可持續發展的棉織物染整加工技術

王濟永

全球工業化的高速發展帶來了人類社會文明進步和生活水平的提高,但也同時在不斷地消耗有限的自然資源和污染著自然環境。這種后果將導致自然資源日趨枯竭,自然環境日益惡化,威脅著人類和自然界其他生命的生存。為此,人們在工業生產中不斷尋求各種方式,最大限度地控制不可再生資源的消耗,減少生產過程的廢棄物排放。節能減排將成為今后生產和技術發展的主要目標,也是每個行業可持續發展的必然。

據有關資料,近幾年世界纖維加工量每年在 7 100 萬 ～ 7 300 萬t左右,其中,棉纖維加工量每年在 2 500 萬 ～ 2 600 萬t左右,約占全部纖維加工量的 35%。而我國用棉量每年大約在 1 100 萬t左右,約占世界用棉量的 40%,主要用于服裝及家紡產品。因此,無論世界,還是我國對于棉織物的染整加工現狀及今后的可持續發展問題一直高度關注。

近年來,我國染整行業發展很快,產能增加,品種繁多,質量提高。據中國印染行業協會統計報告,即使受世界金融危機的影響,2008年規模以上印染企業印染布產量仍然達到 494 億m,其中純棉及棉混紡印染布占到 60% 以上。棉印染布不僅對在制品坯布質量要求高,染色工藝技術也要求精粹,設備狀態要求良好,現場管理要求嚴格。因此提高印染布的質量和增加品種是染色工序的重要課題。同時棉印染布相對也是高耗能、高污染產品。

保持印染行業可持續性發展就必須首先研究棉織物可持續性的染整加工技術(工藝技術和設備技術),在確保質量的前提下,選擇降低能源消耗、減少環境污染的加工技術。而這些技術和設備必須符合:能最小限度地消耗不可再生的資源;加工技術對環境影響最小;廢棄物最少、經處理對環境友好;符合循環經濟回收再利用的原則。經過各國印染、印染機械、染料、助劑及相關行業工程技術人員的努力,目前行業同仁認可的已有涉及方法、染料、助劑及設備 等 28 項不同的工藝技術和設備可以降低 50% 的水、化學品和能耗,具有可持續性。

一、可持續發展的棉織物染整工藝技術

1.生物酶技術

生物酶是一種生物催化劑,能加快化學反應速度,具有高效、專一和反應條件溫和的特征;可取代強酸、強堿等化學品;操作安全,易控制;它的化學本質是蛋白質,因而無毒,可生物降解,對環境友好。

生物酶技術目前主要用于棉織物退漿、精練和過氧化氫漂白的前處理中,去除棉纖維上的天然雜質和紡織加工中的附加雜質;其次用于棉織物后整理,對織物纖維進行表面處理(表 1)。

棉及其混紡織物采用生物酶處理技術可以大大提高退漿率,提高前處理織物品質,與傳統的堿處理工藝相比,可節約大量助劑,減少能耗、水耗,據測算可使前處理成本降低 20% 左右。同時,污水排放量比堿處理明顯減少,且污水中BOD/COD比值也只有堿退漿的 1/10 左右。生物酶前處理技術大大提高了污水的可生化性,降低了污水處理難度,做到污水穩定達標排放。

生物酶技術在棉織物染整加工中的應用發展很快,應用范圍也不斷擴大,很多工藝已經非常成熟,例如:酶退漿工藝,牛仔布酶洗返舊整理,過氧化氫酶去除雙氧水等。現在又在精練、漂白、染色后去浮色等領域快速發展。

酶的品種雖多,目前用于染整技術的品種還是有限的,加工成本也有些偏高,某些酶的使用條件(溫度、pH值等)也比較窄,以及棉纖維上雜質的多樣性、復雜性等原因,在許多方面應用還不夠成熟,還需要做大量的工作,這些工作需要染整與生物化學技術人員通力合作。

2.冷染技術

為解決棉織物前處理流程長、處理條件劇烈、能耗高、排污量大、工作環境差的問題,印染技術人員經過長期摸索發明了冷軋堆加工技術。由于冷軋堆加工技術具有投資成本低,能耗、水耗少,柔性生產率高等眾多優點,目前在棉織物染整加工中廣泛應用于前處理、染色、印花及后整理。據報道,歐洲活性染料染色有 1/3 是采用冷軋堆染色工藝技術加工。近年我國能源成本增加以及染料品質改進、新品種面市,印染廠采用冷軋堆染色工藝技術也越來越普遍(圖 1)。

冷軋堆染色工藝技術和設備具有節能、高固色率、污水排放量小等特點。其主要特點是:① 染液中同時有一定比例的染料和堿劑,在室溫條件下經過長時間的堆置,使染料在布面上吸附、擴散和固著 3 個階段同時緩慢進行作用,可以提高染料固色率達 90% 以上,因此可以節約染料約 10% ～ 20%;② 和連續染色的軋、烘、軋、蒸工藝技術相比,可節省水、電、汽等資源達 20% ～ 60%;③ 染液中電解質用量少,染料利用率高,排污量小,環境污染少;④ 由于作用時間長,染料對織物的纖維滲透優良,可大大改善染色織物纖維的“環染”現象,特別是燈芯絨織物可以改善露底現象;⑤ 冷軋堆染色工藝技術適應面廣,可廣泛適用于各種厚、薄型棉織物,也可用于毛巾或針織物等的染色。雖然冷軋堆工藝技術對使用者需要具有一定的管理和技術水平。但短短幾年時間很多印染廠應用活性染料冷軋堆染色工藝技術已取得了很好的經驗。

活性染料的特點是染浴中鹽量越高固著率越高,浴比越大固著率越低。冷軋堆染色工藝是各種工藝中浴比最小的,因此有利于高比例固著。最適用于此工藝的是乙烯砜型活性染料。

冷軋堆染色法有長時間堆放法(一浴軋堆法)和短時間堆放法(簡稱KKV法),以短時間堆放法應用最廣。具體做法是將染液與堿劑分別配置,浸軋時染液與堿劑按比例在料缸內混勻后注入軋槽進行軋染;也可將染液與堿劑以計量泵按比例注入軋槽進行軋染。這種方法既保證了染液的穩定性,又有適量的堿劑進行固著,因此堆置 2 ～ 3 h即能達到固著牢度,而延長堆置時間只會加大滲透度,不會影響色光。為使滲透、牢度和染料利用率都高,故大多采用堆置 12 ～ 24 h。一般工藝流程為坯布退煮漂 → 浸軋染 液 → 打卷堆置 → 水洗皂煮 → 水洗烘干。該工藝中的堿劑可使用硅酸鈉(50 mL/L)+ 38°Bé燒堿(20 ～35 mL/L)或 38°Bé燒堿(10 ～ 20 mL/L)+ 鹽(38 g/L),溫度 20 ～ 25 ℃。

目前接頭印是影響產品質量的主要疵點,因此要使用二線或三線包縫機接頭。染液一定用軟水,洗水也最好用軟水,因硅酸鈉與硬水中的鈣鎂離子反應形成不溶物,易造成手感不良及浮色沾污。若水質不好可使用助劑進行軟化。

3.新型硫化染料染色技術

硫化染料一般是由芳香胺類或酚類化合物與硫磺或多硫化鈉混合加熱制成。硫化染料成本低廉、使用方便、無致癌性,具有良好的水洗牢度和日曬牢度,曾是一類大眾化的染料。但又由于它是一類不溶于水的染料,染色時,染料在硫化堿溶液中被還原成可溶性的隱色體鈉鹽,上染纖維后,經過氧化成為不溶態固著在纖維上。染色中大量硫化堿的使用使染色后廢水含硫量高,生物降解難,排放污染環境,傳統的硫化染料已少有使用。

但硫化染料的優勢在于其價格低廉,不含偶氮基、重金屬和可吸附的有機鹵化物(AOX)。近年有研究證明:即使有些硫化染料是用致癌芳香胺做原料制成,但這些芳香胺經過硫化、縮合、閉環和氧化等復雜的化學反應以及后處理,一般情況下不會以游離狀態存在于染料成品中,因此,硫化染料又重新受到重視。不過現在的硫化染料是將普通的硫化染料與還原性糖等含羰基化合物及燒堿反應,生成一種可以穩定存在的水溶性硫化染料隱色體,稱之為新型硫化染料。

使用新型硫化染料有代表性的工藝技術當屬Clariant(科萊恩)的Pad – ox軋氧工藝技術(圖 2)。

該工藝技術簡單可靠,適應面廣且靈活度高,各批次間具有很好的重現性;染槽染料、助劑用量低,與活性染料比可節省 20% 的染料、還原劑、堿以及 70% 的元明粉;染料具有很高的固色率,使得染色廢水中的污染物的含量降到最低,甚至無顏色殘留;染后的殘液可回收再用,回用率高達 70%;染料上染率高,也大大降低了染后水洗的用水量約 70%。

由于新型硫化染料技術優勢明顯,既節水,又節能,廢水清潔度高,處理起來也比較簡單,符合可持續發展的需要,目前不僅應用于連續染色,而且在間歇染色中應用也越來越多,特別是棉織物染藍、黑等一類的深色。

4.泡沫染色技術

泡沫加工技術原本用于織物的后整理,用于染色是近幾年的事情,首先用在牛仔布涂料加色上取得了很好的效果。活性染料和涂料的染色也在不斷完善之中。與常規的浸軋法相比較,泡沫染色更節能。泡沫染色技術的主要特點如下。

(1)染液施加均勻。首先用泡沫發生器將染液泡沫化,然后通過施泡機的施加棒施加于織物表面。只要織物平整,施加于織物表面的染料就一定是均勻的(圖 3)。可是在浸軋法染色中,染色是否均勻和織物幅寬有很大關系。幅寬越寬,要作到均勻上染困難就越大。泡沫染色與幅寬沒有太大關系。在這一點上,其他染色方法顯然都不能與之相比。

(2)避免染料泳移。泡沫染色織物帶液率很低,最高也不會超過 40%,所以在后續烘干過程中,由于烘干不均勻產生染料泳移的現象就不會發生,也就不會產生邊中色差。

(3)染液濃度一致。泡沫染色不存前后色差的問題,整個染色過程中染液隨機泡沫化,各種化學品的濃度始終不變。再加上精確的泡沫施加量的控制,使織物染色前后得色一致,顏色穩定比較容易做到。泡沫施加與化學品混合示意見圖 4。

(4)泡沫染色由于是把起泡后的染料溶液均勻地施加于織物表面后,再通過軋車擠壓,可以使染料在織物中很好滲透,因此,染色牢度和浸軋法一樣,不存在問題。

(5)可以實現污水的零排放。泡沫染色中,殘留的僅僅是少量的泡沫,而且這些泡沫破泡以后得到的染液濃度與配方濃度完全一樣,多數情況下可以回用,避免了常規浸軋法軋槽中剩余的染液必須放掉的問題。

泡沫染色可以顯著地降低能耗,提高生產效率,提高產品質量,促進新產品開發。節省染化料,降低生產成本,可以做到污水的零排放。

5.植物染料染色技術

人類在很久以前就開始使用天然染料,這是人類文明的標志。我國是應用天然染料最早的國家,據考證遠在舊石器時代的山頂洞人時期,已經開始使用氧化鐵作為紅色顏料為裝飾品著色。植物染料染色在春秋戰國以前就開始應用,至明請兩代染料植物的種植、制備工藝,印染技術等方面均到鼎盛時期。印染藝人通過大量的實踐和不斷摸索,創造并積累了天然染料提取、染色、印花一套完整的技術。但隨著現代工業革命的興起,合成染料以其豐富多彩的 顏色、低廉的價格以及優良的色牢度得到廣泛的應用。天然染料在迅速崛起的合成染料面前逐漸失去了昔日的輝煌,提取天然染料染色、印花的古老技術也被慢慢擯棄,幾近絕跡。染料應用的歷史長河緩緩流到今天,人們才逐漸注意到合成染料除色譜齊全、生產和印染工藝可工業化、標準化外,同時也導致了嚴重的環境污染、能源和資源不可逆轉性消耗,以及影響人類健康的問題。逼迫人們又重新審視天然染料印染的問題,特別是天然植物染料染色的問題。

天然植物染料是以植物為原料,從植物中萃取,具有再生性。植物染料原料受污染少,安全性好,不含有害元素,這是合成染料難以比擬的。天然植物染料在印染生產整個過程中,對生產環境無污染,不會對人體健康產生任何傷害,排污也不會對人類生存環境產生不良影響。

目前,開發生產的天然植物染料已達紅、黃、綠、黑、藍五大系列,20 多個品種,印染顏色 1 000 多種,不僅可染棉,而且可染麻、毛、絲等多種天然纖維,產品可以達到Oeko – Tex Standards 100標準。棉織物的色牢度可以和現用的活性染料媲美,但天然植物染料所賦予紡織品的抗紫外線等一些特殊性能是合成染料所不能達到的。

天然植物的可再生性及植物染料優良的染色和保健性能,彌補了合成染料原料的短缺,染色過程環保,節約資源,不危害環境,且染色紡織品對人體無害。因此,天然植物染料染色符合國家節能減排基本國策,可保證印染行業可持續發展,值得推廣應用。

6.臭氧脫色技術

在棉織物染整加工中,牛仔服裝是一個大類產品。牛仔服裝的仿舊整理國內目前靠酶洗,而國外已發展用臭氧加工。而目前工業制得的臭氧可用來進行棉織物的漂白和牛仔服裝褪色,進行仿舊整理。臭氧是比氧、氯等更強的氧化劑,相對氧化勢能(25 ℃)見表 2。

可以看出臭氧比雙氧水、氯制劑具有更高的活性。而且臭氧可在 20 min內通過反應迅速轉化成氧氣,較其它化學處理具有更高的安全性,一經生成可全部使用。臭氧的發生也比較簡單,只要在現場建一套臭氧發生裝置,利用干態空氣在高壓電場(交流電,頻率 60 Hz,輸出高壓:18 kV)產生電暈放電即可得到。工藝流程為:空氣 → 濾油設備 → 除濕干燥器 → 電暈放電 → 臭氧 → 染整設備。

利用臭氧處理牛仔服飾,既可以使牛仔獲得石洗、仿舊和涂料的風格,也不會產生內里沾色;處理多種顏色的棉織物不會發生滲色、沾色問題,不影響印花圖案及繡品花型的風格;利用臭氧加工技術還可以消除纖維和織物上的浮色,達到化學助劑無法達到的效果;處理棉針織物不僅可以得到柔軟的手感,而且斷裂和撕破強力不會降低,色光可由臭氧處理的時間來進行調節。

據測算利用臭氧加工技術加工時間可減少 30%,根據品種不同省水 30% ～ 70%,節約化學品 25% ～ 90%。因在常溫下加工無須加熱,熱能也得到節約。臭氧加工技術物耗少、無污染、成本低,是值得大力推廣的可持續發展加工 技術。

7.涂料印花技術

涂料印花是世界上公認的清潔生產技術。雖然長期手感和色牢度較差的問題困繞著印染技術人員,但由于加工流程短、節能省水,有利于環保,適應于棉及多種纖維的印染加工,在助劑不斷改進手感和色牢度的過程中,仍然是可持續性染整加工技術之一。

目前在世界各種印花所用的色素原料中,涂料占有 52% 的份額。而占印花紡織品 52% 的棉織物印花主要的印花方式也是涂料印花(表 3)。

近年來涂料印花技術的發展主要集中在涂料印花黏合劑的開發和超細涂料的研究和應用方面。為解決手感、增加透氣性、拉伸性而選用聚氨酯黏合劑;為達到環保要求研究出了核殼結構的無甲醛環保型黏合劑;為解決堵網及噴墨印花堵噴頭問題而把涂料做成超細材料等。

目前人們又在研究用光固著或電子束固著以取代當前使用的熱固著法,試驗用經交聯樹脂預處理的棉織物印涂料色漿,經焙固使交聯樹脂與涂料和棉纖維交聯,而不再使用黏合劑。既消除因黏合劑而造成的手感變硬和印花時堵網、堵噴頭的問題,又可以與染料同印,如試驗成功不分染料與顏料,只要有交聯基團就可用于印花,染料與顏料可以100%固著,無需再進行洗滌。因此,涂料印花技術的創新發展實際上是涂料印花助劑的創新發展。

8.冷轉移印花技術

近幾年隨著電子技術的發展、染料的改進、助劑的開發,最近棉織物冷轉移印花技術得到快速發展,已成為棉織物可持續性染整加工技術之一。工藝流程如下:

該技術的關鍵是印制花型圖案前在原紙涂布適用的助劑。最大的特點是冷轉移印花后無需汽蒸,因此不會有滲化現象,精細花型能得到較好的保護。由于轉移紙花型圖案可用數字噴墨印花技術,因此適宜小批量、多品種生產。冷轉移印花無需換花紙或頻繁換布,生產效率是傳統印花無法做到的。

由于冷轉移印花技術工藝流程簡化,在室溫下轉移印花,轉移后也無須烘干直接冷堆固色,在印花過程中既不需要烘干,也不需要汽蒸或焙烘,比傳統圓網印花可節省 50%能耗;冷轉移印花糊料用的非常少,在加之濕態堆置時間相對比較長,染料擴散充分,固色率高,不僅使得水洗變得簡單,而且耗水量比傳統圓網印花可節省 60%;糊料用量小,染料滲透好,水洗用量少,產生的污水量不僅少,而且COD量相比傳統圓網印花可降低約 2/3;冷轉移印花所排出的廢水由于含糊料、染料、助劑等廢棄物量低,從而使得污水處理也變得簡單,90% 的廢水回收處理后可循環再用。

9.數字噴墨印花技術

近幾年,紡織品數字噴墨印花技術得到了快速發展。這主要因為與傳統印花技術相比,數字噴墨印花技術具有顯著的優點,這些優點主要體現在:① 適應面廣,棉、麻、毛、絲、化纖的機織物、針織物和非織造布等;② 印花精細度高,能達到 2 880 dpi,可與照片相比,使高清晰度印花紡織品的生產成為可能;③ 無需制版、批量靈活,可以實現單件制作,也可以大批量生產,交貨迅速,滿足越來越個性化的需要;④ 無染料和助劑的浪費及廢棄,也沒有污水排放,屬于清潔生產技術;⑤ 數字噴墨印花機占地面積小,有望實現家庭式生產,投資小;⑥ 可以實現電子商務,市場需求的花型圖案可以通過互聯網傳遞給生產商,生產商可立即安排生產,并將產品寄給經銷商或消費者,大大縮短了生產周期,滿足市場的需要。

噴墨印花技術首先將圖案原稿經掃描等進行數字化,數字化的效果在一定程度上決定數字噴墨印花的效果。其次是經預處理的織物一定要有適宜的組織結構;布面平整光潔;具有良好的抱水性能;白度好:再次就是選擇合適的墨水。對于棉織物適宜的墨水是用涂料或活性染料加助劑制得。

10.等離子體處理技術

等離子體處理技術自20世紀60年代引入紡織領域,以其對紡織品表面改性的物理過程,以及干態的加工方式等特點,挑戰傳統的以水為介質的化學濕加工方式。紡織品染整加工主要應用電暈放電和輝光放電產生的低溫等離子體。

低溫等離子體是依靠電能激發氣體直接與棉、麻等纖維材料的反應。因纖維織物的加工是固體與氣體的反應,僅在纖維表面層進行,對織物沒有任何破壞和損傷。目前等離子體技術在染整行業主要用來對織物表面進行蝕刻、引入官能基團、交聯。應用低溫等離子技術處理后,棉布染前處理過程可省略或縮短退漿煮練等過程,降低生產成本,減少水資源浪費和化學污染物排放;用于染色,該技術對于改善棉纖維染色印花性能、提高色牢度有很好的作用;用于后整理,可以達到織物拒水拒油、阻燃、抗菌等,對于改善織物手感風格、去除甲醛及過敏性氣體等也有明顯效果。據測算,僅用于棉織物軋染前處理一項,可節能減排約 30%。

今年,中科院微電子所和中國紡織科學研究院江南分院聯合研制的平幅、連續、大功率、高效的常壓等離子體設備已成功應用于棉布軋染的前處理。據該所計算,如該技術應用于國內 1 000 條的棉軋染生產線,每年可節水并減少污水排放 2 000 萬m3以上,節省蒸汽消耗 300 萬t以上,并且大幅減少化學品用量,節約的生產加工成本每年可在6 億元以上。因此,低溫離子技術是推動等離子技術在紡織印染工業生產領域廣泛使用的一大突破性進展。

二、可持續發展的棉織物染整設備

近年來,染整設備的開發也更注重經濟性和生態性。一個非常明顯的趨勢是:為了節省能源、降低耗水和減少染色時間,在原有設備的基礎上開發或改進一系列裝置。就染色設備來說其發展特點可以總結為:① 開發特別設計的染色設備以適應類別品種的特殊需要;② 以經濟和生態為目標,注重能源的節約與利用;③ 提高自動化水平,廣泛采用計算機控制;④ 強調生產柔性,以適應小批量多品種、小浴比、快速、低張力和柔和處理的生產工藝。

總之,染色設備近幾年技術進步瞄準了染色產品的質量和經濟性的最佳化,“為了更少,必須更多”即為了減少消耗,降低環境污染,在設備上設計和采用了更多性能優良的自動化在線檢測和控制儀器儀表,水及熱能回收利用 裝置。

1.現代的卷染機

卷染機雖是古老的染色機之一,但隨著染色批量的不斷變小,它卻成為一種理想的代替連續染色機的設備。發展到今天,卷染機有了很大的變化,特別表現在靈活性、小浴比和對織物張力的準確控制。現代卷染機都帶有電腦控制系統,多采用了液壓比例控制、變量液位控制、變頻通信控制等現代科技成果。藉此可根據工藝要求的不同進行工作程序的選擇,能準確地控制織物速度和張力,較好地解決了前后、邊中色差等問題。就附加設備而言,現代高技術裝置的卷染機與傳統卷染機相比有以下幾個方面的差別:① 染槽更小,浴比很低;② 用泵進行染液循環;③ 液槽隔開; ④ 由刮液刀片將液體分離,進行織物-液體交換;⑤ 液槽中間裝有軋液或抽吸裝置;⑥ 自動往復裝置;⑦ 安裝有補償裝置,用于防止在機器停車時因染液集中在槽中而使在制品色澤不穩定;⑧ 用于監測和重現工藝順序的程序儲存控制器也是現代卷染機的主要組成部分。

德國Thies(第斯)的HT – Jigger和NT – Jigger(圖 6)充分運用現代先進的處理技術。變頻控制帶有制動電流回饋系統,直接驅動主羅拉(節能)的三相電機;經濟節約型雙染槽的設計確保了超小的浴比,實際工作容量為標準容量的 55% ～ 100% 時,浴比可達 1∶2;織物運行監控系統用于精確計算和控制織物速度和張力,張力大小可選,從 10 ～ 100 kg,這是目前同類產品中張力極小的卷染機;染缸中統一的染色條件,與批次尺寸無關;用水表控制水洗;染料助劑的加料由通過染液的織物長度而定;附加的壓力泵用于色光校正和加料,HT – Jigger的加料能在壓力下進行;外置的液泵熱交換器保證了一致的染液加熱和循環;主批次羅拉的側向位移;染缸模擬液位控制系統等先進技術的采用確保了小浴比條件下均勻染色,能處理所有市場上出現的棉織物及棉混紡織物。

丹麥Henriksen的Vacu – Jigger裝有 2 個內吸棒和 2 個附加的噴管,能達到較好的水洗效果,并能改善染料的滲透。該機還有 1 個帶真空狹縫的雙浴結構,織物從第一浴進入到第二浴時需經過該狹縫。有利于染料滲透,而且兩浴染液互不沾污。

德國Küsters(寇司德)的Twin – Jigger用 2 個小型單槽代替一個大浴槽,能維持最小的浴比,并能分別施加染化助劑,降低了染化助劑的用量。具有高效和對環境污染少的優點。

意大利IN.TES最新設計制造了一臺名為Quicker的新型卷染機,它將卷染機、軋染機和連續水洗機的功能結合在一起,被譽為“第三代”卷染機。它在生產效率和產品質量等方面都有很大改進。它除具有一般卷染機的結構和典型的循環功能外,還有一個帶恒壓軋輥的雙浴軋槽系統。織物張力在 0 ～ 5 kg范圍內預先設定,并通過程序控制器和載荷傳感器的反饋信號保持張力恒定。該機通用性很強,其關鍵部件是軋水輥,使許多工藝技術可以在該機上實施。在該機染色所使用的染料種類不受限制,并可實施卷染或軋染工藝,也可兩者兼用。還可在該機進行前處理的退漿、煮練、漂白以及水洗和汽蒸。該機的特點是減少停機時間、節水、節能。

2.改進的液流染色機

關于間歇式小浴比液流染色機筆者在前幾年寫的《小浴比染色的技術與設備》中已述及。根據國情所提出的1∶8 以下為低浴比的觀點,已被業界所接受。低浴比染色設備全部由電腦控制。自動控制各種工藝參數,自動記錄工藝過程,自動處理纏結等常見問題,完全實現了智能化。技術已經發展到相當高的程度。但是,近 2 年仍有不少改進。這些改進充分反映了當今國際染整新設備和新工藝技術對注重生態平衡、保護環境的設計思想,反映了目前紡織品市場對小批量、多品種、各種纖維及其混紡、交織織物染色的需要。因此,這幾年的發展值得一提的是香港立信公司的Jumboflow系列高溫染色機。

Jumboflow系列染色機(圖 7)集合了多項研究成果,能縮短全程工藝時間,增加產量和節省能源。主要調整VL變載儲布槽的形狀,儲布槽容量可以調節每管達到特大容量280 kg,滿足從輕質到重質的織物運行特征。TIT高效熱交換器提供最大升溫率而降低熱損失。MSR多省功能系統令染色工藝同時進行冷卻和清洗程序。因此,減少染色時間的同時亦減少水耗量和排放量。為了有效地清洗織物,必須控制洗水用量和清洗時間,為此而開發AIR+先進智能清洗系統。優化的結構設計可以在滿載時達到最低行機浴比 1∶4.5,可以和氣流染色機浴比相媲美。染液在運行中對織物的沖擊和長時間的反復浸漬,染色勻透,加以在染色過程中染液對織物沖擊甚微,不易起毛、起球、纏結折皺等。研究成果的利用和極大容量的完美結合增加了機器產能,成為行業內極具經濟效益的設備。

3.發展中的氣流染色機

氣流染色機是應用空氣動力學原理,利用壓縮空氣來優化液流染色機的染色效果。近幾年的改進和發展主要體現在:更小的浴比、采用空氣動力系統、增加和重新設計設備部件,以減少用水量、改進織物輸送機理和儲布箱設計、降低噴嘴壓力,從而達到縮短染色循環時間、減少水耗和柔和地處理織物的目的。采用自動化設備來控制各種工藝參數,特別是使織物速度、絞盤驅動與噴嘴中液流之間的同步協調,以盡可能實現織物的柔和處理,普遍采用的觸摸屏技術使操作更簡便。隨著節能減排政策的實施,環保措施的嚴格執行,目前大有用氣流染色機替代老式溢流染色機的趨勢。

德國Then(特恩)是世界上最早研制氣流染色的公司,所發明的氣流染色機也是真正意義上使用氣流進行染色。它是利用專利氣體動力系統的氣流將染液霧化為汽霧噴射到織物上達到染色的目的。而不是如其他所謂的氣流染色機用氣流來推動染液噴射到織物上。專利氣體動力系統是指利用氣霧使織物運行,是無需用染液或水作為媒介輸送織物,從裝載到程序結束,織物始終在運行,即使在排水和注水過程中也是。Air flow?Synergy氣流染色機(圖 8)是融合最先進的Then – Air Flow專利技術及其全部技術特性的成果,所有技術特性及功能相互作用,實現經濟及環保優勢,時至今日,仍無其它染色技術可與之媲美。設備關鍵是High – Flow噴嘴提高了染色及水洗效率,高度拋光的雙氣環噴嘴能減少氣流對坯布的沖擊力,減少摩擦,保證織物良好的表面質量。兩組噴淋管能提供染液充分交換,保證勻染。鼓風機風量精確調節,達到布速恒定運轉。漏斗形導布槽設計使織物張開,既消除了織物皺條,又利于染液交換。該機通用性極強,可用于純棉、滌棉、及Cupro、Lyocell等新型纖維的染色。其控制系統采用的是局部操作網絡“TLON”。每一控制單元都配備裝有信息的芯片,所有控制單元按總線原理連接在一公共導線上,其接線和安裝比用存儲程序控制器要簡便的多。自調整控制器和遙控傳感器是“ TLON”的主要部分,它會反映操作中的誤差并提出校正建議。氣流染色機節能效果顯著,見表 4。

Then公司的氣流染色機資料顯示,節水可達 50%,節汽可達 50%,節助劑可達 30%,節時間可超過 30%(表 5),節能減排效果顯著。

Thies公司的氣流染色機,用氣流推動染液噴射到織物上達到染色的目的。其容布器設計新穎,每缸容布量100 ～ 500 kg,浴比 1∶5。其增強液流的Vario – Jet柔和噴嘴,專為保護織物表面設計。其冷卻和水洗結合系統(CCR)、水洗控制系統(CR)、同步染色控制系統(SDC)和自動多料配制系統(MPI)等全新的性能,有效地縮短了染色工藝時間,降低了能耗,極大地提高了染色品質。該公司最新的Luft –Roto高溫高壓噴射/噴氣染色機,適用于敏感織物,其設計織物在運行時受到轉鼓系統的完全保護,并通過噴射循環系統和鼓風噴嘴供氣系統達到高度操作靈活性。

另外,希臘Sclavos公司的Venus染色機,具有獨特的雙噴氣系統,這樣能增強液體和織物的接觸。其另一特點是運用Aqua Chron技術,它提供操作者全盤控制工藝參數和用水。此外,該公司還提出了“水利用率”(water usage ratio)這一概念。他們認為這比“浴比”(Liquor ratio)更恰當,它是指包括前處理、染色/印花、后整理全過程總用水量對織物重。

氣流染色機由于品種適應性廣、質量高、物耗低、排污量小、生產靈活、高效率而為業界所青睞,目前可謂最具有可持續性的染色設備。

4.數字噴墨印花機

數字噴墨印花技術是將通過數字化技術處理的圖像輸入計算機,經電腦印花分色系統(CAD)編輯后,再用印染專用軟件(RIP)控制噴墨印花系統,將專用墨水(如棉用的活性、涂料墨水)直接噴印到織物上,形成設計要求的印花織物。數字印花有三大要素,即軟件、數字噴墨印花機和墨水。

數字噴墨印花機世界上很多公司都在開發,形式也略有不同。僅舉幾例說明:意大利Reggiani(美加尼)公司推出的DRe AM系列數字噴墨印花機是一套高精度數字噴墨印花機,適用于從棉、麻、毛、絲各類織物噴墨印花。該機在 600 dpi × 600 dpi分辨率下,可以加工幅寬 1 800、2 400、3 400 mm的織物達到 150、190、240 m2/h;使用CMYKOB六色墨水,每種墨水 7 個噴頭,42 個噴頭安裝于一個噴頭橋座上;具有連續導帶清洗系統;印后織物烘干系統等。日本東伸公司的Artistri系列噴墨印花機采用壓電式噴頭。每臺機裝有 16 個壓電噴頭對單一類型墨水可以使用 2 × 8 色方案,或者對于兩種不同類型的墨水使用 1 × 8 方案。噴頭高度可以在 0 ～ 10 mm范圍內自由調節。荷蘭Stork(施托克)公司生產的Sapphire系列噴墨印花機采用外置墨水輸送系統,可以使Sapphire系列噴墨印花機在高強度、高速度的生產環境中運行,而無需在印花過程中定期更換機器中的墨盒。這種大容量的供墨系統可以確保印花機在高速運轉時有足夠的墨水供應,而不會出現其他噴墨印花機經常遭遇的噴嘴故障。奧地利Zimmer(齊瑪)公司推出的Chromo JET數字噴墨印花機,采用電磁閥(HSV)將墨水噴射在織物上,特別適用于毯類厚織物噴印。我國杭州宏華公司全新推出的高速導帶噴墨印花系統VEGA(圖 9),具有 16 只256 個噴嘴的高頻率工業級噴頭及集成數控系統,使其印花速度可以達到 140 m2/h。這套系統具有獨特的供墨系統及噴頭溫控保濕系統,保證了噴頭噴墨流暢。VEGA采用不銹鋼壓電式噴頭,強度高,壽命長,適應工業化連續印花生產。VEGA的噴頭高度也可調整,適用于各種不同厚薄、不同品種織物印花。

最近幾年,經過不斷改進,用于紡織品印花的噴墨印花機無論在印花速度還是在整機性能方面都有了很大提高。最新的日本倉敷紡績電子制造的DynaPrint 400(暫定名)數字噴墨印花機速度已達 400 m2/h,和歌山染工準備以此為契機構建新的戰略模式,1 年生產 50 萬m,3 年后達到 200 萬m。

5.低浴比成衣染色機

為了適應人們時尚化、個性化的需求,成衣染色更有發展之勢。新的低浴比成衣染色機采用了噴射染色機的原理,通過軟件自動控制設備,將染液由特殊的噴嘴進入轉鼓內持續噴射到成衣上,保持成衣的潤濕(圖 10)。

在機器高速高速運轉中,成衣吸附在轉鼓壁,保持相對靜止狀態,不會產生折痕和擦傷。成衣在轉鼓內狀態見 圖 11。

低浴比成衣染色機的優勢在于,適應社會衣著時尚化、個性化的需求,生產作到了即時性滿足人們的需要;采用該機不僅比傳統成衣染色機裝載量增加,產能增加,而且成衣制成品折痕和擦傷等次品大大減少,成衣顏色的滲透性和均勻性也更好;由于采用了噴射染色機的原理,浴比降低到 1∶2,相比傳統成衣染色機可節水 70% ～ 80%,節省鹽、堿 70% ～ 80%,節省蒸汽 70% ～ 90%,物耗大幅度降低;染液用量少,也節省加熱、進水和排水時間縮短了染色過程。因此,低浴比成衣染色機極低的染色浴比、極少的物耗、高品質的染色質量,符合節能降耗的原則,值得在棉織物染整加工中推廣應用。

三、結束語

印染行業的可持續發展越來越多地面臨資源、環境的約束,環保問題不徹底解決,印染企業生存和發展也就成了一句空話,印染行業的可持續發展也就無從談起。技術和設備具有可持續性,并不是說該技術或設備已經發展的完美無缺,不再需要改進。可持續性的重點在于持續改進,不斷創新,改進沒有終點,創新也沒有止境。節能降耗減排是中國國情的必然要求,已經成為我國的一項基本國策。染整企業及染整從業人員只有按照科學發展觀和可持續發展的要求,提高質量意識、標準意識,推廣可持續性染整加工技術和設備,提高自主創新能力,節約能源,降低消耗,保護環境,落實企業社會責任,印染行業才能可持續發展。