孫紅玉,閆英山,賈榮霞,于 琦,周建強,薛建成,呂建品
(1.山東省短流程印染新技術重點實驗室,山東濱州 256617;2.濱州華紡工程技術研究院有限公司,山東濱州 256617;3.華紡股份有限公司國家級企業(yè)技術中心,山東濱州 256617)
水資源問題是當今世界最受關注的問題之一。隨著我國經濟的快速增長和水資源的大力開發(fā),水資源保護壓力越來越大。印染行業(yè)是高耗水行業(yè),每年需消耗近億噸的水資源,且產生的印染廢水具有可生化性差、水質差別大、堿性大、色度大等問題,直接排放會對人體健康和環(huán)境造成極大危害,同時造成水資源的浪費。
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粉并需多次水洗。在整個印染廠廢水組成中,分散染料染色廢水的量較大,較難處理,對環(huán)境污染也較大。現有廢水處理技術雖然有良好的處理效果,但是技術要求高、投資大、處理成本較高。
面對水資源短缺、印染行業(yè)耗水量大、污水排放量大等問題,發(fā)展少水及無水染整加工技術是必然趨勢。[1]分散染料的少水染色工藝對節(jié)約水資源、保護環(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,染色過程中需要加入大量助劑,染色后需要通過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)下進行染色,在100 ℃以內上染速率很慢,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 ℃的條件下進行染色。溫度升高,纖維分子的鏈段劇烈運動,產生的瞬時孔隙越多、越大,此時染料分子的擴散也增快,增大了染料向纖維內部的擴散速率,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 進行清洗,完成后將布樣直接烘干,布樣無水洗、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值達到現用工藝標準,物理指標符合甚至優(yōu)于現用工藝。實現了水資源的循環(huán)利用,節(jié)約了水資源。同時整個過程不需要加入保險粉、堿等物質,降低了廢水處理的難度。鑒于印染行業(yè)是用水大戶,同時也是污水排放大戶,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(浙江龍盛集團股份有限公司),分散橙AF-R、分散黑C-BN、分散深藍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S-GL、分散紅FB(浙江龍盛集團股份有限公司);助劑:高溫勻染劑SY-WS(濟南深遠科技有限公司),滌綸清洗劑TF-288B(浙江傳化集團有限公司)。
儀器:ECO-24 型全能小樣試色機、Datacolor SF 600x 型測色儀(廈門瑞比精密機械有限公司),分析天平[梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司]。
現用染色工藝: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,選擇常用染料進行少水染色實驗,測試每次循環(huán)染色布樣的K/S值,驗證效果。
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,對比現用染色工藝與少水染色工藝的K/S值,結果見表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行染色時,與現用工藝相比,隨著循環(huán)次數的增加,整體K/S值基本一致,得色量符合應用要求。
表1 分散紅玉S-5BL、分散橙AF-R 現用染色工藝與少水染色工藝布面的K/S值對比
圖1 分散紅玉S-5BL、分散橙AF-R 現用染色工藝與少水染色工藝布面的K/S值對比
如果推廣實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,有必要對其拼色少水染色進行實驗。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行少水染色時,多次循環(huán)染色的K/S值與現用工藝基本一致,得色量符合應用要求。
表2 偶氮型拼混藏青色循環(huán)8次布面K/S值對比
圖2 偶氮型拼混藏青色循環(huán)8次布面K/S值對比
蒽醌型單染料染色:分散紅FB 2%(omf)、分散翠藍S-GL 2%(omf),浴比1∶50,對比現用染色工藝與少水染色工藝的K/S值,結果見表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S-GL 進行少水染色時,K/S值比現用工藝略低。
表3 分散紅FB、分散翠藍S-GL 現用染色工藝與少水染色工藝布面的K/S值對比
圖3 分散紅FB、分散翠藍S-GL 現用染色工藝與少水染色工藝布面K/S值對比
由圖4 可以看出,隨著循環(huán)次數的增加,少水染色工藝殘液的色度略有增加,但循環(huán)次數較少時,少水染色工藝的殘液色度明顯低于現用工藝。少水染色工藝的殘液進行排放時,色度的處理難度低于現用工藝;同時,少水染色工藝中無需添加堿、保險粉等物質,也降低了廢水處理的難度。
圖4 現用工藝與少水染色工藝循環(huán)10次殘液對比
耐皂洗色牢度根據AATCC 61—2013《家庭和商業(yè)水洗色牢度》2A 程序進行測試。由表4~8 可知,偶氮型染料少水染色織物的變色等級與現用工藝基本一致,沾色等級略提升,分散紅玉S-5BL 的醋纖沾色提高1.5 級左右;隨著循環(huán)次數的增加,蒽醌型染料少水染色織物的變色等級提高0.5 級左右,醋纖、棉、尼龍沾色提高1.0 級左右。這說明少水染色工藝相較于現用染色工藝,物理指標有較明顯的提升。
表4 分散紅玉S-5BL(偶氮型)循環(huán)10次物理指標對比
表5 分散橙AF-R(偶氮型)循環(huán)10次物理指標對比
表6 分散拼混藏青色(偶氮型)循環(huán)10次物理指標對比
表7 分散紅FB(蒽醌型)循環(huán)10次物理指標對比
表8 分散翠藍S-GL(蒽醌型)循環(huán)10次物理指標對比
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單、操作方便,染色中無需加堿、保險粉等物質,無皂洗步驟物理指標即可達到現用工藝水平,并且殘液可循環(huán)利用,勢必會成為未來印染行業(yè)的主流工藝。