可持续发展的棉织物染整加工技术

王济永

全球工业化的高速发展带来了人类社会文明进步和生活水平的提高,但也同时在不断地消耗有限的自然资源和污染着自然环境。这种后果将导致自然资源日趋枯竭,自然环境日益恶化,威胁着人类和自然界其他生命的生存。为此,人们在工业生产中不断寻求各种方式,最大限度地控制不可再生资源的消耗,减少生产过程的废弃物排放。节能减排将成为今后生产和技术发展的主要目标,也是每个行业可持续发展的必然。

据有关资料,近几年世界纤维加工量每年在 7 100 万 ～ 7 300 万t左右,其中,棉纤维加工量每年在 2 500 万 ～ 2 600 万t左右,约占全部纤维加工量的 35%。而我国用棉量每年大约在 1 100 万t左右,约占世界用棉量的 40%,主要用于服装及家纺产品。因此,无论世界,还是我国对于棉织物的染整加工现状及今后的可持续发展问题一直高度关注。

近年来,我国染整行业发展很快,产能增加,品种繁多,质量提高。据中国印染行业协会统计报告,即使受世界金融危机的影响,2008年规模以上印染企业印染布产量仍然达到 494 亿m,其中纯棉及棉混纺印染布占到 60% 以上。棉印染布不仅对在制品坯布质量要求高,染色工艺技术也要求精粹,设备状态要求良好,现场管理要求严格。因此提高印染布的质量和增加品种是染色工序的重要课题。同时棉印染布相对也是高耗能、高污染产品。

保持印染行业可持续性发展就必须首先研究棉织物可持续性的染整加工技术(工艺技术和设备技术),在确保质量的前提下,选择降低能源消耗、减少环境污染的加工技术。而这些技术和设备必须符合:能最小限度地消耗不可再生的资源;加工技术对环境影响最小;废弃物最少、经处理对环境友好;符合循环经济回收再利用的原则。经过各国印染、印染机械、染料、助剂及相关行业工程技术人员的努力,目前行业同仁认可的已有涉及方法、染料、助剂及设备 等 28 项不同的工艺技术和设备可以降低 50% 的水、化学品和能耗,具有可持续性。

一、可持续发展的棉织物染整工艺技术

1.生物酶技术

生物酶是一种生物催化剂,能加快化学反应速度,具有高效、专一和反应条件温和的特征;可取代强酸、强碱等化学品;操作安全,易控制;它的化学本质是蛋白质,因而无毒,可生物降解,对环境友好。

生物酶技术目前主要用于棉织物退浆、精练和过氧化氢漂白的前处理中,去除棉纤维上的天然杂质和纺织加工中的附加杂质;其次用于棉织物后整理,对织物纤维进行表面处理(表 1)。

棉及其混纺织物采用生物酶处理技术可以大大提高退浆率,提高前处理织物品质,与传统的碱处理工艺相比,可节约大量助剂,减少能耗、水耗,据测算可使前处理成本降低 20% 左右。同时,污水排放量比碱处理明显减少,且污水中BOD/COD比值也只有碱退浆的 1/10 左右。生物酶前处理技术大大提高了污水的可生化性,降低了污水处理难度,做到污水稳定达标排放。

生物酶技术在棉织物染整加工中的应用发展很快,应用范围也不断扩大,很多工艺已经非常成熟,例如:酶退浆工艺,牛仔布酶洗返旧整理,过氧化氢酶去除双氧水等。现在又在精练、漂白、染色后去浮色等领域快速发展。

酶的品种虽多,目前用于染整技术的品种还是有限的,加工成本也有些偏高,某些酶的使用条件(温度、pH值等)也比较窄,以及棉纤维上杂质的多样性、复杂性等原因,在许多方面应用还不够成熟,还需要做大量的工作,这些工作需要染整与生物化学技术人员通力合作。

2.冷染技术

为解决棉织物前处理流程长、处理条件剧烈、能耗高、排污量大、工作环境差的问题,印染技术人员经过长期摸索发明了冷轧堆加工技术。由于冷轧堆加工技术具有投资成本低,能耗、水耗少,柔性生产率高等众多优点,目前在棉织物染整加工中广泛应用于前处理、染色、印花及后整理。据报道,欧洲活性染料染色有 1/3 是采用冷轧堆染色工艺技术加工。近年我国能源成本增加以及染料品质改进、新品种面市,印染厂采用冷轧堆染色工艺技术也越来越普遍(图 1)。

冷轧堆染色工艺技术和设备具有节能、高固色率、污水排放量小等特点。其主要特点是:① 染液中同时有一定比例的染料和碱剂,在室温条件下经过长时间的堆置,使染料在布面上吸附、扩散和固着 3 个阶段同时缓慢进行作用,可以提高染料固色率达 90% 以上,因此可以节约染料约 10% ～ 20%;② 和连续染色的轧、烘、轧、蒸工艺技术相比,可节省水、电、汽等资源达 20% ～ 60%;③ 染液中电解质用量少,染料利用率高,排污量小,环境污染少;④ 由于作用时间长,染料对织物的纤维渗透优良,可大大改善染色织物纤维的“环染”现象,特别是灯芯绒织物可以改善露底现象;⑤ 冷轧堆染色工艺技术适应面广,可广泛适用于各种厚、薄型棉织物,也可用于毛巾或针织物等的染色。虽然冷轧堆工艺技术对使用者需要具有一定的管理和技术水平。但短短几年时间很多印染厂应用活性染料冷轧堆染色工艺技术已取得了很好的经验。

活性染料的特点是染浴中盐量越高固着率越高,浴比越大固着率越低。冷轧堆染色工艺是各种工艺中浴比最小的,因此有利于高比例固着。最适用于此工艺的是乙烯砜型活性染料。

冷轧堆染色法有长时间堆放法(一浴轧堆法)和短时间堆放法(简称KKV法),以短时间堆放法应用最广。具体做法是将染液与碱剂分别配置,浸轧时染液与碱剂按比例在料缸内混匀后注入轧槽进行轧染;也可将染液与碱剂以计量泵按比例注入轧槽进行轧染。这种方法既保证了染液的稳定性,又有适量的碱剂进行固着,因此堆置 2 ～ 3 h即能达到固着牢度,而延长堆置时间只会加大渗透度,不会影响色光。为使渗透、牢度和染料利用率都高,故大多采用堆置 12 ～ 24 h。一般工艺流程为坯布退煮漂 → 浸轧染 液 → 打卷堆置 → 水洗皂煮 → 水洗烘干。该工艺中的碱剂可使用硅酸钠(50 mL/L)+ 38°Bé烧碱(20 ～35 mL/L)或 38°Bé烧碱(10 ～ 20 mL/L)+ 盐(38 g/L),温度 20 ～ 25 ℃。

目前接头印是影响产品质量的主要疵点,因此要使用二线或三线包缝机接头。染液一定用软水,洗水也最好用软水,因硅酸钠与硬水中的钙镁离子反应形成不溶物,易造成手感不良及浮色沾污。若水质不好可使用助剂进行软化。

3.新型硫化染料染色技术

硫化染料一般是由芳香胺类或酚类化合物与硫磺或多硫化钠混合加热制成。硫化染料成本低廉、使用方便、无致癌性,具有良好的水洗牢度和日晒牢度,曾是一类大众化的染料。但又由于它是一类不溶于水的染料,染色时,染料在硫化碱溶液中被还原成可溶性的隐色体钠盐,上染纤维后,经过氧化成为不溶态固着在纤维上。染色中大量硫化碱的使用使染色后废水含硫量高,生物降解难,排放污染环境,传统的硫化染料已少有使用。

但硫化染料的优势在于其价格低廉,不含偶氮基、重金属和可吸附的有机卤化物(AOX)。近年有研究证明:即使有些硫化染料是用致癌芳香胺做原料制成,但这些芳香胺经过硫化、缩合、闭环和氧化等复杂的化学反应以及后处理,一般情况下不会以游离状态存在于染料成品中,因此,硫化染料又重新受到重视。不过现在的硫化染料是将普通的硫化染料与还原性糖等含羰基化合物及烧碱反应,生成一种可以稳定存在的水溶性硫化染料隐色体,称之为新型硫化染料。

使用新型硫化染料有代表性的工艺技术当属Clariant(科莱恩)的Pad – ox轧氧工艺技术(图 2)。

该工艺技术简单可靠,适应面广且灵活度高,各批次间具有很好的重现性;染槽染料、助剂用量低,与活性染料比可节省 20% 的染料、还原剂、碱以及 70% 的元明粉;染料具有很高的固色率,使得染色废水中的污染物的含量降到最低,甚至无颜色残留;染后的残液可回收再用,回用率高达 70%;染料上染率高,也大大降低了染后水洗的用水量约 70%。

由于新型硫化染料技术优势明显,既节水,又节能,废水清洁度高,处理起来也比较简单,符合可持续发展的需要,目前不仅应用于连续染色,而且在间歇染色中应用也越来越多,特别是棉织物染蓝、黑等一类的深色。

4.泡沫染色技术

泡沫加工技术原本用于织物的后整理,用于染色是近几年的事情,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断完善之中。与常规的浸轧法相比较,泡沫染色更节能。泡沫染色技术的主要特点如下。

(1)染液施加均匀。首先用泡沫发生器将染液泡沫化,然后通过施泡机的施加棒施加于织物表面。只要织物平整,施加于织物表面的染料就一定是均匀的(图 3)。可是在浸轧法染色中,染色是否均匀和织物幅宽有很大关系。幅宽越宽,要作到均匀上染困难就越大。泡沫染色与幅宽没有太大关系。在这一点上,其他染色方法显然都不能与之相比。

(2)避免染料泳移。泡沫染色织物带液率很低,最高也不会超过 40%,所以在后续烘干过程中,由于烘干不均匀产生染料泳移的现象就不会发生,也就不会产生边中色差。

(3)染液浓度一致。泡沫染色不存前后色差的问题,整个染色过程中染液随机泡沫化,各种化学品的浓度始终不变。再加上精确的泡沫施加量的控制,使织物染色前后得色一致,颜色稳定比较容易做到。泡沫施加与化学品混合示意见图 4。

(4)泡沫染色由于是把起泡后的染料溶液均匀地施加于织物表面后,再通过轧车挤压,可以使染料在织物中很好渗透,因此,染色牢度和浸轧法一样,不存在问题。

(5)可以实现污水的零排放。泡沫染色中,残留的仅仅是少量的泡沫,而且这些泡沫破泡以后得到的染液浓度与配方浓度完全一样,多数情况下可以回用,避免了常规浸轧法轧槽中剩余的染液必须放掉的问题。

泡沫染色可以显著地降低能耗,提高生产效率,提高产品质量,促进新产品开发。节省染化料,降低生产成本,可以做到污水的零排放。

5.植物染料染色技术

人类在很久以前就开始使用天然染料,这是人类文明的标志。我国是应用天然染料最早的国家,据考证远在旧石器时代的山顶洞人时期,已经开始使用氧化铁作为红色颜料为装饰品着色。植物染料染色在春秋战国以前就开始应用,至明请两代染料植物的种植、制备工艺,印染技术等方面均到鼎盛时期。印染艺人通过大量的实践和不断摸索,创造并积累了天然染料提取、染色、印花一套完整的技术。但随着现代工业革命的兴起,合成染料以其丰富多彩的 颜色、低廉的价格以及优良的色牢度得到广泛的应用。天然染料在迅速崛起的合成染料面前逐渐失去了昔日的辉煌,提取天然染料染色、印花的古老技术也被慢慢摈弃,几近绝迹。染料应用的历史长河缓缓流到今天,人们才逐渐注意到合成染料除色谱齐全、生产和印染工艺可工业化、标准化外,同时也导致了严重的环境污染、能源和资源不可逆转性消耗,以及影响人类健康的问题。逼迫人们又重新审视天然染料印染的问题,特别是天然植物染料染色的问题。

天然植物染料是以植物为原料,从植物中萃取,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,这是合成染料难以比拟的。天然植物染料在印染生产整个过程中,对生产环境无污染,不会对人体健康产生任何伤害,排污也不会对人类生存环境产生不良影响。

目前,开发生产的天然植物染料已达红、黄、绿、黑、蓝五大系列,20 多个品种,印染颜色 1 000 多种,不仅可染棉,而且可染麻、毛、丝等多种天然纤维,产品可以达到Oeko – Tex Standards 100标准。棉织物的色牢度可以和现用的活性染料媲美,但天然植物染料所赋予纺织品的抗紫外线等一些特殊性能是合成染料所不能达到的。

天然植物的可再生性及植物染料优良的染色和保健性能,弥补了合成染料原料的短缺,染色过程环保,节约资源,不危害环境,且染色纺织品对人体无害。因此,天然植物染料染色符合国家节能减排基本国策,可保证印染行业可持续发展,值得推广应用。

6.臭氧脱色技术

在棉织物染整加工中,牛仔服装是一个大类产品。牛仔服装的仿旧整理国内目前靠酶洗,而国外已发展用臭氧加工。而目前工业制得的臭氧可用来进行棉织物的漂白和牛仔服装褪色,进行仿旧整理。臭氧是比氧、氯等更强的氧化剂,相对氧化势能(25 ℃)见表 2。

可以看出臭氧比双氧水、氯制剂具有更高的活性。而且臭氧可在 20 min内通过反应迅速转化成氧气,较其它化学处理具有更高的安全性,一经生成可全部使用。臭氧的发生也比较简单,只要在现场建一套臭氧发生装置,利用干态空气在高压电场(交流电,频率 60 Hz,输出高压:18 kV)产生电晕放电即可得到。工艺流程为:空气 → 滤油设备 → 除湿干燥器 → 电晕放电 → 臭氧 → 染整设备。

利用臭氧处理牛仔服饰,既可以使牛仔获得石洗、仿旧和涂料的风格,也不会产生内里沾色;处理多种颜色的棉织物不会发生渗色、沾色问题,不影响印花图案及绣品花型的风格;利用臭氧加工技术还可以消除纤维和织物上的浮色,达到化学助剂无法达到的效果;处理棉针织物不仅可以得到柔软的手感,而且断裂和撕破强力不会降低,色光可由臭氧处理的时间来进行调节。

据测算利用臭氧加工技术加工时间可减少 30%,根据品种不同省水 30% ～ 70%,节约化学品 25% ～ 90%。因在常温下加工无须加热,热能也得到节约。臭氧加工技术物耗少、无污染、成本低,是值得大力推广的可持续发展加工 技术。

7.涂料印花技术

涂料印花是世界上公认的清洁生产技术。虽然长期手感和色牢度较差的问题困绕着印染技术人员,但由于加工流程短、节能省水,有利于环保,适应于棉及多种纤维的印染加工,在助剂不断改进手感和色牢度的过程中,仍然是可持续性染整加工技术之一。

目前在世界各种印花所用的色素原料中,涂料占有 52% 的份额。而占印花纺织品 52% 的棉织物印花主要的印花方式也是涂料印花(表 3)。

近年来涂料印花技术的发展主要集中在涂料印花黏合剂的开发和超细涂料的研究和应用方面。为解决手感、增加透气性、拉伸性而选用聚氨酯黏合剂;为达到环保要求研究出了核壳结构的无甲醛环保型黏合剂;为解决堵网及喷墨印花堵喷头问题而把涂料做成超细材料等。

目前人们又在研究用光固着或电子束固着以取代当前使用的热固着法,试验用经交联树脂预处理的棉织物印涂料色浆,经焙固使交联树脂与涂料和棉纤维交联,而不再使用黏合剂。既消除因黏合剂而造成的手感变硬和印花时堵网、堵喷头的问题,又可以与染料同印,如试验成功不分染料与颜料,只要有交联基团就可用于印花,染料与颜料可以100%固着,无需再进行洗涤。因此,涂料印花技术的创新发展实际上是涂料印花助剂的创新发展。

8.冷转移印花技术

近几年随着电子技术的发展、染料的改进、助剂的开发,最近棉织物冷转移印花技术得到快速发展,已成为棉织物可持续性染整加工技术之一。工艺流程如下:

该技术的关键是印制花型图案前在原纸涂布适用的助剂。最大的特点是冷转移印花后无需汽蒸,因此不会有渗化现象,精细花型能得到较好的保护。由于转移纸花型图案可用数字喷墨印花技术,因此适宜小批量、多品种生产。冷转移印花无需换花纸或频繁换布,生产效率是传统印花无法做到的。

由于冷转移印花技术工艺流程简化,在室温下转移印花,转移后也无须烘干直接冷堆固色,在印花过程中既不需要烘干,也不需要汽蒸或焙烘,比传统圆网印花可节省 50%能耗;冷转移印花糊料用的非常少,在加之湿态堆置时间相对比较长,染料扩散充分,固色率高,不仅使得水洗变得简单,而且耗水量比传统圆网印花可节省 60%;糊料用量小,染料渗透好,水洗用量少,产生的污水量不仅少,而且COD量相比传统圆网印花可降低约 2/3;冷转移印花所排出的废水由于含糊料、染料、助剂等废弃物量低,从而使得污水处理也变得简单,90% 的废水回收处理后可循环再用。

9.数字喷墨印花技术

近几年,纺织品数字喷墨印花技术得到了快速发展。这主要因为与传统印花技术相比,数字喷墨印花技术具有显著的优点,这些优点主要体现在:① 适应面广,棉、麻、毛、丝、化纤的机织物、针织物和非织造布等;② 印花精细度高,能达到 2 880 dpi,可与照片相比,使高清晰度印花纺织品的生产成为可能;③ 无需制版、批量灵活,可以实现单件制作,也可以大批量生产,交货迅速,满足越来越个性化的需要;④ 无染料和助剂的浪费及废弃,也没有污水排放,属于清洁生产技术;⑤ 数字喷墨印花机占地面积小,有望实现家庭式生产,投资小;⑥ 可以实现电子商务,市场需求的花型图案可以通过互联网传递给生产商,生产商可立即安排生产,并将产品寄给经销商或消费者,大大缩短了生产周期,满足市场的需要。

喷墨印花技术首先将图案原稿经扫描等进行数字化,数字化的效果在一定程度上决定数字喷墨印花的效果。其次是经预处理的织物一定要有适宜的组织结构;布面平整光洁;具有良好的抱水性能;白度好:再次就是选择合适的墨水。对于棉织物适宜的墨水是用涂料或活性染料加助剂制得。

10.等离子体处理技术

等离子体处理技术自20世纪60年代引入纺织领域,以其对纺织品表面改性的物理过程,以及干态的加工方式等特点,挑战传统的以水为介质的化学湿加工方式。纺织品染整加工主要应用电晕放电和辉光放电产生的低温等离子体。

低温等离子体是依靠电能激发气体直接与棉、麻等纤维材料的反应。因纤维织物的加工是固体与气体的反应,仅在纤维表面层进行,对织物没有任何破坏和损伤。目前等离子体技术在染整行业主要用来对织物表面进行蚀刻、引入官能基团、交联。应用低温等离子技术处理后,棉布染前处理过程可省略或缩短退浆煮练等过程,降低生产成本,减少水资源浪费和化学污染物排放;用于染色,该技术对于改善棉纤维染色印花性能、提高色牢度有很好的作用;用于后整理,可以达到织物拒水拒油、阻燃、抗菌等,对于改善织物手感风格、去除甲醛及过敏性气体等也有明显效果。据测算,仅用于棉织物轧染前处理一项,可节能减排约 30%。

今年,中科院微电子所和中国纺织科学研究院江南分院联合研制的平幅、连续、大功率、高效的常压等离子体设备已成功应用于棉布轧染的前处理。据该所计算,如该技术应用于国内 1 000 条的棉轧染生产线,每年可节水并减少污水排放 2 000 万m3以上,节省蒸汽消耗 300 万t以上,并且大幅减少化学品用量,节约的生产加工成本每年可在6 亿元以上。因此,低温离子技术是推动等离子技术在纺织印染工业生产领域广泛使用的一大突破性进展。

二、可持续发展的棉织物染整设备

近年来,染整设备的开发也更注重经济性和生态性。一个非常明显的趋势是:为了节省能源、降低耗水和减少染色时间,在原有设备的基础上开发或改进一系列装置。就染色设备来说其发展特点可以总结为:① 开发特别设计的染色设备以适应类别品种的特殊需要;② 以经济和生态为目标,注重能源的节约与利用;③ 提高自动化水平,广泛采用计算机控制;④ 强调生产柔性,以适应小批量多品种、小浴比、快速、低张力和柔和处理的生产工艺。

总之,染色设备近几年技术进步瞄准了染色产品的质量和经济性的最佳化,“为了更少,必须更多”即为了减少消耗,降低环境污染,在设备上设计和采用了更多性能优良的自动化在线检测和控制仪器仪表,水及热能回收利用 装置。

1.现代的卷染机

卷染机虽是古老的染色机之一,但随着染色批量的不断变小,它却成为一种理想的代替连续染色机的设备。发展到今天,卷染机有了很大的变化,特别表现在灵活性、小浴比和对织物张力的准确控制。现代卷染机都带有电脑控制系统,多采用了液压比例控制、变量液位控制、变频通信控制等现代科技成果。藉此可根据工艺要求的不同进行工作程序的选择,能准确地控制织物速度和张力,较好地解决了前后、边中色差等问题。就附加设备而言,现代高技术装置的卷染机与传统卷染机相比有以下几个方面的差别:① 染槽更小,浴比很低;② 用泵进行染液循环;③ 液槽隔开; ④ 由刮液刀片将液体分离,进行织物-液体交换;⑤ 液槽中间装有轧液或抽吸装置;⑥ 自动往复装置;⑦ 安装有补偿装置,用于防止在机器停车时因染液集中在槽中而使在制品色泽不稳定;⑧ 用于监测和重现工艺顺序的程序储存控制器也是现代卷染机的主要组成部分。

德国Thies(第斯)的HT – Jigger和NT – Jigger(图 6)充分运用现代先进的处理技术。变频控制带有制动电流回馈系统,直接驱动主罗拉(节能)的三相电机;经济节约型双染槽的设计确保了超小的浴比,实际工作容量为标准容量的 55% ～ 100% 时,浴比可达 1∶2;织物运行监控系统用于精确计算和控制织物速度和张力,张力大小可选,从 10 ～ 100 kg,这是目前同类产品中张力极小的卷染机;染缸中统一的染色条件,与批次尺寸无关;用水表控制水洗;染料助剂的加料由通过染液的织物长度而定;附加的压力泵用于色光校正和加料,HT – Jigger的加料能在压力下进行;外置的液泵热交换器保证了一致的染液加热和循环;主批次罗拉的侧向位移;染缸模拟液位控制系统等先进技术的采用确保了小浴比条件下均匀染色,能处理所有市场上出现的棉织物及棉混纺织物。

丹麦Henriksen的Vacu – Jigger装有 2 个内吸棒和 2 个附加的喷管,能达到较好的水洗效果,并能改善染料的渗透。该机还有 1 个带真空狭缝的双浴结构,织物从第一浴进入到第二浴时需经过该狭缝。有利于染料渗透,而且两浴染液互不沾污。

德国Küsters(寇司德)的Twin – Jigger用 2 个小型单槽代替一个大浴槽,能维持最小的浴比,并能分别施加染化助剂,降低了染化助剂的用量。具有高效和对环境污染少的优点。

意大利IN.TES最新设计制造了一台名为Quicker的新型卷染机,它将卷染机、轧染机和连续水洗机的功能结合在一起,被誉为“第三代”卷染机。它在生产效率和产品质量等方面都有很大改进。它除具有一般卷染机的结构和典型的循环功能外,还有一个带恒压轧辊的双浴轧槽系统。织物张力在 0 ～ 5 kg范围内预先设定,并通过程序控制器和载荷传感器的反馈信号保持张力恒定。该机通用性很强,其关键部件是轧水辊,使许多工艺技术可以在该机上实施。在该机染色所使用的染料种类不受限制,并可实施卷染或轧染工艺,也可两者兼用。还可在该机进行前处理的退浆、煮练、漂白以及水洗和汽蒸。该机的特点是减少停机时间、节水、节能。

2.改进的液流染色机

关于间歇式小浴比液流染色机笔者在前几年写的《小浴比染色的技术与设备》中已述及。根据国情所提出的1∶8 以下为低浴比的观点,已被业界所接受。低浴比染色设备全部由电脑控制。自动控制各种工艺参数,自动记录工艺过程,自动处理缠结等常见问题,完全实现了智能化。技术已经发展到相当高的程度。但是,近 2 年仍有不少改进。这些改进充分反映了当今国际染整新设备和新工艺技术对注重生态平衡、保护环境的设计思想,反映了目前纺织品市场对小批量、多品种、各种纤维及其混纺、交织织物染色的需要。因此,这几年的发展值得一提的是香港立信公司的Jumboflow系列高温染色机。

Jumboflow系列染色机(图 7)集合了多项研究成果,能缩短全程工艺时间,增加产量和节省能源。主要调整VL变载储布槽的形状,储布槽容量可以调节每管达到特大容量280 kg,满足从轻质到重质的织物运行特征。TIT高效热交换器提供最大升温率而降低热损失。MSR多省功能系统令染色工艺同时进行冷却和清洗程序。因此,减少染色时间的同时亦减少水耗量和排放量。为了有效地清洗织物,必须控制洗水用量和清洗时间,为此而开发AIR+先进智能清洗系统。优化的结构设计可以在满载时达到最低行机浴比 1∶4.5,可以和气流染色机浴比相媲美。染液在运行中对织物的冲击和长时间的反复浸渍,染色匀透,加以在染色过程中染液对织物冲击甚微,不易起毛、起球、缠结折皱等。研究成果的利用和极大容量的完美结合增加了机器产能,成为行业内极具经济效益的设备。

3.发展中的气流染色机

气流染色机是应用空气动力学原理,利用压缩空气来优化液流染色机的染色效果。近几年的改进和发展主要体现在:更小的浴比、采用空气动力系统、增加和重新设计设备部件,以减少用水量、改进织物输送机理和储布箱设计、降低喷嘴压力,从而达到缩短染色循环时间、减少水耗和柔和地处理织物的目的。采用自动化设备来控制各种工艺参数,特别是使织物速度、绞盘驱动与喷嘴中液流之间的同步协调,以尽可能实现织物的柔和处理,普遍采用的触摸屏技术使操作更简便。随着节能减排政策的实施,环保措施的严格执行,目前大有用气流染色机替代老式溢流染色机的趋势。

德国Then(特恩)是世界上最早研制气流染色的公司,所发明的气流染色机也是真正意义上使用气流进行染色。它是利用专利气体动力系统的气流将染液雾化为汽雾喷射到织物上达到染色的目的。而不是如其他所谓的气流染色机用气流来推动染液喷射到织物上。专利气体动力系统是指利用气雾使织物运行,是无需用染液或水作为媒介输送织物,从装载到程序结束,织物始终在运行,即使在排水和注水过程中也是。Air flow®Synergy气流染色机(图 8)是融合最先进的Then – Air Flow专利技术及其全部技术特性的成果,所有技术特性及功能相互作用,实现经济及环保优势,时至今日,仍无其它染色技术可与之媲美。设备关键是High – Flow喷嘴提高了染色及水洗效率,高度抛光的双气环喷嘴能减少气流对坯布的冲击力,减少摩擦,保证织物良好的表面质量。两组喷淋管能提供染液充分交换,保证匀染。鼓风机风量精确调节,达到布速恒定运转。漏斗形导布槽设计使织物张开,既消除了织物皱条,又利于染液交换。该机通用性极强,可用于纯棉、涤棉、及Cupro、Lyocell等新型纤维的染色。其控制系统采用的是局部操作网络“TLON”。每一控制单元都配备装有信息的芯片,所有控制单元按总线原理连接在一公共导线上,其接线和安装比用存储程序控制器要简便的多。自调整控制器和遥控传感器是“ TLON”的主要部分,它会反映操作中的误差并提出校正建议。气流染色机节能效果显著,见表 4。

Then公司的气流染色机资料显示,节水可达 50%,节汽可达 50%,节助剂可达 30%,节时间可超过 30%(表 5),节能减排效果显著。

Thies公司的气流染色机,用气流推动染液喷射到织物上达到染色的目的。其容布器设计新颖,每缸容布量100 ～ 500 kg,浴比 1∶5。其增强液流的Vario – Jet柔和喷嘴,专为保护织物表面设计。其冷却和水洗结合系统(CCR)、水洗控制系统(CR)、同步染色控制系统(SDC)和自动多料配制系统(MPI)等全新的性能,有效地缩短了染色工艺时间,降低了能耗,极大地提高了染色品质。该公司最新的Luft –Roto高温高压喷射/喷气染色机,适用于敏感织物,其设计织物在运行时受到转鼓系统的完全保护,并通过喷射循环系统和鼓风喷嘴供气系统达到高度操作灵活性。

另外,希腊Sclavos公司的Venus染色机,具有独特的双喷气系统,这样能增强液体和织物的接触。其另一特点是运用Aqua Chron技术,它提供操作者全盘控制工艺参数和用水。此外,该公司还提出了“水利用率”(water usage ratio)这一概念。他们认为这比“浴比”(Liquor ratio)更恰当,它是指包括前处理、染色/印花、后整理全过程总用水量对织物重。

气流染色机由于品种适应性广、质量高、物耗低、排污量小、生产灵活、高效率而为业界所青睐,目前可谓最具有可持续性的染色设备。

4.数字喷墨印花机

数字喷墨印花技术是将通过数字化技术处理的图像输入计算机,经电脑印花分色系统(CAD)编辑后,再用印染专用软件(RIP)控制喷墨印花系统,将专用墨水(如棉用的活性、涂料墨水)直接喷印到织物上,形成设计要求的印花织物。数字印花有三大要素,即软件、数字喷墨印花机和墨水。

数字喷墨印花机世界上很多公司都在开发,形式也略有不同。仅举几例说明:意大利Reggiani(美加尼)公司推出的DRe AM系列数字喷墨印花机是一套高精度数字喷墨印花机,适用于从棉、麻、毛、丝各类织物喷墨印花。该机在 600 dpi × 600 dpi分辨率下,可以加工幅宽 1 800、2 400、3 400 mm的织物达到 150、190、240 m2/h;使用CMYKOB六色墨水,每种墨水 7 个喷头,42 个喷头安装于一个喷头桥座上;具有连续导带清洗系统;印后织物烘干系统等。日本东伸公司的Artistri系列喷墨印花机采用压电式喷头。每台机装有 16 个压电喷头对单一类型墨水可以使用 2 × 8 色方案,或者对于两种不同类型的墨水使用 1 × 8 方案。喷头高度可以在 0 ～ 10 mm范围内自由调节。荷兰Stork(施托克)公司生产的Sapphire系列喷墨印花机采用外置墨水输送系统,可以使Sapphire系列喷墨印花机在高强度、高速度的生产环境中运行,而无需在印花过程中定期更换机器中的墨盒。这种大容量的供墨系统可以确保印花机在高速运转时有足够的墨水供应,而不会出现其他喷墨印花机经常遭遇的喷嘴故障。奥地利Zimmer(齐玛)公司推出的Chromo JET数字喷墨印花机,采用电磁阀(HSV)将墨水喷射在织物上,特别适用于毯类厚织物喷印。我国杭州宏华公司全新推出的高速导带喷墨印花系统VEGA(图 9),具有 16 只256 个喷嘴的高频率工业级喷头及集成数控系统,使其印花速度可以达到 140 m2/h。这套系统具有独特的供墨系统及喷头温控保湿系统,保证了喷头喷墨流畅。VEGA采用不锈钢压电式喷头,强度高,寿命长,适应工业化连续印花生产。VEGA的喷头高度也可调整,适用于各种不同厚薄、不同品种织物印花。

最近几年,经过不断改进,用于纺织品印花的喷墨印花机无论在印花速度还是在整机性能方面都有了很大提高。最新的日本仓敷纺绩电子制造的DynaPrint 400(暂定名)数字喷墨印花机速度已达 400 m2/h,和歌山染工准备以此为契机构建新的战略模式,1 年生产 50 万m,3 年后达到 200 万m。

5.低浴比成衣染色机

为了适应人们时尚化、个性化的需求,成衣染色更有发展之势。新的低浴比成衣染色机采用了喷射染色机的原理,通过软件自动控制设备,将染液由特殊的喷嘴进入转鼓内持续喷射到成衣上,保持成衣的润湿(图 10)。

在机器高速高速运转中,成衣吸附在转鼓壁,保持相对静止状态,不会产生折痕和擦伤。成衣在转鼓内状态见 图 11。

低浴比成衣染色机的优势在于,适应社会衣着时尚化、个性化的需求,生产作到了即时性满足人们的需要;采用该机不仅比传统成衣染色机装载量增加,产能增加,而且成衣制成品折痕和擦伤等次品大大减少,成衣颜色的渗透性和均匀性也更好;由于采用了喷射染色机的原理,浴比降低到 1∶2,相比传统成衣染色机可节水 70% ～ 80%,节省盐、碱 70% ～ 80%,节省蒸汽 70% ～ 90%,物耗大幅度降低;染液用量少,也节省加热、进水和排水时间缩短了染色过程。因此,低浴比成衣染色机极低的染色浴比、极少的物耗、高品质的染色质量,符合节能降耗的原则,值得在棉织物染整加工中推广应用。

三、结束语

印染行业的可持续发展越来越多地面临资源、环境的约束,环保问题不彻底解决,印染企业生存和发展也就成了一句空话,印染行业的可持续发展也就无从谈起。技术和设备具有可持续性,并不是说该技术或设备已经发展的完美无缺,不再需要改进。可持续性的重点在于持续改进,不断创新,改进没有终点,创新也没有止境。节能降耗减排是中国国情的必然要求,已经成为我国的一项基本国策。染整企业及染整从业人员只有按照科学发展观和可持续发展的要求,提高质量意识、标准意识,推广可持续性染整加工技术和设备,提高自主创新能力,节约能源,降低消耗,保护环境,落实企业社会责任,印染行业才能可持续发展。