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    分散染料印花的节能技术研究

    2022-05-17叶其标
    ?分散染料印花的节能技术研究

    绍兴市天基印刷材料厂 叶其标

    前言

    涤纶织物的印花染色通常采用分散染料,但由于传统工艺流程长,水、电、汽的能耗较大,同时废水、废气的排放量较多,用工多,目前传统工艺的生产成本居高不下。

    经过我们对分散染料印花的深入研究和创新, 我们认为传统的生产工艺己不符合绿色印染、生态排放的环保要求,其生产工艺流程急需转型升级改造。优化组合印花加工工艺的四大要素,能量(热能、机械能、电子能)、化学品及时间,革新工艺,缩短工艺流程,提高生产效率,节能减排,降低生产成本。

    1分散染料的应用现状

    1.1分散染料的分类

    分散染料通常按两种方法分类:

    1.1.1按化学结构分类

    分散染料的化学结构主要有偶氮类和蒽醌类两大类染料。这两类分散染料约占分散染料总量的85%(其中偶氮类分散染料占50%,双偶氮染料占10%, 蒽醌类占25%),其他苯乙烯结构、杂环类分散染料占15%

    偶氮类染料的给色量较高,升华牢度较好,但移染性和匀染性比较差。在高温条件下,比较容易被还原性物质破坏。蒽醌类分散染料色泽比较艳亮, 遮盖性和匀染性较好。在高温条件下,耐还原耐水解的稳定性相对较高,耐晒牢度也相对较好,但升华牢度比较差。

    1.1.2按升华牢度分类

    按升华牢度的高低,分散染料通常被分为三类,S(H)型(高温型)、SE型(中温型)、E型(低温型)。

    以染涤纶为例,其实用特点见表1所示:

    l染涤纶的实用特点

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    2.2分散染料的应用

    分散染料主要用于三个方面

    2.2.1用于涤纶染色

    涤纶属于聚酯纤维,由于涤纶分子中没有亲水性基团,也没有其他较强的极性基团,故聚酯纤维的吸湿性较差,疏水性大。再加上涤纶大分子线型状态好,结构紧密,结晶度高,分子间空隙小,所以分子较大的水溶性染料不能上染涤纶。由于分散染料的相对质量比较低,分子结构简单,水溶性极小,因此最适合染涤纶。

    分散染料染涤纶的主要染色方法有:

    (1)利用高温高压卷染机或溢流染色机(如喷射溢流机)在120135度高温浸染。

    (2)利用热熔连续轧染机于190210度连续热熔轧染。

    (3)沸温常压载体的染色,但由于染色载体一 般不符合环保要求,所以基本上己淘汰。

    (4)沸温吸色一焙烘发色的工艺在涤纶染浅色时也有应用。但由于焙烘发色程度难以准确控制, 所以实际应用不多。

    2.2.2用于锦纶染色

    锦纶是由己内酰胺聚合而成的,故叫聚酰胺纤维。由于锦纶分子中含有大量能生成氢键的酰胺基和氨基,其大分子又有较强的极性,因此分散染料可通过与锦纶产生氢键、范德华力、偶极力而上染。

    由于锦纶的分子结构比涤纶松驰得多,它的吸湿性和在水中的溶胀度也比较大,玻璃化温度较低,因此分散染料容易上染,只要在沸温100度的条件下染色,即可获得满意的效果。

    生产实践证明,分散染料染锦纶具有匀染性好,受pH值的影响小,拼色效果比较稳定,特别是对锦纶因聚合分子量的大小差异以及纺丝时的拉伸程度、热处理程度不同而造成的染色不均匀现象(经柳、纬档)具有良好的覆盖性等优点。分散染料染锦纶的缺点是上色饱和值低,难染深色。而且皂洗、 水洗牢度比较差,所以只能用于染浅色。

    2.2.3用于氨纶染色

    氯纶即聚氨酯纤维,全称为聚氨酯甲酸酯弹性纤维。氯纶的大分子中基本上不具有离子基和强亲水基团,只有疏水的亚甲基链和少量的芳基,虽有一 定数目的极性基团,如氨基甲酸酯基等,但多数分布在结晶性高的硬链段,再加上氨纶又有皮层结构,所以分散染料难以进入纤维结构,染色性能并不好,见表2所示。

    2普通氨纶的染色性能

    从表2中我们可以看出,中性染料、酸性媒介染料、分散染料均可上染氨纶,但相比之下还是分散染料最适合染氨纶。这是因为分散染料既可以与氯纶中的非离子极性基团通过氢键、偶极力结合,也可以通过色散力与氨纶的疏水部分相结合。但是目前染氨纶的一些分散染料,由于其分子中极性基团较少,与氨纶的软链段分子很难紧密结合,所以染深色比较差,而且湿摩牢度也不理想。因此需要选用分子结构大小适中、线性较好、分子中极性基团较多、 适合氨纶染色的分散染料。如分散橙2GL,分散黄棕H-2RFL、分散红3B、分散蓝2BLN、分散紫H-FRL等。

    分散染料染氨纶通常在pH=5640度入染,以每秒1.5度升温至120125度染色(染温过高会导致氨纶强力和回弹性下降)。染色后需要还原清洗。 若在氨纶增溶剂的存在下染色,分散染料的上染较快,始染温度可降至30度,最高染色温度控制在90 度、pH56即可。

    2.2.4分散染料存在的问题

    从聚酯纤维(涤纶)问世以来,分散染料的发展史只有60年,但它己成为世界纺织染料中产量最大的一种染料。目前我国的分散染料产量已超过了35万吨,是世界上最大的分散染料生产国,年出口分散染料己超过15万吨。

    随着聚酯纤维,特别是涤纶超细纤维的迅速发展,国内外市场对分散染料的需求将会进一步扩大。 然而必须看到国内生产的分散染料还处在不稳定的状态,特别是在染料质量和实用性上还存在着不少问题亟待解决。

    (1)低含量的粉状分散染料质量较差

    a.粒径大,而且颗粒大小不均匀,与超微细的颗粒(0.2~0.3微米)的要求差距较大(目前国产分散染料的粒径在0.5~2.0微米)。

    b.染料晶粒的形状不规则,有针状、棒状、片状、粒状、菱状和块状等。而且染料的晶型不稳定。

    c.分散染料的稳定性较差,特别是高温时的稳定性。在高温条件下不少品种的染料晶粒容易聚集。 这与染料制造时和染色时添加的分散剂、匀染剂等产品的质量有关。分散染料的热聚集会严重影响染色物的质量,如产生色点、色渍、色变、色牢度低、得色量降低等问题。

    (2)染色性能不能满足要求

    这主要表现在涤纶织物用分散染料染色后,经过高温干热处理(热定形、柔软处理、防水处理等), 其耐水洗、耐皂洗、耐摩擦、耐汗渍等染色牢度会明显下降。而且还会对相邻的其他纤维(如棉、麻、粘胶纤维)造成严重的沾污。因此染色质量往往难以满足市场要求。

    (3)染料的纯度不高

    分散染料中含有的扩散剂、元明粉、盐和重金属等杂质,会影响染色质量。有些染料对非涤纶的沾色较多、升华牢度和摩擦牢度较低、染色的污染严重,这都与染料的纯度有关。所以建议大家尽量采用高浓度的分散染料。

    3无水染色与免水洗染色

    3.1无水染色的非水介质

    3.1.1目前无水染色的工艺种类

    现行的染色生产技术主要是沿袭了传统的水相反应工艺。有关无水染色体系是基于下列的非水介质:

    (1)有剂溶剂染色(溶剂染色)

    (2)液氨

    (3)气相染色

    (4)升华

    (5)离子液体

    (6)超临界二氧化碳

    必须指出的是,无水染色体系中通常会含有一 些水份,这些水份的主要原因是纤维的回潮率所致。 表3列出了在无水染色时可能带入的水量。

    3纤维的吸湿性百分比

    从表3我们可以看到,与合成纤维相比,天然纤维带入到无水染色体系中的水含量更多。因此当天然纤维用含离子基因的染料进行无水染色时,纤维的吸湿量刚好是该染色系统中所需要的一些水。

    在过去的50多年时间里,国内外相关领域的专家和学者对无水(非水)染色的研究从未停止过, 但由于许多技术在理论和实践应用方面的相互矛盾,以及对环境所产生的污染和毒性,无水染色的经济成本等等一系列问题,致使无水染色工艺的实施受到了相对的限制和发展,目前尚未能有效的解决办法和产业化。

    综合以上6种无水染色工艺,目前最有应用价值和发展前景的应该是超临界二氧化碳染色技术。 SFD在纱线上染色加工已有正在应用的实例,但在织物上加工如何做到染色的均匀控制,这还需要染色装备的研究开发和制造,目前进行产业化推广和应用尚有难度。

    3.2免水洗染色印花的涂料印染

    涂料印染具有高效、节能、节水等优点。涂料印花是目前最适合国情的节能印花技术。在国外涂料印花与染料的应用比例为60%40%,而目前我国国内的比例仅为20%:80%,高质量的涂料染色和印花对所用化学品要求较高。2025中国智造,我国的高精细涂料染色和印花应用比例将会达到50%以上。

    (1)涂料和粘合剂的品质会直接影响到染色和印花产品的质量,以及产品的鲜艳度和色牢度。颗粒均匀、超细的涂料色浆,粒子间的光变作用和粘合剂在成膜后能形成较好的包覆效果,不但能提高涂料染色产品的耐摩和耐水牢度,而且对染色产品的手感至为重要。

    (2)涂料色浆对纤维没有亲和力,染色和印花产品的质量取决于粘合剂的用量和质量。目前我国的粘合剂通常采用丙烯酸酯类粘合剂,由于成膜后的手感较差,无法与染料的染色和印花手感相比。目前国内的相关企业正在研发的阳离子粘合剂和水性PET粘合剂,其固含量可以达到58%以上,耐水性和包覆性比丙烯酸类粘合剂更佳,目前已经开始应用于军工产品、户外用品、防水涂层和家具产品。它具有用量少,手感柔软和色彩鲜艳的特点。

    4为固含量40%的不同品种的粘合剂的染色牢度检测对照表:

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    4不同品种的粘合剂的染色牢度检测对照

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    列表中涂料色浆的用量均为5%PTF 11.5%、纯净水x、合成100%

    以上的工艺处方所印制的产品布样,已经浙江省纺织品与染化料检测中心检测,不含偶氮和24种对人体有害的化学物质。

    (3)采用专利技术配方生产的新型纳米级免水洗涂料色浆,配合水性PET粘合新材料,已经完全可以替代活性染料的印花。这不但能简化传统的活性染料印花工艺,而且可以节水90%以上,节约蒸汽65% 以上,节电39%以上。同时节省助剂的应用50%以上, 烧碱10%,盐100%。免水洗涂料印花属于少水工艺,水相反应工艺。

    4创新的分散染料节能减排印染技术

    4.1涤纶长丝面料分散免水洗染色

    涤纶织物应用分散染料免水洗轧染工艺,国内已有多位学者发表了相关的学术论文,也有企业运用平幅连续轧染工艺进行了应用试验,但至今未能产业化。针对常规涤纶织物分散染料的染色和涂料染色方法的不足,开发分散染料加固法染色技术。 该技术结合分散染料的热溶染色和涂料染色的优点,优化工艺条件,使分散染料主要通过自身的亲和力与纤维结合,而少量的浮色则由加固稳定在织物上,在保证涤纶织物色牢度(摩擦牢度、水洗牢度) 和得色率的前提下,免除还原清洗工序,达到高效生产、节能减排的目的。我们的技术团队,对该项目进行了小试、中试、放大样试验,经常州大学技术中心检测及《浙江省纺织品与染化料检测中心》进行了标准检测表明,干摩和湿摩牢度均达到了4级以上。80 度水洗、皂洗15分钟无浮色,烘干后的检测结果干摩和湿摩牢度仍在4级以上。

    采用自主知识产权的专利技术,涤纶长丝面料创新免水洗工艺处方的应用,低施液、均匀轧染,低张力烘燥、上染固色同步进行,工艺时间由常规热熔的轧染12分钟降至2分钟,凸显节能,利用免水洗新技术节水90%以上。

    4.2涤纶针织弹力布分散染料免蒸化免水洗印花

    4.2.1目前传统的印花工艺流程:

    织物前处理进入染缸处理印花焙烘150 度;2分钟蒸化固色180度;78分钟还原剥色保险粉13% →连续式水洗定型180度:2分钟。

    4.2.2节能创新的印花工艺流程:

    织物前处理平幅连续加工印花上染固色180度;2分钟定型180度;2分钟。

    我们看到创新的印花工艺流程删去了印花后的蒸化固色以及还原清洗剥色,焙烘新工艺变成了焙烘、上染、固色同步进行。

    分散染料的印花免水洗比染色免水洗难度更大,国内多家高校和研究所攻关多年未果,关键点在于:

    (1)印花糊料的去除

    (2)针织物平幅烘燥、上染、固色的易变形

    印花糊料是染料的载体,它除了要求具有良好的机印性能和印制效果以外,还要求具有较低的固含量,烘干后糊料在织物上的残余量极少,对手感不会造成太大影响,皂洗原样变化达标。

    由于针织物纤维组织结构疏松,吸浆性强,染料色浆易渗化造成花型轮廓模糊,为提高色浆的抱水性和改善织物的柔软度,在色浆中拼入部分乳化糊,阻止水分向外扩散,而且渗入到织物中后可降低纤维大分子间的摩擦阻力,使纤维易于滑动。利用专利技术研发的免水洗印花糊料在烘焙过程中容易去除,对生态环境无害。

    针织物印花免蒸化免水洗是在创新的新式烘房里完成,利用专利技术生产的烘房,快速干燥、上染、固色同步进行,防变形。整个印花工艺流程全部采用计算机智能控制,高效节能。

    4.2.3印花免水洗节水:

    针织化纤布印花取水162吨水/吨布,免水洗技术可节水90%以上。针织弹力布节水145.8吨/吨布, 免水洗节约蒸汽15吨/吨布。

    5结束语

    创新驱动助力染整企业新旧动能的转换,分散染料免水洗染色,免蒸化免水洗印花是继涂料免水洗印染基础上的创新之举,是染整行业节能减排的典型案例。大染整走出染缸是染整生产的工艺流程再造工程,改善产品质量,提高生产效率,降低生产成本,保护环境。而免水洗工艺新技术所带来的节能减排,是清洁生产和染整行业可持续发展的重大进步。

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