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前处理的清洁生产

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发表于 2017-5-31 13:56:40 | 显示全部楼层 |阅读模式
      常规的前处理需要经过退浆、煮练、漂白和丝光等工序,工序长,耗水、耗能多,加工时间长,污水含杂量高。所以在前处理过程中采用高效短流程,可缩短处理时间,并能够减少助剂和水的用量;低温、低碱前处理既可节能,又可减少废水的含碱量,利于废水的处理。目前生物酶在染整加工前处理工艺中已开始展现广阔而诱人的应用前景,其主要用于天然纤维织物的前处理。为了解决前处理过程的水污染问题,无水或非水前处理工艺一直受到人们的关注,近年来,采用等离子技术或其它离子溅射技术、激光技术、超声波技术和紫外线辐射技术去除织物表面的杂质有了很大进展。
(一)、高效短流程前处理
      高效短流程前处理工艺,按工序合并方式的不同,可分一步法和两步法。
1.二步法工艺
     (1)织物先经退浆、再经碱氧一浴煮漂的二步工艺  由于碱氧一浴中碱浓度较高,易使双氧水分解,故需选择优异的双氧水稳定剂。此工艺的关键是退浆及随后的洗涤必须彻底,要最大限度地除去浆料和部分杂质,以减轻碱氧一浴煮漂工序的压力,并使双氧水稳定地分解。如按采用设备的不同,又可分为:液下履带箱、履带式汽蒸箱两种类型。织物先经退浆,水洗后浸轧碱氧液后即进入液下履带箱或履带汽蒸箱汽蒸。此工艺适用于含浆较重的纯棉厚重紧密织物。
工艺流程如:烧毛→浸轧退浆液(烧碱)→进入042退浆机95~100℃汽蒸60min→90℃以上充分水洗→浸轧碱氧液→进入L汽蒸箱100~102℃汽蒸45~60min→高效水洗→烘干。
    (2)织物先经退浆、煮一浴处理,再经常规双氧水漂白的二步工艺  退浆与煮练合并,然后漂白。由于漂白为常规传统工艺,因而对双氧水稳定剂要求不高,一般稳定剂都可以使用。此工艺碱浓度较低,双氧水分解速度相对较好,对纤维损伤较小,工艺安全系数较高,但退浆、煮练合一后,浆料在强碱浴中不易洗净,而影响退浆和煮练效果,为此退煮后必须充分彻底地水洗。根据采用的设备不同,可有多种不同的组合。
      织物先经退煮合一,再经常规漂白的工艺对浆料不重的纯棉薄织物及涤棉混纺织布物较为适用。
      如平幅轧卷汽蒸工艺流程:烧毛→浸轧碱液或碱氧液→平幅轧卷汽蒸进行退煮一浴处理→90℃以上充分水洗→浸轧双氧水漂液pH值10.5~10.8→进入L汽蒸箱进行常规漂白(100℃汽蒸60min)→高效水洗→烘干。
2.一步法工艺
     (1)汽蒸一步法  退煮漂一浴汽蒸法工艺,如在高浓度碱和高温情况下很易引起双氧水的快速分解,还会加重织物损伤,而要降低纤维的损伤,则要降低烧碱或双氧水的浓度,或加入性能优异的耐碱稳定剂,或者降低加工温度。但汽蒸法不可能降低加工温度,因而只能通过降低烧碱用量和加入耐高温强碱的双氧水稳定剂来实现。而降低烧碱用量,又必然会降低退煮效果,尤其对上浆率高的和含杂量大的纯棉厚重织物有一定难度。故此工艺较适用于涤棉混纺轻薄织物。
      汽蒸一步法可在R汽蒸箱或L履带蒸箱上进行,也可采用高温高压溢流染色机或高温高压巨型卷染机。如配合改造设备,增加坯布的润湿渗透,提高织物的水洗效果,则也可适用于纯棉织物的汽蒸一步法工艺。但在R汽蒸箱上进行一步法工艺有较大难度。这是由 于箱体中直接蒸汽管喷出的高温蒸汽使双氧水较快分解;冷凝水的不断增加,使双氧水及其他助剂(稳定剂)被稀释,导致箱体中漂液很不稳定。
      高温高压溢流染色机工艺流程:烧毛→进入高温高压溢流染色机130℃处理5min→高效水洗→开轧烘干。
     (2)冷堆一步法工艺  冷堆法就是在室温条件下的碱氧一浴法工艺,由于是在低温下作用,尽管碱浓度较高,但双氧水的反应速率仍然很慢,故需要高浓度的化学品和长时间的堆置时间,才能使反应充分,达到加工所要求的去杂程度。和汽蒸法一样,冷堆法同样也需要工作液的充分浸渍和渗透。由于冷堆工艺作用温和,因而对纤维的损伤相对较小,因而此工艺可广泛适用于各种棉织物的退煮漂一步法工艺。
      冷堆工艺其碱氧用量要比汽蒸工艺高出50%~100%,要取得好效果,关键同样在于水洗,其作用要比汽蒸法还重要。堆置后如加强碱处理,则效果更为明显。毛效明显上升,这是由于浆料、果胶质经氧化裂解后,在碱溶液中溶解度显著提高,且热碱又促进杂质的碱水解及皂化反应的进一步进行,高温易使棉蜡热熔成液体,在机械作用下,易分散进入表面活性剂的胶束内,这个作用同样需要碱、表面活性剂以及反应时间,如果冷堆后立即用大量热水冲洗,将使降解反应和皂化反应不充分,从而不利于浆料、果胶质及棉蜡的去除。
      如用高速高效练漂机热碱处理工艺流程:烧毛→干落布→浸渍工作液(高效给液,轧余率95%)→大卷装转动(转速4~6r/min)堆置16~24h→热碱处理→短蒸2~4min(102℃)→强力冲洗→高效水洗→烘干。
(二)少碱(或无碱)前处理
      1.少碱(或无碱)冷轧堆前处理工艺  该工艺对纯棉、涤棉和棉粘织物前处理,都可满足半制品质量要求,以29.2tex×36.4tex棉纱卡为例,其工艺流程与工艺参数为:
      浸轧工作液,打卷(室温,二浸二轧,轧余率80%~90%)→堆置→95℃热水洗→碱洗(NaOH 10g/L,净洗剂5g/L,95℃)→热水洗→冷水洗→烘干。
工艺配方:
NaOH                                   2.0g/L
100%H2O2                               20g/L
精练剂                                   10g/L
稳定剂                                3~4 g/L
促进剂                        4~5 g/L
      2.少碱(或无碱)短蒸热浴前处理工艺 该工艺适合纯棉、涤棉、涤粘等织物,更适合粘胶纤维及混纺织物的前处理。以29.2tex×36.4tex棉纱卡为例,其工艺流程与工艺参数为:
      二浸二轧工作液(室温,轧余率90%~95%)→饱和蒸汽汽蒸(90~95℃,10min)→在50%浓度的工作液中(50~80℃,10min)→热水洗→碱洗→热水洗→水洗→烘干。
工艺配方:
           NaOH                            6g/L
100%H2O2                   10~20g/L
精练剂                        8~10g/L
稳定剂                        4~5g/L
酰胺类氧漂活化剂              8~10 g/L
      3.少碱(或无碱)汽蒸前处理工艺  该工艺对纯棉府绸、纯棉纱卡、涤棉线卡、棉粘纱卡进行前处理,都可满足半制品质量要求。此工艺很适合现有的退煮漂设备。
      如涤棉卡其工艺流程:R型一单元室温浸轧工作液→汽蒸堆置(90℃以上,60min)→热水洗2~3格→水洗→R汽蒸箱两单元常规氧漂(或一单元50%的工作液)→汽蒸(100℃,40min)→热水洗→烘干。
工艺配方如下:
NaOH                            2g/L
100%H2O2                       8~10g/L
精练剂                            10g/L
稳定剂                             4g/L
酰胺类氧漂活化剂                   5 g/L
(三)生物酶前处理
      目前生物酶在染整加工前处理工艺中已经展现出广阔而诱人的应用前景,其主要用于天然纤维织物的前处理,用生物酶去除纤维或织物上的杂质,为后续染整加工创造了条件。生物酶退浆、精练等生物酶前处理技术,不但可避免使用碱剂,而且生物酶作为一种生物催化剂,无毒无害,用量少,处理的条件较温和,生产产生的废水可生物降解,减少了污染,节约了能量。
1.生物酶退浆
      对纯棉、纯麻、麻棉混纺,涤棉麻混纺等织物采用生物酶退浆,已获得成熟的经验,取得良好的效果。酶退浆是利用淀粉酶(α—淀粉酶、β—淀粉酶),将淀粉分解为水溶性的1,4—糖苷,从而退除织物上的淀粉浆料或以淀粉为主的混合浆料。低温型α—淀粉酶,最适用于堆置的不连续工艺,一般要求水温50~70℃,pH值在6~7左右。高温退浆的生物酶是经过基因改性的耐热型α—淀粉酶,使用温度可达到90~115℃,可在汽蒸条件下于1~3min内快速退除淀粉浆料,适用于连续式工艺,大大提高退浆效率,而且可以同时去除混合浆料中的PVA等化学物质(PVA也可用PVA分解酶退浆)。生物酶具有专一性,淀粉酶只对淀粉有分解作用,对纤维无损伤;处理后织物手感比用氢氧化钠处理的有显著改善;能简化工艺流程,减少污水排放,酶液在排放后对环境无影响,能满足环保的要求。
      生物酶退浆应用广泛,可用于色织布、棉布、灯芯绒、帆布、麻布、人造棉、富春纺、牛仔服、休闲装、棉麻衬衣、毛巾、针织纯棉内衣及上浆印花后的去浆处理等。
      生物酶退浆率可达90%以上,退浆后织物柔软度高,手感好;退浆时间短,工效高;毛细管效应增加40%以上,染色渗透性、匀染性明显提高;酸碱性适中,不损坏织物;黏性物质易清洗,对环境无污染。
卷染机、绳状染色机酶退浆工艺及流程:
① 工艺配方:
        退浆水TO1                    0.3%~1%
        渗透剂              0.1~0.5g/L
        食盐                                5g/L
      浴比:1:10~I:20,调节PH值至6~7。
② 工艺流程:预处理(渗透剂lg/L,70~80℃,10min)→生物退浆处理(处理温度 60~70℃;处理时间20~30min)→热水洗(85℃)→冷水洗净。
      高效快速生物退浆水TK,适用于棉、麻、混纺、化纤等织物退浆处理。几分钟内就能完成退浆,退浆速度快,退浆率在90%以上,pH值在5~8之间,缩短了流程,可节约成本30%,涤棉混纺布在LMH061练漂机上进行TK轧蒸退浆,其工艺流程及配方如下:
① 工艺配方:
          退浆水TK                    1.3g/L
           渗透剂                      1.3g/L
           NaCl                          0.1g/L
       工作液pH值                     6~7。
② 工艺流程:进布→轧热水(70~80℃)→浸轧高效快速生物退浆水(60~70℃)→汽蒸(95~105℃)→水洗。
2.生物酶精练
      生物酶精练主要用在棉织物、麻织物和棉麻混纺织物上,精练的目的主要是去除纤维中的天然杂质,为染色、印花和整理加工创造条件。
      棉麻织物精练加工主要是用果胶酶、脂肪酶和纤维素酶等。果胶酶是由胶裂解酶、聚半乳糖醛酸酶、果胶酸盐裂解酶和果胶酯酶组成。果胶物质是高度酯化的聚半乳糖醛酸酯,果胶酶作用于纤维中果胶物质时,使聚半乳糖醛酸酯水解。脂肪酶将脂肪水解成甘油和脂肪酸。
      在果胶酶精练液中加入适量的非离子表面活性剂有利于酶生物活性的发挥,提高生物精练效果;将相容性和协同效应好的生物酶混合使用,如果胶酶、脂肪酶和纤维素酶同时使用,精练后的织物吸水性增强,手感更好。用纤维素酶与果胶酶处理棉或麻纤维,利用它们的协调效应,即果胶酶使棉、麻纤维中的果胶分解,纤维素酶使初生胞壁中的纤维素大分子分解,将纤维表面杂质及部分初生胞壁去除,达到精练的目的。
      纤维素酶用量要严格控制,只要加入纤维素酶,织物强力都要受到不同程度的损伤。据资料报道,加入纤维素酶,棉织物强力下降13%~18%、麻织物强力下降14%~17%、纯棉针织物强力下降18%~20%、纯棉毛巾织物强力下降20%以上。
碱性细菌果胶酶与阿糖胶酶结合用于棉织物精练,适用温度在55℃左右。在碱性(pH值9.5左右)条件下进行生物精练加工,具有不损伤或很少损伤纤维、节水和节能的优点。
      总之,应用生物酶精练与碱精练相比,织物的吸水性、染色深度、染色均匀性都相似,但可减少精练污水的毒性和污水量。对棉织物精练,在吸水性基本相同的情况下,生物酶精练废水的CODcr值为760mg/L,一浴法碱精练废水的CODcr值为1800mg/L,是生物酶精练的2倍多。
3.生物酶漂白
      目前常用的无氯漂白剂为双氧水,这是一种环境友好型的漂白剂。织物在经过双氧水漂白后,通常需要用大苏打等还原剂去除残留在织物上的过氧化氢,避免后续染色出现染斑和染花。将过氧化氢酶用于棉、麻织物进行漂白,不仅可以去除织物上残留的过氧化氢,还可直接染色,与传统的还原剂法相比,效率高,能增强织物的染色深度,节约用水,省去2~4次水洗,节省时间至少0.5h左右。酶对环境和人体无害,既能节能,又无环境污染,是纺织品清洁生产的重要工艺之一。
      过氧化氢酶每分钟可以分解五百万个双氧水分子,并且分解温度低,有利于节省能源。用过氧化氢酶去除过氧化氢,要掌握好处理浴的温度、pH值,酶用量和处理时间。过氧化氢酶去除残留过氧化氢的最佳工艺条件为:温度20℃,pH值6~8,用酶量4ml,处理15min。
      现在已开发出混合性酶,已在棉、麻、针织等印染企业前处理中采用。例如,用淀粉酶(或聚乙烯醇分解酶),果胶酶、纤维素酶和过氧化氢酶组合的退浆、煮练和漂白一浴一步法工艺,更缩短了前处理流程,简化了工艺,节水、节能,减少了对环境的污染。
4.生物酶丝光与水洗
      生物酶丝光是用纤维素酶对棉织物在无张力状态下进行处理的一种技术,与传统的碱丝光技术相比,其设备投资、工艺流程、能源消耗、生产成本大大下降,而且不用其他丝光助剂,没有环境污染。织物经过生物酶丝光处理后,表面竖起的纤维尖、绒毛都完全被去除,光洁度大大改善,可由处理前的5级提高到1级。生物酶丝光在溢流或气流染色机上即可进行,无需另置丝光设备,不用渗透剂及浓碱,减轻了环境污染。在酶的使用中只要掌握好pH值及使用量,织物的强力损伤可控制在最低限度,处理后的织物可获取永久性的柔软度。
    生物酶水洗是指使用各种纤维素酶全部替代浮石进行牛仔布水洗加工。这类纤维素酶有酸性纤维素酶、基因改性纤维素酶、冷水酶和中性酶等。生物酶水洗的牛仔织物和服装,不产生返沾污,不会磨损设备;使用中性酶可有效防止染料返沾污,不需使用防沾污的化学品,减轻了环境污染;经生物酶水洗的服装面料均匀,还旧感强;生物酶及其分解产物对环境无影响。
(四)电化学煮漂一浴法
     采用电化学对纯棉织物进行煮漂一浴加工,能在低温、短时间内让织物的白度高于常规加工的程度,为提供短流程的前处理加工开拓了新的前景。
      电化学煮漂工艺的前提是在常规煮漂一浴的基础上,应用电化学技术对织物进行前处理。其流程:浸渍碱氧一浴工作液→水洗→烘干。
      电化学煮漂一浴装置如图1—14所示。
      在电化学煮漂一浴中影响织物白度的因素依次主要有温度、电压、氢氧化钠的用量、过氧化氢的用量及时间等。图1—14  电化学煮漂一浴装置示意图
由此,电化学煮漂的最佳工艺条件为:
温度                      80℃
电压                      1.2V
时间                      80min
NaOH                     0.3g/L
H2O2                        3g/L
      采用电化学进行煮漂一浴加工,能将纯棉织物的吸湿渗透性提高23.5%左右,对染料的上染率比常规处理的提高5.5%左右,能量节约13.9%左右,化学品用量比常规处理也有所降低。这种工艺流程短,低温,时间短,能提高半制品质量,有利于后工序染整加工,可节能、节水,降低了环境污染。
(五)利用低温等离子体的灰化作用进行干法退浆
      前处理过程中使用大量的水作为加工介质,这是纺织品前处理产生大量污水的最根本的原因。为了解决前处理工艺水污染问题,无水或少水前处理工艺一直得到人们的关注。
      利用低温等离子体的灰化作用,可以进行干法退浆处理,而不产生废水和环境污染。若采用氧或空气(因其含有一定的氧)等离子体对PVA上浆的涤纶织物进行干法退浆,可退除95%的PVA,最后产生的废气为H2O和CO2,对环境基本无害。欧洲发达国家曾推荐采用非水介质的有机溶剂煮练,主要着眼于全氯乙烯的比热和蒸发热都小,不仅耗能少,而且可以回收利用,属于一种封闭循环、无排放的先进工艺。
      少水前处理是指一些含杂质少的纺织品采用小浴比或泡沫浴,在用水极少的条件下进行处理的工艺。
(六)超声波前处理
      近年来,采用等离子体技术或其它离子溅射技术、激光技术、超声波技术和紫外线辐射等去除织物表面的杂质有了很大进展。有关超声波在纺织品退浆、煮练、漂白、净洗等加工中的应用均有不少报道。由于每种应用要求不同,去除杂质的成分和性质不同,所以应用效果各不相同。超声波前处理实质是加速退浆、煮练、漂白、净洗等加工,缩短了加工时间,达到节约能源和水量,减少了废水排放,减轻了污水处理负担;同时,减少了电解质和化学助剂的添加量,减轻了废水因此类物质污染的程度,有利于环境保护。
      1.退浆  在纺织品上浆时,可采用超声波制浆和上浆。同理,在退浆时,应用超声波也可以加速织物上浆膜的膨化和脱离,因此,可以提高退浆效率,这对于一些难膨化的浆膜,例如对淀粉浆膜特别有意义,可带来节水和节能效果。
      2.煮练和漂白  应用超声波来加速羊毛的精练,其纤维损伤比常规方法要少。因为应用超声波后,精练液的碱性可以更弱。也有使用20kHz的超声波对棉织物进行过氧化氢漂白,发现可以加快漂白速度,可以节省漂白时间。而织物的白度反而比常规漂白法好。对亚麻纤维加工应用超声波后,白度也比常规方法的好。

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