染整前處理高速工藝及低溫工藝

文章出處：責任編輯：人氣：-發(fā)表時間：2017-06-10 09:13【大中小】

主持人：歡迎進入《百花苑》。

　　這期議題是染整前處理高速工藝及低溫工藝。就高低而言，是一種相對的比較現(xiàn)象，是高?是低?應符合染整工藝條件;應是一種安全可靠的工藝;工藝效果必須是節(jié)能減排、資源節(jié)約，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。

　　業(yè)內(nèi)對高速、低溫議論較多，一次中國紡織工程學會主辦的染整學術研討會期間，本人跟幾位代表交流此議題，以下將交流內(nèi)容供讀者探討。

　　代表甲：為了提高生產(chǎn)效率，我公司準備定制一臺工藝車速150m/min的布鋏絲光機，您看如何?

　　主持人：常用絲光工藝車速在60-90m/min之間，提高生產(chǎn)的工藝車速到150m/min,在符合工藝條件的前提下，不希望相應加長設備的流程，要緊的是確保絲光工藝燒堿液的透芯浸漬、纖維充分溶脹、纖維素Ⅰ最多轉(zhuǎn)化成纖維素Ⅱ，必須保證穩(wěn)定區(qū)的去堿充分;絲光后高效短流程水洗中性達標，織物尺寸穩(wěn) 定落布。

　　代表甲：怎樣確保工藝燒堿液高速透芯浸漬，溶脹的實現(xiàn)呢?

　　主持人：在傳統(tǒng)的絲光過程中，浸軋后的織物上帶堿量較低，沒有足夠的堿液向織物纖維內(nèi)部擴散，透芯時間受到車速、設備長度的制約，堿液滲透、擴散很難實現(xiàn)透芯。資料介紹，在傳統(tǒng)的絲光條件下，通過對織物的切片觀察，只有20%-30%的纖維截面因溶脹從腰子形變?yōu)閳A形。這種表面絲光的效果，使織物具有較大的潛在縮水性。

　　棉紗線或織物絲光加工的目的是使天然纖維素Ⅰ轉(zhuǎn)化為纖維素Ⅱ，從而賦予纖維素有利于染整加工的多種優(yōu)良性能。絲光程度的真正含義主要是指天然纖維(纖維素Ⅰ)轉(zhuǎn)化為纖維素Ⅱ數(shù)量的多少，數(shù)量越大，絲光程度越高，表現(xiàn)為吸收能力及反應性越好。而轉(zhuǎn)化的先決條件是NaOH水化物進入纖維素微胞進行微胞內(nèi)溶脹，使纖維變性。

　　纖維素纖維是由葡萄糖殘基通過1-4嵌鍵連接而形成的線型高分子化合物。纖維素的長分子鏈的嵌鍵可以自由轉(zhuǎn)動，再加上分子間的引力使長鏈分子容易靠近，聚集成束。長分子鏈羥基形成氫鍵，齊整緊密的排列，可以形成晶體;排列較為松弛，取向性相對較低的可形成較易溶脹的無定型區(qū)。晶區(qū)一般很小，稱為微胞 (micelle)，屬亞微型。所以，纖維素纖維是由平行于纖維軸的結(jié)晶群體和非晶區(qū)交替連貫排列所組成。水或燒堿溶液可以進入纖維素纖維的長鏈分子間，使空間變大，發(fā)生不產(chǎn)生化學性破壞的溶脹。纖維素纖維在絲光過程中;纖維的各部位均可有機會進行溶脹，但有難易、概率大小之分，更重要的還要看到客觀外界條件的影響。這和絲光的工藝條件有關，如溫度、濃度、純堿雜質(zhì)，特別是溶脹時的織物張力。

　　溶脹可分為無限溶脹和有限溶脹。絲光工藝中以燒堿為溶脹劑，一般都控制在有限溶脹范圍內(nèi)。80g/L以下的淡堿液和水一般只能進入纖維的無定形區(qū)，不能進入晶區(qū)，稱為微胞間溶脹;如果堿液能進入微胞內(nèi)使晶體溶脹，增大分子間距離直接改變微胞的晶體結(jié)構(gòu)稱為微胞內(nèi)溶脹。這種微胞內(nèi)溶脹正是絲光工藝使纖維素纖維變形所需要的。

　　NaOH水化物能否進入纖維素微胞，與NaOH水化物的直徑大小有關，直徑大小視燒堿液的濃度而定，此濃度即為NaOH分子數(shù)量與H2O分子的數(shù)量之比。能進入纖維素微胞的水化物直徑是1nm,NaOH質(zhì)量濃度為126g/L時，水化物組成為NaOH·12H2O,直徑遠大于1nm;質(zhì)量濃度在 154g/L時為NaOH·10H2O，屬于溶劑化偶極水化物類型，其直徑已可進入高側(cè)序的晶體，但直徑偏于上限;180g/L時為 NaOH·8.6H2O，直徑較NaOH·10H2O減小，因此提高了工藝的安全系數(shù)。

　　代表甲：180g/L比常用工藝濃度低多了，為什么常用工藝要用到240g/L和260g/L?

　　主持人：常規(guī)緊式絲光工藝的軋槽堿液質(zhì)量濃度視產(chǎn)品而異，有240g/L和260g/L兩種。緊式絲光工藝由于燒堿在織物上的停留時間短，因此，NaOH水化物直徑應減至0.6-0.7的范圍，利于進入微胞。問題是室溫下的高濃度燒堿液致使纖維表面的急劇膨化，使織物表面的纖維或紗線表面的纖維排列更加“緊密”，阻礙了堿液進一步向纖維內(nèi)部擴散。再者低溫的堿液黏度大，堿液更不易向織物內(nèi)部和纖維結(jié)構(gòu)內(nèi)部滲透、擴散。燒堿濃度高不等于“全絲光”，要看NaOH水化物進入微胞的量有多少。常規(guī)緊式絲光僅能達到“表面絲光”效果。

　　代表甲：高速絲光按常規(guī)工藝豈不是效果差，工藝流程應作何改革?

　　主持人：

　　(1)濕布絲光坯布經(jīng)前處理退漿、精練、漂白工藝加工濕落布，省去了烘干，縮短了工藝流程，節(jié)能，并降低生產(chǎn)成本。濕布絲光的產(chǎn)品不僅得色均勻豐滿，而且縮水率好于干絲光工藝。這是因為濕的半制品在浸漬濃堿液時，由于織物上所帶的水分使堿液表面張力減弱，同時使妨礙吸附、滲透的界面?zhèn)髻|(zhì)阻力減弱;也由于織物接觸濃堿時，織物表面的堿液濃度首先被稀釋，織物表面的纖維不是馬上被膨脹，隨著NaOH和水的交換達到均勻擴散的結(jié)果。同理，堿液被稀釋，黏度降低，擴散加速，使燒堿和水的交換充分。

　　浸軋為適合高速工藝，必須采用液下透芯高給液。

　　(2)熱堿浸漬→冷卻反應：早在1976年貝希特爾(Becbtre)就證明，絲光在較高溫度(60℃)時浸漬工藝堿液，可獲得較好的光澤，改善縮水率，對織物強力沒有影響，在特定條件下可獲得柔軟的織物手感。實踐證明，熱堿絲光工藝是可行的。這是因為由于堿液溫度的提高，堿液黏度下降，熱堿與纖維表面接觸，紗線和織物表面纖維的溶脹減緩，為燒堿分子較好的滲透到紗線和織物內(nèi)部提供了有利條件，結(jié)果是堿液在紗線內(nèi)均勻滲透、擴散，使更多的纖維得到變性。為了增加織物的可塑性和拉伸性，織物進入冷卻反應槽，隨即冷卻至室溫，以完成堿液與纖維的充分反應，使紗線內(nèi)外纖維溶脹趨于一致，確保絲光的均勻性。

　　熱堿絲光的作用時間僅為常溫絲光50s的1/3-1/2，便可達到透芯絲光的要求，從絲光鋇值及外觀光澤，皆體現(xiàn)出較好的絲光效果。

　　濕布熱堿浸漬、冷卻反應工藝的成功與否，在于織物帶堿量的正確性，也就是濃堿浸軋槽的堿濃度的自動控制功能的先進性。這正是應用高新技術裝備改造傳統(tǒng)染整加工設備的關鍵所在。

　　(3)松堆絲光緊式布鋏絲光機設有20多臺Φ570mm的繃布輥提供浸軋燒堿工藝液后的滲透，溶脹時間。為數(shù)眾多的繃布輥一旦提速，對其動平衡要求更高，對絲光機架整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定可靠性要求更高，添增更多難度。

　　濕布熱堿浸軋后堆置6-8min,松弛堆置提供織物滲透擴散，溶脹時間，可刪除所有繃布輥。

　　要取得極好的尺寸穩(wěn)定性，必須使組成織物的所有纖維都達到絲光效果。傳統(tǒng)的“表面絲光”由于織物存在較多沒有消晶的纖維，內(nèi)應力未能消除，使織物具有較大的潛在縮水性。

　　將縮水率已合格的常規(guī)緊式“表面絲光”和松堆“透芯絲光”試樣成品存放半年后復查，會發(fā)現(xiàn)常規(guī)緊式絲光成品的門幅自然回縮約25px,而松堆絲光的成品門幅則幾乎沒有變化。這是因為堆置松式絲光工藝充分實現(xiàn)了無張力制約的溶脹，氫鍵有所解離，比常規(guī)緊式絲光經(jīng)紗提高了25%的纖維素Ⅱ，緯紗提高了54%的原因。

　　(4)去堿充分

　　絲光工藝想方設法將燒堿液浸軋至纖維的無定形區(qū)而后擴散進入纖維的微胞進行改性反應。纖維在濃NaOH的作用下，產(chǎn)生了溶脹，除了纖維素分子重排以外，纖維之間，紗線之間同時導致滑移，使纖維進入塑性狀態(tài)，在有條件的外加張力的影響下，原先存在于織物內(nèi)的各種應力得以消除，織物的外形在新的張力條件下被固定下來。值得注意的是：這種外形被固定是有條件的，即在張力未消除之前(布鋏脫鋏處)，織物上殘留的堿量必須在50gNaOH/kg織物織物以下，棉纖維新的結(jié)構(gòu)和已實現(xiàn)定形的尺寸才能得以充分穩(wěn)定，新排列的各纖維素之間的新的氫鍵才會形成。

　　影響布鋏部分去堿效果的因素很多，主要有以下兩點：

　?、?去堿溫度的提高，增強了洗滌傳質(zhì)效果，亦使堿液黏度下降，真空泵的吸堿效果明顯提高。某廠生產(chǎn)一批府調(diào)(14.5TEX*14.5TEX 523根/250px*283根/250px)及高密細帆布，沖淋到織物上的堿液就是吸不下去，無法開車，當把淡堿溫度由65℃提高到75℃時，淡堿會全部吸盡。

　 ?、?保持5沖5吸的堿濃度梯度，梯度越大，即5沖5吸的堿濃度差異越大，去堿效果越好。如最后一道沖淋淡堿濃度為45g/L,出布鋏后布面帶液量120%，則織物上殘堿量在54g/L左右，織物出布鋏后緯向收縮不可避免。這種由于帶堿出布鋏后緯向的收縮，直接影響到絲光落布幅寬。由于絲光落布幅寬達不到要求，經(jīng)染色以后，幅度更小。而后序整理拉幅機即使拉到幅寬，在堆放過程中，也會明顯回縮。

　　代表丙：5沖5吸去堿導致“弓緯”嚴重，尤其對于緯彈的棉氨布，幅寬3050px烘干落布凹緯225px,整緯困難，故防止“弓緯”改成5沖1吸，脫鋏前殘留堿量遠不止50g/kg.

　　主持人：布鋏夾持織物進給沖水，吸水，形成“弓緯”與吸水真空度有關，當吸力不變隨工藝車速提高凹緯更嚴重，150m/min工藝車速的絲光機必須解決此弊端，去堿充分，凹緯最低，且適合不同織物品種的加工。

　　常規(guī)布鋏絲光機去堿真空吸水泵皆設計成工頻(50Hz),此乃形成“弓緯”的主因。真空泵交流變頻調(diào)速，根據(jù)不同制品在線調(diào)節(jié)控制凹緯的發(fā)生。工藝調(diào)試結(jié)果在工藝車速60m/min時，YF1098-180型高效布鋏松堆絲光機采用“三沖三吸”，調(diào)頻至19Hz去堿充分，棉氨凹緯從225px降到50px;純棉卡其織物調(diào)頻至40-42Hz，看不出“凹緯”現(xiàn)象。因泵類輸出功耗與轉(zhuǎn)速的立方成正比，棉氨彈力布從50Hz降至19Hz，功耗降至15%，棉卡其布功耗降至59%，節(jié)電且改善工藝品質(zhì)。

　?、?水洗時效，當水洗時間固定，水洗效果與工藝車速成正比，高速水洗有利于水洗傳質(zhì)。提高工藝車速維持水洗時間不變，只有增加水洗單元的組合數(shù)量，也就是加長聯(lián)合機的長度，這不是我們希望的對策。采用新液流高效水洗結(jié)合以下相關專利技術：

　　a. 高溫逆流水洗，水洗槽分隔成小槽全幅上下“蛇形”逆流，提高傳質(zhì)濃度梯度，擴散系數(shù)。

　　b. 平洗槽內(nèi)設置“多功能導布輥”，提供洗滌用水熱量，對織物強力噴射去雜，攪拌洗滌水，縮短傳質(zhì)路徑。

　　c. 水洗區(qū)不適當?shù)膹埩Γ菇z光定形建立的新氫鍵，有可能拆散，給織物加大了可塑性，張力致使織物經(jīng)向拉長，緯向收縮，這對成品的縮水率頗有影響，尺寸穩(wěn)定性差。水洗機可采用無附加張力的水洗槽單元進行組合設計成高效水洗機。

　?、?煮布去堿一般絲光烘燥落布測得PH值是中性，然而在后續(xù)染色過程會發(fā)現(xiàn)有堿劑從織物中游離出來，提高了PH值影響工藝。亦有將中性落布破碎后水煮測得較高PH值。

　　在絲光后水洗，尤其是150m/min的高速絲光后水洗，更需要一臺松堆煮布去堿單元機，絲光后織物經(jīng)高溫水煮幾分鐘有益去堿。

　　代表乙：低溫工藝比高溫節(jié)能，但生產(chǎn)中為了節(jié)省成本采用了一些低溫工藝結(jié)果不理想，您對此看法如何?

　　主持人：冷軋堆工藝是典型的以時間換取節(jié)能的典型工藝，國外對棉針織物采用冷軋堆前處理及冷軋堆染色的節(jié)水報道，見表1加工1T布的對比。

　　由表1對比可知道用水冷軋堆是溢流機的1/4，節(jié)水就是節(jié)省熱能，冷軋堆工藝雖好，還需一些技術的優(yōu)化。

　　(1) 前處理冷軋堆采用堿氧工藝，不利于PVA漿料的退漿，可改用“卜公茶皂素”，替代堿氧。

　　(2) PVA在水中將發(fā)生溶脹，80℃以上溶解，10%全醇化PVA溶液冷卻后即凝結(jié)成凍狀，因此，冷軋堆后的熱水洗滌，蒸箱輕漂是很必要的。

　　(3) 冷軋堆工藝前處理和染色皆有卷裝工藝，退卷后“縫頭痕”色疵嚴重，這是卷裝時張力所致，有待改進。