脂肪酸甲酯乙氧基化物在脫脂棉冷堆加工中的應用

劉海濤

(上海喜赫精細化工有限公司,上海201000)

脂肪酸甲酯乙氧基化物在脫脂棉冷堆加工中的應用

劉海濤

(上海喜赫精細化工有限公司,上海201000)

采用脂肪酸甲酯乙氧基化物作為脫脂劑對原棉進行冷堆脫脂漂白,通過正交試驗確定了冷堆脫脂的最佳工藝,該工藝可降低脫脂棉加工中的蒸汽成本,提高企業的生產競爭力。

脫脂棉;脫脂劑;冷堆漂白

冷堆前處理工藝在梭織物的印染加工中已經得到認可,并在很多企業形成了一定的生產規模,脫脂棉加工行業同樣面臨著水、電、蒸汽的用量大、生產成本負擔重等問題,脫脂棉加工企業也需要冷堆脫脂漂白等新工藝、新概念來降低成本[1]。脫脂棉的冷堆工藝與目前已經規模化的梭織布的冷軋堆工藝不同,因為散棉無法采用梭織布用的壓力浸軋裝置,只能在脫脂鍋的循環工作液中進行堆置,最后達到脫脂、漂白和除雜的效果。因此根據脫脂棉的冷堆工藝特點,對所用化學品進行篩選,如在冷堆工藝中,為了獲得盡可能高的脫脂度,采用偏硅酸鈉替代燒堿,偏硅酸鈉在提供足夠的堿性同時也有一定的脫脂能力[2]。在漂白的過程中,為促進雙氧水在較低的溫度條件下的分解、提高漂白的白度,在工作液中加入雙氧水催化劑NOBS以達到更好的漂白效果[3]。在堆置過程中采用脂肪酸甲酯乙氧基化物FMEE作為脫脂劑,利用FMEE的優異脫脂與分散性能,有效的去除棉蠟并防止棉蠟的反沾污[]。

1 試驗部分

1.1 材料和儀器

織物:長絨棉(產地新疆)。

試劑:五水偏硅酸鈉(天津渤海化工集團供銷公司),27.5%雙氧水(上海哈勃化學技術有限公司),脂肪酸甲酯乙氧基化物FMEE(上海喜赫精細化工有限公司),氧漂穩定劑Dissolvine D50(上海阿克蘇諾貝爾有限公司),壬酰氧基苯磺酸鈉NOBS(廣州寶潔日化有限公司)。

儀器:白度儀ZB-D(溫州尚榮儀表儀器有限公司),水浴恒溫振蕩儀SHA-B(金壇市天競實驗儀器廠),2151羅氏泡沫儀(北京金至儀器設備有限公司)。

1.2 脫脂工藝

將經過除雜的原棉放入錐形瓶中,工作液浴比按1∶5,溫度40℃,保溫20 h后,經一道熱水洗,兩道常溫水洗,烘干后測量脫脂棉的白度、潤濕性、表面活性劑殘余等指標。

1.3 性能測試[5]

(1)白度:取30 g加工后的脫脂棉并壓成薄餅,烘干并濕平衡2 h后,放在白度儀上進行測試,取3個不同位置的平均值。

(2)潤濕性:將2 g加工后的脫脂棉擠壓成直徑1 cm的圓球,放入去離子水中,記錄脫脂棉球沉降時間,記錄5個棉球沉降時間并取平均值。

(3)表面活性劑殘余:將10 g脫脂棉浸泡于100 ml去離子水中,浸泡時間2 h,將50 ml該萃取液置入100 ml帶塞量筒,上下劇烈搖晃10次并靜置5 min,記錄量筒內的泡沫高度。

2 結果與討論

在冷堆脫脂漂白工藝中,對脫脂棉前處理效果影響較大是冷堆溫度,冷堆溫度越高,脫脂棉的白度越高[6]。但在實際生產中,加工企業能夠接受的冷堆溫度應控制在40℃以內。冷堆溫度超過40℃就失去了節約能耗的意義。另外冷堆時間不應超過20 h,否則會大大降低車間生產的效率,因此在試驗過程中不再探討溫度與時間對冷堆效果的影響,將冷堆溫度設定為40℃,冷堆時間設定為20 h。

2.1 漂白工藝對白度的影響

冷堆工藝中,脫脂劑FMEE對漂白白度影響較小,決定白度主要是雙氧水及相關漂白助劑的作用[7]。為了確定最佳的雙氧水及漂白助劑的用量,將FMEE用量設定為2 g/L,冷堆溫度設定為40℃并保溫20 h,以雙氧水、堿劑偏硅酸鈉、氧漂穩定劑、雙氧水催化劑的用量為4個不定因素進行正交試驗,試驗因素見表1所示。

表1 因素水平表

根據因素水平表1,采用L16(44)正交試驗組合,4個因素對雙氧水分解率與脫脂棉白度的影響見表2所示。

表2 正交試驗組合與計算分析表

由表2結果可知,各因素對雙氧水分解率的影響從大到小的順序為:雙氧水催化劑用量＞雙氧水用量＞雙氧水穩定劑用量＞堿劑偏硅酸鈉用量,并確定最佳的工藝條件為A1B4C2D4,即雙氧水用量為1 g/L,偏硅酸鈉的用量為2 g/L,雙氧水穩定劑的用量為0.6 g/L,雙氧水催化劑的用量為0.8 g/L。由表2可知,各因素對白度的影響從大到小的順序為:雙氧水用量＞堿劑偏硅酸鈉用量＞雙氧水穩定劑用量＞雙氧水催化劑用量,最佳的工藝條件為A4B3C2D2,即雙氧水用量4 g/L,偏硅酸鈉的用量1.5 g/L,雙氧水穩定劑用量0.6 g/L,雙氧水催化劑用量0.4 g/L。

2.2 冷堆工藝對潤濕性的影響

在冷堆工藝中,對脫脂棉潤濕性影響較大的是堆置溫度、堆置時間及脫脂劑的用量。根據工廠要求,將堆置溫度和時間分別設定為40℃和20 h,雙氧水、堿劑、雙氧水穩定劑、雙氧水催化劑的用量參照正交試驗所確定的最佳白度的工藝配方,即雙氧水用量4 g/L,偏硅酸鈉的用量1.5 g/L,雙氧水穩定劑的用量0.6 g/ L,雙氧水催化劑用量0.4 g/L,在上述條件下,討論脫脂劑FMEE不同用量對脫脂棉潤濕性及脫脂棉化學品殘留的影響,以脫脂棉的沉降時間表征潤濕性,按1.3的測試方法記錄沉降時間與化學品殘留,數據見表3所示。

表3 FMEE用量對脫脂棉沉降時間與表面活性劑殘余的影響

通過表3可知,隨著脫脂劑FMEE用量增加,脫脂棉的沉降時間隨之減少,表面活性劑殘余則相應增加,當FMEE用量為1.8 g/L時,脫脂棉的沉降時間為9.5 s,表面活性劑殘余泡沫為1.7 mm,繼續增加FMEE的用量,脫脂棉的沉降時間縮短較少,但是表面活性劑殘余則大幅增加。因此,在該冷堆工藝中,脫脂劑FMEE用量應控制在1.8 g/L。

最終,在實驗室確定的冷堆工藝為堆置溫度40℃,堆置時間20 h,浴比1∶5,脫脂劑FMEE用量1.8 g/L,雙氧水用量4 g/L,偏硅酸鈉用量1.5 g/L,雙氧水穩定劑用量0.6 g/L,雙氧水催化劑NOBS用量0.4 g/L。并以此工藝配方,選擇江蘇創偉衛生材料實業有限公司的脫脂棉設備,進行500 kg脫脂棉加工生產的大貨測試。具體生產工藝如下:不銹鋼密封脫脂鍋中注水2 300 kg,化料缸中注水50 kg,投入化料缸脫脂劑FMEE 4.5 kg,全部攪拌均勻后加入脫脂鍋中。化料缸中注水100 kg,投入化料缸偏硅酸鈉4 kg,雙氧水催化劑NOBS 1 kg,充分攪拌,待偏硅酸鈉與NOBS完全溶解后加入脫脂鍋中。化料缸中注水50 kg,投入化料缸雙氧水穩定劑1.5 kg,27.5%雙氧水35 kg,攪拌均勻后加入脫脂鍋。脫脂鍋主泵正循環開1 min后,投入500 kg脫脂棉壓成的棉餅,升溫至40℃,保溫20 h,保溫過程中,每隔10 min進行正循環3 min,保溫完成后排液,一道90℃熱水洗,兩道冷水洗,最后一道水洗加入硫酸1 kg,排液p H值控制為5～6,排液后進行高速脫水,脫水機轉速1 500 r/min。

2.3 生產成本分析

將加工后的脫脂棉甩水烘干并測試,與目前車間采用的110℃堿氧一浴脫脂漂白60 min工藝處理的脫脂棉進行比較,比較兩種工藝的成本、生產用時、脫脂棉的各種檢測指標等。在對生產成本的分析過程中,考慮到蒸汽的節約無疑是冷堆工藝成敗的關鍵,影響蒸汽成本的因素很多,特別是外界溫度及自來水起始溫度對蒸汽用量影響較大,因此在不同的季節,冷堆工藝與高溫工藝的蒸汽耗量比較結果并不一致,為了更清楚地分析冷堆工藝有關蒸汽的節約,分別在2013年12月、2014年5月和2014年8月,3次不同的室溫條件下和同一臺設備上,按照相同工藝,生產500 kg脫脂棉。根據外接的蒸汽渦接流量計讀取蒸汽使用量,成本分析見表4所示。

表4 蒸汽成本分析

除蒸汽以外的其他生產成本,如各種化學助劑、耗水、耗電、人工與季節無關,以最近一次試驗(2014年8月份)的相關數據進行分析,脫脂棉的指標測試包括白度、潤濕性、表面活性劑殘余均按照1.3的測試方法,數據見表5所示。

由表4和表5可知,2013年12月進行的實驗一,冷堆工藝所耗用的蒸汽34.8 t遠遠高于常規高溫工藝的25.5 t的蒸汽耗用量,主要原因是車間溫度低,保溫20 h所耗用的蒸汽遠遠超出預估的蒸汽使用量。2014年5月進行的實驗二,隨著車間溫度的回升以及自來水溫度的升高,冷堆工藝所耗用的蒸汽與高溫工藝基本持平,但是冷堆工藝的助劑與耗電量成本高出高溫工藝104元,因此冷堆工藝的的整體成本依然高于高溫工藝的成本。2014年夏季進行的實驗三,冷堆工藝的蒸汽量節約13.6 t,蒸汽成本降低2 720元,其他成本比高溫工藝多出104元,總成本仍然降低2 616元。由此可知,冷堆工藝在夏季環境溫度較高時才可以體現出節約能源的優勢,這種降低成本的優勢非常明顯。

表5 其他成本分析表

3 結論

(1)在冷堆脫脂棉加工工藝中使用FMEE作為低溫脫脂劑,生產的脫脂棉吸水性稍好于高溫漂白工藝,由于冷堆工藝的化學品使用量較高,最終的脫脂棉化學品殘余量較高,可增加一道水洗降低化學品殘余量。

(2)低溫漂白工藝中,盡管漂白時間長但仍存在白度低于高溫工藝的缺陷,為了盡可能的提高白度,漂白過程中加入雙氧水催化劑NOBS,產品的白度超過高溫工藝的白度。

(3)在環境溫度低時,冷堆工藝在長時間的保溫過程中其實際的蒸汽消耗量遠高于高溫工藝,沒有實際的應用意義,只有在夏季,車間溫度和自來水溫度較高時,冷堆工藝才有實際的應用意義。

[1]楚云榮,賈文芹.滌棉織物低溫冷堆前處理工藝實踐[J].紡織導報,2013,(10):42-43.

[2]張曉武.硅酸鹽助洗劑的開發現狀[J].中國氯堿,2001, (11):41-44.

[3]徐春松,邵建中,劉今強.棉紗線的HO/NOBS低溫活化漂白工藝[J].印染,2009,35(19):5-8.

[4]徐銘勛.脂肪酸甲酯乙氧基化物及其磺酸鹽的生產與應用探討[J].精細與專用化學品,2012,20(10):18-21.

[5]王 毅.對脫脂棉、脫脂紗布檢驗問題的探討[J].中國纖檢,2001,(5):28-29.

[6]湯宜偉.純棉粗厚織物低堿冷堆前處理[J].印染,2008,34 (9):14-15.

[7]王振華.低溫氧化助劑NOBS的研制及其在棉織物漂白中的應用與機理研究[D].杭州:浙江理工大學,2008.

Application of Fatty Acid Methyl Ester Ethoxylate in Cold Pad Batch Process of Absorbent Cotton

LIU Hai-tao
(Shanghai Xihe Chemicals Co.,Ltd.,Shanghai 201000,China)

Fatty acid methyl ester ethoxylate was used for bleaching and degreasing for raw cotton cold pad batch as degreasing agent.The best cold pad batch process of degreasing was determined by orthogonal test.The process could reduce the steam cost in process of absorbent cotton and improve the competitiveness for enterprise production.

absorbent cotton;degreasing agent;cold pad batch bleaching

TS192.741

:A

:1673-0356(2015)03-0037-04

2015-02-26

劉海濤(1982-),男,江蘇南通人,助理工程師,主要從事精細化工產品應用推廣與技術服務,E-mail:haitao9080@163.com。