23助劑與設備在染整加工中的應用

2.3在短期工藝前，有必要在添加劑和設備上處理工藝應用問題。短流程前處理工藝在我國推廣已近20年,取得了很大進展。但隨著時代進步和高新技術的發展,與國外先進技術比較,仍存在一定差距。(1)短流程前處理工藝基本已普及,但優化工作做得還很不夠。不少單位對短流程工藝的制訂不是根據品種特點、客戶要求和最終用途等,因地制宜(根據機臺設備,助劑和人員素質等)來優化制訂最適宜的工藝。此外,對采用冷軋堆工藝后必須加強熱堿處理的重要性認識還不夠,導致冷堆工藝質量不穩定。要解決這一問題就要合理選擇工藝配方,正確制訂工藝條件,并通過大量的測試,采用中心旋轉法優化工藝,以及在生產過程中通過控制各項工藝參數來控制雙氧水的反應速率,使兩類反應達到最佳平衡點,即在規定時間內,既使雜質去除率達到半制品質量標準,同時又把對纖維素本身的損傷降到最低。(2)短流程前處理工藝在縮短流程、降低能耗、提高半制品質量和降低成本等方面對染整加工工藝的發展起到了極其重要的作用,但此工藝的主要用劑為燒堿,因此仍屬高溫強堿化學工藝。冷堆工藝雖不屬高溫,但堿濃高,這種工藝會產生大量堿性污水,對環境造成污染。(3)短流程前處理配套助劑質量不穩定,缺乏系列化、專用化、標準化和統一的測試標準(有的單位已在開發,但為數不多)。特別是適用于短流程工藝環保型助劑的開發,不能滿足清潔生產工藝的要求。在配套設備的開發上也跟不上短流程工藝的發展要求,特別是在自動化和機電一體化的開發上,缺乏工藝參數的在線檢測和計量裝置。對于冷軋堆軋卷裝置,不少企業仍采用被動打卷,而不是中心輥主動驅動;采用高給液裝置的企業不多;汽蒸工序主要還是采用履帶蒸箱,且漏汽嚴重,溫度達不到要求,預熱時間不足,易產生橫檔風干印,造成染化料助劑浪費嚴重,至今還沒有一臺符合工藝要求的高溫熱堿處理設備。總之,助劑與設備的開發未能與工藝品種的開發同步發展,應引起有關方面的重視。3我國印染行業前處理工藝的進展近年來,特別是加入WTO后,更加快了印染行業進行生態染整和清潔生產的步伐,這已成為印染行業可持續發展的重要基礎。目前全棉織物的前處理工藝,不論是傳統的退煮漂工藝,還是短流程前處理工藝,都要在高溫條件下,采用燒堿、表面活性劑及眾多的化學藥品來完成去雜任務。冷軋堆工藝雖屬低溫,但所需藥劑特別是燒堿量較高,工藝產生的廢水嚴重污染環境。為減輕前處理工藝對環境的污染,使印染行業可持續發展,世界各國同行都在研究開發生物酶制劑來替代傳統的燒堿前處理加工工藝。生物酶制劑以其特有的專一性、高效性和反應條件溫和,越來越受到各地印染企業的重視。這種可自然降解的生物制劑,易洗盡,且耗水少、去雜效果好、對環境無害,并具有能耗小、流程短和質量好等優點,其給印染行業帶來的好處可歸納為4E,即Efficiency(效率高)、Effectiveness(效果好)、Economy(效益高)、Ecology(生態好),這是印染行業前處理工藝的發展方向。3.1生物酶在印染前處理工藝中的應用生物酶是一種對環境友好的生物催化劑,具有較大的優越性。如反應速度快,處理條件(如溫度、pH值等)較溫和,操作安全易控制和可取代強堿等化學品;僅對特定的底物起作用,對基質損傷小,處理產生的廢水可生物降解,降低水及能源的消耗。已開發的用于印染前處理加工的生物酶品種有淀粉酶、纖維素酶、脂肪酶、蛋白酶、果膠酶、過氧化氫酶、漆酶和葡萄糖氧化酶等。3.1.1退漿用酶制劑(1)常用的為淀粉酶,其最佳pH值為5~7.5,目前常使用的有兩種耐溫型酶——中溫型和高溫型酶。中溫型酶在溫度高于75℃時即失活;高溫型酶在100℃時仍很穩定,95℃時其活力為60℃時pH值6和8的4倍。近年來,通過基因重組技術開發了寬溫酶,即能在較寬溫度范圍內使用的酶。目前印染廠采用較多的退漿酶制劑主要有丹麥諾維信公司的耐高溫淀粉酶Termamyl(使用溫度范圍為85~115℃);蘇宏寬溫酶SuhongDesizyme2000L(使用溫度范圍為20~95℃);拜耳公司的寬溫酶BaylaseAT02(使用溫度范圍為20~98℃),及中溫酶BaylaseLT(使用溫度<75℃);河北石家莊聯邦科特化工公司的液體寬溫酶OPT-260(使用溫度范圍為40~110℃);山德士公司的寬溫酶BactosolALiquid(使用溫度范圍為25~115℃),加工時間僅幾分鐘,同時還能去除混合漿料中的PVA等化學漿料。(2)在實際生產中,應根據織物上漿料的組分來選用相應的酶制劑,如CMC漿料可選用纖維素酶;漿料中含有脂肪或油類潤滑劑,則漿料的潤濕受阻,油脂水解時會降低退漿的速度,故采用酶退漿時,可配套使用一種專用分解脂肪的酶;若織物上含有PVA漿料,其水溶性雖好,但生物降解性差,應采用可分解PVA的酶制劑。據報道,日本已利用幾種微生物混合培養出能去除織物上PVA漿料的PVA分解酶。3.1.2精練用酶制劑棉織物精練的目的是去除棉纖維中的果膠質、蠟質和含氮物質等天然雜質,因此精練時可采用果膠酶、纖維素酶、脂肪酶和蛋白酶等替代堿精練工藝,也可將上述酶制劑復配使用,以利用其相互協同效應來提高精練效果。近年來,國內外各大公司開發了適用于棉精練的各種酶制劑及其復配體系,可適應各種織物及工藝設備。(1)目前各印染廠采用較多的有諾維信公司開發的堿性果膠酶Bioprep。這是一種基因改性的芽孢桿菌微生物經發酵制成的酶制劑,其最適pH值為7.5~9.5,如使用螯合吸附劑,則應pH值>7,否則會抑制酶的活性,適用溫度為55℃左右。由于溫度與pH值密切相關,如選取50℃則pH值控制在9.5;如溫度為60℃,則pH值為8.5。另外,溫度也會影響酶的滲透性,浸軋酶液時,溫度最好控制在30~40℃,在酶浴中最好加入滲透劑,精練時要加入螯合劑,以去除鈣及其它二價金屬離子,有利于去除棉蠟,但又不能完全去除鈣離子,否則會抑制酶的活性。由于堿性果膠酶對鈣離子有依賴性,故螯合劑不能與酶同時或先于酶加入,而要在酶反應結束后加入。諾維信公司于2003年又開發了堿性果膠裂解酶ScourzymeL,其最佳pH值為7.5~9.5,對溫度的選用則根據pH值而定。如pH值在8~8.5時,溫度掌握在55~60℃;若采用連續工藝時,則浸軋溫度掌握在30~40℃。(2)目前各印染廠采用較多的精練酶制劑還有上海永光化工貿易公司開發的SKD系列煮練酶(為基因改性生物復合酶制劑),可適用于不同類型紡織品的前處理領域。例如,浙江美欣達印染廠采用煮練酶SKD-301精練純棉燈芯絨織物、全棉紗卡和亞麻棉混紡等織物,取得一定成效,但對棉籽殼、麻皮作用甚微,還要采用一定濃度的燒堿和氯漂來解決,其工藝還不夠理想。深圳新龍亞麻紡織漂染有限公司在亞麻織物上采用煮練酶SKD-301軋酶堆置一次氧漂,效果不理想,如軋酶堆置后經兩次氧漂,可獲得滿意效果,可省去堿煮、氯漂;但工藝流程較長,對厚重亞麻織物及混紡織物,還需采用堿煮和氧漂,其工藝還有待進一步完善。常州東方華源印染廠在棉毛混紡織物上采用煮練酶SKD精練(冷堆后氧漂),在去除棉毛纖維上雜質的同時,不損傷羊毛,手感好、工藝清潔環保,但必須掌握好溫度和pH值。某印染廠在棉/亞麻織物上采用煮練酶SKD-301,其處理結果是可以去除棉籽殼、麻皮、麻莖,織物強力損傷較小,能滿足后道加工要求;但此工藝仍要采用堿煮和氯漂,不屬清潔生產工藝。某印染廠在彩棉織物上采用煮練酶SKD,其效果也比較理想,處理后自然光澤好、強力高、手感好、毛效能滿足后道要求、色澤變化小。安徽森林風家紡有限公司在全棉毛巾前處理生產中采用煮練酶SKD-301,以取代高溫高壓高堿的精練工藝,降低了生產時間、蒸汽和水的消耗量,并減少了污水排放量和污染程度,改善了工作環境。浙江寧波利和針織漂染有限公司在棉針織物上采用煮練酶SKD,效果很好,完全能取代傳統的高溫高壓高堿的煮練工藝和氯氧聯漂工藝,大幅度降低了生產時間、蒸汽和水的耗用量,并減少了排污量。從上述生產實例分析,SKD系列煮練酶應用在針織、毛巾、彩棉、棉毛及純棉輕薄織物上的效果較好,但在燈芯絨織物、麻類及其混紡織物,特別是厚重織物上應用效果不太理想,還需使用一定濃度的燒堿或采用氯漂工藝。對這些織物采用生物酶制劑工藝,還需進一步改進完善,以真正實現清潔生產。(3)還有不少廠家采用上海市紡織科學研究院研制開發的生物酶制劑清棉師Scolase100T(由生物復合酶和螯合分散劑復合而成)。原則上只需使用清棉師Scolase100T和雙氧水便可完成織物的退煮漂三合一前處理加工任務。在90~100℃時,Scolase100T可使果膠質、棉籽殼和蛋白質等迅速溶解,并在雙氧水的協同作用下溶于熱水。如浙江寧波眾鑫印染有限公司在純棉大提花織物前處理工藝上應用清棉師Scolase100T,效果較好。其退漿干凈,白度好,強力基本無變化,時間縮短60~90min,節約能源,綜合成本比原工藝低,污水中色度、COD值、pH值都比常規燒堿工藝低,促進了清潔化生產。山東德棉集團印染廠在棉氨彈性織物前處理工藝上采用Scolase100T,處理效果較好,不僅質量提高,流程縮短,節約能源,且實現了無堿或低堿工藝,符合環保要求。但酶制劑成本較高,應進一步降低成本、優化工藝,真正實現無堿清潔工藝。上海民豐印染廠在平絨織物上采用Scolase100T后,效果很好,只需加入Scolase100T和雙氧水,無需其它任何助劑就能達到傳統工藝的要求,且織物的手感好,對纖維損傷小,處理時間比傳統工藝節約2/3,并節約能耗、人工,排放污水pH值為8,有利于環境治理。(4)有關公司和一些大專院校也開發了精練用酶制劑,在各印染廠應用都取得了成效。例如,廣東佛山市某印染廠在各種彈性織物上采用江門市大明化工公司生產的多功能精練酶DMA,取得了較好效果,此工藝為無堿工藝,符合清潔生產工藝要求。無錫維新漂染廠在純棉府綢織物上采用江南大學研制開發的復合酶FW,其白度、強力均優于堿處理工藝,能滿足后道加工要求,其排放廢水中的COD值是堿處理工藝的1/10。此工藝可替代堿處理工藝,為印染廠實現清潔生產創造良好條件。西安工程科技學院研究了7658酶、脂肪酶、纖維素酶對棉織物前處理效果的影響,確定了較佳的工藝條件為pH值5、浴比1∶40,在50℃處理60min,然后再經雙氧水漂白,在95℃處理60min,處理效果可與傳統堿精練工藝效果相媲美。此工藝節水節能,可替代堿精練工藝,屬清潔生產工藝。廣東佛山某印染廠采用廣州中兆貿易公司的精練酶Loyaeym168處理全棉卡其織物,在白度、毛效、手感、退漿效果和強力等方面均超過堿精練工藝,符合環保要求。其它如德國NEL公司生產的精練復合酶TheramyLBS和拜耳公司開發的BaylaseEVO堿性果膠酶,都是較好的精練酶制劑。3.1.3去除棉籽殼的酶制劑據有關文獻報道,國外一些學者研究了采用纖維素酶去除棉籽殼,其機理是經纖維素酶處理,使棉籽殼附著在織物上的微小纖維產生水解,棉籽殼成為自由飄浮的殼屑,隨著酶精練,棉籽殼全部除去。也有通過采用不同酶的相互協同效應(如纖維素酶、果膠酶、木質素酶、半纖維素酶等),以及螯合劑(如EDTA)一起,再用機械振蕩來去除。3.1.4漂白用酶制劑漂白用酶制劑目前尚處于開發階段,比較引起關注的是采用氧化還原酶,研究最多的有漆酶、過氧化氫酶和葡萄糖氧化酶等。漆酶屬無基質特異性酶,這種氧化還原酶需要某種介質在反應中起傳遞電子的作用。將漆酶用于漂白的關鍵是,要找到合適的介質和研究其實用化問題,并降低其成本。對過氧化氫酶,目前是利用它來去除雙氧水漂白后剩余的過氧化氫。無需還原劑和水洗漂洗,可節約大量用水,減少環境負荷。目前使用過氧化氫酶漂白,還未能得到滿意的效果,可能是這種酶在漂白過程中會很快失活的緣故,需進一步研究。葡萄糖氧化酶(GOD)是目前被認為最有可能開發成功的漂白用酶制劑。其原理是β-D-葡萄糖在葡萄糖氧化酶的催化作用下,生成葡萄糖酸內酯和雙氧水,利用雙氧水對織物進行漂白。而葡萄糖酸內酯水解生成的葡萄糖酸,對金屬離子具有很強的螯合能力,因而漂白時無需加入穩定劑。為避免酶失活,處理浴應呈微酸性至中性,溫度應較低些,其白度與氧漂相同。3.2短流程前處理新進展3.2.1微波低溫等離子體處理新技術天津工業大學研究的以微波低溫等離子體處理技術替代傳統的前處理工藝,其半制品毛效、白度、強力和染色的K/S值等指標,可接近和超過常規工藝水平。該低溫等離子體是指在2.45GHz微波高頻率下放電而獲得的低溫等離子體,具有電子密度高、能量大、易于發生或引發相關物理化學反應,是前處理工藝今后的發展方向之一。該新技術為無水工藝,對棉織物具有退漿和去除纖維素纖維天然雜質的功效,且去雜率較高。3.2.2對生態有利的過醋酸漂白新工藝該工藝不產生任何有毒副產品,廢水中不會產生AOX(可吸附有機鹵化物),可完全生物降解,對設備腐蝕性低。其活性比雙氧水低,對纖維損傷小,并具有殺菌消毒作用,為次氯酸鈉漂白劑的最佳替代物,可獲得較高的白度和較低的COD值,漂白時間為30~60min。該新工藝特別適宜麻類織物和有色紗線、織物的漂白。目前,又開發了酶-過醋酸新工藝處理棉織物;過氧化氫-過醋酸漂白新工藝處理亞麻織物;超聲波-過醋酸漂白新工藝處理純棉針織物。(1)天津工業大學研究采用復合果膠酶-過醋酸,對棉織物進行前處理,織物損傷小,手感柔軟,染色得色深,節約能源,可減輕廢水污染,為環保型工藝。(2)大連輕工業學院采用過醋酸-過醋酸或過氧化氫-過醋酸復漂新工藝,對亞麻織物進行處理獲到較好效果,可完全替代氯漂,該工藝適合生產高檔亞麻織物。(3)張家港沙洲工學院研究采用超聲波輔助過醋酸漂白純棉針織物的新工藝,效果很好。該工藝優點是能在較低溫度下進行,以減少過醋酸的分解率,提高利用率,很有推廣價值。3.2.3新型漂白劑過氧化尿素的應用寧夏大學化學化工學院對過氧化尿素用于棉織物漂白工藝中的濃度、時間和pH值等進行了篩選,認為0.4%濃度的過氧化尿素浴液中,在pH值為9條件下,于100℃漂白1h,具有均勻有效分解,避免纖維損傷的優點,大大縮短了前處理工藝流程。過氧化尿素為固體物料,比雙氧水穩定性好,且無腐蝕性、便于遠程運輸和長期貯存。由于過氧化尿素在漂白過程中持續放氧,故利用率高,用量少,反應時間短,浴液可反復使用,節約能源,綜合成本低,有發展前景。3.2.4超聲波技術在前處理加工中的應用采用超聲波退漿可加速織物上漿膜的膨化和脫離,提高退漿效率,特別對一些難膨化的漿膜,如淀粉漿非常有效。采用20kHz頻率的超聲波對棉織物進行雙氧水漂白,可加速漂白速度,節約時間,其效果超過常規漂白工藝。如福建晉江鳳竹針織漂染實業有限公司研制開發的超聲波應用于亞麻織物的漂白工藝,可降低雙氧水的消耗和反應溫度,改善亞麻的剛性,有利于染色工藝,無需添加助劑,該工藝特別適合紗線漂白。3.2.5棉織物的電解煮漂用NaOH作堿性電解液,在一定的溫度、電壓下電解。電解槽由石墨顆粒和網狀玻璃碳的多孔性堆積床為陰極和高表面積的平面狀為陽極組成。在處理時,電解液堿濃度需達到足以進行棉織物煮練的濃度,并含有一定量的精練劑。其處理效果、潤濕性顯著,瞬時吸水性<1s,白度好于常規工藝。由于電解時在陰極連續產生的H2O2能保持一個平衡的濃度,故能有效控制產生的H2O2,因而降低對纖維的損傷。4對我國印染行業前處理工藝發展的看法4.1加強前處理工藝條件的優化工作對前處理作為染整加工中的基礎工序重要