活性染料濕短蒸軋染工藝設(shè)備的研究進(jìn)展

王際仁

1、前言

活性染料是當(dāng)今纖維素纖維紡織品最重要的染色用染料，而活性染料的連續(xù)軋染則是最重要的染色工藝之一。但是，織物浸軋染液后都需要進(jìn)行中間烘干，以利于后續(xù)汽蒸，或焙烘固色時(shí)提高加工速度和減少染料水解，獲得高的固色率和色牢度。但中間烘干存在許多問(wèn)題，首先烘干時(shí)染料容易發(fā)生泳移，產(chǎn)生色差和降低色牢度，染色重現(xiàn)性也變差；并且濕織物烘干時(shí)蒸發(fā)水分要消耗大量能源；此外，烘干使織物上水分先蒸發(fā)掉，而再浸軋或織物汽蒸又要使染料和化學(xué)品重新吸水溶解，干織物吸濕都會(huì)放熱，產(chǎn)生過(guò)熱現(xiàn)象，對(duì)染料迅速上染和固色均不利，且這種反復(fù)使織物吸水和失水在能源利用上也非常不合理。所以，進(jìn)行濕蒸染色是印染業(yè)長(zhǎng)期追求的目標(biāo)。

2、幾種常用活性染料染色工藝

活性染料纖維素纖維軋染工藝主要有以下幾種：

① 軋—烘—蒸工藝

② 軋—烘—軋—蒸工藝

③ 軋—烘—焙工藝

④ 冷軋—卷堆工藝

上述四種工藝中①～③工藝均為連續(xù)軋染工藝，這三種工藝浸軋染液后都需要進(jìn)行中間烘干，以減少織物上染料的水解，提高織物汽蒸或焙烘固色時(shí)的升溫速率及固色率。工藝①主要適合于穩(wěn)定性較高的染料，但其上染率低，得色淺，色牢度差。工藝②染料和固色堿劑分兩次浸軋，第二次浸軋時(shí)須加入大量電解質(zhì)，即食鹽或元明粉以防止染料被解吸，且織物先烘干再吸水不但延長(zhǎng)了工序并多消耗能源。工藝③須消耗大量尿素作為固色和滲透劑，高溫焙固工藝不但能耗高而且得色較暗，且當(dāng)溫度達(dá)150～180℃時(shí)，尿素分解產(chǎn)生有毒煙氣，并降低染料的固色速率。由此可見(jiàn)，上述三種工藝存在流程長(zhǎng)，能耗高，固色率和色牢度差，環(huán)境污染較重等問(wèn)題。

工藝④是一種半連續(xù)化的軋染工藝，適用于反應(yīng)性和擴(kuò)散性能較高的活性染料。但該工藝生產(chǎn)周期長(zhǎng)，不便于放樣，且需要大量燒堿與硅酸鈉（水玻璃）作為固色劑，造成水洗困難，成品織物手感較硬，且機(jī)臺(tái)周?chē)酃竾?yán)重。所以該工藝的使用在印染企業(yè)受到很大的限制。

由于上述幾種工藝在生產(chǎn)實(shí)踐中均存在著不少的問(wèn)題，所以具有節(jié)能降耗、環(huán)境友好、提高染色質(zhì)量的濕短蒸軋染工藝就受到越來(lái)越多的關(guān)注和重視。

3、濕短蒸工藝設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化研究進(jìn)展

3.1、國(guó)外濕短蒸染色技術(shù)概述

活性染料自20世紀(jì)50年代開(kāi)始應(yīng)用后，世界各國(guó)都著重在研究活性染料的結(jié)構(gòu)和研發(fā)新的工藝設(shè)備，并不斷加以改進(jìn)。20世紀(jì)80年代，德國(guó)Hoechst公司（赫斯特）與Bruckner（布魯克納）機(jī)械廠聯(lián)合研制了Eco-Steam系統(tǒng)（經(jīng)濟(jì)汽蒸法）；1995年，德國(guó)Monforts（門(mén)富士）與Zeneca（捷利康）公司聯(lián)合開(kāi)發(fā)了Econtrol工藝（濕蒸染色法）；德國(guó)Babcock（巴科克）紡機(jī)公司與德國(guó)BASF（巴斯夫）公司于1998年研發(fā)的巴布科—熱媒（Babco— Therm）烘干機(jī)，完成了易固—發(fā)色新工藝。以上濕蒸新工藝開(kāi)啟了活性染料濕蒸染色技術(shù)的新時(shí)代，為我們進(jìn)行濕短蒸染色技術(shù)研究提供了很好的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)。

3.2、國(guó)內(nèi)濕短蒸染色技術(shù)研究近況

2002年原上海二印在消化吸收EcoSteam系統(tǒng)濕蒸工藝的基礎(chǔ)上，把國(guó)產(chǎn)焙烘設(shè)備改型為高溫濕短蒸工藝設(shè)備，進(jìn)行國(guó)產(chǎn)KN、M、K型活性染料濕短蒸工藝的實(shí)踐；原邯鄲印染廠在2002年引進(jìn)一臺(tái)Econtrol工藝設(shè)備后，做了大量的工藝對(duì)比試驗(yàn)，以難度較大的咖啡、深藍(lán)、碳黑等顏色為主，進(jìn)行濕短蒸工藝的染色生產(chǎn)；以上兩公司為我國(guó)在推廣應(yīng)用濕短蒸染色工藝方面做出了積極的貢獻(xiàn)。

由于濕短蒸工藝的溫度和濕度控制要求非常嚴(yán)格，溫度和濕度又是緊密相關(guān)的，織物含水率和熱載體相對(duì)濕度還關(guān)系到織物升溫速度和升溫曲線平臺(tái)區(qū)溫度的高低，并影響染料的上染和固著。所以，活性染料濕短蒸染色工藝的成功應(yīng)用，除了要研究開(kāi)發(fā)新的活性染料和助劑，研究建立專(zhuān)用工藝技術(shù)條件外，研究和開(kāi)發(fā)新的濕短蒸軋染工藝設(shè)備，做到對(duì)溫度、濕度的精準(zhǔn)控制，則是非常關(guān)鍵的內(nèi)容。

過(guò)去一段時(shí)間以來(lái)，國(guó)內(nèi)也曾有相關(guān)染整設(shè)備企業(yè)進(jìn)行過(guò)濕短蒸工藝設(shè)備的論證嘗試并制造出樣機(jī)，但由于其在工藝的適應(yīng)性、設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)置、溫濕度的控制系統(tǒng)等多方面均未能研制到位，因而在生產(chǎn)試驗(yàn)中未能成功。

江都印染機(jī)械有限公司早在1997年就和原揚(yáng)州印染廠共同試驗(yàn)過(guò)X型活性染料連續(xù)軋染低溫焙烘固色工藝，并于2003年研制出活性染料短流程濕蒸設(shè)備，在以后的數(shù)年中并不斷進(jìn)行工藝的試驗(yàn)及設(shè)備的改進(jìn)提升。去年，紡織工業(yè)協(xié)會(huì)在《紡織工業(yè)“十二五”科技進(jìn)步綱要》中明確提出活性染料濕短蒸染色技術(shù)在2015年要突破產(chǎn)業(yè)化技術(shù)，在2020年推廣應(yīng)用面力爭(zhēng)達(dá)到30%，這為溫短蒸染色技術(shù)在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用推廣和快速發(fā)展提供了良好的契機(jī)。

江都印機(jī)集十多年持續(xù)研究濕短蒸工藝設(shè)備的基礎(chǔ)，適應(yīng)《進(jìn)步綱要》中的技術(shù)攻關(guān)及產(chǎn)業(yè)化要求，通過(guò)與業(yè)內(nèi)相關(guān)設(shè)備及工藝專(zhuān)家的聯(lián)合攻關(guān)研發(fā)，現(xiàn)向業(yè)內(nèi)隆重推出公司的最新產(chǎn)品—智能化濕短蒸軋染聯(lián)合機(jī)。

3.3、智能化濕短蒸軋染聯(lián)合機(jī)的主要特點(diǎn)

3.3.1、各單元配置及特點(diǎn)

均勻軋車(chē)：

① 在保證浸軋時(shí)間不變的前提下將軋槽容積減小至30L以下，使染液能及時(shí)更新并始終保持新鮮。

② 染料和堿采用1：4比例泵精確混合供液，再通過(guò)混合管的混合均勻后再對(duì)軋槽供液，提高工藝染液的穩(wěn)定性，防止染料水解，節(jié)約染料，降低工藝污水色度。

③ 軋槽內(nèi)有液位自動(dòng)控制及門(mén)幅修正裝置，能根據(jù)液位變化及門(mén)幅變化調(diào)整供液量。

④ 軋車(chē)配有自動(dòng)清洗裝置，當(dāng)一批織物染色結(jié)束后導(dǎo)布運(yùn)行時(shí)，立即對(duì)軋車(chē)進(jìn)行自動(dòng)噴淋清洗，實(shí)現(xiàn)不停機(jī)換色，縮短換批時(shí)間。

紅外預(yù)烘：創(chuàng)新設(shè)計(jì)的紅外預(yù)烘裝置，在同一輻射布道中織物經(jīng)三次穿引，充分利用熱輻射、熱對(duì)流效果，提高工藝車(chē)速，降低綜合能耗；同時(shí)，將紅外預(yù)烘機(jī)排氣風(fēng)機(jī)排出的濕熱空氣導(dǎo)入濕蒸烘房，起到對(duì)烘房給濕和加溫的雙重效果。

給濕裝置：利用專(zhuān)用給濕裝置對(duì)導(dǎo)布給濕后再導(dǎo)入烘房，設(shè)備升溫過(guò)程中停留在烘房中的濕導(dǎo)布水分蒸發(fā)，在工藝生產(chǎn)前使烘房中的濕度和溫度有一個(gè)趨于穩(wěn)定的過(guò)程，為正式工藝生產(chǎn)創(chuàng)造條件。

熱風(fēng)預(yù)烘（20m）：在濕蒸箱前配有一室容布量約20m的熱風(fēng)預(yù)烘箱，配合紅外預(yù)烘對(duì)浸軋后的織物進(jìn)行快速烘燥，確?？椢镌谶M(jìn)入濕蒸箱前含水率降至臨界含水率以下，滿足濕蒸固色的工藝條件。

濕蒸固色（40m+40m）：

① 專(zhuān)利技術(shù)的多導(dǎo)布輥?zhàn)枇赜行аa(bǔ)償控制，確?？椢锏蛣驈埩Αo(wú)起皺運(yùn)行。

② 烘房加熱采用循環(huán)熱風(fēng)和蒸汽混合加熱，蒸汽同時(shí)起到給濕效果，熱風(fēng)和蒸汽的混合通過(guò)電腦PID模糊控制，濕蒸箱溫控精度≤±1℃。

③ 根據(jù)不同濕短蒸工藝技術(shù)條件，建立智能化“專(zhuān)家控制系統(tǒng)”，解決目前濕短蒸工藝關(guān)鍵的“濕平衡”控制難點(diǎn)。采用國(guó)產(chǎn)織物非接觸含水率控制，氣氛相對(duì)濕度在線測(cè)控，確保上“真工藝”，工藝再現(xiàn)性好，節(jié)省工藝能耗。

此外，在皂洗單元?jiǎng)?chuàng)新設(shè)計(jì)的新液流高效皂洗機(jī)，提高皂洗濕摩擦牢度，比達(dá)標(biāo)用水下降50%，烘燥凝結(jié)水不經(jīng)疏水閥直排水洗機(jī)回用，全年可回用冷凝水3000t，節(jié)省蒸汽300t，并減少疏水器泄漏蒸汽150t。全機(jī)廢熱水熱回收采用6t/h自潔式轉(zhuǎn)鼓水—水熱交換器，每噸熱污水至少回收0.1Mpa（表壓）蒸汽60Kg，全年可節(jié)省蒸汽2200t。

3.3.2、采用該智能化濕短蒸軋染聯(lián)合機(jī)進(jìn)行濕短蒸連續(xù)軋染工藝，無(wú)須添加尿素、硅酸鈉（水玻璃）、燒堿、無(wú)機(jī)鹽等化學(xué)品和各種助劑，環(huán)境友善，降低生產(chǎn)成本。據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)算，每1Kg棉布織物活性染料連續(xù)軋染工藝的化學(xué)品排放量，軋—烘—蒸工藝為214g，而濕短蒸工藝僅為8.1g，水耗減少50%，綜合能耗節(jié)約達(dá)30%～50%。由此可見(jiàn)，該濕短蒸工藝設(shè)備在棉織物及滌棉織物一浴一步法應(yīng)用中，充分表現(xiàn)出無(wú)鹽、少水、短流程染色的節(jié)能減排優(yōu)點(diǎn)。

4、結(jié)論

由于濕短蒸染色具有上述獨(dú)特優(yōu)勢(shì)特性，在當(dāng)前大力發(fā)展清潔生產(chǎn)、生態(tài)加工的形勢(shì)下，發(fā)展這種染色工藝具有十分重要的實(shí)際應(yīng)用意義。但濕短蒸染色技術(shù)在國(guó)內(nèi)尚處于試驗(yàn)和起步階段，所以濕短蒸工藝以后進(jìn)一步的發(fā)展和應(yīng)用還有以下幾方面的工作需要不斷深入研究：

① 不斷改進(jìn)和提高濕短蒸加工設(shè)備的性能，使設(shè)備的溫度和濕度、織物的含水率等參數(shù)控制更加智能、精確。

② 加強(qiáng)濕短蒸染色基礎(chǔ)理論研究，包括不同纖維織物在不同濕短蒸設(shè)備中的升溫、吸濕和溶脹性能研究。

③ 研究新的染色工藝，特別是低堿或中性固色工藝和受控染色工藝；開(kāi)發(fā)專(zhuān)用的助劑，進(jìn)一步提高固色率，節(jié)約染料，減少污水。

④ 加強(qiáng)對(duì)活性染料的研制和篩選，生產(chǎn)系列配套染料，并測(cè)定它們?cè)跐穸陶魲l件下的性能，提高配伍性。

⑤ 擴(kuò)大濕短蒸設(shè)備的應(yīng)用范圍，不僅用于活性染料染色，也可用于其它染料和多種染料一浴一步法染色，特別是用于一些新纖維、多組分纖維紡織品的染色；甚至在前處理、印花和后整理加工中得到應(yīng)用。