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    棉针织物节能减排工艺探讨及应用性能分析

    2022-01-24 李涛 傅向东
    ?棉针织物节能减排工艺探讨及应用性能分析

    广州旭美纺织化学研究有限公司 李涛 傅向东

    摘要:印染行业是耗能、用水和污染排放大户,前处理和染色更是整个染整加工过程中耗能最多、废水排放量最大的两个工序,节能、节水、减排已刻不容缓,开发前处理和染色节能减排型助剂是国内外研究的一个热点,本文以烷基多耱苷、异构C13醇聚氧乙烯醚羧馥盐AEC240.仲烧基磺酸钠SAS60、脂肪酸醇醚改性乙氧基化物DM- FRA60.螯合分散剂45PS等研制出环保高效多功能精练剂ARA-I.对其性能和应用进行了大量的验证实验,证明AEA-1是一种高效、高耐碱性、实用性强的多功能精练剂,尤其适用于短流程棉织物碱氧一浴法练漂工艺、及低温冷堆工艺。

    关键词:棉针织物;绿色环保;低温低碳;节能减排;可持续发展前言

    我国是世界纺织印染大国,但我国纺织印染业目前大多数采用传统高耗能、高污染的前处理加工工艺,随着石油、煤等不可再生资源日趋紧张和短缺,印染行业加工业在能源上的成本消耗远远高于助剂成本消耗。因此,高效节能短流程的设备和助剂等染整工艺和技术的创新,开发低温精练剂顺应节能减排和可持续发展的要求,为越来越多的染整工作者认可,在纺织印染行业中扮演这越来越重要的角色,随着全球范围对环境保护越来越高的呼声,各行各业对高效的要求、管理、限制也越来越严,绿色纺织品及生态染整加工、节能减排工艺已成为纺织业可持续发展的重要基础。为此,本文研制出了高效高效精练剂ARA-I,集精练渗透、乳化分散、双氧水稳定、生物降解于一体,特别适用于棉织物的退煮漂一步法及低温冷堆工艺,本文以高效多功能精练剂ARA-I的开发、应用性能及其在棉织物碱氧化一浴法、低温冷堆工艺中的应用性能实验工艺进行研究与探讨。

    1实验

    1.1材料及设备

    1.1.1材料

    织物 标准圆帆布片R=4cm(上海染化研究所)、 59/59纯棉织物、梭织布(133*70);棉针织32S坯布

    试剂原料 脂肪酸醇醚改性乙氧基化物DM- FRA60:烷基多糖苷APG (1214),上海发凯;仲烷基磺酸钠SAS60,(昂高);螯合分散剂45PF,精练渗透剂PRA-IAEC240,(广州旭美纺化研究院):MAG(上海科凯);H202 (50%) (CP.) NaOH (cp.)(天津科盟公司)、 ONECWA(亨斯迈)、CT343(德美瓦克)、竞品1#

    1.1.2设备

    WSB-3A数显白度仪(温州大荣纺织仪器有限公司);YB-571B型摩擦牢度仪(温州大荣纺织仪器有限公司);SW-12A型耐洗色牢度试验机(温州方圆标准仪器厂);分析天平(千分之一)(上海精科标准仪器厂):101-2型电热鼓风恒温干燥箱(天津泰斯特标准仪器厂);YG031D顶破强力机(温州方圆标准仪器厂){YG(B)毛细效应测定仪(温州大荣纺织仪器)

    1.2实验原理

    1.2.1精练剂中表面活性荆的润湿和渗透原理根据湿润基本方程式一扬氏方程式

    (1)表明:IA越小,cosθ越大,湿润性越好,随着表面活性剂的加入,对液体在织物上湿润有利。 另外,由于织物含有大量的毛细管,所以液体进入毛细管后,具有毛细管效应受到一定压力(p)如式(2)表示:

    (2)R--毛细管半径,θ一接触角,cosθ只有当00<θ<900液体才能湿润毛细管,润随角度增加而变差;当θ>900时,则因润湿张力小而基本不润湿:当出θ=1800时表示完全不润湿。当液体中加入表面活性剂时,SA降低,△p值相应提高,故△p =0时,与 R值成正比,因此保持不变,只要降低就能提高,从而促进液体对毛细管的润湿。表面活性剂的添加即可实现以上步骤,这就是精练剂中表面活性剂湿润的作用。

    1.2.2高效高效精练剂ARA-I的研制

    先将聚合物45PF按一定配比投入反应釜中,加入水,常温搅拌让其充分溶解;然后加入SAS60 FRA60.AESAPG1214AEC240、继续搅拌均匀;最后加入、CT343功能性助溶剂等,搅拌均匀,出料,即得成品。

    1.2.3测试方法

    1.2.3.1耐碱性

    lg精练剂溶于100ml水中,加入NaOH,观察24h有无漂油或分层现象。

    1.2.3.2渗透性(标准圆帆布沉降法)

    lg精练剂加入200ml碱液中,搅拌、溶解均匀,静置30分钟,观察、记录溶液状态;水平投入标准圆帆布片,开始计时,待帆片下开始沉降时,停止计时,记录所用时间(s)

    1.2.3.3毛细管效应悬挂法国标ZBW04019

    将处理后的布样裁剪成经向16cm,纬向2.5cm 左右的布条,垂直固定,置于洁净的水中,标记水平线,30分钟后取出,标记液体上升的高度,一般以最低点为准,以cm表示。

    1.2.3.4白度测试方法/GB8425

    WS-SDd/o色度/白度计上测量,白度用ISO 视量白度R,每块试样在不同部位保持经纬方向一致的情况下,测定4次白度,以其平均值表示试样白度。

    1.2.3.5起泡性将lg精练剂加入200ml试管中,再加50g水,上下猛烈摇动20次,停止,记录泡沫高度;静置5min,再次记录泡沫高度。同样的方法测定精练剂在50g/ L的碱液的泡沫高度。

    1.2.3.6乳化性

    移取40mll%试样液于具塞量筒中,再移取40ml 植物油于同一量筒中,用手按紧量筒塞,上下猛烈振动10次,静置1分钟,再振动10次,静置1分钟,如此重复3次,最后一次静置时启动秒表计时,至水相分出10ml时,停止计时,记录所用时间(s)

    2结果讨论

    2.1原料的选用

    2 .1.1脂肪酸醇醚改性己氧基化物DM-FRA60

    该原料是一种绿色高效非离子表面活性剂,具有优良的洗涤、乳化、分散、润湿、增溶、对油污有较强的净洗效果,尤其是适用于氨纶织物的除油,能有提高除油、除蜡精练效果,兼容配伍性能优异,有效提升织物的白度和毛效。

    2.1.2 APG(C烷基多糖苷)12 -14

    APG是一种性能较全面的新型非离子表面活性剂,具有良好的水合特性、无浊点、易稀释、无凝胶现象,湿润力、去污力、配伍性强,可与任何类型表面活性剂复配,协同效应明显。耐强碱、耐强酸、耐硬水性强。无毒、无刺激,生物降解迅速彻底,是研制高效型产品的理想原料。

    2.1.3 AEC240(异构C13醇聚氧乙烯醚数酸盐)

    AEC240是新型绿色表面活性剂,该产品兼备阴/ 非离子特性,具有优异的去污性,乳化性,分散性,润湿性,渗透性,耐硬水、耐强碱、耐高温、耐电解质、对次氯酸钠和过氧化氢稳定;无毒,无刺激,并且有优良的生物降解性能,降解度高达98%;为国内外公认的新型绿色表面活性剂,可作为精练渗透剂、冷堆精练剂、低温精练剂的主要原料,具有以下的特点:

    l、嵌入的EO链使其兼备阴、非离子表面活性剂的特点。

    2、良好的去污性、润湿性、乳化性、分散性和钙皂分散力。 .

    3、耐硬水、耐酸碱、耐高温、对次氯酸和双氧水稳定。

    4、易生物降解,OECD验证试验的降解率为98%

    5、低毒,安全高效,LD50值为30004000mg/kg

    2.1.4 SAS60(仲烷基磺酸钠)

    SAS60是种优良的阴离子表面活性剂,具有优越的渗透、乳化、脱脂、净洗和润湿能力、耐高温、耐强氧化剂。

    2.1.5 45PS(聚丙烯酸钠螯合分散剂)

    45PS能与水中的金属离子结合成易溶物质,软化水质,使表面活性剂的作用得以充分发挥,聚丙烯酸聚合体作为螯合分散剂,高效、高效、具有双氧水稳定作用,还可以提高织物白度,质量分数2”5%

    2.1.6其他助剂

    为使配置的精练剂达到最佳使用效果,需要选用消泡剂、螯合剂、助溶剂和防腐剂等,它们都达到绿色要求,质量分数O.l%23%35%002%

    2.2产品性能

    2.2.1产品性能指标

    1高效多功能精炼剂ARA-I的性能指标

    3.2.2耐碱渗透性

    2高效多功能精练剂ARA-I的耐碱渗透性

    2.2.3泡沫

    3高效多功精练剂ARA-I的起泡性

    由表3的数据可知,高效多功能精练剂ARA-I的泡沫属于中等偏低,具备一定的消泡能力,在50g/L 的碱液的泡沫较低。

    3高效多功能精练剂ARA-I的应用

    3.1精练工艺(碱氧化一浴法)

    织物:59/59 315/173纯棉织机织物

    工作液:精练剂5g/L: NaOH 70g/L: H0(50%) 24g/L;稳定剂lOg/L

    3.2应用性能测试

    4为在NaOH 70g/L; H0(50%)24g/L:稳定剂工艺

    lOg/L的工作液配方中,分别加入3g/L5g/L7g/L 高效精练剂ARA-I试验后测定毛效及白度。

    4精练剂对织物煮炼后毛效的影响

    3.3与同类产品对比

    目前国内外市场上精练剂的品种很多,取部分高效的精练剂与本司研制的ARA-I进行性能对比阻及煮练效果对比,相关数据见表5、表6

    3.3.1性能对比

    精练剂性能比较。

    5国内外不同精练剂应用性能对比数据

    (乳化渗透泡沫性能)

    3.3.2精练效果应用对比

    NaOH 70g/L; H0(50%) 24g/L;稳定剂,3g/L 的工作液配方中,分别加入5g/L不同的精练剂,试验后测定毛效及白度。

    6国内外不同精练剂应用性能对比数据

    (毛效、白度、退浆应用性能)

    ?

    3.3.3高效多功精练剂在前处理冷堆工艺上的应用

    7前处理国内外冷堆多功能精练剂应用性能

    对比实验数据

    3.3.4高效多功精练剂在精练工艺上双氧水稳定性(分解率)测定

    配制工作液,以O.lmol/L的高锰酸钾为标液,6N 当量硫酸,滴定不同时间段,不同温度下双氧水分解速率。按以下配方配制工作液。

    工作液处方:

    烧碱: ??????????????????????????????2g/L

    精炼剂ARA-I: ????????????????????????3g/L

    H202( 50%)?????????????????????????8g/L

    8测试精炼剂在60分钟内双氧水的分解情况

    3.3.5高效多功精练剂在低温精练工艺中的应用

    A、棉针织传统精炼工艺

    配方:

    渗透剂???????????????????????? ?23g/L

    螯合分散剂DM-45PS ?????????????2g/L

    双氧水稳定 ?????????????????????3g/L

    NaOH ?????????????????????????????2g/L

    H202( 50%) ????????????????????????5g/L

    温度: ?????????????????????????????98×60min

    浴比: ?????????????????????????????110

    B、棉针织低温精炼工艺

    配方:

    低温精炼剂ARA-1 ??????????????????2g/L

    NaOH ??????????????????????????????2g/L

    H202(50%) ?????????????????????????5g/L

    温度: ??????????????????????????????80×45min

    浴比: ??????????????????????????????110

    取经过以上两种前工艺处理的织物充分水洗烘干,比较如下:

    9不同精练工艺织物应用性能比较

    ?

    10低温精练工艺与传统工艺应用性能对比

    根据染整厂实际生产对比,得出传统工艺与低温工艺在能源消耗和产品性能方面如下结论:(以一吨棉针织拉架平纹坯布为例)

    传统工艺共需助剂成本518元,耗时6.5小时,耗水40吨,耗电58千瓦时,处理后织物白度达84.3,毛效有15.6cm/15min:

    而低温练漂工艺助剂成本仅需284元,低温练漂工艺比传统高温工艺节约成本大概4050%,低温工艺耗时仅需4小时,耗水仅需15吨,耗电36千瓦时,助剂直接成本节省了100元,时间上节省了2.5小时,节电上省了22千瓦时,节水上面节省了25吨水,而白度可达83.1,毛效有15.Ocm/18min,符合棉织物染色标准。在低温温和的处理环境中,使处理后的织物纤维损伤小、失重小、大大缩减了蜡印产品前后工序的加工流程。随着纤维中果胶质被分解和去除,纤维空隙增大,使织物获得蓬松、柔软的手感。当加工对白度有要求的织物时,加入双氧水漂白工序后,白度可达到传统工艺水平,失重率较传统工艺也有很大优势。综上表所述,以烷基多糖苷、异构醇聚氧乙烯醚羧酸盐、仲烷基磺酸钠、螯合分散剂等研制高效、 高耐碱性、实用性强新型前处理多功能高效精练剂ARA-I,适用于棉、涤/棉、纱线及织物等的前处理退煮漂一浴法工艺,降温练漂温度,适合在冷堆工艺或连续性或间歇式低温练漂工艺,简化了原有工艺,提高了生产效率,大大缩减了蒸汽的用量,节约了人力以及水、电的使用成本,改善了前处理车间高湿高热的生产环境,是对传统工艺的重大革新。

    4结论

    (1)高效多功能精练剂ARA-I为高效绿色环保产品,生物降解性良好。

    (2)高效多功能精练剂ARA-I兼容稳定性好, 复配后溶液稳定性高。

    (3)高效多功能精练剂ARA-I渗透性优良,起泡小,并具有一定的乳化分散力,特别适用于纯棉粗厚高支高密织物的前处理,可缩短工艺流程,提高半成品质量,节约资源。

    (4)高效多功能精练剂ARA-I对金属离子螯合力强,特别是对Ca2+Fe3+具有很好的螯合作用,且对双氧水稳定性良好,有效控制双氧水平稳定的分解。

    (5)针织物经低温精练工艺处理后,失重率低, 强力损失小,低温工艺成本低,节能减排,有很好的市场前景,值得染整前处理车间推广应用。

    (6)旭美纺化研究院开发的脂肪酸醇醚改性乙氧基化物DM-FRA60、醇醚羧酸盐AEC240均为绿色环保表面活性剂,生物降解性高,FRA60可用于氨纶除油剂的精练除油原料,具有优异的乳化、分散性和除油效果,能提高织的精练白度和毛效,AEC240为新型绿色环保的兼顾阴/非离子的表面活性剂,有优异的去污性,乳化性,分散性,润湿性,渗透性、耐强碱、对次氯酸钠和过氧化氢稳定;并且有优良的生物降解性能,降解度高达98%;为国内外公认的新型绿色表面活性剂,可作为精练渗透剂、冷堆精练剂、低温精练剂的环保型主要原料之一。

    (7)低温冷堆工艺练漂后毛效高且均匀有利于染色后加工工序,白度好,棉籽壳去除干净,无破洞产生,低温处理环境对车间生产环境有一定改善,符合国家十三五规划倡导的创新驱动绿色生态文明, 是前处理助剂和纺织化学品可持续发展的必然趋势。

    参考文献:

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