棉筒子紗活性染料零排放染色及應(yīng)用

曹錫勇，劉曉蕓，徐旺雄，陳華林，李河清

（1.浙江滬江線業(yè)有限公司，浙江金華 321000；2.浙江絲科院輕紡材料有限公司，浙江杭州 311300）

近10 年來(lái)，我國(guó)在印染節(jié)能降耗減排新工藝、新技術(shù)、新裝備以及印染廢水終端治理技術(shù)的開(kāi)發(fā)應(yīng)用上雖發(fā)展較快，進(jìn)步較大，但總體節(jié)水程度不高，深度治理和循環(huán)利用能力不夠，綜合系統(tǒng)性不強(qiáng)，一般節(jié)水工藝技術(shù)和終端治理中水回用的水平也只有30%～50%，仍不能適應(yīng)國(guó)家對(duì)改善資源環(huán)境的高標(biāo)準(zhǔn)、嚴(yán)要求[1-4]。

純棉筒子紗染色工段較長(zhǎng)，往往需要經(jīng)過(guò)多道水洗，尤其是染深色品種，甚至皂洗3次才能達(dá)到色牢度要求。這樣不但造成用水量以及廢水排放量的增加，而且增大了助劑用量，電和蒸汽成本也隨之上升。對(duì)此，公司引進(jìn)了一套生態(tài)循環(huán)染色設(shè)備以及新技術(shù)工藝。該工藝采用染色殘液循環(huán)捕捉儀捕捉每道染色或水洗工序殘液中的染料，所得清水再循環(huán)利用到相應(yīng)工段中，從而大大減少了廢水的排放，在一定程度上縮短了工藝流程，有效地減少了染色廢水對(duì)環(huán)境的污染，同時(shí)還節(jié)約了棉筒子紗染色的電能和蒸汽。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料與設(shè)備

材料：純棉筒子紗[21 支（C21s）、1.05 kg/筒]；活性深紅XD-05Y、活性橙XD-13Y、活性藏青XD-43Y、精煉劑XD-1002、固色堿XA-2202（第1 次自來(lái)水染色用）、循環(huán)堿XA-2203（復(fù)用水染色用）、皂洗劑XA-2402、固色劑XA-2505（浙江絲科院輕紡材料有限公司），活性黑7M（浙江滬江線業(yè)有限公司），冰醋酸、元明粉（工業(yè)級(jí)）。

設(shè)備：筒子紗染色機(jī)（100 kg，深圳立信染整機(jī)械有限公司），XS-170101 全自動(dòng)染色殘液循環(huán)捕捉儀（浙江絲科院輕紡材料有限公司），Y571染色摩擦牢度儀（紹興市元茂機(jī)電設(shè)備有限公司），Datacolor 電腦測(cè)色儀[德塔顏色商貿(mào)（上海）有限公司]，雷磁PHS-25型數(shù)顯pH計(jì)（上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司），DDB-303A便攜式電導(dǎo)率儀（杭州格圖科技有限公司-上海儀電物理光學(xué)儀器有限公司）。

1.2 染色工藝及配方

1.2.1 工藝流程及示意圖

傳統(tǒng)染色工藝流程：染色（浴比1∶8，室溫下以1 ℃/min 升溫至60 ℃，保溫60 min）→水洗（過(guò)1 遍水）→中和（室溫×10 min）→皂洗（98 ℃×10 min）→水洗（室溫×10 min）→皂洗（98 ℃×10 min）→溫水洗（60 ℃×10 min）→冷水洗（室溫×10 min）→固軟（50 ℃×20 min）→出紗→脫水→烘干（殘液均排放）。

零排放染色工藝流程：染色（浴比1∶8，室溫下以1 ℃/min 升溫至60 ℃，保溫60 min）→中和（80 ℃×15 min）→皂洗（80 ℃×15 min）→熱水洗（80 ℃×15 min）→溫水洗（60 ℃×15 min）→冷水洗（室溫×15 min）→固軟（50 ℃×20 min）→出紗→脫水→烘干。

零排放染色技術(shù)殘液及復(fù)用水流向示意圖如下所示：

1.2.2 染色配方

傳統(tǒng)染色和零排放染色（分別使用廠水和復(fù)用水）配方見(jiàn)表1。

表1 染色配方

1.3 測(cè)試

1.3.1 水質(zhì)特征

pH：采用數(shù)顯pH計(jì)直接插入溶液進(jìn)行測(cè)定。

元明粉質(zhì)量濃度：先對(duì)所測(cè)溶液進(jìn)行稀釋（元明粉稀釋至1 g/L內(nèi)），然后用便攜式電導(dǎo)率儀直接測(cè)定，再通過(guò)元明粉質(zhì)量濃度與電導(dǎo)率關(guān)系標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算出元明粉質(zhì)量濃度[5]。

1.3.2 筒子紗顏色特征值及色差

顏色特征值：用電腦測(cè)色儀測(cè)定K/S值、色差及其他顏色特征值（L*，a*和b*值），選擇D65光源。

色差：棉筒子紗染色后進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)，上中下層筒子紗各任意抽樣一只，以及對(duì)每只筒子紗內(nèi)中外層抽樣，用電腦測(cè)色儀測(cè)試色差（測(cè)試時(shí)比較染同色筒子紗之間的總色差）。

1.3.3 染色牢度

參照GB/T 3921—2008《紡織品色牢度試驗(yàn)?zāi)驮硐瓷味取窚y(cè)試耐皂洗色牢度。

參照GB/T 3920—2008《紡織品色牢度試驗(yàn)?zāi)湍Σ辽味取窚y(cè)試耐摩擦色牢度。

2 結(jié)果與討論

2.1 零排放染色與工廠染色工藝的對(duì)比

零排放染色技術(shù)本著“有限資源，無(wú)限循環(huán)”的理念，采用細(xì)分“原始點(diǎn)”治理和染色水全流程循環(huán)利用的全新技術(shù)模式，通過(guò)染色全過(guò)程各工序（染色、皂洗、水洗）殘液的分別深度治理，不改變加工介質(zhì)，快速、精準(zhǔn)分離和除去不需要的成分，保留所需要的成分，再分別回用到相應(yīng)的染色工序中去，循環(huán)反復(fù)高頻次利用，最大限度地節(jié)水、減排和減污，實(shí)現(xiàn)印染節(jié)能減排和清潔生產(chǎn)的重大突破。具體來(lái)看，其與傳統(tǒng)染色工藝的區(qū)別詳見(jiàn)表2。

表2 零排放染色技術(shù)與傳統(tǒng)染色工藝的對(duì)比

2.2 染色各工段殘液及復(fù)用水的水質(zhì)指標(biāo)

按照零排放染色工藝流程及其配方進(jìn)行染色，首次使用自來(lái)水，從第2 次開(kāi)始使用循環(huán)捕捉儀供水并進(jìn)行多次染色，然后監(jiān)測(cè)每次染色各工段的染色殘液以及下一次染色用復(fù)用水的水質(zhì)特征（包括元明粉質(zhì)量濃度、pH），結(jié)果分別如表3、圖1所示。

表3 染色各工段殘液及復(fù)用水的水質(zhì)指標(biāo)

由表3可知，在染同種顏色時(shí)，多次循環(huán)染色后各工段殘液以及復(fù)用水的元明粉質(zhì)量濃度以及pH基本穩(wěn)定，這保證了染色以及水洗效果的穩(wěn)定性，為后續(xù)筒子紗顏色深度、色光以及色牢度提供了保證；在循環(huán)染色過(guò)程中，更換染色顏色和改變?nèi)玖嫌昧繒r(shí)，只需改變?cè)鞣酆腿旧珘A的補(bǔ)加量，即可達(dá)到穩(wěn)定的上染率以及水洗效果，說(shuō)明采用復(fù)用水染色不受顏色的限制。另外，從表3中元明粉以及染色堿的用量來(lái)看，與傳統(tǒng)染色工藝比較，零排放染色工藝明顯降低了元明粉的用量（節(jié)約了65%左右的用量）以及染色堿的成本（循環(huán)堿價(jià)格相對(duì)固色堿便宜，節(jié)約了50%左右的成本）。

從圖1 可以看到，經(jīng)循環(huán)捕捉再生儀再生后得到的復(fù)用水均幾乎澄清，從而保證了染色以及水洗工序不影響筒子紗的色光。

圖1 染色各工段殘液及再生后復(fù)用水對(duì)比圖

2.3 多次循環(huán)染色后筒子紗的顏色特征值及色牢度

在每次染色出紗時(shí)，從染缸上中下層各隨機(jī)抽取一個(gè)筒子紗進(jìn)行質(zhì)量鑒定，主要測(cè)試其K/S值、顏色特征值、耐摩擦和耐皂洗色牢度等指標(biāo)。結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 筒子紗的顏色特征值及色牢度

從表4 可以看到，采用零排放染色工藝進(jìn)行染色和水洗，同種顏色的K/S值、顏色特征值均比較一致，肉眼較難辨別出明顯色差。由此可見(jiàn)，多次染色后筒子紗的色光及顏色深度具有重復(fù)性和穩(wěn)定性。另外，從耐摩擦色牢度和耐皂洗色牢度來(lái)看，零排放染色工藝所得筒子紗色牢度與傳統(tǒng)工藝一致，甚至優(yōu)于始終采用廠水染色的筒子紗。

2.4 多次循環(huán)染色后筒子紗色差

染色后筒子紗的色差可有效反映勻染情況，勻染性是筒子紗染色的重要指標(biāo)之一，也對(duì)染色質(zhì)量有著至關(guān)重要的影響。對(duì)生產(chǎn)中染色后筒子紗的色差進(jìn)行抽樣測(cè)定，結(jié)果如表5所示。

表5 筒子紗染色色差及等級(jí)評(píng)定

由表5 可以看出，零排放染色的同種顏色筒子紗內(nèi)中外層以及上中下層的色差均小于0.6，且通過(guò)灰色色卡評(píng)級(jí)結(jié)果均不小于4.5 級(jí)，說(shuō)明該染色方法的勻染性良好。

2.5 零排放染色技術(shù)的成本比較

選定一種染色配方（本次染色選擇染黑色），首先全染色過(guò)程均使用廠水染色和水洗，然后殘液排放；再對(duì)比零排放染色工藝，全過(guò)程采用再生復(fù)用水染色和水洗，殘液排向循環(huán)捕捉儀。生產(chǎn)中記錄相關(guān)數(shù)據(jù)以及水電汽的消耗量以對(duì)比2種染色方法中各工段中差異部分的成本，結(jié)果如表6所示。

表6 零排放染色技術(shù)節(jié)水節(jié)能等的成本比較

由表6可以看出，相比傳統(tǒng)染色工藝，零排放循環(huán)染色工藝新增了染料捕捉劑的成本以及少量增加的耗電量（循環(huán)捕捉再生儀產(chǎn)生），但不僅實(shí)現(xiàn)了染色以及各水洗工段廢水的近零排放（從節(jié)水角度來(lái)看節(jié)水率達(dá)90%以上），而且大大節(jié)約了元明粉的用量以及染色堿的成本（節(jié)約50%左右），其節(jié)約成本遠(yuǎn)大于所增加的部分。另外還節(jié)約了近40%的蒸汽，因而具有顯著的經(jīng)濟(jì)以及社會(huì)環(huán)境效益。

3 結(jié)論

（1）棉筒子紗零排放染色工藝較傳統(tǒng)染色工藝在節(jié)水節(jié)能以及節(jié)約染色助劑等方面具有較大優(yōu)勢(shì)，其中節(jié)水率達(dá)90%以上，元明粉的用量以及染色用堿劑的成本也節(jié)省了50%以上。

（2）采用循環(huán)捕捉再生儀實(shí)現(xiàn)了各工段殘液中染料的全部捕捉，所得再生復(fù)用水幾乎無(wú)色澄清，防止了復(fù)用水染色以及水洗過(guò)程對(duì)筒子紗色光以及色牢度產(chǎn)生不利的影響。

（3）棉筒子紗零排放染色工藝多次循環(huán)染色，所染筒子紗色差小，勻染性優(yōu)良，且同種顏色得色深度以及色光的穩(wěn)定性良好。耐摩擦色牢度以及耐皂洗色牢度均較好且穩(wěn)定。