活性染料無鹽軋蒸連續染色工藝
摘要：本文重點介紹開發活性染料無鹽軋蒸連續染色工藝的背景，活性染料染色的工藝現狀，論述了無鹽軋蒸連續染色工藝原理、特點、設備、染料、堿劑及助劑，肯定了該工藝高效、節能減排的先進性和實現產業化推廣的廣闊前景
關鍵詞：活性染料、無鹽軋蒸、連續染色、節能減排
1．技術背景
1.1紡織業被列為重點污染行業
紡織行業“十一五”發展綱要》對“十一五”時期紡織工業節能降耗指標做出了規劃要求：“印染行業：單位產值的污水排放量比2005年降低22%，萬元產值耗電量比2005年降低10－15%。”這就對印染行業的生產和經營形勢提出了嚴峻的要求，逼迫印染行業研究短流程、高效、節能、減排新工藝。
1.2行業減利因素不斷增加
小批量：染色加工的批量越來越小；
多品種：染色加工的品種越來越多、加工色澤越來越多；
高品質 ：要求印染產品品質達到更高的牢度性能；
快交貨：產品交貨期縮短；
污水處理費用增加：環保法規越來越嚴格；
產能過勝：競爭加劇；
歐美設限：出口受阻；
人民幣升值：利潤下降；
出口退稅率降低：利潤空間減小；
能源、染料、人工費用等成本上升，利潤下降。
印染行業所面臨的主要壓力之一是小批量。由于設備要求有一定的生產量，才有經濟效益，因此，印染加工的產量直接影響設備的利用率。表1列出了全球1960-2000年平均加工批量的變化。從表1可知，全球印染行業加工的批量由特別大變為特別小。以國內某企業1965-2005年加工批量為例，加工批量也呈現越來越小的趨勢（見表2）顯然，這些變化對印染廠的產量有直接的影響。為了保持產量，在相同的時間，則需要進行更多批次的染色加工（見圖1），同時，也相應增加了實驗室仿樣工作量（見圖2）。
表1： 國際1960-2000年加工批量變化 單位：米
<| | 1960 | 1970 | 1980 | 1990 | 2000 |
| 美國 | 6000 | 40000 | 30000 | 6000 | 3000 |
| 歐州 | 12000 | 9000 | 6000 | 2000 | 1000 |
| 日本 | 14000 | 13000 | 9000 | 2500 | 2000 |
| 亞州 | 6000 | 10000 | 9000 | 3000 | 2000 |
表2： 國內某企業1965-2005年平均批量變化 單位：米
| 年份 | 1965 | 1975 | 11985 | 1995 | 2005 |
| 批量 | 250000 | 200000 | 120000 | 60000 | 6000 |
圖1：保持全額生產所需的日常染色生產的批數圖 圖2：支持生產所需的日常試驗室染色打
圖3：停機時間對效率的影響
在全面考慮設備利用率的情況下，許多工廠要求設備利用率達到75%。假定平均批量為11000m，需更換色澤的時間為60min。那末，平均批量為1000m時，如仍是60min更換色澤，則設備利用率將降低至20%以下，因此，其生產無經濟性可言。在此情況下，要獲得75%的設備利用率，更換品種的時間應縮短至5min（見圖3），這顯然是不可能完成的。這就是開發無鹽軋蒸工藝的背景。
1.3濕短蒸工藝推廣難
在1995年意大利米蘭舉行的國際紡織機械展覽會（TIMA）上，德國門富士（Monforts）公司和捷利康（Zeneca）公司（即現在的德司達公樣數司的一部分）展示了兩公司合作開發的活性染料連續軋染的濕短蒸（Econtrol）工藝。Econtrol工藝有三個步驟，即：染色——烘干——水洗。Econtrol工藝省去了分離固色步驟（汽蒸），且工藝過程無需用鹽。在烘干過程中如果空氣濕度25%，溫度120℃，時間2分鐘，織物表面溫度約68℃;濕度為30%時，布面溫度為71℃。而在此之前的幾年中，活性染料連續軋染工藝技術進展甚微，幾乎沒有大的革新，以及實現工業化的應用。
濕短蒸（Econtrol）工藝向染色工作者提供受控染色(Controlled oloration)的優點，
1.4 間歇式冷堆染色效率低
2001年我公司成功推行了活性染料冷堆染色工藝，冷堆染色工藝，染透性好，頭尾色差小，無邊中色差，屬于節能工藝，對于小批量染色有著無可爭議的優勢。冷堆染色的工藝流程為：浸軋染液、堿劑-堆置（12-24小時）-水洗-烘干。該工藝加工周期長，常常因為堆放12-24小時后，經水洗才發現色不符再去修色，發現問題滯后，效率低，往往由于間歇生產而誤交期，嚴重影響企業信譽。
2．技術特征
2.1 原理及過程
能不能把冷堆染色連續化？ “用短時間的飽和汽蒸固色取代長時間的室溫冷堆固色，從染色原理上是可行的，雖說‘無鹽軋蒸’這一工藝在國內和國外都未見報道，但是，只要我們用科學的態度對待每一個細節，相信科學，不怕失敗，這一新工藝就一定能開發成功！”
從2004年9月，我公司根據活性染料的染色原理，開始研究試驗無鹽軋蒸工藝。活性染料軋烘軋蒸工藝為五步工藝，即：軋、烘、軋、蒸、洗，無鹽軋蒸工藝簡化為三步工藝，即：軋、蒸、洗。在普通的連續軋染機上，不用打底機只用顯色皂洗機便完成了活性染料連續染色的全過程。經過反復對染料、助劑進行篩選復配試驗，2005年初，在化驗室試染成功無鹽軋蒸工藝，2005年5月，對常規的還原皂洗機進行重新設計、組合：①浸軋槽由100升改為30升，使染液更新快；②蒸箱前增加12米透風架，以改善織物的染透性；③增加兩只直徑為570毫米冷水輥，以降低進布溫度
2.2無鹽軋蒸工藝中的染料、堿劑和助劑
2.2.1染料
我們先從進口50余只活性染料進行篩選，其中有部分染料性能可以適應該工藝。為了降低成本，我們又對國產150余只活性染料進行逐個篩選，對不同濃度的比移值、耐堿性、提升性、穩定牲、勻染性、染色牢度等性能指標進行測試、打樣、對比。最終篩選出了可以適用于無鹽軋蒸工藝的活性染料。
在無鹽軋蒸工藝中，由于染料固色在70-90秒內完成，因此，篩選了反應性中等的活性染料。包括活性嫩黃、活性金黃、活性艷紅、活性大紅、活性艷蘭、活性翠蘭、活性芷青、活性黑等。
關于染料用量：染同樣的深度，細薄織物，無鹽軋蒸工藝與軋烘軋蒸工藝及濕短蒸工藝染料用量相等；粗厚織物，由于無鹽軋蒸工藝染透性好，因此，染料用量比軋烘軋蒸工藝有所增加，其染料用量與冷軋堆染色相比基本相同。
2.2.2堿劑
固色堿劑是活性染料無鹽軋蒸連續染色工藝成敗的關鍵條件之一，對此我們做了廣泛的試驗。先后共試驗了七種堿劑：①.水玻璃+燒堿法。②.純堿+燒堿法。③.堿穩定劑法。④.代堿劑法：⑤.磷酸三鈉法⑥.純堿+鹽法⑦.自配固色堿CJ-R法。
以上堿劑有的是適應性不廣，有的是粘輥嚴重，有的還需要加鹽、有的雖然可以使用但
我廠經多次研究復配成功的固色堿CJ-R，完全克服了其他堿劑的缺點，對不同染料用量與固色堿的用量有一定的規律，生產中工藝穩定，操作方便，運用自如，完全滿足了無鹽軋蒸工藝的需要。
2.2.3助劑
在無鹽軋蒸工藝中，軋烘軋蒸工藝使用的助劑都可以使用。
2.3 無鹽軋蒸工藝的特點
染色體系的標準要求如下：經濟性，對小批量染色同樣也有此要求；快捷的色澤品種更換；應用簡便；適用于鮮艷色澤、非常淺和非常深的色澤；優異的重現性以獲得高的生產可靠性；應有一套簡單的實驗室染色方法；對環境友好；工藝對牢度性能無限制；工藝時間短。
換而言之，對染色工藝的要求，就是盡可能在最短的時間內獲得最優的結果。影響染色工藝的變量越少，則達到要求的可能性越高。
圖4列出了連續軋烘軋蒸（PDPS）工藝中的變量（25個）。25個變量就意味著有25個參數有可能會對染色的結果產生副作用。
| 染料施加 紅外線預烘 熱風烘燥 堿的施加 汽蒸 水洗 ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ 織物質量 輻射強度 溫度 化學品濃度 溫度 溫度 處方質量 均勻性 時間 鹽的質量 時間 pH值 帶液量 殘余含濕率 濕度 帶液率 蒸汽量 水量 溫度 排風 織物溫度 蒸汽質量 液體溫度 水封 軋槽容量 |
圖4 在軋烘軋蒸（PDPS）工藝中的工藝變量
圖5列出了濕短蒸工藝的變量降為15個。濕短蒸工藝變量數比軋烘軋蒸工藝少 40%，也就是說，在濕短蒸（Econtrol）工藝中錯誤發生的幾率降低了40%。在無鹽軋蒸工藝中變量降為13個，比軋烘軋蒸（PDPS）工藝降低了48%。比濕短蒸（Econtrol）工藝又減少了8%。圖6列出了無鹽軋蒸工藝的變量。
| 染料施加 紅外線預烘 Econtrol烘燥-固色 水洗 ↓ ↓ ↓ ↓ 織物質量 輻射強度 溫度 溫度 處方質量 均勻性 時間 pH值 帶液率 殘余含濕率 濕度 水量 溫度 排風 堿 |
圖5 在濕短蒸（Econtrol）工藝中的工藝變量
| 染料施加 汽蒸－固色 水洗 ↓ ↓ ↓ 織物質量 溫度 溫度 處方質量 時間 pH值 帶液率 蒸汽量 水量 溫度 蒸汽質量 堿 汽封 |
圖6 在無鹽軋蒸工藝中的工藝變量
2.4 工藝特征
2.4.1無鹽軋蒸工藝與常規軋烘軋蒸工藝相比，徹底改寫了活性染料染色必須用鹽的歷史，使染色化學品用量減少了90%。節省去一臺熱風打底機，綜合節能30%以上，并且減少洗滌用水，減少污水排放30%。
2.4.2無鹽軋蒸工藝與濕短蒸工藝相比，使用還原皂洗機，減少了濕短蒸的紅外線加熱裝置和高溫加熱裝置及溫度、濕度的精密控制，并且縮短了固色時間，提高了染色效率。
2.4.3與間歇式冷堆染色工藝相比，得色量一致，由于固色堿劑的改進克服了水玻璃沾污的弊病，實現了軋染的連續化，提高了生產效率。
3．總體性能指標
3.1產品的質量
3.1.1經檢測無鹽軋蒸工藝染色成品，達到《棉印染布GB／T411-93標準》與軋烘軋蒸工藝染色成品的各項牢度指標一致。
3.1.2用“評定變色用灰色樣卡”評定首尾色差，達到4級以上，色光變化小。
3.1.3無鹽軋蒸工藝，從浸軋染料和堿劑的混合液到染料的固色過程全部是在濕態條件下進行的
3.1.4由于半制品通過均勻軋車后，進入設置汽封口的還原蒸箱，布面含水量較常規液封工藝低，所以升溫快，節約了蒸汽。
3.1.5改善水洗性能：由于無鹽染色，可減少染料回粘現象，所以容易水洗，并且牢度提高。
3.2 小樣與大樣的重現性
為了使染色生產獲得最高的效率，需要化驗室進行多種試驗，摸索出不同染料，不同深度，不同的配套堿劑及相應的工藝條件，找出規律性才能制定出良好的實驗室工藝，快速而便利地生產出可重現的產品。
我公司化驗室，通過由小樣到大樣，再由大樣到小樣，經過反復試驗，不斷總結完善，現在己經掌握了從高支高密的細薄織物到粗厚織物的無鹽軋蒸工藝的仿樣工藝。較好地實現了化驗室小樣與生產大樣的重現性。
3.2.1大小樣的差別①.黃色：化驗室小樣黃色得色淺，大生產大樣黃色得色深；②.藍色：化驗室小樣藍色得色深，大生產大樣藍色得色淺。經反復試驗，化驗室薄膜法加尿素50g/L后，可以達到大小樣得色深淺一致。若用化驗室小還原蒸箱氣封法仿色，色光基本一致。
3.2.2. 軋烘軋蒸工藝化驗室仿樣用的設備，可以滿足無鹽軋蒸工藝的仿樣要求，不需另外購置無鹽軋蒸工藝專用的仿樣設備。
3.2.3 無鹽軋蒸工藝的實驗室工作效率可以大大提高。
| 軋蒸工藝/min 軋烘軋蒸工藝/min 染液準備 5 染液準備 5 染料施加 1 染料施加 1 織物預處理 1 織物預處理 1 軋蒸（烘燥） 3 烘燥 2 水洗 10 化學品配制 5 烘燥 2 織物準備 5 施加化學品 1 汽蒸 2 水洗 10 烘燥 2 共 22min 共 34min |
在圖7中比較了無鹽軋蒸工藝和軋烘軋蒸工藝所需的實驗
根據圖7比較而知，無鹽軋蒸工藝仿色所需時間比軋烘軋蒸工藝所需的時間減少了35%。
3.3 無鹽軋蒸工藝可染的色澤
無鹽軋蒸工藝，不僅可以染鮮艷的嫩黃、艷紅、大紅、艷綠、艷蘭和芷青、海軍蘭、黑色，而且可以用圖7無鹽軋蒸工藝與軋烘軋蒸工藝化驗室仿色樣時間對比三元色拼染中間色，如：灰、橄綠、墨綠、棕等，并且色光穩定。
3.4 適用的纖維材料和織物
無鹽軋蒸工藝，可以對不同紗支不同密度，由纖維素纖維加工的機織物進行染色。由于該工藝染透性好，特別適宜燈芯絨織物染色。
3.5 無鹽軋蒸工藝的環境特性及成本
工業化生產工藝環境特性已成為越來越重要的因素。在選擇優化染色工藝時，需要考慮該工藝的環保特性，其中主要的標準是能耗、化學品用量、排水和排氣的污染情況。另外要考慮的是，對環境友好的工藝是否具有經濟性。而無鹽軋蒸工藝完全滿足上述要求。
在軋烘軋蒸（PDPS）工藝中，如果織物克重為350g/m,軋液率為70%,鹽用量為250g/L，則染色100萬米織物所需鹽量總計為61000kg。與軋烘軋蒸（PDPS）工藝不同的是，無鹽軋蒸工藝無需用鹽。
一臺無鹽軋蒸連續染色機與一臺軋烘軋蒸連續染色機相比較，該工藝省去了熱風打底機，只用還原皂洗機，符合節能減排的原則。在正常條件下，每米布印染加工費用可節約0.08元左右。一臺無鹽軋蒸連續軋染機每年可以節約蒸汽3847.5噸，節水10125噸，節電19.44萬度，節鹽360噸，包括人工費在內，每年節約成本總費用約55萬元。因此，無鹽軋蒸工藝兼具環保性和經濟性。
4．結 論
活性染料無鹽軋蒸連續染色工藝與濕短蒸工藝、冷軋堆染色工藝和傳統的軋烘軋蒸工藝相比：具有一定的技術先進性、工藝可靠性和經濟性、環保性。該工藝的染料、助劑及設備均已實現國產化。主要特點如下：
4.1省去打底機，只需還原皂洗機，節省土建和設備投資。
4.2減少了工藝控制點，有利于提高產品質量。
4.3軋烘
4.4省去打底機，省去紅外線予烘和烘筒烘燥，綜合節能30%，織物染透性好并且防止了染料泳移。
4.5省去打底機，減少了換品種的擦車工作量。提高了效率，適合小匹量染色。
4.6染料和堿劑一浴連續軋染，拼染中間色穩定。
4.7省去打底機，徹底克服了加工高支高密織物在打底機上產生的皺條。
4.8染料和堿劑一浴連續軋染，減少了操作人員，降低了用工成本。
4.9無鹽軋蒸工藝，染色不需用鹽，減少了染色化學品用量90%，從根木上消除了印染污水中的鹽難以去除的難題。
4.10染色不用鹽，浮色不易回沾，改善了染色布的洗滌性，減少污水排放30%以上，提高了染色牢度。
5．存在問題
目前設備尚需繼續完善。
綜上所述，活性染料無鹽軋蒸連續染色工藝，屬于活性染料連續染色的短流程節能減排工藝，建議在行業推廣。
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