活性染料无盐轧蒸连续染色工艺.doc

活性染料无盐轧蒸连续染色工艺摘要：本文重点介绍开发活性染料无盐轧蒸连续染色工艺的背景，活性染料染色的工艺现状，论述了无盐轧蒸连续染色工艺原理、特点、设备、染料、碱剂及助剂，肯定了该工艺高效、节能减排的先进性和实现产业化推广的广阔前景关键词：活性染料、无盐轧蒸、连续染色、节能减排1技术背景1.1纺织业被列为重点污染行业今年5月，国务院下发了第一次全国污染源普查方案，纺织业被列为重点污染行业。这意味着，纺织行业的节能环保任务更加艰巨，更加紧迫。纺织行业“十一五”发展纲要对“十一五”时期纺织工业节能降耗指标做出了规划要求：“印染行业：单位产值的污水排放量比2005年降低22%，万元产值耗电量比2005年降低1015%。”这就对印染行业的生产和经营形势提出了严峻的要求，逼迫印染行业研究短流程、高效、节能、减排新工艺。1.2行业减利因素不断增加小批量：染色加工的批量越来越小；多品种：染色加工的品种越来越多、加工色泽越来越多；高品质 ：要求印染产品品质达到更高的牢度性能；快交货：产品交货期缩短；污水处理费用增加：环保法规越来越严格；产能过胜：竞争加剧；欧美设限：出口受阻；人民币升值：利润下降；出口退税率降低：利润空间减小；能源、染料、人工费用等成本上升，利润下降。印染行业所面临的主要压力之一是小批量。由于设备要求有一定的生产量，才有经济效益，因此，印染加工的产量直接影响设备的利用率。表1列出了全球1960-2000年平均加工批量的变化。从表1可知，全球印染行业加工的批量由特别大变为特别小。以国内某企业1965-2005年加工批量为例，加工批量也呈现越来越小的趋势（见表2）显然，这些变化对印染厂的产量有直接的影响。为了保持产量，在相同的时间，则需要进行更多批次的染色加工（见图1），同时，也相应增加了实验室仿样工作量（见图2）。表1： 国际1960-2000年加工批量变化 单位：米19601970198019902000美国6000400003000060003000欧州120009000600020001000日本1400013000900025002000亚州600010000900030002000表2： 国内某企业1965-2005年平均批量变化 单位：米年份196519751198519952005批量250000200000120000600006000图1：保持全额生产所需的日常染色生产的批数图 图2：支持生产所需的日常试验室染色打图3：停机时间对效率的影响在全面考虑设备利用率的情况下，许多工厂要求设备利用率达到75%。假定平均批量为11000m，需更换色泽的时间为60min。那末，平均批量为1000m时，如仍是60min更换色泽，则设备利用率将降低至20%以下，因此，其生产无经济性可言。在此情况下，要获得75%的设备利用率，更换品种的时间应缩短至5min（见图3），这显然是不可能完成的。这就是开发无盐轧蒸工艺的背景。1.3湿短蒸工艺推广难在1995年意大利米兰举行的国际纺织机械展览会（TIMA）上，德国门富士（Monforts）公司和捷利康（Zeneca）公司（即现在的德司达公样数司的一部分）展示了两公司合作开发的活性染料连续轧染的湿短蒸（Econtrol）工艺。Econtrol工艺有三个步骤，即：染色烘干水洗。Econtrol工艺省去了分离固色步骤（汽蒸），且工艺过程无需用盐。在烘干过程中如果空气湿度25%，温度120，时间2分钟，织物表面温度约68;湿度为30%时，布面温度为71。而在此之前的几年中，活性染料连续轧染工艺技术进展甚微，几乎没有大的革新，以及实现工业化的应用。 湿短蒸（Econtrol）工艺向染色工作者提供受控染色(Controlled oloration)的优点，以及由德国门富士（Monforts）设计开发的创新设备。但是，迄今时间过去了十一年，全球只售出和安装了65台。在我国仅购进和安装了4台，国内仿造的仅两台，效果并不令人满意，其原因：1、进口设备造价高（多达800万元人民币）。2、工艺控制难度大。3、无法对更细薄的织物（小于70克平方米）进行染色。4、固色时间需120-180秒，生产效率低。5、国产设备有待改进完善。1.4 间歇式冷堆染色效率低2001年我公司成功推行了活性染料冷堆染色工艺，冷堆染色工艺，染透性好，头尾色差小，无边中色差，属于节能工艺，对于小批量染色有着无可争议的优势。冷堆染色的工艺流程为：浸轧染液、碱剂-堆置（12-24小时）-水洗-烘干。该工艺加工周期长，常常因为堆放12-24小时后，经水洗才发现色不符再去修色，发现问题滞后，效率低，往往由于间歇生产而误交期，严重影响企业信誉。2技术特征2.1 原理及过程能不能把冷堆染色连续化？ “用短时间的饱和汽蒸固色取代长时间的室温冷堆固色，从染色原理上是可行的，虽说无盐轧蒸这一工艺在国内和国外都未见报道，但是，只要我们用科学的态度对待每一个细节，相信科学，不怕失败，这一新工艺就一定能开发成功！”从2004年9月，我公司根据活性染料的染色原理，开始研究试验无盐轧蒸工艺。活性染料轧烘轧蒸工艺为五步工艺，即：轧、烘、轧、蒸、洗，无盐轧蒸工艺简化为三步工艺，即：轧、蒸、洗。在普通的连续轧染机上，不用打底机只用显色皂洗机便完成了活性染料连续染色的全过程。经过反复对染料、助剂进行筛选复配试验，2005年初，在化验室试染成功无盐轧蒸工艺，2005年5月，对常规的还原皂洗机进行重新设计、组合：浸轧槽由100升改为30升，使染液更新快；蒸箱前增加12米透风架，以改善织物的染透性；增加两只直径为570毫米冷水辊，以降低进布温度；还原蒸箱由液封口改为汽封口。2006年公司共投资160万元安装了无盐轧蒸连续染色机，其流程是：进布两只冷水辊冷却浸轧染料及固色碱混合液透风汽封口还原蒸箱蒸洗箱7只两柱烘燥（800烘筒20只）落布。并于2006年9月国庆节前夕，无盐轧蒸工艺试生产成功，2007年5月份前已生产了50多个品种，累计产量达40万米以上，实现了工业化批量生产。该项技术并于2007年5月26日由山西省科技厅组织国内有关专家进行科技成果鉴定，参加鉴定会的专家一致认为：无盐轧蒸连续染色工艺，处于国内领先并达到国际先进水平。2.2无盐轧蒸工艺中的染料、碱剂和助剂2.2.1染料我们先从进口50余只活性染料进行筛选，其中有部分染料性能可以适应该工艺。为了降低成本，我们又对国产150余只活性染料进行逐个筛选，对不同浓度的比移值、耐碱性、提升性、稳定牲、匀染性、染色牢度等性能指标进行测试、打样、对比。最终筛选出了可以适用于无盐轧蒸工艺的活性染料。在无盐轧蒸工艺中，由于染料固色在70-90秒内完成，因此，筛选了反应性中等的活性染料。包括活性嫩黄、活性金黄、活性艳红、活性大红、活性艳兰、活性翠兰、活性芷青、活性黑等。关于染料用量：染同样的深度，细薄织物，无盐轧蒸工艺与轧烘轧蒸工艺及湿短蒸工艺染料用量相等；粗厚织物，由于无盐轧蒸工艺染透性好，因此，染料用量比轧烘轧蒸工艺有所增加，其染料用量与冷轧堆染色相比基本相同。2.2.2碱剂固色碱剂是活性染料无盐轧蒸连续染色工艺成败的关键条件之一，对此我们做了广泛的试验。先后共试验了七种碱剂：.水玻璃+烧碱法。.纯碱+烧碱法。.碱稳定剂法。.代碱剂法：.磷酸三钠法.纯碱+盐法.自配固色碱CJ-R法。以上碱剂有的是适应性不广，有的是粘辊严重，有的还需要加盐、有的虽然可以使用但无法找到规律，不能用于大生产。我厂经多次研究复配成功的固色碱CJ-R，完全克服了其他碱剂的缺点，对不同染料用量与固色碱的用量有一定的规律，生产中工艺稳定，操作方便，运用自如，完全满足了无盐轧蒸工艺的需要。2.2.3助剂在无盐轧蒸工艺中，轧烘轧蒸工艺使用的助剂都可以使用。2.3 无盐轧蒸工艺的特点染色体系的标准要求如下：经济性，对小批量染色同样也有此要求；快捷的色泽品种更换；应用简便；适用于鲜艳色泽、非常浅和非常深的色泽；优异的重现性以获得高的生产可靠性；应有一套简单的实验室染色方法；对环境友好；工艺对牢度性能无限制；工艺时间短。换而言之，对染色工艺的要求，就是尽可能在最短的时间内获得最优的结果。影响染色工艺的变量越少，则达到要求的可能性越高。图4列出了连续轧烘轧蒸（PDPS）工艺中的变量（25个）。25个变量就意味着有25个参数有可能会对染色的结果产生副作用。染料施加红外线预烘热风烘燥碱的施加 汽蒸 水洗 织物质量辐射强度温度化学品浓度 温度 温度处方质量均匀性 时间盐的质量 时间 pH值带液量残余含湿率湿度带液率 蒸汽量 水量温度 排风织物温度 蒸汽质量液体温度 水封轧槽容量图4 在轧烘轧蒸（PDPS）工艺中的工艺变量图5列出了湿短蒸工艺的变量降为15个。湿短蒸工艺变量数比轧烘轧蒸工艺少 40%，也就是说，在湿短蒸（Econtrol）工艺中错误发生的几率降低了40%。在无盐轧蒸工艺中变量降为13个，比轧烘轧蒸（PDPS）工艺降低了48%。比湿短蒸（Econtrol）工艺又减少了8%。图6列出了无盐轧蒸工艺的变量。 染料施加红外线预烘Econtrol烘燥-固色水洗 织物质量辐射强度温度温度 处方质量均匀性时间pH值 带液率残余含湿率湿度水量 温度排风 碱图5 在湿短蒸（Econtrol）工艺中的工艺变量染料施加 汽蒸固色 水洗 织物质量 温度 温度处方质量 时间 pH值带液率 蒸汽量 水量温度 蒸汽质量碱 汽封图6 在无盐轧蒸工艺中的工艺变量2.4 工艺特征2.4.1无盐轧蒸工艺与常规轧烘轧蒸工艺相比，彻底改写了活性染料染色必须用盐的历史，使染色化学品用量减少了90%。节省去一台热风打底机，综合节能30%以上，并且减少洗涤用水，减少污水排放30%。2.4.2无盐轧蒸工艺与湿短蒸工艺相比，使用还原皂洗机，减少了湿短蒸的红外线加热装置和高温加热装置及温度、湿度的精密控制，并且缩短了固色时间，提高了染色效率。2.4.3与间歇式冷堆染色工艺相比，得色量一致，由于固色碱剂的改进克服了水玻璃沾污的弊病，实现了轧染的连续化，提高了生产效率。3总体性能指标3.1产品的质量3.1.1经检测无盐轧蒸工艺染色成品，达到棉印染布GBT411-93标准与轧烘轧蒸工艺染色成品的各项牢度指标一致。3.1.2用“评定变色用灰色样卡”评定首尾色差，达到4级以上，色光变化小。3.1.3无盐轧蒸工艺，从浸轧染料和碱剂的混合液到染料的固色过程全部是在湿态条件下进行的，不存在打底机烘干过程中染料容易产生泳移的现象，同时织物染透性好。3.1.4由于半制品通过均匀轧车后，进入设置汽封口的还原蒸箱，布面含水量较常规液封工艺低，所以升温快，节约了蒸汽。3.1.5改善水洗性能：由于无盐染色，可减少染料回粘现象，所以容易水洗，并且牢度提高。3.2 小样与大样的重现性为了使染色生产获得最高的效率，需要化验室进行多种试验，摸索出不同染料，不同深度，不同的配套碱剂及相应的工艺条件，找出规律性才能制定出良好的实验室工艺，快速而便利地生产出可重现的产品。我公司化验室，通过由小样到大样，再由大样到小样，经过反复试验，不断总结完善，现在己经掌握了从高支高密的细薄织物到粗厚织物的无盐轧蒸工艺的仿样工艺。较好地实现了化验室小样与生产大样的重现性。3.2.1大小样的差别.黄色：化验室小样黄色得色浅，大生产大样黄色得色深；.蓝色：化验室小样蓝色得色深，大生产大样蓝色得色浅。经反复试验，化验室薄膜法加尿素50g/L后，可以达到大小样得色深浅一致。若用化验室小还原蒸箱气封法仿色，色光基本一致。3.2.2. 轧烘轧蒸工艺化验室仿样用的设备，可以满足无盐轧蒸工艺的仿样要求，不需另外购置无盐轧蒸工艺专用的仿样设备。3.2.3 无盐轧蒸工艺的实验室工作效率可以大大提高。 轧蒸工艺/min 轧烘轧蒸工艺/min染液准备 5 染液准备 5 染料施加 1 染料施加 1织物预处理 1 织物预处理 1轧蒸（烘燥） 3 烘燥 2水洗 10 化学品配制 5烘燥 2 织物准备 5 施加化学品 1 汽蒸 2 水洗 10 烘燥 2共 22min 共 34min在图7中比较了无盐轧蒸工艺和轧烘轧蒸工艺所需的实验室打样时间对比。根据图7比较而知，无盐轧蒸工艺仿色所需时间比轧烘轧蒸工艺所需的时间减少了35%。3.3 无盐轧蒸工艺可染的色泽无盐轧蒸工艺，不仅可以染鲜艳的嫩黄、艳红、大红、艳绿、艳兰和芷青、海军兰、黑色，而且可以用图7无盐轧蒸工艺与轧烘轧蒸工艺化验室仿色样时间对比三元色拼染中间色，如：灰、橄绿、墨绿、棕等，并且色光稳定。3.4 适用的纤维材料和织物无盐轧蒸工艺，可以对不同纱支不同密度，由纤维素纤维加工的机织物进行染色。由于该工艺染透性好，特别适宜灯芯绒织物染色。3.5 无盐轧蒸工艺的环境特性及成本工业化生产工艺环境特性已成为越来越重要的因素。在选择优化染色工艺时，需要考虑该工艺的环保特性，其中主要的标准是能耗、化学品用量、排水和排气的污染情况。另外要考虑的是，对环境友好的工艺是否具有经济性。而无盐轧蒸工艺完全满足上述要求。在轧烘轧蒸（PDPS）工艺中，如果织物克重为350g/m,轧液率为70%,盐用量为250g/L，则染色100万米织物所需盐量总计为61000kg。与轧烘轧蒸（PDPS）工艺不同的是，无盐轧蒸工艺无需用盐。一台无盐轧蒸连续染色机与一台轧烘轧蒸连续染色机相比较，该工艺省去了热风打底机，只用还原皂洗机，符合节能减排的原则。在正常条件下，每米布印染加工费用可节约0.08元左右。一台无盐轧蒸连续轧染机每年可以节约蒸汽3847.5吨，节水10125吨，节电19.44万度，节盐360吨，包括人工费在内，每年节约成本总费用约55万元。因此，无盐轧蒸工艺兼具环保性和经济性。4结