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活性染料湿短蒸轧染工艺设备的研究进展

时间:2020-11-30 17:13:46 来源:

1、前言
    活性染料是当今纤维素纤维纺织品最重要的染色用染料,而活性染料的连续轧染则是最重要的染色工艺之一。但是,织物浸轧染液后都需要进行中间烘干,以利于后续汽蒸,或焙烘固色时提高加工速度和减少染料水解,获得高的固色率和色牢度。但中间烘干存在许多问题,首先烘干时染料容易发生泳移,产生色差和降低色牢度,染色重现性也变差;并且湿织物烘干时蒸发水分要消耗大量能源;此外,烘干使织物上水分先蒸发掉,而再浸轧或织物汽蒸又要使染料和化学品重新吸水溶解,干织物吸湿都会放热,产生过热现象,对染料迅速上染和固色均不利,且这种反复使织物吸水和失水在能源利用上也非常不合理。所以,进行湿蒸染色是印染业长期追求的目标。
    2、几种常用活性染料染色工艺
    活性染料纤维素纤维轧染工艺主要有以下几种:
    ①轧—烘—蒸工艺
    ②轧—烘—轧—蒸工艺
    ③轧—烘—焙工艺
    ④冷轧—卷堆工艺
    上述四种工艺中①~③工艺均为连续轧染工艺,这三种工艺浸轧染液后都需要进行中间烘干,以减少织物上染料的水解,提高织物汽蒸或焙烘固色时的升温速率及固色率。工艺①主要适合于稳定性较高的染料,但其上染率低,得色浅,色牢度差。工艺②染料和固色碱剂分两次浸轧,第二次浸轧时须加入大量电解质,即食盐或元明粉以防止染料被解吸,且织物先烘干再吸水不但延长了工序并多消耗能源。工艺③须消耗大量尿素作为固色和渗透剂,高温焙固工艺不但能耗高而且得色较暗,且当温度达150~180℃时,尿素分解产生有毒烟气,并降低染料的固色速率。由此可见,上述三种工艺存在流程长,能耗高,固色率和色牢度差,环境污染较重等问题。
    工艺④是一种半连续化的轧染工艺,适用于反应性和扩散性能较高的活性染料。但该工艺生产周期长,不便于放样,且需要大量烧碱与硅酸钠(水玻璃)作为固色剂,造成水洗困难,成品织物手感较硬,且机台周围污垢严重。所以该工艺的使用在印染企业受到很大的限制。
    由于上述几种工艺在生产实践中均存在着不少的问题,所以具有节能降耗、环境友好、提高染色质量的湿短蒸轧染工艺就受到越来越多的关注和重视。
    3、湿短蒸染色工艺的理论基础
    湿短蒸染色工艺就是在选用适当的染料和固色碱剂的前提下,采用专用汽蒸设备使织物尽快升温,使织物从轧液时60%~70%的含水率很快降到适当水平后,进行湿态汽蒸或焙蒸,使染料快速固色。由于湿短蒸染色工艺是采用湿态织物直接进行汽蒸固色,并且加热载体也含有一定的湿度,因此,该工艺汽蒸固色速度快,固色率高,染料不易泳移,碱剂用量低,或可应用污染少的弱碱性碱剂,一般可不用尿素,而且重现性、匀染性和透染性较好。特别织物不经中间烘干,湿织物直接汽蒸(焙蒸),节能效果明显。
    影响湿短蒸染色工艺的因素很多,主要包括染料的结构和性质,纤维性质和织物组织结构,碱剂性质,固色温度和时间,助剂和盐类等;和常规轧染工艺不同的是它还受织物的含水率、加热载体的组成、气体介质的含湿率和温度等的影响。由于同时受如此多因素的共同影响作用,所以采用湿短蒸固色工艺不论是过热蒸汽或空气与蒸汽混合气体作热载体的工艺,固色后的外观与常规轧烘—轧蒸工艺往往不同,两种固色工艺处方和条件不能互换。这也是对染整企业技术人员来说感到最为为难的地方。所以必须通过不断的工艺试验,研究专用的湿短蒸工艺设备,建立湿短蒸的专用技术条件,才能更好的促进湿短蒸染色工艺的大量推广应用。
    4、湿短蒸工艺设备的国产化研究进展
    4.1、国外湿短蒸染色技术概述
    活性染料自20世纪50年代开始应用后,世界各国都着重在研究活性染料的结构和研发新的工艺设备,并不断加以改进。20世纪80年代,德国Hoechst全站(赫斯特)与Bruckner(布鲁克纳)机械厂联合研制了Eco-Steam系统(经济汽蒸法);1995年,德国Monforts(门富士)与Zeneca(捷利康)全站联合开发了Econtrol工艺(湿蒸染色法);德国Babcock(巴科克)纺机全站与德国BASF(巴斯夫)全站于1998年研发的巴布科—热媒(Babco—Therm)烘干机,完成了易固—发色新工艺。以上湿蒸新工艺开启了活性染料湿蒸染色技术的新时代,为我们进行湿短蒸染色技术研究提供了很好的经验基础。
    4.2、国内湿短蒸染色技术研究近况
    2002年原上海二印在消化吸收Eco-Steam系统湿蒸工艺的基础上,把国产焙烘设备改型为高温湿短蒸工艺设备,进行国产KN、M、K型活性染料湿短蒸工艺的实践;原邯郸印染厂在2002年引进一台Econtrol工艺设备后,做了大量的工艺对比试验,以难度较大的咖啡、深蓝、碳黑等颜色为主,进行湿短蒸工艺的染色生产;以上两全站为我国在推广应用湿短蒸染色工艺方面做出了积极的贡献。
    由于湿短蒸工艺的温度和湿度控制要求非常严格,温度和湿度又是紧密相关的,织物含水率和热载体相对湿度还关系到织物升温速度和升温曲线平台区温度的高低,并影响染料的上染和固着。所以,活性染料湿短蒸染色工艺的成功应用,除了要研究开发新的活性染料和助剂,研究建立专用工艺技术条件外,研究和开发新的湿短蒸轧染工艺设备,做到对温度、湿度的精准控制,则是非常关键的内容。
    过去一段时间以来,国内也曾有相关染整设备企业进行过湿短蒸工艺设备的论证尝试并制造出样机,但由于其在工艺的适应性、设备的结构设置、温湿度的控制系统等多方面均未能研制到位,因而在生产试验中未能成功。江都印染机械有限全站早在1997年就和原扬州印染厂共同试验过X型活性染料连续轧染低温焙烘固色工艺,并于2003年研制出活性染料短流程湿蒸设备,在以后的数年中并不断进行工艺的试验及设备的改进提升。去年,纺织工业协会在《纺织工业“十二五”科技进步纲要》中明确提出活性染料湿短蒸染色技术在2015年要突破产业化技术,在2020年推广应用面力争达到30%,这为温短蒸染色技术在国内的应用推广和快速发展提供了良好的契机。
    乐鱼全站集十多年持续研究湿短蒸工艺设备的基础,适应《进步纲要》中的技术攻关及产业化要求,通过与业内相关设备及工艺专家的联合攻关研发,现向业内隆重推出全站的最新产品—智能化湿短蒸轧染联合机。
    4.3、智能化湿短蒸轧染联合机的主要特点
    4.3.1、设备的工艺流程:如图1所示(仅列出前段的湿蒸固色部分)
    平幅居中进布→均匀轧车→红外预烘→给湿装置→热风预烘(20m)→湿蒸固色(40m+40m)→高温水洗→皂洗→水洗
    4.3.2、各单元配置及特点
    均匀轧车:
    ①在保证浸轧时间不变的前提下将轧槽容积减小至30L以下,使染液能及时更新并始终保持新鲜。
    ②染料和碱采用1:4比例泵精确混合供液,再通过混合管的混合均匀后再对轧槽供液,提高工艺染液的稳定性,防止染料水解,节约染料,降低工艺污水色度。
    ③轧槽内有液位自动控制及门幅修正装置,能根据液位变化及门幅变化调整供液量。
    ④轧车配有自动清洗装置,当一批织物染色结束后导布运行时,立即对轧车进行自动喷淋清洗,实现不停机换色,缩短换批时间。
    红外预烘:创新设计的红外预烘装置,在同一辐射布道中织物经三次穿引,充分利用热辐射、热对流效果,提高工艺车速,降低综合能耗;同时,将红外预烘机排气风机排出的湿热空气导入湿蒸烘房,起到对烘房给湿和加温的双重效果。
    给湿装置:利用专用给湿装置对导布给湿后再导入烘房,设备升温过程中停留在烘房中的湿导布水分蒸发,在工艺生产前使烘房中的湿度和温度有一个趋于稳定的过程,为正式工艺生产创造条件。
    热风预烘(20m):在湿蒸箱前配有一室容布量约20m的热风预烘箱,配合红外预烘对浸轧后的织物进行快速烘燥,确保织物在进入湿蒸箱前含水率降至临界含水率以下,满足湿蒸固色的工艺条件。
    湿蒸固色(40m+40m):
    ①专利技术的多导布辊阻力矩有效补偿控制,确保织物低匀张力、无起皱运行。
    ②烘房加热采用循环热风和蒸汽混合加热,蒸汽同时起到给湿效果,热风和蒸汽的混合通过电脑PID模糊控制,湿蒸箱温控精度≤±1℃。
    ③根据不同湿短蒸工艺技术条件,建立智能化“专家控制系统”,解决目前湿短蒸工艺关键的“湿平衡”控制难点。采用国产织物非接触含水率控制,气氛相对湿度在线测控,确保上“真工艺”,工艺再现性好,节省工艺能耗。
    此外,在皂洗单元创新设计的新液流高效皂洗机,提高皂洗湿摩擦牢度,比达标用水下降50%,烘燥凝结水不经疏水阀直排水洗机回用,全年可回用冷凝水3000t,节省蒸汽300t,并减少疏水器泄漏蒸汽150t。全机废热水热回收采用6t/h自洁式转鼓水—水热交换器,每吨热污水至少回收0.1Mpa(表压)蒸汽60Kg,全年可节省蒸汽2200t。
    4.3.3、采用该智能化湿短蒸轧染联合机进行湿短蒸连续轧染工艺,无须添加尿素、硅酸钠(水玻璃)、烧碱、无机盐等化学品和各种助剂,环境友善,降低生产成本。据实验测算,每1Kg棉布织物活性染料连续轧染工艺的化学品排放量,轧—烘—蒸工艺为214g,而湿短蒸工艺仅为8.1g,水耗减少50%,综合能耗节约达30%~50%。由此可见,该湿短蒸工艺设备在棉织物及涤棉织物一浴一步法应用中,充分表现出无盐、少水、短流程染色的节能减排优点。
    5、结论
    由于湿短蒸染色具有上述独特优势特性,在当前大力发展清洁生产、生态加工的形势下,发展这种染色工艺具有十分重要的实际应用意义。但湿短蒸染色技术在国内尚处于试验和起步阶段,所以湿短蒸工艺以后进一步的发展和应用还有以下几方面的工作需要不断深入研究:
    ①不断改进和提高湿短蒸加工设备的性能,使设备的温度和湿度、织物的含水率等参数控制更加智能、精确。
    ②加强湿短蒸染色基础理论研究,包括不同纤维织物在不同湿短蒸设备中的升温、吸湿和溶胀性能研究。
    ③研究新的染色工艺,特别是低碱或中性固色工艺和受控染色工艺;开发专用的助剂,进一步提高固色率,节约染料,减少污水。
    ④加强对活性染料的研制和筛选,生产系列配套染料,并测定它们在湿短蒸条件下的性能,提高配伍性。
    ⑤扩大湿短蒸设备的应用范围,不仅用于活性染料染色,也可用于其它染料和多种染料一浴一步法染色,特别是用于一些新纤维、多组分纤维纺织品的染色;甚至在前处理、印花和后整理加工中得到应用。

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