大集成技术成就棉织物低温印染

2012.10.16   点击229次

    纺织工业是国民经济的支柱产业，同时也是污染比较严重的行业。国家对纺织工业的节能减排高度重视。在纺织工业的污染物排放和能源消耗中，印染行业，特别是印染前处理又占了重要比例。我国单位织物能耗为世界平均水平的2.4倍，其中，染整行业的能耗占纺织行业的60%。纺织工业排放的废水中，量大且污染严重的主要是印染废水，占到80%。

    在印染行业的能耗和污染物排放中，棉织物的印染，特别是棉织物的前处理又占了重要比例。由于目前棉织物还大量采用退浆性能差、难以生物降解的PVA浆料上浆，需采用高温强碱退浆工艺，导致退浆废水的CODcr值高、黏度大、pH值高、可生化性差，能耗、水耗和废水排放量也很大。在棉织物的精练、漂白、染色环节，同样会产生高能耗。

    目前江南大学在环保浆料、生物酶处理、低温漂白、超声波水洗、超细涂料染色等五大集成技术方面均取得了一定的进展，这些技术可实现“棉织物低温印染”，使“末端治理”向“源头控制”转变，真正达到印染行业节能减排的目的。

    江南大学研发的“棉织物低温印染”新处理工艺呈现以下优点：采用高性能变性淀粉替代PVA浆料上浆，可以采用a-淀粉酶退浆，会显著降低退浆废水处理难度，并提高退浆质量；精练过程通过角质酶、碱性果胶酶作用，可以在50~60℃汽蒸或室温下进行冷堆，达到节能、节水和减排的目的；漂白环节用漂白活化剂，在50℃下进行，可以达到节能降耗；染色过程，采用超细涂料及通过对棉纤维的阳离子化处理，在室温就可以进行，从而达到节能目的，而且染色过程无需加盐，涂料的利用率高；超声波水洗可以贯穿退浆、精练、漂白、染色全过程，达到节能、节水的目的。

    环保浆料替代PVA

    PVA浆料上浆性能佳、应用广泛、目前尚无良好的替代产品。但是PVA退浆困难、退浆废水COD含量高，而且难以生物降解。1997年中国棉纺织行业协会提出“少用和不用PVA”，十几年来已取得显著成效，部分品种已实现无PVA上浆，但在一些高难品种上要完全不用PVA浆料上浆，其整体技术的发展还任重道远。

    要解决PVA浆料退浆困难和环境污染问题，有两条技术路线：一是采用PVA酶，但其成本高，而且PVA分解酶目前还没有产业化；二是开发替代PVA的浆料，这种方法目前更现实。江南大学开发了具有集阳离子基、醋酸酯基等为一体的多重变性淀粉浆料，在取代PVA浆料、提高上浆效果方面取得了较好的进展，并为生物酶退浆奠定了基础。

    今后重点应加强高性能多元深度变性淀粉、三元及多元聚丙烯酸酯浆料、组合浆料的复配增效机制、高增韧、高增塑浆料添加剂的研发，以实现完全替代PVA浆料。

    生物酶前处理技术

    棉织物生物酶前处理具有如下优点：节省大量的工艺用水、能耗、化工原料等，同时减少对废水的处理费用，因而生产综合成本不高于传统工艺；大幅减少废水排放量及排放废水中盐、AOX、染料、化学药剂等含量，废水COD值显著降低；由于避免了强碱、氧化剂等化学药剂对纤维的损伤，使得织物具有良好手感、外观、物理机械性能及染色性能等，产品品质明显提高。

    棉织物传统高温强碱染整前处理工艺存在以下问题。水耗大:1万米棉织物处理需消耗300吨水；能耗高:处理过程温度95~100℃，占全工艺能耗45%；废水处理难:pH>11、COD＞3000mg/L、BOD/COD<0.2；纤维损伤；设备易损坏。

    工业化应用障碍：含PVA浆料织物阻碍淀粉酶退浆推广应用，低品质棉(如普梳棉)杂质含量太高，特别是棉籽壳，生产时间偏长。

    今后需要进一步攻关的方向：PVA替代浆料上浆织物酶退浆工艺；基于多酶功能复配的高效复合酶制备技术；棉籽壳酶法去除技术；酶法退煮冷堆技术及中温连续汽蒸技术；侧重工业化应用的生物酶前处理技术推广。

    生物酶前处理技术节能减排效果显著：以传统纤维(棉织物)染整前处理为例，生物法前处理与传统化学处理工艺比较：废水排放量降低50%~60%，废水COD值下降1/3~1/2，废水pH值达到直接排放要求，节省染色时间1/2、用汽量降低2/3、耗电量降低1/2、综合成本降低1/3~1/2。

    低温漂白技术

    棉织物的常规漂白在98~100℃下进行，加工过程能耗高，纤维损伤大。低温漂白目前已能降到80℃下进行。

    江南大学研制出的基于阳离子漂白活化剂的天然纤维低温漂白技术：活化剂水溶性好，可与过氧化氢快速反应形成阳离子活化过氧化氢体系，对纤维素有较好直接性，可中性漂白(pH7)，漂后无需大量水洗，漂后排放废水无需特殊处理，特别是漂白温度可降至50℃，显著节能，而且对棉纤维无明显损伤。

    超声波低温水洗技术

    水洗是印染加工的必须工序，节水节能的水洗装备一直是本行业的研究重点。纺织品印染加工需要大量的热能(蒸汽)和水，其中水洗工序占了相当大的比例，无论是前处理中的退浆、煮练、漂白、丝光，还是染色或印花后去除浮色和杂质，都必须经过多道高温水洗才能保证最终产品的质量。水洗过程中用水量和蒸汽能耗分别占到整个印染用水和能耗的60%和40%以上。

    江南大学研发的超声波低温水清洗原理：由超声波发生器发出的高频振荡信号(频率>20000赫兹的声波)，通过换能器转换成高频机械振荡而传播到介质，使水清洗液体流动并产生数以万计的微小气泡。存在于液体中的微小气泡在声场的作用下振动，当声压达到一定值时，气泡迅速增长，然后突然闭合，在气泡闭合时产生冲击波，在其周围产生上千个大气压力(空化效应)，破坏不溶性污物而使它们分散于清洗液中，从而达到清洗材料表面的目的。

    通过有效组合超声波装置和印染设备，开发出的超声波染整水洗机，目前主要应用于染整加工中的各类水洗：如退、煮、漂后水洗，染色后水洗，印花后水洗等。

    江南大学联合江苏红旗印染机械有限公司、无锡南方声学工程有限公司联合研制出国内首台具有自主知识产权的超声波印染水洗机。拥有“智能多频恒功率超声波装置”、“印染用高效超声波水洗单元”和“超声波水洗工艺”三大集成技术。

    2011年11月18日~12月20日，绍兴海神印染制衣有限公司试用了超声波印染水洗机，并检测了超声波水洗的洗涤效果，与常规水洗效果相比得出如下结论：所检测21个批次印花产品的水洗效果，发现95%批次产品的超声波洗一遍与常规洗两遍的牢度相当甚至有所提高。2010年6月至今，常州印染机械试验中心(常州霸洋纺织品有限公司)两组超声波水洗装置用于实际生产。结果表明：超声波水洗后织物的摩擦、皂洗牢度均好于常规水洗布，且产品质量稳定。超声波水洗省去了蒸汽加热，带来了较大的经济效益。

    超细涂料染色技术

    纺织品的常规染色往往需要在50~100℃，甚至超过100℃的温度下进行，而且染色浴比大，染浴中需加入大量的盐类作促染剂，染料利用率较低，染色用水及废水排放量大、色度高、含盐量高，特别是不同的纤维需要不同的染料及染色工艺，工艺复杂，染色质量不易控制。

    江南大学开发的粒径在200nm左右的超细涂料制备技术和基于纤维阳离子预先/同时改性的超细涂料染色技术。与常规涂料染色相比,由于颜料超细化后，着色强度、光泽和遮盖力显著提高，超细涂料染色后的织物K/S值明显增大，织物颜色更深，可显著节省涂料用量。采用超细涂料染色，仅需要在室温下进行，节能、节约染化料、节水，而且工艺简单、流程短(节时1/3)，染色质量好。与染料染色相比，超细涂料染色具有四大优点：对加工对象纤维的普适性、色谱选择的广泛多样性、污染轻的环境优化性、节能降耗的经济性。