图1 水墨转移印花效果。
图1 水墨转移印花效果。
相片: 1234
染整工业是纺织品加工的关键环节,也是涉及环保排放最多的加工工艺。本文从前端治理角度,针对染整企业在环保压力下的技术痛点,提供了染整企业可产业化的最新解决方案。

当前,为了给国人干净、清洁的生活环境,中国政府对生产性企业的环保标准迅速提高。染整工业是纺织品加工的关键环节,也是涉及环保排放最多的加工工艺,如何在保证达到政府环保标准的前提下,仍旧保证企业的运转和竞争力,是每一个企业家面临的难题。

本文立足染整技术,从前端治理的角度,提供了系列相关成熟技术及难题解决方案,承担工程师的社会责任,满足染整企业的迫切需求。

分散染料转移印花的水性墨技术

这是一项针对VOC排放立项和研发的技术,具有立竿见影效果。

涤纶转移印花是一种没有废水产生的印花工艺,技术源于上个世纪八十年代,并一直稳定地发展,在我国浙江萧山绍兴地区、江苏吴江地区、广东潮汕地区、福建闽南地区集中了大批涤纶转移印花工厂,其他如昆山等地也有工厂,工艺十分成熟。

其主要工艺流程是先以凹版印刷机将花型印制在纸张上,然后用热转移印花机将纸上花型转印到织物表面,这种印花方法简单,分色方法与数码打印相同,印制效果也相似,适用于纯涤纶、涤棉等混纺产品。

2010年,以国务院办公厅转发环境保护部等部门《关于推进大气污染联防联控工作改善区域空气品质的指导意见》为标志,我国挥发性有机物(VOC)污染控制在二氧化硫、二氧化氮和PM10之后,正式步入环境保护工作的主战场。
图2 使用尿素替代品的印花效果(蓝色、红色涂料,未标注者为尿素对比样)。
2017年,国家VOC治理相关法律开始正式执行。由于转移印花工艺在凹版印刷中,一直使用溶剂型溶解分散染料制备印刷油墨,VOC排放就不符国家标准。

当然,如果把产生的VOC集中起来燃烧,可以解决这一环保问题,但问题在于很多小企业收集起来的VOC并不能达到燃烧浓度,而且燃烧设备投资不小,所以用水取代溶剂制墨才是解决这一问题的根本手段。

上海市纺织科学研究院在2016年成功推出以水代替溶剂的水墨,无需燃烧,VOC排放直接达标。

不仅如此,以往的溶剂油墨打印的转印纸,如果放置一段时间而没有使用,纸面溶剂挥发也会使转印织物的图案颜色变浅,色光变化,而水墨不会如此。目前,该产品正在制定中国纺织工程学会团体标准。

在上机使用时,水墨的使用并不需要更改设备或工艺,其方法和途径与传统溶剂性油墨相同,如:印刷设备条件、承印物的表面特性、环境温湿度等;在应用效果上,色彩还原性高,色彩更鲜艳;环境效果更好,车间无溶剂异味。

减少氨氮排放的尿素替代产品

众所周知,尿素在印染工业中如同烹饪行业的食盐,每道菜都少不了它,它是纤维素纤维良好的溶胀剂、染料的增溶剂、洗涤的润湿剂等等,印染加工的每一道工序,它都可以起到自己独特的作用,甚至减少甲醛含量,它也是一把好手。
图3 使用尿素替代品的印花效果(黑色涂料,标字样为尿素对比样)。
新版《纺织染整工业水污染物排放标准》是1992年相应标准的升级版本,明确规定了印染企业氨氮排放纳入监管内容,由于前述的原因,印染工厂的氨氮达标也成为企业头痛之事。

尿素的无氨氮替代品是提供给印染企业,解决氨氮排放超标的最佳前端治理方案。

该代替品不仅不含氨氮,而且不影响色度与色光,织物染色印花效果完全与使用尿素相同,而且不需要改变工艺与设备,可以直接取代尿素使用,十分方便。

从实验现象(图2、图3)和资料(表1)可以见到,尿素替代品完全不会影响色光,而且牢度良好。

无磷系列产品

对印染工厂而言,磷排放还没有纳入监管标准,但无锡太湖蓝藻、青岛海水浒苔早就给我们敲响了水域富磷化的警钟。

不含磷的皂洗剂、防沾皂洗剂、螯合分散剂,是提供给印染企业未来的解决磷排放超标的前端治理方案。

图4 用SAC增稠的印花浆印花效果。虽然磷指标排放尚未列入强制执行指标,这些无磷产品都是在环保骤然升级的大背景下,解决印染企业将来要面临的棘手难题。

上海市纺织科学研究院开发的聚羧酸类螯合剂、分散剂以及防沾色皂洗剂对钙离子的螯合值在200--220毫克/克,而国内同类进口产品在140毫克/克,完全达到国际水准。

低含固高增稠的糊料

增稠剂纺织品的印花工艺关键的化学品,直接决定印花效果和排放COD指标。
合成制造低含固高增稠的增稠剂不仅可以降低成本,而且由于含固量低,印花完毕后洗涤进入废水的增稠剂数量减少,这对废水处理的难度、固废量都有十分的好处。

按SAC原料与海藻酸钠原糊粘度随含固量的变化曲线,随含固量的增大,各原糊的黏度均增大,SAC1、SAC2糊的黏度增加量明显高于海藻酸钠糊,这说明要达到同样的原糊黏度,SAC用量要比海藻酸钠小很多,这在实际印花中具有重要意义,含固量低的原糊不仅利于蒸化过程中染料从色浆向织物的转移,而且可降低印花生产的成本,减少化学药品的排放。

环保型牢度提升方法

面料的牢度问题是所有印染企业都头痛的问题,而越来越高的客户体验要求使印染工厂面临的牢度种类、标准也越多越高,为了达到要求,很多含甲醛的化合物被重新用于生产,造成纺织品安全问题。

湿摩擦牢度是最常见的的牢度问题。无论活性染料、涂料、分散染料还是涤纶、棉、牛仔;无论传统印花或是数码印花;甚至阻燃耐高温纤维织物或涂层织物,都会遇到这些牢度问题,而且每种情况的原因各异。

上海市纺织科学研究院把各种纤维面料、各种染料颜料进行了仔细地收集和分析,针对这些不同的问题,灵活应用不同的原理,开发设计了系列湿摩擦牢度提升方案,不仅获得了良好效果,而且耐洗涤且手感保持柔软。

图5 不同规格的牛仔面料处理前后的湿摩擦牢度。尤其是耐高温纤维织物,不仅提升其数码印花湿摩擦牢度,而且保持其阻燃性和燃烧后布面不变色。

最关键的是,这些技术都不会对纺织品的环保检测有负面影响。

基于酶制剂的染整加工新工艺

生物抛光/抛染同浴工艺

这是丹麦诺维信公司研发的一种将织物染色前处理和染色过程整合为一个工艺过程的方法,同时还加进了让纺织品质量最优的生物抛光工艺。

一直以来,染色前处理和染色是分三个步骤进行的:漂白剂清除、生物抛光和染色,而这个生物抛光/抛染同浴法可以将这三个步骤合并成一个工艺。

这个工艺已经在纺织工业中获得广泛应用,但是其对纺织环保方面的贡献可能还远远不为人详细所知。

表2是生物抛光/抛染同浴法使用和节省的物质清单(绿色酸液是有机酸与缓冲液组成的混合物; Matexil BAPK是一种用于去除过氧化氢的碱性钠盐溶液;Hydrostat BM是水溶液中的聚合级乙二醇)。

在Maral开展的研究以及其他比较三步法和生物抛光/抛染同浴法的研究结果表明,两种方法获得的染整织物品质相同。但经过生物抛光/抛染同浴法处理的织物产品在洁白度和表面柔软度方面更胜一筹。

生物抛光程度相同时,生物抛光/抛染同浴法所导致的织物重量损失比传统工艺少1-2%(参见图5了解织物起球评分标准)。

根据美国农业部对全球棉花消费展开的调查,预计全球染色针织品的年产量将会达到500万吨左右。

由此可见,采用生物抛光/抛染同浴法后,全球每年可以节省6,500万m3淡水和150万吨二氧化碳。这一节水量相当于170万印度人每年的生活用水总量,二氧化碳减排量相当于60万辆汽车每年的二氧化碳排放总量。

牛仔水洗退酵一浴法/工艺
图6 相比传统的牛仔酵洗工艺(右图),Novozymes Denimax Core(左图)保证牛仔布品质或水洗效果。
丹麦诺维信公司研发的一种新的牛仔水洗工艺——“Novozymes Denimax Core”,将牛仔布的酵洗工艺和之前的退浆工艺整合在一起,达到水洗效果可与传统工艺相同甚至更好。

当牛仔水洗改用牛仔布水洗退酵一浴法/工艺时,新工艺相比传统工艺增加了20kg Denimax Core酶制剂;它同时节省了20kg淀粉酶和20kg纤维素酶或20kg纤维素酶和20kg表面活性剂。

这些节省和增加的化学品估计对于气候变化、富营养化等的影响微不足道。但当节省了20kg表面活性剂时,工艺废水的处理更加容易,处理成本降低。

同时,水洗制剂的品种和数量的减少,操作步骤的简化和效率提高,对工厂的成本降低也大有好处。

以上是在当前环保压力下,针对企业技术痛点而提供的相关技术方案,这些均是基于上海市纺织科学研究院纺织化学中心的研究与应用,以及丹麦诺维信相关技术人员的应用试验结果而得到。

这些方案都已经在纺织业界获得成熟应用,取得了良好的效果,提高了企业的抗压能力和竞争能力,值得大家借鉴和加入合作队伍,共同为国家的清洁与进步贡献力量。

(张庆博士是上海市纺织科学研究院副院长)