硫化染料的環(huán)保卷染工藝

宗立新

（佛山市順德金紡集團有限公司，廣東佛山 528300）

為了滿足后續(xù)洗褪工藝的要求，許多織物需要使用硫化染料進行染色，常用的染色工藝是卷染。硫化染料是以芳香胺類和酚類化合物為原料，與硫磺或多硫化物一起共熱硫化而制成的一類含硫有色物質(zhì)，是纖維素纖維染色的主要染料之一。硫化染料具有染色工藝簡短、價格低廉、拼色方便、濕處理牢度好等優(yōu)點，一直被廣泛應(yīng)用于黑、藍、棕等顏色織物的染色[1]。硫化染料不溶于水和有機溶劑，對纖維沒有親和力，染色需要在還原劑的作用下將染料還原成可溶于水的隱色體，該隱色體在堿性溶液中對纖維具有較高的親和力，從而吸附在纖維上，氧化后的染料重新轉(zhuǎn)變?yōu)椴蝗軤顟B(tài)沉積在纖維上顯現(xiàn)出所需的顏色[2]。

目前，硫化染料在應(yīng)用中主要存在以下問題：（1）硫化染料染色使用硫化鈉作為還原劑，導(dǎo)致廢水中的硫化物含量超標[3]；（2）硫化染料染色使用紅礬（重鉻酸鈉）作為氧化劑，導(dǎo)致成品和廢水中重金屬六價鉻離子（Cr6+）含量超標；（3）硫化染料染色過程中使用醋酸（CH3COOH），使生產(chǎn)環(huán)境充滿“酸味”，影響生產(chǎn)環(huán)境及周圍居民的居住環(huán)境。

公司棉布部在采用硫化染料卷染工藝時，綜合分析硫化染料的染色方式、染色工藝及公司資源，提出相應(yīng)的工藝改進。

1 環(huán)保問題產(chǎn)生的原因

環(huán)保問題產(chǎn)生的原因是多方面的，主要涉及硫化染料染色工藝中還原劑的選擇、氧化劑的選擇、染色方式以及工藝條件等各個方面。

1.1 還原劑

相較于還原染料，硫化染料更容易還原，因此硫化染料還原時采用還原性能較保險粉弱的還原劑硫化鈉[4]。硫化鈉具有價格低廉、性能穩(wěn)定，高溫時分解損耗少以及還原能力適度等特點，是目前硫化染料染色中應(yīng)用最多的還原劑。

按照GB 4287—2012《紡織染整工業(yè)水污染物排放標準》中的相關(guān)規(guī)定，廢水中硫化物的質(zhì)量濃度不超過1 mg/L。使用硫化鈉作為還原劑時，廢水中硫化物的質(zhì)量濃度高達150 mg/L，顯然嚴重超標，而且硫化鈉在還原過程中會釋放硫化氫氣體，損害操作工人的身體健康[5]。

1.2 氧化劑

硫化染料隱色體上染纖維后，必須經(jīng)過氧化再重新轉(zhuǎn)變成不溶性的硫化染料母體固著在纖維上，顯現(xiàn)出應(yīng)有的色澤[1]。氧化劑的選擇主要視染料品種而定。由于紅礬氧化所得的染色織物濕處理牢度較好，而且操作簡單，是較常見的氧化劑。紅礬氧化有紅礬-醋酸、紅礬-硫酸兩種方式，前者比較溫和，后者得色比較鮮艷。

近年來，紡織品上殘留重金屬的問題引起了各方面的重視，對織物上的重金屬含量作出了嚴格限制，如GB/T 18885—2020《生態(tài)紡織品技術(shù)要求》中規(guī)定紡織品上重金屬Cr6+游離量不超過0.1 mg/kg，GB 4287—2012《紡織染整工業(yè)水污染物排放標準》中規(guī)定，廢水中六價鉻不超過0.5 mg/L。

使用紅礬作為氧化劑氧化硫化染料隱色體時，紅礬中含有的重金屬鉻離子在加工過程中會附著在織物上或隨染色廢水排出；附著在織物上的重金屬離子難以去除，并且其含量遠大于生態(tài)紡織品的要求，導(dǎo)致織物因重金屬含量不達標而無法出貨；此外，排放進入廢水的重金屬增加了污水處理負擔。

醋酸作為氧化劑（紅礬-醋酸）組成成分之一，本身帶有刺鼻性氣味且易揮發(fā)，使用過程中，其“酸味”不僅充滿了生產(chǎn)車間，影響工作環(huán)境的空氣質(zhì)量；還隨風分散，影響周圍居民的居住環(huán)境。

2 具體做法及流程

硫化染料染色過程中產(chǎn)生的環(huán)保問題，原因在于常用的還原劑（硫化鈉）和氧化劑（紅礬及其組合）本身為非環(huán)保類助劑。因此，硫化染料染色環(huán)保問題的對策是選用非硫類環(huán)保還原劑和無鉻氧化劑等。針對本廠實際情況，具體做法如下：

2.1 還原劑的篩選

調(diào)研市場上現(xiàn)有的硫化染料還原劑種類，并對比還原劑綜合性能（如成本、能耗、還原性能等），最后篩選出適合本廠用的環(huán)保型還原劑促進劑DMB308。該促進劑在使用過程中不產(chǎn)生刺激性的H2S氣體，相對于硫化鈉而言降低了廢水中硫化物的排放，很大程度上降低了廢水處理難度。

2.2 氧化劑的篩選

調(diào)研市場上現(xiàn)有的硫化染料氧化劑有：過硼酸鈉、雙氧水、紅礬、間硝基苯磺酸鈉、無鉻氧化劑等。[3]易氧化的硫化染料隱色體可采用染色后直接水洗，再透風氧化的方式，不用另外加入氧化劑；難氧化的硫化染料隱色體，根據(jù)染料的品種選擇合適的氧化劑。根據(jù)本廠使用硫化染料的性能，選擇氧化性能適合的無鉻氧化劑保色劑880。從源頭上控制重金屬的引入，降低廢水中六價鉻的含量，并使硫化染料染色產(chǎn)品符合生態(tài)紡織品的要求，提升本廠硫化染料染色織物的整體質(zhì)量。同時，選用裂解劑代替具有刺激性氣味的醋酸，可以改善車間的生產(chǎn)環(huán)境和周圍居民的居住環(huán)境。

2.3 防脆處理

由于硫化染料分子內(nèi)含有多硫鍵，含硫量高，并且分子結(jié)構(gòu)松弛，在濕熱和空氣中氧的作用下，釋放出的游離硫會被氧化成硫酸而使硫化染料染色織物發(fā)生脆損現(xiàn)象。因此硫化染料染色后，織物的水洗工序很重要。部分硫化染料染色織物洗后還需用堿性化合物（純堿和太古油）處理，以中和在儲存時生成的硫酸，防止織物脆化[2]。

2.4 測試

硫化物質(zhì)量濃度：按照碘量法（HJ/T 60—2000和CJ/T 51—2004）測試。

廢水中重金屬鉻離子質(zhì)量濃度：采用火焰原子化原子吸收分光光度法+原子熒光分光光度法+紫外-可見光光度法測試。

織物上重金屬鉻質(zhì)量濃度：采用石墨原子化原子吸收分光光度法+原子熒光分光光度法+紫外-可見光光度法測試。

耐皂洗色牢度：按照GB/T 3921—2008《紡織品色牢度試驗?zāi)驮硐瓷味取窚y試。

耐摩擦色牢度：按照GB/T 3920—2008《紡織品色牢度試驗?zāi)湍Σ辽味取窚y試。

3 運用實例對比

選擇108+56/21s+21s梭織布為實踐對象，數(shù)量為1 390 m/缸，分別使用硫化染料傳統(tǒng)卷染工藝（以硫化鈉為還原劑，紅礬-醋酸為氧化劑）和硫化染料環(huán)保卷染工藝（以促進劑DM-B308為還原劑，保色劑880為氧化劑）對織物進行加工，染色成品為任意軍綠和任意硫化黑。

3.1 硫化染料傳統(tǒng)卷染工藝

硫化染料傳統(tǒng)卷染工藝曲線如下所示：

3.1.1 任意軍綠

（1）用硫化堿開好料，90℃染6道打板，染料分兩頭下，第3～4道下鹽，水位500 L。染色配方：硫化寶藍CV 0.8 kg，硫化紅棕B3R 1.4 kg，硫化黃棕 5G 14 kg，150%硫化黑BR 3.8 kg，鹽2 kg，硫化鈉30 kg。

（2）流動水洗兩道。

（3）氧化4道，水位500 L，溫度60℃。氧化配方：重鉻酸鈉8 kg，醋酸12 kg。

（4）熱水2道（沸水）。

（5）皂洗2道，沸煮，水位400 L。皂洗配方：洗滌劑209 4 kg，純堿4 kg。

（6）水洗打板，對色合格后出缸烘干。

3.1.2 任意硫化黑

（1）用硫化堿開好料，90℃染10道打板，染料一頭下，第2道下鹽，水位500 L。染色配方：150%硫化黑50 kg，鹽50 kg，硫化鈉50 kg。

（2）冷水洗1道。

（3）氧化6道，水位500 L，溫度60℃。氧化配方：重鉻酸鈉12 kg，醋酸20 kg。

（4）熱水2道（沸水）。

（5）皂洗4道，沸煮，水位500 L。皂洗配方：洗滌劑209 6 kg，純堿6 kg。

（6）水洗打板，對色合格后出缸烘干。

3.2 硫化染料環(huán)保卷染工藝

3.2.1 任意軍綠

（1）用促進劑、燒堿開好料，90℃染6道，染料分兩頭下，水位500 L。染色配方：硫化寶藍CV 0.8 kg，硫化紅棕B3R 1.4 kg，硫化黃棕5G 14 kg，150%硫化黑BR 3.8 kg，促進劑DM-B308 16 kg，燒堿2 kg。

（2）冷水洗兩道。

（3）氧化4道，室溫，水位500 L。氧化配方：保色劑880 7 kg，裂解劑4 kg。

（4）冷水2道。

（5）皂洗2道，沸煮，水位400 L。皂洗配方：洗滌劑209 2 kg。

（6）洗水打大板，對色合格后出缸烘干。

3.2.2 任意硫化黑

（1）用促進劑和燒堿化料，染料通過副缸分兩頭下，90℃染10道打板，水位500 L。染色配方：150%硫化黑BR 50 kg，促進劑DM-B308 25 kg，燒堿2 kg。

（2）冷水洗1道。

（3）氧化4道，室溫，水位500 L。氧化配方：保色劑880 8 kg，裂解劑6 kg。

（4）熱水2道。

（5）皂洗2道，沸煮，水位400 L。皂洗配方：洗滌劑3 kg，純堿3 kg。

（6）洗干凈水打大板，對色合格后出缸烘干。

3.3 工藝對比

從任意軍綠和任意黑色的工藝配方可知，相較于硫化染料傳統(tǒng)卷染工藝，硫化染料環(huán)保卷染工藝在污水處理難度、車間環(huán)境和能源消耗方面有一定的改善，同時提升了硫化染料染色織物的品質(zhì)及安全性。硫化染料環(huán)保卷染工藝改變原有的工藝配方，在還原階段未使用硫化鈉，而使用環(huán)保型的促進劑DM-B308，從源頭上控制了含硫物質(zhì)的排放以及H2S氣體的產(chǎn)生；與此同時，在氧化階段使用無鉻氧化劑（保色劑880）和無刺激性氣味的裂解劑分別替代紅礬（重鉻酸鉀）和醋酸，有效限制了重金屬六價鉻離子的來源，并改善了車間的工作環(huán)境。綜上所述，改進后的硫化染料卷染工藝具有環(huán)保性，其染色織物無重金屬殘留，并符合生態(tài)紡織品要求。

由表1可以看出，相較于硫化染料傳統(tǒng)卷染工藝，硫化染料環(huán)保卷染工藝染色廢水中的硫化物由150.0 mg/L下降到0.5 mg/L，氧化廢水中的重金屬鉻離子由20.0 mg/L下降到0.4 mg/L，染色織物上重金屬鉻離子的游離量由5.00 mg/kg下降到0.08 mg/kg。

表1 硫化染料傳統(tǒng)和環(huán)保卷染工藝的環(huán)保指標對比

在染料組合和染料用量相同的條件下，加工產(chǎn)品布面顏色均勻且色彩飽滿。由表2可知，相較于傳統(tǒng)工藝，硫化染料環(huán)保卷染工藝加工產(chǎn)品的耐皂洗色牢度和耐摩擦色牢度均提高0.5～1.0級。由此可見，硫化染料環(huán)保卷染工藝產(chǎn)品的色牢度較好。多次大貨生產(chǎn)驗證表明：該工藝重現(xiàn)性好，織物色彩飽滿，可滿足客戶需求。

表2 硫化染料傳統(tǒng)和環(huán)保卷染工藝染色布樣的色牢度

硫化染料環(huán)保卷染工藝改變原有的工藝條件，在氧化工序中，將原工藝的60℃氧化改為室溫冷氧化。在硫化染料卷染環(huán)保工藝中，室溫冷氧化使硫化染料隱色體氧化更充分，織物色彩更飽滿；節(jié)省了35%的蒸汽和熱能，具有節(jié)能降耗的優(yōu)點。

4 總結(jié)

隨著近年來環(huán)保要求的逐漸提高，污染大或能耗高的染色工藝逐漸被淘汰。硫化染料傳統(tǒng)卷染工藝廢水中硫化物和重金屬六價鉻離子的含量一直居高不下，彌漫在工廠及周圍空氣中的“酸味”和織物上殘留的六價鉻離子超標等問題限制了硫化染料染色的發(fā)展。采用改進后的染色工藝即硫化染料環(huán)保卷染工藝，可有效解決上述問題，減輕廢水處理難度；染色織物符合生態(tài)紡織品重金屬殘留的要求，各項色牢度均有所提升；蒸汽能耗節(jié)約35%。在生產(chǎn)中推廣使用硫化染料環(huán)保卷染工藝可獲得良好的社會效益和經(jīng)濟效益。