導布給濕后再導入烘房，設備升溫過程中停留在烘房中的濕導布水分蒸發，在工藝生產前使烘房中的濕度和溫度有一個趨于穩定的過程，為正式工藝生產創造條件。
    熱風預烘（20m）：在濕蒸箱前配有一室容布量約20m的熱風預烘箱，配合紅外預烘對浸軋后的織物進行快速烘燥，確�？椢镌谶M入濕蒸箱前含水率降至臨界含水率以下，滿足濕蒸固色的工藝條件。
    濕蒸固色（40m+40m）：
    ①專利技術的多導布輥阻力矩有效補償控制，確�？椢锏蛣驈埩�、無起皺運行。
    ②烘房加熱采用循環熱風和蒸汽混合加熱，蒸汽同時起到給濕效果，熱風和蒸汽的混合通過電腦PID模糊控制，濕蒸箱溫控精度≤±1℃。
    ③根據不同濕短蒸工藝技術條件，建立智能化“專家控制系統”，解決目前濕短蒸工藝關鍵的“濕平衡”控制難點。采用國產織物非接觸含水率控制，氣氛相對濕度在線測控，確保上“真工藝”，工藝再現性好，節省工藝能耗。
    此外，在皂洗單元創新設計的新液流高效皂洗機，提高皂洗濕摩擦牢度，比達標用水下降50%，烘燥凝結水不經疏水閥直排水洗機回用，全年可回用冷凝水3000t，節省蒸汽300t，并減少疏水器泄漏蒸汽150t。全機廢熱水熱回收采用6t/h自潔式轉鼓水—水熱交換器，每噸熱污水至少回收0.1Mpa（表壓）蒸汽60Kg，全年可節省蒸汽2200t。
    4.3.3、采用該智能化濕短蒸軋染聯合機進行濕短蒸連續軋染工藝，無須添加尿素、硅酸鈉（水玻璃）、燒堿、無機鹽等化學品和各種助劑，環境友善，降低生產成本。據實驗測算，每1Kg棉布織物活性染料連續軋染工藝的化學品排放量，軋—烘—蒸工藝為214g，而濕短蒸工藝僅為8.1g，水耗減少50%，綜合能耗節約達30%～50%。由此可見，該濕短蒸工藝設備在棉織物及滌棉織物一浴一步法應用中，充分表現出無鹽、少水、短流程染色的節能減排優點。
    5、結論
    由于濕短蒸染色具有上述獨特優勢特性，在當前大力發展清潔生產、生態加工的形勢下，發展這種染色工藝具有十分重要的實際應用意義。但濕短蒸染色技術在國內尚處于試驗和起步階段，所以濕短蒸工藝以后進一步的發展和應用還有以下幾方面的工作需要不斷深入研究：
    ①不斷改進和提高濕短蒸加工設備的性能，使設備的溫度和濕度、織物的含水率等參數控制更加智能、精確。
    ②加強濕短蒸染色基礎理論研究，包括不同纖維織物在不同濕短蒸設備中的升溫、吸濕和溶脹性能研究。
    ③研究新的染色工藝，特別是低堿或中性固色工藝和受控染色工藝；開發專用的助劑，進一步提高固色率，節約染料，減少污水。
    ④加強對活性染料的研制和篩選，生產系列配套染料，并測定它們在濕短蒸條件下的性能，提高配伍性。
    ⑤擴大濕短蒸設備的應用范圍，不僅用于活性染料染色，也可用于其它染料和多種染料一浴一步法染色，特別是用于一些新纖維、多組分纖維紡織品的染色；甚至在前處理、印花和后整理加工中得到應用。