（纺织工程专业论文）新型棉织物前处理剂的研制及应用工艺的研究.pdf

学位论文的主要创新点 i iii i i l l l liii ii i i i 1 i i ii i i p li i i i ri i i i i 17 7 2 916 一、本课题以节能减排为目的，针对实际生产，开发了环保型棉织 物前处理剂及应用技术。本研究首次开发研制了集精练、渗透、 双氧水稳定、碱剂、螯合分散、硅垢抑制等多重功效于一体的 复合前处理剂z y - 0 1 。 二、 棉机织物传统的前处理方法是使用以强碱为主、表面活性剂为 辅的工艺，由于强碱的作用，纤维素本身也受到破坏，纤维失 重大。本课题研究的退煮漂一浴前处理工艺采用双氧水和表面 活性剂为主，碱为辅的工艺( 处理p h 值仅为11 左右) ，在保 证织物白度、毛效等指标基础上，减轻了纤维在强碱高温条件 下由于双氧水过快分解而产生的损伤。 三、 将研制复配得到的复合酶l d k 0 1 作为生物前处理剂，成功应 用于棉机织物的生化前处理，得到了良好的应用效果。采用复 合酶对织物进行预处理，部分或全部去除织物上的淀粉浆料、 果胶和其他天然或人工杂质，提高织物的润湿性，经水洗后再 浸轧复合前处理剂工作液，通过汽蒸水洗后，产品的白度、毛 效、退浆率、果胶去除率和强力均优于常规工艺，并对织物的 ，一染色性能影响极小。同时也解决了以烧碱为主的常规前处理正，y 艺中所存在的污水碱度高、能耗大、产品质量不佳等问题。 摘要 前处理是纺织品染整加工的重要工序之一。棉织物传统前处理是三步法工 艺：退浆、煮练和漂白，此工艺存在工时长、能耗高、污染大等问题。采用高效 短流程工艺可缩短处理时间、降低能耗、减少助剂和水的用量，是棉织物前处理 的发展趋势。本文以实现节能减排为目的，开发了环保型棉织物短流程前处理剂 及应用技术。 复合前处理剂z y - 0 1 由纯碱( 3 0 ) 、层状偏硅酸钠( 3 5 ) 、液体复合物 ( 2 5 ) 、柠檬酸钠( 5 ) 和过硫酸钾( 5 ) 组成。该产品集精练、渗透、双氧 水稳定、碱剂和螯合分散等多重功效作用于一体。研究了z y - 0 1 在纯棉机织物退 煮漂一浴前处理中的应用，探讨了不同因素对前处理效果的影响，确定了较优的 工艺参数：z y - 0 1 用量2 5 9 l ，1 0 0 双氧水用量1 0 9 l ，1 0 0 * c 处理6 0 m i n 。通过 大量工厂试验，确定了棉机织物的工业化前处理工艺。研究表明，退煮漂一浴前 处理工艺具有工时短、能耗低、用水量少等优点，用于印花织物的前处理，但存 在退浆率不净、上色浅等问题。 为了解决上述问题，开发了生化前处理工艺，采用复合酶l d k 0 1 对棉织物 进行预处理，部分去除织物上的淀粉浆料、果胶和其他天然或人工杂质，提高织 物的润湿性，经水洗后进行特殊氧漂处理，产品的白度、毛效、退浆率、强力均 优于常规工艺。同时，生化前处理还解决了以氢氧化钠为主的常规前处理工艺中 存在的污水碱度高、能耗大、产品质量不佳等问题。复合酶l d k - 0 1 由稳定剂b ( 1 0 ) 、退浆酶c t a a l l ( 4 5 ) 和果胶酶c t a 。9 0 2 ( 4 5 ) 组成，具有较好 的储存稳定性。在复合酶的应用工艺优化中，探讨了酶用量、精练渗透剂用量、 螯合分散剂用量和处理时间等对棉织物预处理效果的影响，结果表明，较适宜的 工艺条件为：酶用量6 0 9 l ，精练渗透剂3 0 9 l ，螫合分散剂2 0 9 l ，温度6 0 j 二，时间9 0 m i n 。氧漂工艺较优工艺参数为：z y - 0 1 用量2 0 9 l ，1 0 0 双氧水8 9 l ， 1 0 0 保温堆置6 0 m i n 。 关键词：棉织物前处理复合前处理剂短流程生化前处理复合酶 a b s t r a c t p r e t r e a t m e n ti s o n eo fm em o s ti m p o r t a n tp r o c e s s e si nt e x t i l ed y e i n ga n d f i n i s h i n g t h et r a d i t i o n a lt h r e e s t e pp r o c e s so f c o t t o nf a b r i cp r e 。t r e a t m e n ti s ：d e s i z i n g ， s c o u r i n ga n db l e a c h i n g ，t h i sp r o c e s sh a v em a n yp r o b l e m s ，s u c h a sl o n gw o r k i n gh o u r s ， h e a v yp o l l u t i o n ，a n dh i g he n e r g yc o s t ，e t c e f f i c i e n ts h o r t - f l o wp r o c e s sc a nr e d u c e p r o c e s s i n gt i m e ，e n e r g yc o n s u m p t i o n a n dt h ea m o u n to fa d d i t i v e sa n dw a t e r i n 讥e w o ft h e s ea d v a n t a g e s，i t st h et r e n do fc o t t o nf a b r i cp r e t r e a t m e n tt e c h n o l o g y t o a c h i e v et h e p u r p o s e o f e n e r g y s a v i n g a n de m i s s i o n - r e d u c i n g ，w ed e v e l o p e d e n v i r o n r n e n t a l l y f r i e n d l ys h o r t f l o wc o t t o n f a b r i cp r e - t r e a t m e n ta n di t sa p p l i c a t i o n t e c h n o l o g y c o m p l e xp r e - t r e a t m e n ta g e n tz y 0 1 i sc o m p o s e do fs o d i u mc a r b o n a t e ( 3 0 ) ， i i l s t a n ts o l u b l el a y e r e ds o d i u mm e t a s i l i c a t e ( 35 ) ，l i q u i dc o m p o u n d ( 2 5 ) ，c i t r i c a c i d s o d i u m ( 5 ) a n dp o t a s s i u mp e r s u l f a t e ( 5 ) t h ep r o d u c t c o n c e n t r a t e sm a n y e m c a c i e ss u c ha sr e f i n e ，i n f i l t r a t i o n ，h y d r o g e np e r o x i d es t a b i l i z e r ，a l k a l i n e ，c h e l a t i n g a n d d i s p e r s i o n i n t h i s p a p e rw es t u d i e d t h ea p p l i c a t i o no fz y - 0 1i nt h e d e s i z i n g - s c o u r i n g b l e a c h i n g - o n e b a t h p r e t r e a t m e n t ，i n v e s t i g a t e t h ee f f e c t o f p r e t r e a t m e t a to nd i f f e r e n tf a c t o r sa n d t h e nw ed e t e r m i n e dt h eo p t i m a lt e c h n o l o g i c a l p 铀a m e t e r s ：z y 0 12 5 9 l ，1 0 0 h 2 0 21 0 9 l ，t e m p e r a t u r e1 0 0 c ，p r o c e s s t i m e6 0 m i n w ef i x e dt h ei n d u s t r i a l i z e dp r e - t r e a t m e n tp r o c e s so fc o t t o nf a b r i ct h r o u g hal a r g e n _ u m b e ro ff a c t o r yt e s t s s t u d i e sh a v es h o w nt h a to n eb a t hd e s i z i n g ，s c o u r i n ga n d b l e a c h i n gp r e - t r e a t m e n tp r o c e s sh a sa d v a n t a g e so fs h o r tw o r k i n gh o u r s ，l o we n e r g y c o n s u m p t i o n ，l e s sw a t e ru s a g e ，e t c i t sg e n e r a l l y u s e di nt h ep r e t r e a t m e n to fp r i n t i n g 锯 砖 ! ，p t f a b f f e ：一t h e r ea r e a l s op r o b l e m s s u c ha sl o wd a a i z i n g r a t ea n d , k sv a l u e ； r - f 旷一：r ，t o 、? 哆- 。搬 i no r d e rt os o l v et h e s ep r o b l e m s ，w ed e v e l o p e db o i l c h e m i c a lp r e - t r e a t m e n t p r o c e s s ，u s i n gc o m p l e xe n z y m el d k - 0 1t op a m yr e m o v et h es t a r c hs l u r r y ，p e c t i na n d o t h e rn a h l r a lo ra r t i f i c i a li m p u r i t i e so nc o t t o nf a b r i c ，t oi m p r o v et h ew e t t a b i l i t ya n d t h e nu s i n go x y g e nb l e a c h i n ga f t e rw a s h i n g a f t e rt h e s et r e a t m e n t st h ew h i t e n e s s ， c a p i l l a r ye f f e c t ，d e s i z i n ge f f i c i e n c y ，a n di n t e n s i t yo ft h ep r o d u c ta r em u c hb e t t e rt h a n c o n v e n t i o n a lp r o c e s s m e a n w h i l e ，t h eb i o l o g i c a lp r e - t r e a t m e n ts o l v e dt h ep r o b l e m s s u c ha sh i g hp o l l u t e d - w a t e ra l k a l i n i t y ，h i g he n e r g yc o s t ，l o wp r o d u c tq u a l i t yi n c o n v e n t i o n a lp r e - t r e a t m e n tp r o c e s sm a i n l yu s i n gs o d i u mh y d r o x i d e e n z y m el d k - 01 i sc o m p o s e do fs t a b i l i z e rb ( 1o ) ，d e s i z i n ge n z y m ec t a - a l l ( 4 5 ) a n dp e c t i n a s e c t a 一9 0 2 ( 4 5 ) ，i th a sag o o ds t o r a g es t a b i l i t y i nt h eo p t i m i z a t i o no ft h ea p p l i c a t i o n p r o c e s so fc o m p l e xe n z y m e ，w es t u d i e dt h ee f f e c to fc o t t o nf a b r i cp r e t r e a t m e n tw i t h d i f f e r e n ta m o u n to ft h ee n z y m e ，r e f i n e - p e n e t r a n t ，c h e l a t i n g d i s p e r s a n ta n dd i f f e r e n t t r e a t m e n tt i m e t h er e s u l t ss h o wt h a tt h em o r ea p p r o p r i a t ep r o c e s sc o n d i t i o n sa r ea s f o l l o w s ：e n z y m e6 0 9 l ，r e f i n e - p e n e t r a n t3 0 9 l ，c h e l a t i n g d i s p e r s a n t2 0 9 l ， t e m p e r a t u r e6 0 ，p r o c e s st i m e9 0 m i n ，o x y g e nb l e a c h i n gp r o c e s sp a r a m e t e r s ：z y o1 2 0 9 l ，10 0 h y d r o g e np e r o x i d e8 9 l ，10 0 s t a c k e d6 0 m i n k e y w o r d s ：c o t t o nf a b r i c p r e t r e a t m e n t c o m p o u n dp r e - t r e a t m e n ta g e n t s h o r t p r e - p r o c e s s i n g b i o c h e m i c a lp r o c e s s c o m p l e xe n z y m e 目录 第一章绪论1 1 1 引言l 1 2 节能减排新技术的研究进展l 1 2 1 新型棉织物前处理设备的研究进展2 1 2 2 新型棉织物前处理工艺的研究进展4 1 2 3 棉织物环保型前处理剂的研究进展5 1 3 节能减排新技术存在的问题8 1 4 课题意义及主要研究内容9 第二章理论部分1 l 2 1 棉纤维的结构1 1 2 2 棉织物前处理原理1 2 2 3 生物酶前处理作用机理1 4 2 3 1 退浆酶的作用机理1 5 2 3 2 果胶酶的作用机理：1 6 2 3 3 纤维素酶的作用机理1 6 2 3 4 蛋白酶的作用机理1 6 2 3 5 脂肪酶的作用机理1 7 第三章实验部分1 9 3 1 实验材料、药品和仪器设备1 9 3 2 性能测试2 0 3 3 实验内容2 3 3 ；3 1z y - 0 1 在纯棉机织物退煮漂一浴前处理中的应用2 3 3 3 2z y - 0 1 与其他助剂的配伍性研究2 3 3 3 3 退煮漂一浴前处理工艺对染色性能的影响2 3 3 3 4 单一退浆酶预处理效果2 4 3 3 5 单一果胶酶预处理效果2 4 3 3 6 复合酶l d k - 0 1 的应用工艺2 5 3 3 7 生化前处理中氧漂工艺参数的确定2 5 3 3 8 生化前处理工艺对织物染色性能的影响2 5 3 3 9 双氧水在不同前处理工艺中的分解率2 6 3 3 1 0 弱碱浴前处理工艺参数的确定2 6 3 3 1 1 棉针织物采用不同前处理工艺效果测试2 6 第四章结果与讨论：2 7 4 1 复合前处理剂z y - 0 1 的制备2 7 4 1 1 复合前处理剂z y - 0 1 基本组成与作用机制2 7 4 1 2 复合前处理剂z v 0 1 复配技术2 9 。4 2z y - 0 1 的性能测试3 1 4 3z y - 0 1 在退煮漂一浴前处理中的应用工艺研究3 2 4 3 1z y - 0 1 在纯棉机织物退煮漂一浴前处理中的应用3 2 4 3 2z y - 0 1 与其他助剂的配伍性研究3 4 4 3 3 退煮漂一浴前处理工艺对染色性能的影响3 4 4 3 4z y - 0 1 在退煮漂一浴前处理中的工业化应用工艺3 5 4 3 5 卅、结3 6 4 4 棉机织物生化前处理工艺的研究3 7 4 4 1 复合酶l d k 0 1 的研制及应用工艺研究3 8 4 4 2 氧漂工艺参数的确定4 6 4 4 3 生化前处理工艺对织物染色性能的影响4 7 4 4 4 棉机织物工业化生化前处理工艺4 9 4 4 5 小结5 2 4 5z y - 0 1 在涤棉混纺机织物前处理中的应用5 3 啊滞_ a 每鄹闭 王在锦揣交织弹力机织物前处理患静应舄_ 蚶 i ；惭鲤翻，唧。沌! ! ? 。5 屯 4 7 z y - 0 1 在纯棉机织物冷轧堆前处理中的应用5 4 4 8z y - 0 1 在棉针织物前处理中的应用5 5 4 8 1 双氧水在不同前处理工艺中的分解率5 6 4 8 2 弱碱浴前处理工艺参数的确定5 7 4 8 3 弱碱浴前处理工业化应用实例6 0 4 8 4 小结6 1 第五章总结6 3 参考文献6 5 发表论文和参加科研情况6 9 致谢7 0 第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论 前处理是纺织品染整加工的重要工序之一。前处理的主要目的就是利用物理 和化学的方法，去除织物上的各类杂质( 包括天然的和人工的杂质) ，以使织物 具有洁白的外观，柔软的手感和良好的润湿渗透性能，为后续染整加工提供必要 的条件和优质的半成品。织物前处理的效果直接关系到后道工序( 染色、印花) 的质量。要获得优质的染整产品，首先要控制好前处理半成品的质量，因此前处 理工序在染整生产过程中是个基础性工程，对稳定后道工序的产品质量、提高经 济效益和满足客户各种不同的要求起着极其重要的作用。 传统的棉织物前处理采用三步法工艺：退浆一煮练_ 漂白。此工艺工时长， 用水、电、汽大，且使用了大量的化学品( 主要是氢氧化钠) ，造成废水的c o d 值过高，处理起来困难，不符合当今清洁化生产的要求。据不完全统计，我国印 染行业废水日排放量3 0 0 , - - 4 0 0 万吨，年排放量高达l o 亿吨，占纺织行业总排放 量8 0 以上，是纺织工业的主要污染源。染整废水成分复杂，大多为有一定色度、 气味和含一定有害物质的有机废水，有的含杂量大、色泽深浓，很难处理。多年 来的治理又都限于末端治理，而且效果差、费用昂贵，绝大部分处理只达到初级 分解水平( 二级排放标准) ，若要达到回用排放标准，治理费用更高，成为企业 难以承受的负担。在棉织物整个印染加工过程中，前处理工序的能耗、水耗占总 能耗的7 0 左右，因此开发针对棉织物前处理的节能减排工艺势在必行1 1 2 节能减排新技术的研究进展 随着保护人类生存环境的呼声日益高涨，各国制定了严格的环境政策和法 规，使印染行业面临巨大挑战。如何实现节能减排是各国印染业面临的主要问题， 总的说来，实现棉织物节能减排前处理可以从以下几个方面入手，包括开发新型 天津工业大学硕士学位论文 印染设备、高效短流程工艺和配套环保助剂。 1 2 1 新型棉织物前处理设备的研究进展 当前染整生产前处理设备发展趋势有短流程、高效率等趋势，更注重节能环 保。在退煮漂前处理设备发展方向上，仍然是高效、短流程。一方面推行一步法、 二步法工艺，缩短设备工艺流程；另一方面提高水洗、轧车、汽蒸箱的工作效率， 降低水耗、汽耗、减少废水的排放。 英国法默诺顿公司( f a r m e r n o r t o n ) 推出的冷轧堆前处理设备【l 】，利用蒸汽 清洗的浸轧打卷冷堆漂白系统，可将卷堆时间缩至4 5 h ；江阴永欣印机高给液 装置，具有浸渍、轧吸、增效三个功能。带液量可控制在1 0 0 - - 一1 5 0 但不会出 现布面流水问题。使用该装置可提高冷轧堆一浴法的毛效；瑞士贝宁格公司的高 效水洗机通过轧辊将各水洗槽液体分隔，能精确控制和记录单格水洗的次数，使 每格水洗槽内7 0 化学品被洗液替换而洗去，节水5 0 ：德国库斯特公司前处 理设备的节能装置采用真空抽吸技术和均匀轧辊技术，通过多次强烈喷淋和真空 抽吸，增加了水洗效率。均匀轧辊技术使织物带液率降低，可达到节水、节能、 节省染化料和改善环境的目的。 近年来，在特种设备方面，研究了超声波、低温等离子体和电化学技术在棉 织物前处理中的应用。 ( 1 ) 超声波在棉织物前处理中的应用研究 超声波是一种频率超出人类听觉范围声波，具有机械效应、热效应，超声波 弹性振动具有分散、脱气功能。超声波在液体介质中的振动可以粉碎染液中的染 料粒子，增加洗剂的表面活性，改善乳化溶液和胶体溶液的稳定性，提高化学药 剂的扩散速度，活化和加快反应进行。有关超声波在纺织印染前处理中的应用研 究较多，超声波前处理实质是加速退浆、煮练、漂白、净洗等加工，缩短了加工 时间，达到节约能源和水量，减少了废水排放，减轻了污水处理负担【2 - 7 1 。 高树珍研究了超声波在酶退浆中的应用【2 】，分别采用常规和超声波两种方 法，以b f 7 6 5 8 淀粉酶对纯棉坯布进行退浆，研究了超声波在织物酶退浆过程中 所起的作用。采用超声波进行前处理可以提高织物的退浆率、润湿性和白度，强 力损失较少，温度降低，省时节能；超声波对果胶酶的煮练工艺也具有促进作用。 第一章绪论 y a n c h m e n e vvg 研究了超声波对碱性果胶酶处理棉的效果【3 】，实验表明，棉坯 布果胶酶煮练过程中使用超声波后，酶的应用性能有显著的提高，煮练后的织物 润湿性、自度均有所提高，其原因可能在于超声波、酶分子和液体媒质相互之间 的多种物理和化学的作用；红旗印染机械公司已经将超声波技术应用于水洗工序 中【4 】，研制了印染超声波水洗机。该设备箱体采用回型穿布形式，箱体内部配置 有4 个超声波发生装置，洗液通过箱体之间逐格倒流或过滤后经循环泵倒流使 用。此外，该机内的洗液无需加热，只需常温就可以进行水洗，节约了热能；容 布量比普通水洗箱容布量增加了约1 5 倍，可容布1 7 5 米，并且由于采用了新型 结构，使水洗机内的织物全部浸在水中进行水洗，明显提高了水洗效率，缩短了 水洗时间： ( 2 ) 低温等离子体在棉织物前处理中的应用 棉坯布经等离子体处理后，一方面提高亲水性，另一方面通过使浆料氧化分 解提高溶解性来改善前处理效果8 。1 2 1 。早在19 9 2 年日本山东铁工所就开发设计 了连续式低温等离子体处理装置【8 】，实现了对棉等纤维素纤维的退浆、精练的加 工。利用辉光放电，氧化性气体等离子将棉织物上的p v a 等浆料的分子链切断， 引入了羧基、羟基等亲水性基团，使p v a 更加容易去除。棉织物经过等离子处 理后强力不会下降：天津工业大学研究的以微波低温等离子体的新技术处理纯棉 织物【9 】，放电功率1 2 0 w ，气体压力1 0 7p a ，处理时间1 6m i n 。处理后半制品毛 效、白度、强力及染色的k s 值等指标均可达到或超过常规前处理工艺水平；东 华大学蔡再生等人采用氧、空气、氦气等常压等离子体处理以去除棉织物上的 p v a 浆料【l o 】。结果表明，常压等离子体作用使部分p v a 大分子氧化成小分子如 二氧化碳、水，而直接消失在空气中，另一部分p v a 大分子被氧化降解成分子 链较短的分子，提高了其在水中的溶胀、溶解性，经充分水洗可去除织物上的浆 料，达到退浆要求。与传统工艺相比，具有节水节能，不损伤纤维和少污染的功 效。 中国纺织科学研究院江南分院已经进行了低温等离子体中试【1 1 】，棉织物经等 离子体处理后，退浆率有显著的提高。目前正在与俄罗斯科学院西伯利亚分院大 气光学研究所合作开发等离子体关键部件，有望不久的将来，等离子体在纺织印 染加工中能够得到工业化应用和推广。 一3 一 天津工业大学硕士学位论文 ( 3 ) 电化学在棉织物前处理中的应用 采用电化学对纯棉织物进行煮漂一浴加工，能在低温短时间内将织物的白 度提高到常规加工的程度，甚至略高于常规加工的白度，这样为提供短流程的前 处理加工工序开拓了新的前景。高淑珍等人【1 3 】研究了电化学在纯棉织物煮漂一浴 中的应用，通过正交试验确定了电化学煮漂的最佳工艺条件为：温度8 0 。c ，电 压1 2 v ，时间8 0 m i n ，n a o h0 3 9 l ，h 2 0 23 9 l ；采用电化学进行煮漂一浴加工， 能将纯棉织物的吸湿渗透性提高2 3 5 左右，对染料的上染率比常规处理的提高 5 5 左右，能量节约1 3 9 左右，化学品用量比常规处理也有所降低。而且由于 采用低温煮漂工艺，有利于加工企业节能降耗；郑成辉等人【1 4 】采用不锈钢丝网 阳极氧化并制备了p b 0 2 ( - - 氧化铅) 电极，电流密度在1 0m a c m - 2 时获得的较好 的p b 0 2 沉积情况。采用三电极体系研究了该不锈钢基p b 0 2 电极应用于纯棉织物 前处理工艺，工艺流程为：配制一定浓度的n a o h 和n a 2 s 0 4 混合溶液，投入充 分润湿的未退浆织物，置于组装的电化学装置中，p p b 0 2 电极做阳极，不锈钢 做阴极，在一定条件下进行处理。与传统的前处理工艺相比，电化学处理工艺可 以有效缩短棉织物前处理加工时间，提高生产效率，减少强力损失，但处理后织 物的白度稍低。 1 2 2 新型棉织物前处理工艺的研究进展 常规的前处理需经过退浆、煮练、漂白等工序，工序长，耗水、耗能多，污 水含杂量高。所以在前处理过程中采用高效短流程，可缩短处理时间，并能够减 少助剂和水的用量。针对传统工艺退煮漂三步法工艺，相继开发了二步法和一步 法工艺，即先退煮一浴处理再进行氧漂处理( d s b 法) 、先退浆再煮漂一浴处理 ( d s b 法) 及退煮漂一浴处理( d s b 法) 等三种方法。 1 2 2 1 二步法工艺 ( 1 ) 织物先经退浆、再经碱氧一浴煮漂的二步工艺( d s b 法) 。d s b 法对 退浆后的洗涤要求高，需要最大限度地去除浆料和部分杂质，特别是要去除重金 属离子以提高碱氧一浴中双氧水的稳定性。由于碱氧一浴中碱浓度较高，易使双 氧水分解过快，过度损伤纤维，因此该工艺的关键是选择优异的双氧水稳定剂。 一4 一 第一章绪论 此方法国内应用较少。 ( 2 ) 织物先经退浆、煮练一浴处理，再经常规双氧水漂白的二步工艺( d s b 法) 。d s b 法工艺将退煮工序合一，需要加强煮练剂的应用，使用在强碱下具有 良好稳定性的精练渗透剂。但由于浆料在强碱浴中不易除去，为此退煮后必须充 分彻底地水洗。漂白使用常规工艺加工，对双氧水稳定性要求不高，可用于多种 织物加工。此方法比传统三步工艺节省了工时，降低了能耗，是目前印染厂使用 较多的短流程工艺，但蒸汽和水的使用量还非常大，尤其是仍需使用大量的烧碱， 造成废水的c o d 值过高。 1 2 2 2 一步法工艺 ( 1 ) 汽蒸一步法。退煮漂一浴汽蒸法工艺需要在高浓度碱和高温情况下进 行，很易引起双氧水的快速分解，加重对织物的损伤。为了降低纤维的损伤，需 降低烧碱或双氧水的浓度，或加入性能优异的耐碱稳定剂，或者降低加工温度。 但汽蒸法不可能降低加工温度，因而只能通过降低烧碱用量和加入耐高温强碱的 双氧水稳定剂来实现。而降低烧碱用量，又必然会降低退煮效果，尤其对上浆率 高的和含杂量大的纯棉厚重织物有一定难度。此法目前还不成熟，国内仅部分厂 家进行了相关的研究，还没有进行广泛工业化应用。 ( 2 ) 冷堆一步法工艺。冷轧堆前处理是目前应用较多的短流程工艺，它是 在室温或稍高温度下长时间堆置的低能耗退煮漂一浴法工艺。因为在低温下进行 处理，故烧碱和双氧水浓度较高，而反应时间也要很长，否则织物上的杂质无法 与助剂充分反应，去杂效果差。由于没有经过高温汽蒸过程，对蜡质作用较弱， 处理后毛效普遍较差，一般用于要求不高的纯棉及其混纺织物的前处理。此外， 冷轧堆工艺耗时长，处理结果受环境温度影响较大，产品质量也有较大波动。 采用冷轧堆工艺要取得较好效果，一方面需加强处理液的渗透性，冷轧堆工 艺助剂用量一般要比汽蒸工艺高出5 0 1 0 0 ；另一方面加强后续的水洗工序， 其作用要比汽蒸法水洗更为重要。堆置后如加强碱处理或进行短蒸处理，可以明 显提高半制品的毛效【15 1 。 1 2 3 棉织物环保型前处理剂的研究进展 天津工业大学硕士学位论文 1 2 3 1 环保型前处理助剂的研究进展 前处理助剂包括渗透剂、精练剂、螯合分散剂、氧漂稳定剂等。传统的精练 剂多采用含烷基酚聚氧乙烯醚( a p e o ) 质，由于优异的分散、渗透、乳化性能， 结构的表面活性剂和烷基苯磺酸钠等物 曾经被大量使用。随着人们对这类物质 毒害作用的深入研究发现，十二烷基苯磺酸钠经皮肤吸收后对肝脏有损害和引起 脾脏缩小等慢性症状，以及致畸和致癌性，已经禁止使用【1 6 1 。a p e o 是生物降解 性最低的非离子表面活性剂之一，仅为0 - - 9 ，而且最终代谢物烷基酚为环境激 素，欧洲已于2 0 世纪8 0 年代禁止使用【1 7 1 8 1 。耐碱性精练剂原料目前采用含磷 类表面活性剂，该类物质不仅具有较好的耐碱性，渗透性和乳化力也较强，但这 些物质分子中含有磷元素，可能会对水质有影响d 9 - 2 1 】。近年来，以天然可再生资 源为原料生产的烷基糖苷( a p g ) 和醇醚羧酸盐( a e c ) 越来越被关注。它们具 有独特的渗透、乳化、分散、去污、溶解和复配性，在纺织助剂应用方面前景十 分广阔 2 2 之6 】。 过去用的较多的螯合剂有氨基三乙酸钠( n t a ) ，乙二胺四乙酸( e d t a ) 和二乙 烯三胺五乙酸( d t p a ) ，它们有很好的螯合作用。但发现n t a 为致癌物质，很快 被禁用。e d t a 和d t p a 的生物降解性很好，但螯合金属后生物降解性很差，因 此也为欧盟所禁用 2 7 1 。用含磷类螯合剂由于其络合能力强，生物降解性好，并 能与其他助剂产生协同效应，而被广泛使用。但这类含磷物质生物降解后，可能 会造成水体富氧化【2 8 2 9 1 。新型螯合分散剂多为聚多元羧酸类高分子化和物，如 聚丙烯酸、马来酸丙烯酸共聚物等，它们具有良好的螯合性，尤其是对水中钙、 镁离子的螯合效果更佳。该类产品不仅具有良好的螯合性，还具有优异的分散性 能，在前处理加工中可分散织物上脱落的浆料、果胶等杂质，避免这些物质的返 沾 3 0 - 3 2 。 1 2 3 2 生物酶在棉织物前处理中的应用进展 生物酶在染整加工前处理工艺中已经展现出广阔而诱人的应用前景，主要用 于天然纤维织物的前处理。采用生物酶进行退浆、精练，可避免使用碱剂，而且 生物酶作为一种生物催化剂，无毒无害，用量少，处理的条件较温和，产生的废 水可生物降解，减少了污染，节约了能量。 第一章绪论 浸渍、保温处理和水洗。酶退浆常采用间歇式、半连续式( 轧卷或轧堆) 和连续 式( j 型箱或轧蒸) 方法。低温型0 【一淀粉酶最佳作用温度为5 0 7 0 ，p h 值在 6 7 左右，一般适用于冷轧堆和间歇式工艺。高温型淀粉酶是经过基因改性的耐 热型伐，淀粉酶，使用温度可达到9 0 1 1 5 。c ，可在汽蒸条件下于1 - 3 m i n 内快速去 除淀粉浆料，适用于连续式工艺，大大提高退浆效率。生物酶对淀粉浆的退浆率 可达9 0 以上，退浆后织物柔软度高，手感好；退浆时间短，效率高；能简化工 艺流程，减少污水排放，酶液在排放后对环境无影响，能满足环保的要求。 ( 2 ) 生物酶精练 棉精练的主要目的是去除棉纤维中非纤维素的物质，使棉获得良好的吸水 性，便于后道的漂白及印染加工。传统的棉精练是在高温和烧碱的共同作用下 完成。通过碱精练处理，能够基本去除棉纤维上的果胶、蜡质和蛋白质，使织 物获得亲水性。但是，由于碱精练过程中大量使用了碱和表面活性剂，处理后又 需要用大量的酸中和与水清洗，因此，被处理的棉纤维减量大，强度损伤严 重，处理废液中碱度高，而且工艺用水量大、能耗高、耗时长。生物精练技术 是对传统前处理工艺的历史性突破，是一种全新温和的绿色的精练方式【3 6 州】。 生物精练利用酶的专一性，有效分解去除果胶质及其它共生物杂质，从而达到 精练效果，纤维本身并未受到损伤。生物精练后的棉纤维失重小，手感柔软厚 实，且富有弹性。目前果胶酶主要分为两个种类，一种为碱性果胶酶，诺维信 精练酶3 0 1 l 中主要成分为碱性果胶酶；另一种为酸性果胶酶，代表产品有德国 a b 公司的酸性果胶酶p l 3 0 0 。精练酶目前主要有两种使用工艺，一种是用于机 织、针织、纱线及散纤的间歇式加工工艺【4 2 ，4 3 1 ，加工设备主要为溢流机、绞染 机、散纤纱线染色机；另一种为连续式加工工艺，用于冷堆或低温汽蒸( 一般 为6 0 c ) 。市场上出现的有些用于连续化汽蒸工艺的精练酶或煮练酶的产品主要 为化学品的复合物【4 4 “5 1 ，由于碱性太强，对生物酶活性会产生干扰，因此可能 不含生物酶。 有报道，在生物酶精练时加入纤维素酶可以提高精练效果【4 6 1 ，纤维素酶首先 破坏纤维表面的表皮和初生胞壁层，对其进行弱化水解，拆散纤维内部的结晶结 构，扩大纤维的无定形区，促使果胶酶大分子快速渗入纤维内部，从而提高精练 效果。但是纤维素酶用量要严格控制，只要加入纤维素酶，织物强力都要受到不 天津工业大学硕士学位论文 同程度的损伤。在生物酶精练时加入纤维素酶，棉织物强力下降1 3 - 1 8 、麻 织物强力下降1 4 1 7 、纯棉针织物强力下降1 8 0 0 , - - 2 0 、纯棉毛巾织物强力下 降2 0 以上。 ( 3 ) 生物酶漂白 漆酶是一种氧化还原酶，它能在氧气存在下，催化酚式羟基形成苯氧自由基 和水，从而引起自由基反应，将有色化合物的发色基团切断。漆酶用于木浆漂白 已获成功，在纺织印染方面，主要用于染料的脱色和靛蓝染色织物的漂白【4 7 4 8 1 。 葡萄糖氧化酶是最有前景的生物酶漂白剂。1 9 4 8 年工业化以来，在食品工 业中广泛用于蛋白脱糖和食品除氧。其漂白原理是葡萄糖在葡萄糖氧化酶的催化 作用下，生成葡萄糖酸内酯和双氧水，利用产物双氧水对织物进行漂白【4 9 】。 ( 4 ) 棉织物前处理用生物酶的发展方向 a ) 酶制剂的复合化 因为酶的催化作用具有高度的专一性的，而前处理往往需要几种酶的密切 “合作”，并充分发挥其相互协同效应，才能真正达到高效经济的目的。如诺维 信公司开发的精练酶3 0 1 l 可能为果胶酶、纤维素酶、淀粉酶、脂肪酶的复合物。 b ) 酶与其它助剂的协同作用 生物酶纺织加工过程中只能分解特定结构的底物。而天然纤维上组分种类较 多，仅使用酶制剂处理，有些杂质并不能全部去除。生物酶必须与其它助剂协同 作用，才能获得满意的处理效果。如酶制剂与渗透剂、螯合剂表面活性剂等配合 使用，可获得比单用酶制剂更好的效果。 c ) 适合的处理工艺 单纯的一步酶处理工艺也不能达到和满足织物的加工要求，需要前后用化学 助剂处理工艺的配合。很多生物酶在应用过程中需要在适合的工艺条件中发挥作 用，而恰当的工艺流程可以降低能耗、节约成本，因此与酶相关的应用工艺研究 变得重要起来。 1 3 节能减排新技术存在的问题 如上所述，近些年来，在节能减排方面进行了很多的研究，也取得了较多的 第一章绪论 成果，但是在实际生产中得到广泛应用的实例却不多。总结起来其原因： 设备方面：在配套设备的开发上跟不上短流程工艺的发展要求，特别是在自 动化和机电一体化的开发上，缺乏工艺参数的在线检测和计量装置。对于冷轧堆 轧卷装置，不少企业仍采用被动打卷，而不是中心辊主动驱动；采用高给液装置 的企业不多；汽蒸工序主要还是采用履带蒸箱，且漏汽严重，温度达不到要求， 预热时间不足，易产生横档风干印，造成染化料助剂浪费严重。 工艺方面：短流程前处理工艺已基本普及，但优化工作做得还很不够，不少 单位对短流程工艺的制定不是根据品种特点、客户要求和最终用途等，因地制宜 ( 根据机台设备，助剂和人员素质等) 来优化制定最适宜的工艺。此外，采用冷轧 堆工艺后必须加强热碱处理的重要性认识还不够，导致冷堆工艺质量不稳定。冷 堆工艺虽不属高温，但采用的烧碱、助剂浓度要比常规蒸煮工艺高1 5 2 7 5 倍， 这样的工艺所产生的废水对环境的污染就严重。 助剂方面：短流程前处理配套助剂质量不稳定，缺乏系列化、专用化、标准 化和统一的测试标准。特别是用于短流程工艺的助剂开发，不能满足清洁生产工 艺的要求。而生物酶具有高效专一性，其反应条件低、可自然降解、易洗净，对 环境无害、耗能少、流程短，近年来得到广泛的研制与开发，但单纯依靠生物酶 法效率还较低，比较好的作法是将生物化学结合起来进行退煮漂一浴一步法处 理，这样做兼顾了环保与效率，是较有前景的一种工艺。 1 4 本课题研究的意义和主要内容 近年来，随着人们对节能降耗及环保的要求的日益重视，国家提出了建设节 约型、和谐型社会的要求，在“十一五”期间，印染行业污染物的排放总量比目 前下降1 0 ，能耗降低2 0 ，用水量减少3 0 。2 0 0 9 年出台的纺织工业调整 和振兴规划中再次强调，2 0 0 9 年至2 0 1 1 年全行业实现单位增加值能耗年均降 低5 、水耗年均降低7 、废水排放量年均降低7 。这是一个任务，也是一个 趋势，因此开发节能减排前处理技术势在必行! 本课题以节能减排为目的，针对实际生产，开发了环保型棉织物短流程前处 理剂及应用技术。主要内容包括： 天津工业大学硕士学位论文 ( 1 ) 复合前处理剂的开发 采用特殊复配方法开发新型前处理剂，该产品集精练、渗透、双氧水稳定、 螫合分散、供碱等功能，不含a p e o 和毒性物质、易于生物降解、降解产物无 毒性。在高温下能保持较强的渗透力，能均匀快速地润湿织物，具有优异的乳化、 分散性能，能有效去除油蜡、油污，能迅速分散杂质分解物，防止再沾污。同时 还具有较强的双氧水稳定效果，使双氧水缓慢分解，以降低无效分解对织物造成 的过度损伤。 ( 2 ) 应用工艺研究 复合前处理剂在棉机织物退煮漂一浴前处理中的应用研究 通过单因素分析实验，分别确定前处理剂用量、双氧水用量、辅助液用量、 汽蒸时间等因素对织物自度、毛效、强力等指标的影响规律，并确定实验室最佳 应用工艺。在实验室基础上，通过适当调整各工艺参数，确定最佳工厂应用工艺。 棉机织物生化前处理工艺的研究 开发复合生物酶制剂，研究其在棉织物预处理中的应用，通过复合酶预处理 后，采用复合前处理剂对织物进行氧漂处理，探讨各种因素对前处理效果的影响， 并制定生化前处理的工业化应用工艺。 研究复合前处理剂在其他织物前处理中的应用 包括涤棉混纺织物、锦棉混纺弹力织物、纯棉针织物以及纯棉机织物冷轧 堆