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简、短、省氧漂工艺的分析与应用

来源:印染在线 发布时间:2015年03月31日

内容提要:本文对传统的烧碱氧漂工艺和非烧碱的快速氧漂剂StabironBLG的简、短、省氧漂工艺进行了比较,分析了氧漂工艺中烧碱的副作用和对产品质量的影响,介绍了简、短、省氧漂工艺、助剂,进行了工艺原理和技术经济的分析。
关键词:氧化漂白;氢氧化钠;助剂;应用

棉、麻及其与化纤混纺、交织的织物、纱线的氧漂工艺一般采用烧碱、渗透剂、氧漂稳定剂、螯合剂、双氧水等多种助剂,由于助剂的品种多,漂液的pH值较高、工艺时间长、造成被漂物失重率高、纤维易受损变脆、降强较大、手感粗硬,水洗次数多、耗水耗能多,另外由于被漂物吸碱不匀又难以短时间洗净,后道工序易出现染疵,特别是混纺或交织被漂物氧漂时,烧碱会造成另一种纤维的损伤。使用烧碱漂后的残液pH值COD、BOD高,加重污水处理负担,由于印染助剂业的快速发展,研发了一种多功能快速氧漂助剂,从而开发了简、短、省的氧漂工艺。几年的生产应用证明该工艺可使漂染加工即时化生产,为一次准确化染色创造了前提条件。
一、传统的烧碱双氧水氧漂工艺:
1.烧碱双氧水氧漂工艺
渗透精炼剂,ml/l1~2
螯合剂,ml/l1~2
双氧水稳定剂,ml/l2~3
烧碱,g/l2~5
H2O2(27.5%),ml/l4~8
浴比1:6~1:10
pH值11.5~12.5
温度,℃98~100
时间,min60~80

氧漂后进行酸洗,热水洗,冷水洗,洗至中性。

2.烧碱氧漂工艺产品质量分析
⑴.烧碱在氧漂中易使纤维素纤维损伤、降强
在氧漂时使用烧碱,棉纤维吸附烧碱后,空气中的氧对纤维素能发生强烈的氧化作用,这时烧碱起着催化作用。
碱对纤维素的侵蚀,是通过一种逐步降解作用进行的,这种作用是从分子链上带有还原基的那个葡萄糖剩基开始,在第4位碳原子处的甙链发生断裂。断裂时,除了分裂出一个葡萄糖分子出来外,同时使纤维素分子的末端又产生一个新的还原基,这种降解反应能继续进行下去,使葡萄糖剩基按次序一个一个地脱离纤维素

的母体,使纤维素聚合度逐步降低。纤维受到损伤,强度降低。[1]在使用烧碱的氧漂中,漂液中自始至终


作者简介:徐顺成,(1947-)男,青岛市人,高级工程师,从事针织物染整工艺技术研究与应用。

有过量的烧碱,烧碱是一种氧漂活化剂,能使H2O2转变为HOO~过氧化氢离子,烧碱的浓度控制不精确,碱浓度过高,会使H2O2产生O2↑或HOO.过氧化氢游离基,使分解反应速度加快,氧离子从漂液中逸出,这不仅使H2O2失去漂白作用,增加H2O2的消耗,而O2渗透到织物内部,在高温碱性条件下,使纤维素发生严重降解,使纤维素受到损伤。
若是粘胶、氨纶、腈纶以及大豆纤维、竹纤维的织物纱线不适于烧碱氧漂。

⑵.氧漂中烧碱造成被漂物失重率高及手感粗硬
棉纤维在烧碱浴中由于烧碱的作用,使被漂物有较高的失重。
表1.烧碱与棉纱作用后的失重率[2]

1%NaOH处理6小时

50℃

100℃

116℃

125℃

134℃

失重率(%)

4.1

5.2

6.9

7.0

7.2


在棉纤维中油脂蜡质含量约在0.5%~1.3%,蜡状物质主要存在于纤维的表面层,棉织物的吸水性并不与蜡状物质的含量完全成正比,而与蜡状物质在纤维上的分布有关,蜡状物质主要存在于棉纤维的表层,如果棉纤维轻轻摩擦,使其表层破坏,棉纤维的吸水性比摩擦前有显著的提高,这是因为棉纤维的表面被蜡状物质覆盖而有拒水性,一旦破坏了这种连续覆盖的状态,充满蜡状物质去除与否,纤维的吸水性都会得到改善。在弱酸条件下的亚氯酸钠漂白,保存了棉纤维中的油蜡质,失重率只有3%~3.5%,经测定,其吸水性良好,而棉纤维中的油蜡物质在烧碱溶液中发生皂化反应,溶解再经水洗而去除,经过烧碱氧漂的棉织物油蜡物质含量一般比原来减少2/3左右,造成被漂物失重率高和手感粗硬。针织坯布经碱氧漂后,在北方地区春秋两季还易出现缝纫针洞。
表2.脂蜡与吸水性的关系

蜡质含量/%

0.36

0.25

0.28

0.21

0.32

0.21

0.24

0.18

毛细效应/cm.(30min)~1

11.5

3.5

3.1

7.3

12.4

12.7

12.1

14.0


⑶.氧漂后被漂物中的烧碱不易洗净
在烧碱氧漂中,烧碱与纤维生成碱纤维素,碱纤维素由分子化合物和纤维素醇的化合物组成。生成分子化合物:C6H7O2(OH)3+NaOH→C6H7O2(OH)3·NaOH生成纤维素醇的化合物:
C6H7O2(OH)3+NaOHC6H7O2(OH)2ONa+H2O
纤维素与烧碱生成的这两种不同组成的碱纤维素都容易水解。很不稳定。碱纤维称作水化纤维素,英国Mercer提出,在化学结构上虽然与原纤维素相同,但含有化学结合水,碱纤维虽然很不稳定,可以水洗后去碱,但也有一定量的碱比较牢固地与纤维素结合,即使经水洗,甚至用试剂也不能完全去除。由于碱与纤维素的这种作用,造成氧漂后水洗去碱的次数多,耗水量大。另外,在化料桶内浓碱经过喷嘴泵入染机,容易造成坯布吸收碱的浓度和数量不均匀,这是造成染花的原因之一,也是构成氧漂中使用烧碱不利的因素。

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二、简、短、省氧漂工艺的分析与应用
上世纪九十年代后期由欧洲研制一种复合型多功能固体快速氧漂剂StabironBLG,不含烧碱,在氧漂时只用快速氧漂剂和双氧水,使氧漂工艺实现了简、短、省。快速氧漂剂取代了传统工艺中的烧碱、渗透剂、稳定剂、螯合剂、精炼剂等,从根本上避免了氧漂工艺中由于烧碱而带来的一系列副作用。

1.快速氧漂剂StabironBLG的理化特性
外观:白色粒状晶体
离子型:阴离子,非离子
pH:(2~3g/l)10.2~11.0
溶解性:易溶于温水中

2.快速氧漂工艺
①.产品品种:纯棉、涤/棉、麻/棉、粘胶纤维、棉氨、天丝、莫代尔、大豆纤维、竹纤维、针织物、机织物、筒子纱、绞纱。
②.使用设备:溢流染色机、筒子纱染色机、经轴染色机、连续化氧漂机、气流染色机。
3.工艺流程
①.溢流机、筒子纱染机工艺流程

增白
快速氧漂→热洗


被漂物→进机酶脱氧染色
快速氧漂增白一浴法

②.圆筒针织物连续化氧漂工艺流程
圆筒针织布→缝筒→浸轧渗透剂、除油剂、螯合剂→进入堆置箱反应→温水洗→温水洗→浸轧快速氧漂剂StabironBLG、双氧水→汽蒸箱汽蒸→热水洗→
轧柔软剂(增白产品)
轧水→出布→染色

③.剖幅平幅纬编针织坯布、经编坯布氧漂工艺流程
剖幅平幅针织坯布、经编坯布→预定形(含氨纶的织物)→浸轧渗透剂、除油剂、螯合剂→堆置箱反应→热水洗→浸轧快速氧漂剂StabironBLG、双氧水→汽蒸箱汽蒸→
轧柔软剂(增白产品)
转鼓式热水洗经轴染色
轧水出布轧染(冷堆)
溢流染(不卷边、不用缝筒的染色机)
烘干、缝边、溢流染色机染色

4.工艺处方
⑴溢流机工艺处方
快速氧漂剂BLG:2.5~3g/l
H2O2(27.5%):4~8ml/l
浴比:1:4~1:10
温度与时间:40°C时先加入BLG,再加入双氧水,快速升温至98℃~100℃,保温45分钟即可;或110℃保温15分钟;或120℃保温10分钟;或130℃保温3分钟。水洗,降温至80℃后排液,进水70℃洗10分钟后,排液进水脱氧染色。
⑵连续汽蒸氧漂工艺处方
①.渗透除油、除矿物质
渗透剂PROTE-PONGS1%~2%(o.w.f)
除油剂PROTE-PONTDPDC0.5%~1%(o.w.f)
螯合剂PROTE-SPERSEA340N0.5~1%(o.w.f)
②.氧漂
快速氧漂剂StabironBLG:2.5~3%(o.w.f)
H2O2(27.5%):5~8%
轧余率:90%~100%

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③.汽蒸温度与时间
98~100℃,45分钟~50分钟
烧碱氧漂和快速氧漂剂氧漂两种工艺实验数据对比:

表3.18TEX纯棉单面布

Stabiron®BLG+H2O2氧漂工艺

烧碱+H2O2氧漂工艺

白度

81.7

82

毛效(cm/10分)

9

9.3

失重率(%)

2.89

5.88

强力(N)

330

300

残液pH

8~9<

0~11

水洗

漂后只需一遍热水洗,省水,省电,省时间。

漂后残留烧碱难以洗除干净,水洗次数多。

染色效果

由于氧漂能达到匀、透、净的效果,所以易匀染。

由于氧漂中吸烧碱不匀,烧碱难以洗净,易产生染色不匀。

操作

只加BLG和双氧水。操作简单,不易出差错。

由于烧碱、渗透剂、稳定剂、双氧水、助剂样数多,操作复杂,易出差错。

综合成本比较

为一次准确化染色提供了质量可靠的前提,节约水、电、汽、时间、助剂,综合氧漂成本和烧碱双氧水工艺相比要低。

氧漂由于使用烧碱,质量不稳定,失重大,易出细皱纹,染色回修量大,时间长,效率低。

氧漂工艺

StabironBLG3g/l
H2O2(27.5%):6m/l
浴比1:10,98℃,45分钟

渗透精炼剂Prote-ponGS1g/l
双氧水稳定剂StabironASL1g/l
NaOH:2.5g/lH2O2(27.5%):6m/l
浴比1:10,98℃,45分钟

注:表3数据由青岛华金染织公司染整分厂试验室提供。
5.快速氧漂工艺条件分析:
⑴氧漂时pH值的作用与控制
氧漂时,既要使织物获得白度,又不使强力明显下降,一般应精确控制漂液的pH值。
表4.漂液pH值与白度强力聚合度之间的关系。

pH值

白度

强力

聚合度

3~9

pH值增大,白度提高

9~11

白度最佳

>11

白度下降

3~10

强力较好,变化不大

>10,<3

强力明显降低

3~6

聚合度较低

从表4.看出,pH9~10,白度最佳,pH>11,白度下降,pH3~10,强力较好,变化不大,pH>10,<3织物强力明显下降,从纤维聚合度来看,只有漂液pH在6~10范围内能保持满意水平,在pH<6,>10时,棉纤维的聚合度均发生明显下降。
若用烧碱调节pH值,36°Be′NaoH用量为1ml/l,即0.3996g/l,溶液的pH值为11.9;若36°Be′NaoH用量为2ml/l,即0.799g/l,溶液的pH值为12.3。一般工艺用量NaOH的浓度都在2~3g

/l,甚至更高,所以漂液的pH值远超过11,这给氧漂带来一系列副作用,使双氧水产生无效分解,纤维受损,降强明显,而使用非烧碱的快速氧漂剂StabironBLG,工艺用量为2.5~3g/l,pH值控制在10.5~11以内,pH值非常稳定,快速氧漂剂特别适合高温速漂,既能保持织物强力,又能提高白度,重要的是充分做到了简、短、省,大大缩短漂白时间,织物漂白效果匀、透、净。
⑵温度与氧漂速度
98℃~100℃常温机氧漂时,使大量热量及H2O2分解物以汽化热形式大量散失于大气中,浪费大量蒸汽,使生产环境恶化,双氧水不能充分有效地分解。使用封闭式高温高压染机,连续高温高压汽蒸箱氧漂,H2O2的分解产物不会像开口常压设备那样容易损失,其分解速率开始随着温度升高而加快,但由于分解产物积累到一定浓度而受到抑制使分解速率趋于缓慢,因此整个氧漂过程处于H2O2分解充分而又缓慢的有效地范围内,H2O2的有效分解物既可以在氧漂过程中与被漂物增加接触时间,又因受压而向纤维芯层渗透扩散,从而达到匀、透快的效果。使用StabironBLG的氧漂剂可实现高温速漂,110℃保温15分钟,130℃只需保温3分钟即可。采用汽蒸箱氧漂若将汽蒸温度提高到110℃可缩短一半时间。
6.技术经济分析
⑴漂白质量匀、透、净
由于快速氧漂剂StabironBLG中的复合助剂有调节稳定氧漂液pH值在合理范围的功效并有渗透、螯合、乳化、净洗等功效,所以使H2O2的氧漂功效彻底,使被漂物中的色素杂质、油剂经充分氧化、乳化、净洗而去除,除杂效果透彻、白度和吸湿性均匀、漂后容易洗净,可明显提高染色的匀染性,氧漂质量重现性好,避免了烧碱氧漂工艺中因织物吸收烧碱不匀,烧碱难以洗净而造成的瑕疵,为一次准确化染色提供了良好的半制品。
⑵漂白工艺简、短、省
由于快速氧漂工艺,不使用烧碱,所以氧漂时pH值控制精确,既可以短时间常温氧漂,更适合高温高压速漂,而且
漂后废水pH值低于9,只需一遍热水就清洗干净。整个工艺比传统缩短时间30~60分钟,减少酸洗,节省水、电、汽时间的消耗,减少用工,提高了生产效率,做到了简、短、省。达到了清洁生产的要求。
⑶适宜于多种纤维、多种设备的氧漂
由于不含烧碱的氧漂工艺,所以适宜于对烧碱敏感的粘胶纤维、天丝、莫代尔、竹纤维、大豆纤维、甲壳素纤维、氨纶纤维的氧漂,适宜于溢流机、气流机、筒子纱染机、连续氧漂生产线、冷轧堆漂白等多种设备的应用。
⑷失重少、手感好、降强少
氧漂时不使用烧碱,所以被漂物失重少,手感好,失重率控制在2.8%以内,比传统工艺减少2/5到1/2,一个年加工1000吨坯布的工厂,可减少失重30多吨,社会效益巨大。单面针织布、含氨纶的针织布在氧漂时不易出现细皱纹、降强少,筒子纱漂后络纱大大减少断头率,在针织机上减少因断头出现的瑕疵,减少对织针、针筒的磨损,并减少柔软整理中柔软剂1/3~1/2的用量。
⑸简化操作清洁生产
该工艺省去了烧碱、高强腐蚀性助剂和渗透剂、稳定剂等多种助剂。大大减少了运量、搬运和贮存用地,减少称量和操作加料的烦琐,简化了操作,还避免称量加料品种多,而容易出现的操作差错,给工艺重现性、安全性创造了条件,且漂后pH值小于9,色度、COD、BOD比常规烧碱工艺低,易于污水处理,做到了清洁化生产,有“傻瓜”助剂之称。
三、结论
目前国内外染整业的发展方向是清洁生产,漂染生产工艺做到简、短、省。从上世纪末到现在国内外的多家漂染厂生产实践证明,快速氧漂工艺与其它常规工艺相比,将助剂种类减少最低限度,大大缩短工艺时间,减少纤维强力的损伤和织物失重,漂后织物手感柔软,容易洗净和匀染,产品的风格丰满,穿后耐洗,从根本上解决纱线在针织机上易出断线破洞现象,针织坯布易出缝纫针洞现象。新工艺充分实现了简、短、省,提高了产品质量,做到了清洁生产,综合成本降低,是一种非常有推广前途的先进工艺。



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