孫紅玉,閆英山,賈榮霞,于 琦,周建強(qiáng),薛建成,呂建品
(1.山東省短流程印染新技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,山東濱州 256617;2.濱州華紡工程技術(shù)研究院有限公司,山東濱州 256617;3.華紡股份有限公司國(guó)家級(jí)企業(yè)技術(shù)中心,山東濱州 256617)
水資源問(wèn)題是當(dāng)今世界最受關(guān)注的問(wèn)題之一。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)和水資源的大力開(kāi)發(fā),水資源保護(hù)壓力越來(lái)越大。印染行業(yè)是高耗水行業(yè),每年需消耗近億噸的水資源,且產(chǎn)生的印染廢水具有可生化性差、水質(zhì)差別大、堿性大、色度大等問(wèn)題,直接排放會(huì)對(duì)人體健康和環(huán)境造成極大危害,同時(shí)造成水資源的浪費(fèi)。
在印染工業(yè)中,滌綸及其混紡織物占大部分,都需要用分散染料進(jìn)行染色。分散染料需要還原清洗,在這道工序中需要加入堿和保險(xiǎn)粉并需多次水洗。在整個(gè)印染廠廢水組成中,分散染料染色廢水的量較大,較難處理,對(duì)環(huán)境污染也較大?,F(xiàn)有廢水處理技術(shù)雖然有良好的處理效果,但是技術(shù)要求高、投資大、處理成本較高。
面對(duì)水資源短缺、印染行業(yè)耗水量大、污水排放量大等問(wèn)題,發(fā)展少水及無(wú)水染整加工技術(shù)是必然趨勢(shì)。[1]分散染料的少水染色工藝對(duì)節(jié)約水資源、保護(hù)環(huán)境有十分重要的意義。
常規(guī)的滌綸織物染色常用高溫高壓染色法,染色過(guò)程中需要加入大量助劑,染色后需要通過(guò)還原清洗提高色牢度。[2]分散染料在高溫、有壓力的濕熱狀態(tài)下進(jìn)行染色,在100 ℃以內(nèi)上染速率很慢,即使在沸騰的染浴中染色,上染速率和上染率也不高,所以必須在加壓(2.02×105Pa)、染浴溫度提升到120~130 ℃的條件下進(jìn)行染色。溫度升高,纖維分子的鏈段劇烈運(yùn)動(dòng),產(chǎn)生的瞬時(shí)孔隙越多、越大,此時(shí)染料分子的擴(kuò)散也增快,增大了染料向纖維內(nèi)部的擴(kuò)散速率,使染色速率加快,直至染料被吸盡而完成染色。[3]
少水染色工藝為滌綸或其混紡織物用分散染料染色后,在染液中再加入一定濃度的滌綸清洗劑TF-288B 進(jìn)行清洗,完成后將布樣直接烘干,布樣無(wú)水洗、皂洗等步驟。將清洗完成后的廢液再次作為染色用水,染色布樣K/S值達(dá)到現(xiàn)用工藝標(biāo)準(zhǔn),物理指標(biāo)符合甚至優(yōu)于現(xiàn)用工藝。實(shí)現(xiàn)了水資源的循環(huán)利用,節(jié)約了水資源。同時(shí)整個(gè)過(guò)程不需要加入保險(xiǎn)粉、堿等物質(zhì),降低了廢水處理的難度。鑒于印染行業(yè)是用水大戶,同時(shí)也是污水排放大戶,少水染色工藝在印染行業(yè)中的地位會(huì)更加重要。
織物:T100D/144F 半消光×T100D/144F 半消光133×70;偶氮型染料:分散紅玉S-5BL(浙江龍盛集團(tuán)股份有限公司),分散橙AF-R、分散黑C-BN、分散深藍(lán)ES-BR(蓬萊嘉信染料化工股份有限公司);蒽醌型染料:分散翠藍(lán)S-GL、分散紅FB(浙江龍盛集團(tuán)股份有限公司);助劑:高溫勻染劑SY-WS(濟(jì)南深遠(yuǎn)科技有限公司),滌綸清洗劑TF-288B(浙江傳化集團(tuán)有限公司)。
儀器:ECO-24 型全能小樣試色機(jī)、Datacolor SF 600x 型測(cè)色儀(廈門(mén)瑞比精密機(jī)械有限公司),分析天平[梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司]。
現(xiàn)用染色工藝:稱料[分散染料2%(omf),高溫勻染劑SY-WS 1%(omf)]→化料→染色(pH 5~6,全能小樣試色機(jī)升溫速率1.8 ℃/min,130 ℃保溫40 min,再以1.8 ℃/min 降溫至80 ℃)→還原清洗(純堿2 g/L,保險(xiǎn)粉2 g/L,85 ℃×5 min,降溫至80 ℃取出)→水洗→皂洗→水洗→熨干。
少水染色工藝:稱料[分散染料2%(omf),高溫勻染劑SY-WS 1%(omf)]→化料→染色(pH 5~6,全能小樣試色機(jī)升溫速率1.8 ℃/min,130 ℃保溫40 min,再以1.8 ℃/min 降溫至80 ℃)→加入滌綸清洗劑TF-288B 3%(omf)清洗(pH 4~5,升溫速率1.8 ℃/min,90 ℃保溫25 min,后降溫至80 ℃取出)→熨干→殘液(作為下一次染色用水循環(huán)使用)。
常用的分散染料為偶氮型和蒽醌型,選擇常用染料進(jìn)行少水染色實(shí)驗(yàn),測(cè)試每次循環(huán)染色布樣的K/S值,驗(yàn)證效果。
偶氮型單染料染色:分散紅玉S-5BL 2%(omf)、分散橙AF-R 2%(omf),浴比1∶20,對(duì)比現(xiàn)用染色工藝與少水染色工藝的K/S值,結(jié)果見(jiàn)表1 和圖1。由表1 和圖1 可以看出,偶氮型分散染料使用少水染色工藝進(jìn)行染色時(shí),與現(xiàn)用工藝相比,隨著循環(huán)次數(shù)的增加,整體K/S值基本一致,得色量符合應(yīng)用要求。
表1 分散紅玉S-5BL、分散橙AF-R 現(xiàn)用染色工藝與少水染色工藝布面的K/S值對(duì)比
圖1 分散紅玉S-5BL、分散橙AF-R 現(xiàn)用染色工藝與少水染色工藝布面的K/S值對(duì)比
如果推廣實(shí)行分散染料少水染色工藝,偶氮型分散染料將占分散染料的60%以上,是分散染料的主要組成部分,有必要對(duì)其拼色少水染色進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。偶氮型分散染料拼混藏青色染色:藏青色拼混分散染料[分散黑C-BN 0.6%(omf),分散紅玉S-5BL 0.2%(omf),分散深藍(lán)ES-BR 1.2%(omf)],浴比1∶20。由表2 和圖2 可以看出,偶氮型分散染料拼混藏青色進(jìn)行少水染色時(shí),多次循環(huán)染色的K/S值與現(xiàn)用工藝基本一致,得色量符合應(yīng)用要求。
表2 偶氮型拼混藏青色循環(huán)8次布面K/S值對(duì)比
圖2 偶氮型拼混藏青色循環(huán)8次布面K/S值對(duì)比
蒽醌型單染料染色:分散紅FB 2%(omf)、分散翠藍(lán)S-GL 2%(omf),浴比1∶50,對(duì)比現(xiàn)用染色工藝與少水染色工藝的K/S值,結(jié)果見(jiàn)表3 和圖3。由表3 和圖3 可以看出,蒽醌型分散紅FB、分散翠藍(lán)S-GL 進(jìn)行少水染色時(shí),K/S值比現(xiàn)用工藝略低。
表3 分散紅FB、分散翠藍(lán)S-GL 現(xiàn)用染色工藝與少水染色工藝布面的K/S值對(duì)比
圖3 分散紅FB、分散翠藍(lán)S-GL 現(xiàn)用染色工藝與少水染色工藝布面K/S值對(duì)比
由圖4 可以看出,隨著循環(huán)次數(shù)的增加,少水染色工藝殘液的色度略有增加,但循環(huán)次數(shù)較少時(shí),少水染色工藝的殘液色度明顯低于現(xiàn)用工藝。少水染色工藝的殘液進(jìn)行排放時(shí),色度的處理難度低于現(xiàn)用工藝;同時(shí),少水染色工藝中無(wú)需添加堿、保險(xiǎn)粉等物質(zhì),也降低了廢水處理的難度。
圖4 現(xiàn)用工藝與少水染色工藝循環(huán)10次殘液對(duì)比
耐皂洗色牢度根據(jù)AATCC 61—2013《家庭和商業(yè)水洗色牢度》2A 程序進(jìn)行測(cè)試。由表4~8 可知,偶氮型染料少水染色織物的變色等級(jí)與現(xiàn)用工藝基本一致,沾色等級(jí)略提升,分散紅玉S-5BL 的醋纖沾色提高1.5 級(jí)左右;隨著循環(huán)次數(shù)的增加,蒽醌型染料少水染色織物的變色等級(jí)提高0.5 級(jí)左右,醋纖、棉、尼龍沾色提高1.0 級(jí)左右。這說(shuō)明少水染色工藝相較于現(xiàn)用染色工藝,物理指標(biāo)有較明顯的提升。
表4 分散紅玉S-5BL(偶氮型)循環(huán)10次物理指標(biāo)對(duì)比
表5 分散橙AF-R(偶氮型)循環(huán)10次物理指標(biāo)對(duì)比
表6 分散拼混藏青色(偶氮型)循環(huán)10次物理指標(biāo)對(duì)比
表7 分散紅FB(蒽醌型)循環(huán)10次物理指標(biāo)對(duì)比
表8 分散翠藍(lán)S-GL(蒽醌型)循環(huán)10次物理指標(biāo)對(duì)比
少水染色工藝適用于分散染料,特別適合偶氮型分散染料。少水染色工藝流程簡(jiǎn)單、操作方便,染色中無(wú)需加堿、保險(xiǎn)粉等物質(zhì),無(wú)皂洗步驟物理指標(biāo)即可達(dá)到現(xiàn)用工藝水平,并且殘液可循環(huán)利用,勢(shì)必會(huì)成為未來(lái)印染行業(yè)的主流工藝。