可持續(xù)發(fā)展的棉織物染整加工技術(shù)

王濟永

全球工業(yè)化的高速發(fā)展帶來了人類社會文明進步和生活水平的提高,但也同時在不斷地消耗有限的自然資源和污染著自然環(huán)境。這種后果將導(dǎo)致自然資源日趨枯竭,自然環(huán)境日益惡化,威脅著人類和自然界其他生命的生存。為此,人們在工業(yè)生產(chǎn)中不斷尋求各種方式,最大限度地控制不可再生資源的消耗,減少生產(chǎn)過程的廢棄物排放。節(jié)能減排將成為今后生產(chǎn)和技術(shù)發(fā)展的主要目標(biāo),也是每個行業(yè)可持續(xù)發(fā)展的必然。

據(jù)有關(guān)資料,近幾年世界纖維加工量每年在 7 100 萬 ～ 7 300 萬t左右,其中,棉纖維加工量每年在 2 500 萬 ～ 2 600 萬t左右,約占全部纖維加工量的 35%。而我國用棉量每年大約在 1 100 萬t左右,約占世界用棉量的 40%,主要用于服裝及家紡產(chǎn)品。因此,無論世界,還是我國對于棉織物的染整加工現(xiàn)狀及今后的可持續(xù)發(fā)展問題一直高度關(guān)注。

近年來,我國染整行業(yè)發(fā)展很快,產(chǎn)能增加,品種繁多,質(zhì)量提高。據(jù)中國印染行業(yè)協(xié)會統(tǒng)計報告,即使受世界金融危機的影響,2008年規(guī)模以上印染企業(yè)印染布產(chǎn)量仍然達到 494 億m,其中純棉及棉混紡印染布占到 60% 以上。棉印染布不僅對在制品坯布質(zhì)量要求高,染色工藝技術(shù)也要求精粹,設(shè)備狀態(tài)要求良好,現(xiàn)場管理要求嚴(yán)格。因此提高印染布的質(zhì)量和增加品種是染色工序的重要課題。同時棉印染布相對也是高耗能、高污染產(chǎn)品。

保持印染行業(yè)可持續(xù)性發(fā)展就必須首先研究棉織物可持續(xù)性的染整加工技術(shù)(工藝技術(shù)和設(shè)備技術(shù)),在確保質(zhì)量的前提下,選擇降低能源消耗、減少環(huán)境污染的加工技術(shù)。而這些技術(shù)和設(shè)備必須符合:能最小限度地消耗不可再生的資源;加工技術(shù)對環(huán)境影響最小;廢棄物最少、經(jīng)處理對環(huán)境友好;符合循環(huán)經(jīng)濟回收再利用的原則。經(jīng)過各國印染、印染機械、染料、助劑及相關(guān)行業(yè)工程技術(shù)人員的努力,目前行業(yè)同仁認(rèn)可的已有涉及方法、染料、助劑及設(shè)備 等 28 項不同的工藝技術(shù)和設(shè)備可以降低 50% 的水、化學(xué)品和能耗,具有可持續(xù)性。

一、可持續(xù)發(fā)展的棉織物染整工藝技術(shù)

1.生物酶技術(shù)

生物酶是一種生物催化劑,能加快化學(xué)反應(yīng)速度,具有高效、專一和反應(yīng)條件溫和的特征;可取代強酸、強堿等化學(xué)品;操作安全,易控制;它的化學(xué)本質(zhì)是蛋白質(zhì),因而無毒,可生物降解,對環(huán)境友好。

生物酶技術(shù)目前主要用于棉織物退漿、精練和過氧化氫漂白的前處理中,去除棉纖維上的天然雜質(zhì)和紡織加工中的附加雜質(zhì);其次用于棉織物后整理,對織物纖維進行表面處理(表 1)。

棉及其混紡織物采用生物酶處理技術(shù)可以大大提高退漿率,提高前處理織物品質(zhì),與傳統(tǒng)的堿處理工藝相比,可節(jié)約大量助劑,減少能耗、水耗,據(jù)測算可使前處理成本降低 20% 左右。同時,污水排放量比堿處理明顯減少,且污水中BOD/COD比值也只有堿退漿的 1/10 左右。生物酶前處理技術(shù)大大提高了污水的可生化性,降低了污水處理難度,做到污水穩(wěn)定達標(biāo)排放。

生物酶技術(shù)在棉織物染整加工中的應(yīng)用發(fā)展很快,應(yīng)用范圍也不斷擴大,很多工藝已經(jīng)非常成熟,例如:酶退漿工藝,牛仔布酶洗返舊整理,過氧化氫酶去除雙氧水等。現(xiàn)在又在精練、漂白、染色后去浮色等領(lǐng)域快速發(fā)展。

酶的品種雖多,目前用于染整技術(shù)的品種還是有限的,加工成本也有些偏高,某些酶的使用條件(溫度、pH值等)也比較窄,以及棉纖維上雜質(zhì)的多樣性、復(fù)雜性等原因,在許多方面應(yīng)用還不夠成熟,還需要做大量的工作,這些工作需要染整與生物化學(xué)技術(shù)人員通力合作。

2.冷染技術(shù)

為解決棉織物前處理流程長、處理條件劇烈、能耗高、排污量大、工作環(huán)境差的問題,印染技術(shù)人員經(jīng)過長期摸索發(fā)明了冷軋堆加工技術(shù)。由于冷軋堆加工技術(shù)具有投資成本低,能耗、水耗少,柔性生產(chǎn)率高等眾多優(yōu)點,目前在棉織物染整加工中廣泛應(yīng)用于前處理、染色、印花及后整理。據(jù)報道,歐洲活性染料染色有 1/3 是采用冷軋堆染色工藝技術(shù)加工。近年我國能源成本增加以及染料品質(zhì)改進、新品種面市,印染廠采用冷軋堆染色工藝技術(shù)也越來越普遍(圖 1)。

冷軋堆染色工藝技術(shù)和設(shè)備具有節(jié)能、高固色率、污水排放量小等特點。其主要特點是:① 染液中同時有一定比例的染料和堿劑,在室溫條件下經(jīng)過長時間的堆置,使染料在布面上吸附、擴散和固著 3 個階段同時緩慢進行作用,可以提高染料固色率達 90% 以上,因此可以節(jié)約染料約 10% ～ 20%;② 和連續(xù)染色的軋、烘、軋、蒸工藝技術(shù)相比,可節(jié)省水、電、汽等資源達 20% ～ 60%;③ 染液中電解質(zhì)用量少,染料利用率高,排污量小,環(huán)境污染少;④ 由于作用時間長,染料對織物的纖維滲透優(yōu)良,可大大改善染色織物纖維的“環(huán)染”現(xiàn)象,特別是燈芯絨織物可以改善露底現(xiàn)象;⑤ 冷軋堆染色工藝技術(shù)適應(yīng)面廣,可廣泛適用于各種厚、薄型棉織物,也可用于毛巾或針織物等的染色。雖然冷軋堆工藝技術(shù)對使用者需要具有一定的管理和技術(shù)水平。但短短幾年時間很多印染廠應(yīng)用活性染料冷軋堆染色工藝技術(shù)已取得了很好的經(jīng)驗。

活性染料的特點是染浴中鹽量越高固著率越高,浴比越大固著率越低。冷軋堆染色工藝是各種工藝中浴比最小的,因此有利于高比例固著。最適用于此工藝的是乙烯砜型活性染料。

冷軋堆染色法有長時間堆放法(一浴軋堆法)和短時間堆放法(簡稱KKV法),以短時間堆放法應(yīng)用最廣。具體做法是將染液與堿劑分別配置,浸軋時染液與堿劑按比例在料缸內(nèi)混勻后注入軋槽進行軋染;也可將染液與堿劑以計量泵按比例注入軋槽進行軋染。這種方法既保證了染液的穩(wěn)定性,又有適量的堿劑進行固著,因此堆置 2 ～ 3 h即能達到固著牢度,而延長堆置時間只會加大滲透度,不會影響色光。為使?jié)B透、牢度和染料利用率都高,故大多采用堆置 12 ～ 24 h。一般工藝流程為坯布退煮漂 → 浸軋染 液 → 打卷堆置 → 水洗皂煮 → 水洗烘干。該工藝中的堿劑可使用硅酸鈉(50 mL/L)+ 38°Bé燒堿(20 ～35 mL/L)或 38°Bé燒堿(10 ～ 20 mL/L)+ 鹽(38 g/L),溫度 20 ～ 25 ℃。

目前接頭印是影響產(chǎn)品質(zhì)量的主要疵點,因此要使用二線或三線包縫機接頭。染液一定用軟水,洗水也最好用軟水,因硅酸鈉與硬水中的鈣鎂離子反應(yīng)形成不溶物,易造成手感不良及浮色沾污。若水質(zhì)不好可使用助劑進行軟化。

3.新型硫化染料染色技術(shù)

硫化染料一般是由芳香胺類或酚類化合物與硫磺或多硫化鈉混合加熱制成。硫化染料成本低廉、使用方便、無致癌性,具有良好的水洗牢度和日曬牢度,曾是一類大眾化的染料。但又由于它是一類不溶于水的染料,染色時,染料在硫化堿溶液中被還原成可溶性的隱色體鈉鹽,上染纖維后,經(jīng)過氧化成為不溶態(tài)固著在纖維上。染色中大量硫化堿的使用使染色后廢水含硫量高,生物降解難,排放污染環(huán)境,傳統(tǒng)的硫化染料已少有使用。

但硫化染料的優(yōu)勢在于其價格低廉,不含偶氮基、重金屬和可吸附的有機鹵化物(AOX)。近年有研究證明:即使有些硫化染料是用致癌芳香胺做原料制成,但這些芳香胺經(jīng)過硫化、縮合、閉環(huán)和氧化等復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)以及后處理,一般情況下不會以游離狀態(tài)存在于染料成品中,因此,硫化染料又重新受到重視。不過現(xiàn)在的硫化染料是將普通的硫化染料與還原性糖等含羰基化合物及燒堿反應(yīng),生成一種可以穩(wěn)定存在的水溶性硫化染料隱色體,稱之為新型硫化染料。

使用新型硫化染料有代表性的工藝技術(shù)當(dāng)屬Clariant(科萊恩)的Pad – ox軋氧工藝技術(shù)(圖 2)。

該工藝技術(shù)簡單可靠,適應(yīng)面廣且靈活度高,各批次間具有很好的重現(xiàn)性;染槽染料、助劑用量低,與活性染料比可節(jié)省 20% 的染料、還原劑、堿以及 70% 的元明粉;染料具有很高的固色率,使得染色廢水中的污染物的含量降到最低,甚至無顏色殘留;染后的殘液可回收再用,回用率高達 70%;染料上染率高,也大大降低了染后水洗的用水量約 70%。

由于新型硫化染料技術(shù)優(yōu)勢明顯,既節(jié)水,又節(jié)能,廢水清潔度高,處理起來也比較簡單,符合可持續(xù)發(fā)展的需要,目前不僅應(yīng)用于連續(xù)染色,而且在間歇染色中應(yīng)用也越來越多,特別是棉織物染藍、黑等一類的深色。

4.泡沫染色技術(shù)

泡沫加工技術(shù)原本用于織物的后整理,用于染色是近幾年的事情,首先用在牛仔布涂料加色上取得了很好的效果。活性染料和涂料的染色也在不斷完善之中。與常規(guī)的浸軋法相比較,泡沫染色更節(jié)能。泡沫染色技術(shù)的主要特點如下。

(1)染液施加均勻。首先用泡沫發(fā)生器將染液泡沫化,然后通過施泡機的施加棒施加于織物表面。只要織物平整,施加于織物表面的染料就一定是均勻的(圖 3)。可是在浸軋法染色中,染色是否均勻和織物幅寬有很大關(guān)系。幅寬越寬,要作到均勻上染困難就越大。泡沫染色與幅寬沒有太大關(guān)系。在這一點上,其他染色方法顯然都不能與之相比。

(2)避免染料泳移。泡沫染色織物帶液率很低,最高也不會超過 40%,所以在后續(xù)烘干過程中,由于烘干不均勻產(chǎn)生染料泳移的現(xiàn)象就不會發(fā)生,也就不會產(chǎn)生邊中色差。

(3)染液濃度一致。泡沫染色不存前后色差的問題,整個染色過程中染液隨機泡沫化,各種化學(xué)品的濃度始終不變。再加上精確的泡沫施加量的控制,使織物染色前后得色一致,顏色穩(wěn)定比較容易做到。泡沫施加與化學(xué)品混合示意見圖 4。

(4)泡沫染色由于是把起泡后的染料溶液均勻地施加于織物表面后,再通過軋車擠壓,可以使染料在織物中很好滲透,因此,染色牢度和浸軋法一樣,不存在問題。

(5)可以實現(xiàn)污水的零排放。泡沫染色中,殘留的僅僅是少量的泡沫,而且這些泡沫破泡以后得到的染液濃度與配方濃度完全一樣,多數(shù)情況下可以回用,避免了常規(guī)浸軋法軋槽中剩余的染液必須放掉的問題。

泡沫染色可以顯著地降低能耗,提高生產(chǎn)效率,提高產(chǎn)品質(zhì)量,促進新產(chǎn)品開發(fā)。節(jié)省染化料,降低生產(chǎn)成本,可以做到污水的零排放。

5.植物染料染色技術(shù)

人類在很久以前就開始使用天然染料,這是人類文明的標(biāo)志。我國是應(yīng)用天然染料最早的國家,據(jù)考證遠在舊石器時代的山頂洞人時期,已經(jīng)開始使用氧化鐵作為紅色顏料為裝飾品著色。植物染料染色在春秋戰(zhàn)國以前就開始應(yīng)用,至明請兩代染料植物的種植、制備工藝,印染技術(shù)等方面均到鼎盛時期。印染藝人通過大量的實踐和不斷摸索,創(chuàng)造并積累了天然染料提取、染色、印花一套完整的技術(shù)。但隨著現(xiàn)代工業(yè)革命的興起,合成染料以其豐富多彩的 顏色、低廉的價格以及優(yōu)良的色牢度得到廣泛的應(yīng)用。天然染料在迅速崛起的合成染料面前逐漸失去了昔日的輝煌,提取天然染料染色、印花的古老技術(shù)也被慢慢擯棄,幾近絕跡。染料應(yīng)用的歷史長河緩緩流到今天,人們才逐漸注意到合成染料除色譜齊全、生產(chǎn)和印染工藝可工業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化外,同時也導(dǎo)致了嚴(yán)重的環(huán)境污染、能源和資源不可逆轉(zhuǎn)性消耗,以及影響人類健康的問題。逼迫人們又重新審視天然染料印染的問題,特別是天然植物染料染色的問題。

天然植物染料是以植物為原料,從植物中萃取,具有再生性。植物染料原料受污染少,安全性好,不含有害元素,這是合成染料難以比擬的。天然植物染料在印染生產(chǎn)整個過程中,對生產(chǎn)環(huán)境無污染,不會對人體健康產(chǎn)生任何傷害,排污也不會對人類生存環(huán)境產(chǎn)生不良影響。

目前,開發(fā)生產(chǎn)的天然植物染料已達紅、黃、綠、黑、藍五大系列,20 多個品種,印染顏色 1 000 多種,不僅可染棉,而且可染麻、毛、絲等多種天然纖維,產(chǎn)品可以達到Oeko – Tex Standards 100標(biāo)準(zhǔn)。棉織物的色牢度可以和現(xiàn)用的活性染料媲美,但天然植物染料所賦予紡織品的抗紫外線等一些特殊性能是合成染料所不能達到的。

天然植物的可再生性及植物染料優(yōu)良的染色和保健性能,彌補了合成染料原料的短缺,染色過程環(huán)保,節(jié)約資源,不危害環(huán)境,且染色紡織品對人體無害。因此,天然植物染料染色符合國家節(jié)能減排基本國策,可保證印染行業(yè)可持續(xù)發(fā)展,值得推廣應(yīng)用。

6.臭氧脫色技術(shù)

在棉織物染整加工中,牛仔服裝是一個大類產(chǎn)品。牛仔服裝的仿舊整理國內(nèi)目前靠酶洗,而國外已發(fā)展用臭氧加工。而目前工業(yè)制得的臭氧可用來進行棉織物的漂白和牛仔服裝褪色,進行仿舊整理。臭氧是比氧、氯等更強的氧化劑,相對氧化勢能(25 ℃)見表 2。

可以看出臭氧比雙氧水、氯制劑具有更高的活性。而且臭氧可在 20 min內(nèi)通過反應(yīng)迅速轉(zhuǎn)化成氧氣,較其它化學(xué)處理具有更高的安全性,一經(jīng)生成可全部使用。臭氧的發(fā)生也比較簡單,只要在現(xiàn)場建一套臭氧發(fā)生裝置,利用干態(tài)空氣在高壓電場(交流電,頻率 60 Hz,輸出高壓:18 kV)產(chǎn)生電暈放電即可得到。工藝流程為:空氣 → 濾油設(shè)備 → 除濕干燥器 → 電暈放電 → 臭氧 → 染整設(shè)備。

利用臭氧處理牛仔服飾,既可以使牛仔獲得石洗、仿舊和涂料的風(fēng)格,也不會產(chǎn)生內(nèi)里沾色;處理多種顏色的棉織物不會發(fā)生滲色、沾色問題,不影響印花圖案及繡品花型的風(fēng)格;利用臭氧加工技術(shù)還可以消除纖維和織物上的浮色,達到化學(xué)助劑無法達到的效果;處理棉針織物不僅可以得到柔軟的手感,而且斷裂和撕破強力不會降低,色光可由臭氧處理的時間來進行調(diào)節(jié)。

據(jù)測算利用臭氧加工技術(shù)加工時間可減少 30%,根據(jù)品種不同省水 30% ～ 70%,節(jié)約化學(xué)品 25% ～ 90%。因在常溫下加工無須加熱,熱能也得到節(jié)約。臭氧加工技術(shù)物耗少、無污染、成本低,是值得大力推廣的可持續(xù)發(fā)展加工 技術(shù)。

7.涂料印花技術(shù)

涂料印花是世界上公認(rèn)的清潔生產(chǎn)技術(shù)。雖然長期手感和色牢度較差的問題困繞著印染技術(shù)人員,但由于加工流程短、節(jié)能省水,有利于環(huán)保,適應(yīng)于棉及多種纖維的印染加工,在助劑不斷改進手感和色牢度的過程中,仍然是可持續(xù)性染整加工技術(shù)之一。

目前在世界各種印花所用的色素原料中,涂料占有 52% 的份額。而占印花紡織品 52% 的棉織物印花主要的印花方式也是涂料印花(表 3)。

近年來涂料印花技術(shù)的發(fā)展主要集中在涂料印花黏合劑的開發(fā)和超細涂料的研究和應(yīng)用方面。為解決手感、增加透氣性、拉伸性而選用聚氨酯黏合劑;為達到環(huán)保要求研究出了核殼結(jié)構(gòu)的無甲醛環(huán)保型黏合劑;為解決堵網(wǎng)及噴墨印花堵噴頭問題而把涂料做成超細材料等。

目前人們又在研究用光固著或電子束固著以取代當(dāng)前使用的熱固著法,試驗用經(jīng)交聯(lián)樹脂預(yù)處理的棉織物印涂料色漿,經(jīng)焙固使交聯(lián)樹脂與涂料和棉纖維交聯(lián),而不再使用黏合劑。既消除因黏合劑而造成的手感變硬和印花時堵網(wǎng)、堵噴頭的問題,又可以與染料同印,如試驗成功不分染料與顏料,只要有交聯(lián)基團就可用于印花,染料與顏料可以100%固著,無需再進行洗滌。因此,涂料印花技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展實際上是涂料印花助劑的創(chuàng)新發(fā)展。

8.冷轉(zhuǎn)移印花技術(shù)

近幾年隨著電子技術(shù)的發(fā)展、染料的改進、助劑的開發(fā),最近棉織物冷轉(zhuǎn)移印花技術(shù)得到快速發(fā)展,已成為棉織物可持續(xù)性染整加工技術(shù)之一。工藝流程如下:

該技術(shù)的關(guān)鍵是印制花型圖案前在原紙涂布適用的助劑。最大的特點是冷轉(zhuǎn)移印花后無需汽蒸,因此不會有滲化現(xiàn)象,精細花型能得到較好的保護。由于轉(zhuǎn)移紙花型圖案可用數(shù)字噴墨印花技術(shù),因此適宜小批量、多品種生產(chǎn)。冷轉(zhuǎn)移印花無需換花紙或頻繁換布,生產(chǎn)效率是傳統(tǒng)印花無法做到的。

由于冷轉(zhuǎn)移印花技術(shù)工藝流程簡化,在室溫下轉(zhuǎn)移印花,轉(zhuǎn)移后也無須烘干直接冷堆固色,在印花過程中既不需要烘干,也不需要汽蒸或焙烘,比傳統(tǒng)圓網(wǎng)印花可節(jié)省 50%能耗;冷轉(zhuǎn)移印花糊料用的非常少,在加之濕態(tài)堆置時間相對比較長,染料擴散充分,固色率高,不僅使得水洗變得簡單,而且耗水量比傳統(tǒng)圓網(wǎng)印花可節(jié)省 60%;糊料用量小,染料滲透好,水洗用量少,產(chǎn)生的污水量不僅少,而且COD量相比傳統(tǒng)圓網(wǎng)印花可降低約 2/3;冷轉(zhuǎn)移印花所排出的廢水由于含糊料、染料、助劑等廢棄物量低,從而使得污水處理也變得簡單,90% 的廢水回收處理后可循環(huán)再用。

9.數(shù)字噴墨印花技術(shù)

近幾年,紡織品數(shù)字噴墨印花技術(shù)得到了快速發(fā)展。這主要因為與傳統(tǒng)印花技術(shù)相比,數(shù)字噴墨印花技術(shù)具有顯著的優(yōu)點,這些優(yōu)點主要體現(xiàn)在:① 適應(yīng)面廣,棉、麻、毛、絲、化纖的機織物、針織物和非織造布等;② 印花精細度高,能達到 2 880 dpi,可與照片相比,使高清晰度印花紡織品的生產(chǎn)成為可能;③ 無需制版、批量靈活,可以實現(xiàn)單件制作,也可以大批量生產(chǎn),交貨迅速,滿足越來越個性化的需要;④ 無染料和助劑的浪費及廢棄,也沒有污水排放,屬于清潔生產(chǎn)技術(shù);⑤ 數(shù)字噴墨印花機占地面積小,有望實現(xiàn)家庭式生產(chǎn),投資小;⑥ 可以實現(xiàn)電子商務(wù),市場需求的花型圖案可以通過互聯(lián)網(wǎng)傳遞給生產(chǎn)商,生產(chǎn)商可立即安排生產(chǎn),并將產(chǎn)品寄給經(jīng)銷商或消費者,大大縮短了生產(chǎn)周期,滿足市場的需要。

噴墨印花技術(shù)首先將圖案原稿經(jīng)掃描等進行數(shù)字化,數(shù)字化的效果在一定程度上決定數(shù)字噴墨印花的效果。其次是經(jīng)預(yù)處理的織物一定要有適宜的組織結(jié)構(gòu);布面平整光潔;具有良好的抱水性能;白度好:再次就是選擇合適的墨水。對于棉織物適宜的墨水是用涂料或活性染料加助劑制得。

10.等離子體處理技術(shù)

等離子體處理技術(shù)自20世紀(jì)60年代引入紡織領(lǐng)域,以其對紡織品表面改性的物理過程,以及干態(tài)的加工方式等特點,挑戰(zhàn)傳統(tǒng)的以水為介質(zhì)的化學(xué)濕加工方式。紡織品染整加工主要應(yīng)用電暈放電和輝光放電產(chǎn)生的低溫等離子體。

低溫等離子體是依靠電能激發(fā)氣體直接與棉、麻等纖維材料的反應(yīng)。因纖維織物的加工是固體與氣體的反應(yīng),僅在纖維表面層進行,對織物沒有任何破壞和損傷。目前等離子體技術(shù)在染整行業(yè)主要用來對織物表面進行蝕刻、引入官能基團、交聯(lián)。應(yīng)用低溫等離子技術(shù)處理后,棉布染前處理過程可省略或縮短退漿煮練等過程,降低生產(chǎn)成本,減少水資源浪費和化學(xué)污染物排放;用于染色,該技術(shù)對于改善棉纖維染色印花性能、提高色牢度有很好的作用;用于后整理,可以達到織物拒水拒油、阻燃、抗菌等,對于改善織物手感風(fēng)格、去除甲醛及過敏性氣體等也有明顯效果。據(jù)測算,僅用于棉織物軋染前處理一項,可節(jié)能減排約 30%。

今年,中科院微電子所和中國紡織科學(xué)研究院江南分院聯(lián)合研制的平幅、連續(xù)、大功率、高效的常壓等離子體設(shè)備已成功應(yīng)用于棉布軋染的前處理。據(jù)該所計算,如該技術(shù)應(yīng)用于國內(nèi) 1 000 條的棉軋染生產(chǎn)線,每年可節(jié)水并減少污水排放 2 000 萬m3以上,節(jié)省蒸汽消耗 300 萬t以上,并且大幅減少化學(xué)品用量,節(jié)約的生產(chǎn)加工成本每年可在6 億元以上。因此,低溫離子技術(shù)是推動等離子技術(shù)在紡織印染工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域廣泛使用的一大突破性進展。

二、可持續(xù)發(fā)展的棉織物染整設(shè)備

近年來,染整設(shè)備的開發(fā)也更注重經(jīng)濟性和生態(tài)性。一個非常明顯的趨勢是:為了節(jié)省能源、降低耗水和減少染色時間,在原有設(shè)備的基礎(chǔ)上開發(fā)或改進一系列裝置。就染色設(shè)備來說其發(fā)展特點可以總結(jié)為:① 開發(fā)特別設(shè)計的染色設(shè)備以適應(yīng)類別品種的特殊需要;② 以經(jīng)濟和生態(tài)為目標(biāo),注重能源的節(jié)約與利用;③ 提高自動化水平,廣泛采用計算機控制;④ 強調(diào)生產(chǎn)柔性,以適應(yīng)小批量多品種、小浴比、快速、低張力和柔和處理的生產(chǎn)工藝。

總之,染色設(shè)備近幾年技術(shù)進步瞄準(zhǔn)了染色產(chǎn)品的質(zhì)量和經(jīng)濟性的最佳化,“為了更少,必須更多”即為了減少消耗,降低環(huán)境污染,在設(shè)備上設(shè)計和采用了更多性能優(yōu)良的自動化在線檢測和控制儀器儀表,水及熱能回收利用 裝置。

1.現(xiàn)代的卷染機

卷染機雖是古老的染色機之一,但隨著染色批量的不斷變小,它卻成為一種理想的代替連續(xù)染色機的設(shè)備。發(fā)展到今天,卷染機有了很大的變化,特別表現(xiàn)在靈活性、小浴比和對織物張力的準(zhǔn)確控制。現(xiàn)代卷染機都帶有電腦控制系統(tǒng),多采用了液壓比例控制、變量液位控制、變頻通信控制等現(xiàn)代科技成果。藉此可根據(jù)工藝要求的不同進行工作程序的選擇,能準(zhǔn)確地控制織物速度和張力,較好地解決了前后、邊中色差等問題。就附加設(shè)備而言,現(xiàn)代高技術(shù)裝置的卷染機與傳統(tǒng)卷染機相比有以下幾個方面的差別:① 染槽更小,浴比很低;② 用泵進行染液循環(huán);③ 液槽隔開; ④ 由刮液刀片將液體分離,進行織物-液體交換;⑤ 液槽中間裝有軋液或抽吸裝置;⑥ 自動往復(fù)裝置;⑦ 安裝有補償裝置,用于防止在機器停車時因染液集中在槽中而使在制品色澤不穩(wěn)定;⑧ 用于監(jiān)測和重現(xiàn)工藝順序的程序儲存控制器也是現(xiàn)代卷染機的主要組成部分。

德國Thies(第斯)的HT – Jigger和NT – Jigger(圖 6)充分運用現(xiàn)代先進的處理技術(shù)。變頻控制帶有制動電流回饋系統(tǒng),直接驅(qū)動主羅拉(節(jié)能)的三相電機;經(jīng)濟節(jié)約型雙染槽的設(shè)計確保了超小的浴比,實際工作容量為標(biāo)準(zhǔn)容量的 55% ～ 100% 時,浴比可達 1∶2;織物運行監(jiān)控系統(tǒng)用于精確計算和控制織物速度和張力,張力大小可選,從 10 ～ 100 kg,這是目前同類產(chǎn)品中張力極小的卷染機;染缸中統(tǒng)一的染色條件,與批次尺寸無關(guān);用水表控制水洗;染料助劑的加料由通過染液的織物長度而定;附加的壓力泵用于色光校正和加料,HT – Jigger的加料能在壓力下進行;外置的液泵熱交換器保證了一致的染液加熱和循環(huán);主批次羅拉的側(cè)向位移;染缸模擬液位控制系統(tǒng)等先進技術(shù)的采用確保了小浴比條件下均勻染色,能處理所有市場上出現(xiàn)的棉織物及棉混紡織物。

丹麥Henriksen的Vacu – Jigger裝有 2 個內(nèi)吸棒和 2 個附加的噴管,能達到較好的水洗效果,并能改善染料的滲透。該機還有 1 個帶真空狹縫的雙浴結(jié)構(gòu),織物從第一浴進入到第二浴時需經(jīng)過該狹縫。有利于染料滲透,而且兩浴染液互不沾污。

德國Küsters(寇司德)的Twin – Jigger用 2 個小型單槽代替一個大浴槽,能維持最小的浴比,并能分別施加染化助劑,降低了染化助劑的用量。具有高效和對環(huán)境污染少的優(yōu)點。

意大利IN.TES最新設(shè)計制造了一臺名為Quicker的新型卷染機,它將卷染機、軋染機和連續(xù)水洗機的功能結(jié)合在一起,被譽為“第三代”卷染機。它在生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量等方面都有很大改進。它除具有一般卷染機的結(jié)構(gòu)和典型的循環(huán)功能外,還有一個帶恒壓軋輥的雙浴軋槽系統(tǒng)。織物張力在 0 ～ 5 kg范圍內(nèi)預(yù)先設(shè)定,并通過程序控制器和載荷傳感器的反饋信號保持張力恒定。該機通用性很強,其關(guān)鍵部件是軋水輥,使許多工藝技術(shù)可以在該機上實施。在該機染色所使用的染料種類不受限制,并可實施卷染或軋染工藝,也可兩者兼用。還可在該機進行前處理的退漿、煮練、漂白以及水洗和汽蒸。該機的特點是減少停機時間、節(jié)水、節(jié)能。

2.改進的液流染色機

關(guān)于間歇式小浴比液流染色機筆者在前幾年寫的《小浴比染色的技術(shù)與設(shè)備》中已述及。根據(jù)國情所提出的1∶8 以下為低浴比的觀點,已被業(yè)界所接受。低浴比染色設(shè)備全部由電腦控制。自動控制各種工藝參數(shù),自動記錄工藝過程,自動處理纏結(jié)等常見問題,完全實現(xiàn)了智能化。技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到相當(dāng)高的程度。但是,近 2 年仍有不少改進。這些改進充分反映了當(dāng)今國際染整新設(shè)備和新工藝技術(shù)對注重生態(tài)平衡、保護環(huán)境的設(shè)計思想,反映了目前紡織品市場對小批量、多品種、各種纖維及其混紡、交織織物染色的需要。因此,這幾年的發(fā)展值得一提的是香港立信公司的Jumboflow系列高溫染色機。

Jumboflow系列染色機(圖 7)集合了多項研究成果,能縮短全程工藝時間,增加產(chǎn)量和節(jié)省能源。主要調(diào)整VL變載儲布槽的形狀,儲布槽容量可以調(diào)節(jié)每管達到特大容量280 kg,滿足從輕質(zhì)到重質(zhì)的織物運行特征。TIT高效熱交換器提供最大升溫率而降低熱損失。MSR多省功能系統(tǒng)令染色工藝同時進行冷卻和清洗程序。因此,減少染色時間的同時亦減少水耗量和排放量。為了有效地清洗織物,必須控制洗水用量和清洗時間,為此而開發(fā)AIR+先進智能清洗系統(tǒng)。優(yōu)化的結(jié)構(gòu)設(shè)計可以在滿載時達到最低行機浴比 1∶4.5,可以和氣流染色機浴比相媲美。染液在運行中對織物的沖擊和長時間的反復(fù)浸漬,染色勻透,加以在染色過程中染液對織物沖擊甚微,不易起毛、起球、纏結(jié)折皺等。研究成果的利用和極大容量的完美結(jié)合增加了機器產(chǎn)能,成為行業(yè)內(nèi)極具經(jīng)濟效益的設(shè)備。

3.發(fā)展中的氣流染色機

氣流染色機是應(yīng)用空氣動力學(xué)原理,利用壓縮空氣來優(yōu)化液流染色機的染色效果。近幾年的改進和發(fā)展主要體現(xiàn)在:更小的浴比、采用空氣動力系統(tǒng)、增加和重新設(shè)計設(shè)備部件,以減少用水量、改進織物輸送機理和儲布箱設(shè)計、降低噴嘴壓力,從而達到縮短染色循環(huán)時間、減少水耗和柔和地處理織物的目的。采用自動化設(shè)備來控制各種工藝參數(shù),特別是使織物速度、絞盤驅(qū)動與噴嘴中液流之間的同步協(xié)調(diào),以盡可能實現(xiàn)織物的柔和處理,普遍采用的觸摸屏技術(shù)使操作更簡便。隨著節(jié)能減排政策的實施,環(huán)保措施的嚴(yán)格執(zhí)行,目前大有用氣流染色機替代老式溢流染色機的趨勢。

德國Then(特恩)是世界上最早研制氣流染色的公司,所發(fā)明的氣流染色機也是真正意義上使用氣流進行染色。它是利用專利氣體動力系統(tǒng)的氣流將染液霧化為汽霧噴射到織物上達到染色的目的。而不是如其他所謂的氣流染色機用氣流來推動染液噴射到織物上。專利氣體動力系統(tǒng)是指利用氣霧使織物運行,是無需用染液或水作為媒介輸送織物,從裝載到程序結(jié)束,織物始終在運行,即使在排水和注水過程中也是。Air flow?Synergy氣流染色機(圖 8)是融合最先進的Then – Air Flow專利技術(shù)及其全部技術(shù)特性的成果,所有技術(shù)特性及功能相互作用,實現(xiàn)經(jīng)濟及環(huán)保優(yōu)勢,時至今日,仍無其它染色技術(shù)可與之媲美。設(shè)備關(guān)鍵是High – Flow噴嘴提高了染色及水洗效率,高度拋光的雙氣環(huán)噴嘴能減少氣流對坯布的沖擊力,減少摩擦,保證織物良好的表面質(zhì)量。兩組噴淋管能提供染液充分交換,保證勻染。鼓風(fēng)機風(fēng)量精確調(diào)節(jié),達到布速恒定運轉(zhuǎn)。漏斗形導(dǎo)布槽設(shè)計使織物張開,既消除了織物皺條,又利于染液交換。該機通用性極強,可用于純棉、滌棉、及Cupro、Lyocell等新型纖維的染色。其控制系統(tǒng)采用的是局部操作網(wǎng)絡(luò)“TLON”。每一控制單元都配備裝有信息的芯片,所有控制單元按總線原理連接在一公共導(dǎo)線上,其接線和安裝比用存儲程序控制器要簡便的多。自調(diào)整控制器和遙控傳感器是“ TLON”的主要部分,它會反映操作中的誤差并提出校正建議。氣流染色機節(jié)能效果顯著,見表 4。

Then公司的氣流染色機資料顯示,節(jié)水可達 50%,節(jié)汽可達 50%,節(jié)助劑可達 30%,節(jié)時間可超過 30%(表 5),節(jié)能減排效果顯著。

Thies公司的氣流染色機,用氣流推動染液噴射到織物上達到染色的目的。其容布器設(shè)計新穎,每缸容布量100 ～ 500 kg,浴比 1∶5。其增強液流的Vario – Jet柔和噴嘴,專為保護織物表面設(shè)計。其冷卻和水洗結(jié)合系統(tǒng)(CCR)、水洗控制系統(tǒng)(CR)、同步染色控制系統(tǒng)(SDC)和自動多料配制系統(tǒng)(MPI)等全新的性能,有效地縮短了染色工藝時間,降低了能耗,極大地提高了染色品質(zhì)。該公司最新的Luft –Roto高溫高壓噴射/噴氣染色機,適用于敏感織物,其設(shè)計織物在運行時受到轉(zhuǎn)鼓系統(tǒng)的完全保護,并通過噴射循環(huán)系統(tǒng)和鼓風(fēng)噴嘴供氣系統(tǒng)達到高度操作靈活性。

另外,希臘Sclavos公司的Venus染色機,具有獨特的雙噴氣系統(tǒng),這樣能增強液體和織物的接觸。其另一特點是運用Aqua Chron技術(shù),它提供操作者全盤控制工藝參數(shù)和用水。此外,該公司還提出了“水利用率”(water usage ratio)這一概念。他們認(rèn)為這比“浴比”(Liquor ratio)更恰當(dāng),它是指包括前處理、染色/印花、后整理全過程總用水量對織物重。

氣流染色機由于品種適應(yīng)性廣、質(zhì)量高、物耗低、排污量小、生產(chǎn)靈活、高效率而為業(yè)界所青睞,目前可謂最具有可持續(xù)性的染色設(shè)備。

4.數(shù)字噴墨印花機

數(shù)字噴墨印花技術(shù)是將通過數(shù)字化技術(shù)處理的圖像輸入計算機,經(jīng)電腦印花分色系統(tǒng)(CAD)編輯后,再用印染專用軟件(RIP)控制噴墨印花系統(tǒng),將專用墨水(如棉用的活性、涂料墨水)直接噴印到織物上,形成設(shè)計要求的印花織物。數(shù)字印花有三大要素,即軟件、數(shù)字噴墨印花機和墨水。

數(shù)字噴墨印花機世界上很多公司都在開發(fā),形式也略有不同。僅舉幾例說明:意大利Reggiani(美加尼)公司推出的DRe AM系列數(shù)字噴墨印花機是一套高精度數(shù)字噴墨印花機,適用于從棉、麻、毛、絲各類織物噴墨印花。該機在 600 dpi × 600 dpi分辨率下,可以加工幅寬 1 800、2 400、3 400 mm的織物達到 150、190、240 m2/h;使用CMYKOB六色墨水,每種墨水 7 個噴頭,42 個噴頭安裝于一個噴頭橋座上;具有連續(xù)導(dǎo)帶清洗系統(tǒng);印后織物烘干系統(tǒng)等。日本東伸公司的Artistri系列噴墨印花機采用壓電式噴頭。每臺機裝有 16 個壓電噴頭對單一類型墨水可以使用 2 × 8 色方案,或者對于兩種不同類型的墨水使用 1 × 8 方案。噴頭高度可以在 0 ～ 10 mm范圍內(nèi)自由調(diào)節(jié)。荷蘭Stork(施托克)公司生產(chǎn)的Sapphire系列噴墨印花機采用外置墨水輸送系統(tǒng),可以使Sapphire系列噴墨印花機在高強度、高速度的生產(chǎn)環(huán)境中運行,而無需在印花過程中定期更換機器中的墨盒。這種大容量的供墨系統(tǒng)可以確保印花機在高速運轉(zhuǎn)時有足夠的墨水供應(yīng),而不會出現(xiàn)其他噴墨印花機經(jīng)常遭遇的噴嘴故障。奧地利Zimmer(齊瑪)公司推出的Chromo JET數(shù)字噴墨印花機,采用電磁閥(HSV)將墨水噴射在織物上,特別適用于毯類厚織物噴印。我國杭州宏華公司全新推出的高速導(dǎo)帶噴墨印花系統(tǒng)VEGA(圖 9),具有 16 只256 個噴嘴的高頻率工業(yè)級噴頭及集成數(shù)控系統(tǒng),使其印花速度可以達到 140 m2/h。這套系統(tǒng)具有獨特的供墨系統(tǒng)及噴頭溫控保濕系統(tǒng),保證了噴頭噴墨流暢。VEGA采用不銹鋼壓電式噴頭,強度高,壽命長,適應(yīng)工業(yè)化連續(xù)印花生產(chǎn)。VEGA的噴頭高度也可調(diào)整,適用于各種不同厚薄、不同品種織物印花。

最近幾年,經(jīng)過不斷改進,用于紡織品印花的噴墨印花機無論在印花速度還是在整機性能方面都有了很大提高。最新的日本倉敷紡績電子制造的DynaPrint 400(暫定名)數(shù)字噴墨印花機速度已達 400 m2/h,和歌山染工準(zhǔn)備以此為契機構(gòu)建新的戰(zhàn)略模式,1 年生產(chǎn) 50 萬m,3 年后達到 200 萬m。

5.低浴比成衣染色機

為了適應(yīng)人們時尚化、個性化的需求,成衣染色更有發(fā)展之勢。新的低浴比成衣染色機采用了噴射染色機的原理,通過軟件自動控制設(shè)備,將染液由特殊的噴嘴進入轉(zhuǎn)鼓內(nèi)持續(xù)噴射到成衣上,保持成衣的潤濕(圖 10)。

在機器高速高速運轉(zhuǎn)中,成衣吸附在轉(zhuǎn)鼓壁,保持相對靜止?fàn)顟B(tài),不會產(chǎn)生折痕和擦傷。成衣在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)狀態(tài)見 圖 11。

低浴比成衣染色機的優(yōu)勢在于,適應(yīng)社會衣著時尚化、個性化的需求,生產(chǎn)作到了即時性滿足人們的需要;采用該機不僅比傳統(tǒng)成衣染色機裝載量增加,產(chǎn)能增加,而且成衣制成品折痕和擦傷等次品大大減少,成衣顏色的滲透性和均勻性也更好;由于采用了噴射染色機的原理,浴比降低到 1∶2,相比傳統(tǒng)成衣染色機可節(jié)水 70% ～ 80%,節(jié)省鹽、堿 70% ～ 80%,節(jié)省蒸汽 70% ～ 90%,物耗大幅度降低;染液用量少,也節(jié)省加熱、進水和排水時間縮短了染色過程。因此,低浴比成衣染色機極低的染色浴比、極少的物耗、高品質(zhì)的染色質(zhì)量,符合節(jié)能降耗的原則,值得在棉織物染整加工中推廣應(yīng)用。

三、結(jié)束語

印染行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展越來越多地面臨資源、環(huán)境的約束,環(huán)保問題不徹底解決,印染企業(yè)生存和發(fā)展也就成了一句空話,印染行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展也就無從談起。技術(shù)和設(shè)備具有可持續(xù)性,并不是說該技術(shù)或設(shè)備已經(jīng)發(fā)展的完美無缺,不再需要改進。可持續(xù)性的重點在于持續(xù)改進,不斷創(chuàng)新,改進沒有終點,創(chuàng)新也沒有止境。節(jié)能降耗減排是中國國情的必然要求,已經(jīng)成為我國的一項基本國策。染整企業(yè)及染整從業(yè)人員只有按照科學(xué)發(fā)展觀和可持續(xù)發(fā)展的要求,提高質(zhì)量意識、標(biāo)準(zhǔn)意識,推廣可持續(xù)性染整加工技術(shù)和設(shè)備,提高自主創(chuàng)新能力,節(jié)約能源,降低消耗,保護環(huán)境,落實企業(yè)社會責(zé)任,印染行業(yè)才能可持續(xù)發(fā)展。