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卷染機之分散染料節能減排應用技術實踐

發布時間：2022-12-22 11:04:00 點擊：
分散染料節能減排應用技術實踐（一）

彭志忠
（廣東佛山市敬展紡織材料有限公司  廣東佛山  528216）

卷染機專業生產廠家無錫金潤達2022年12月22日訊  印染行業推進節能減排清潔生產，向技術密集資源節約、環境友好型產業發展，要采用技術先進節能環保的新工藝、新流程設備以及有效工廠管理；以實現了清潔印染生產、污水污泥等零排放，提高企業的經濟與社會效益。本文對滌綸分散染料染整的現狀進行了概述，分析了新時代分散染料節能減排染整技術及發展，對于我國紡織染整企業技術發展和競爭力的提升，具有非常重要的現實意義。
關鍵詞：節能減排；分散染料染色/印花；滌綸織物；低溫染色；堿性染色；免蒸水洗染色/印花

前  言
滌綸纖維具有優良的物理化學性能和服用性能，廣泛的應用領域，其優良的性能使其成為合成纖維中發展最快、產量最高的品種之一。滌綸纖維的崛起及快速發展，使其目前已發展成為最重要的紡織纖維，而其多樣性已成為某些技術要求很高的紡織領域的可選纖維。分散染料是滌綸纖維染色/印花的唯一選擇，但由于傳統的滌綸分散染料染整工藝流程長，存在能耗（電、汽消耗）高、水耗大，同時廢水、廢氣的排放量較多，對環境影響嚴重。
目前傳統工藝的生產成本居高不下，隨著能源、環保問題的日益突出，以及紡織品的日趨高檔化，如何采用新工藝、技術和新流程設備以及有效的工廠管理，做到真正的節能減排，是當今紡織印染企業面前的重要課題。
綠色印染和清潔生產才是今后印染行業的發展方向，減少印染加工能耗、用水是重要環節之一，低能耗和少水或無水印染一直是印染急需攻克的技術難題。傳統的生產工藝已不符合綠色印染、生態排放的環保要求，其生產工藝流程急需轉型升級改造；必須優化組合染整加工工藝的各大要素，能量（熱能、機械能、電子能及電耗等）、化學品及時間，革新工藝，縮短工藝流程，提高生產效率，節能減排，降低生產成本。
一、分散染料概述
分散染料是紡織染料行業里最重要和主要的一大類，分散染料不含水溶性基團，分子量較低，屬疏水性型染料，分子中雖含有極性基團（如羥基、氨基、羥烷氨基、氰烷氨基等），在染色過程中依靠分散劑的作用呈分散狀態進行染色的一類非離子染料。這類染料后處理要求較高，通常需要在分散劑存在下經研磨機研磨，成為高度分散、晶型穩定的顆粒后才能使用；主要用于滌綸（PET）、聚乳酸纖維（PAL）、聚對苯二甲酸丙二酯纖維（PTT）、聚對苯二甲酸丙二醇酯纖維（PBT）及其混紡織物的印染；也可用于醋酸纖維、錦綸、丙綸、氨綸等合成纖維的（淺色）染色。
分散染料于1922年由德國巴登苯胺純堿公司，主要用于聚酯纖維和醋酯纖維的染色，當時主要用于醋酯纖維的染色；20世紀50年代后隨著聚酯纖維的出現，獲得了迅速發展，成為紡織染料工業中的大類產品。
二、分散染料的應用現狀
1．分散染料的分類
分散染料通常按兩種方法分類：
1.1 化學結構分類
分散染料的化學結構主要有偶氮類、蒽醌類和雜環型三大類染料；前兩類分散染料約占分散染料總量的85%（其中偶氮類分散染料占50%，雙偶氮染料占10%， 蒽醌類占25%），其他苯乙烯結構、雜環類分散染料占15%。偶氮型分散染料可按一般偶氮染料合成方法生產，工藝簡單，成本較低；蒽醌型具有紅、紫、藍等色，以鮮艷著稱的染料種族——蒽醌系染料；雜環型為新近發展起來的一類染料，具有色彩鮮艷的特點。蒽醌型及雜環型分散染料的生產工藝較復雜，成本較高。
偶氮型的色譜較劑全，有黃、橙、紅、紫、藍等各種色澤，偶氮類染料的給色量較高，升華牢度較好，但移染性和勻染性比較差；在高溫條件下，比較容易被還原性物質破壞，蒽醌類分散染料色澤比較艷亮，遮蓋性和勻染性較好。在高溫條件下，耐還原耐水解的穩定性相對較高，耐曬牢度也相對較好，但升華牢度比較差。
1.2 應用的耐熱性能分類
可分為低能型、中能型和高能型（低溫型、中溫型和高溫型）分散染料。
※ 低能型染料：耐升華牢度低，擴散勻染性能好，適于竭染法染色，常稱為E型分散染料；
※ 高能型染料：耐升華牢度較好，但勻染性擴散差，適用于熱熔染色，稱為S/H型分散染料；
※ 中能型染料：耐升華牢度與勻染性介于上述兩者之間，又稱為SE型分散染料。
按升華牢度的高低，分散染料通常又被分為三類，S（H）型（高溫型）、SE型（中溫型）、E型（低溫型）。
以分散染料染滌綸為例，其實用特點見表1所示：
卷染機,常溫常壓卷染機,高溫高壓卷染機
2．分散染料的應用
分散染料（Disperse dyes）是一類水溶性較低的非離子型染料，染色時借助分散劑呈分散狀態而使疏水性纖維（滌綸、醋酯、錦綸等）染色；最早用于醋酯纖維的染色，稱為醋纖染料。隨著合成纖維的發展，錦綸、滌綸相繼出現，尤其是滌綸，分散染料獲得了迅速發展，成為紡織染料工業中重要的產品。由于滌綸纖維具有整列度高，纖維空隙少，疏水性強等特性，要在有載體或高溫、熱溶下使纖維膨化，染料才能進入纖維并上染。
因此，對染料提出了新的要求，即要求具有更好疏水相容性和一定分散性及耐升華等的染料，目前印染加工中用于滌綸織物染色的分散染料基本上具備這些性能，但由于品種較多，使用時還必須根據加工要求選行選擇。由于聚酯纖維具有疏水性強、結晶和整列度高、纖維微隙小和不易潤濕膨化等特性，要使染料以單分子形式順利進入纖維內部完成對滌綸的染色，按常規方法是難以進行的，因而分散染料染滌綸需較特殊（即高要求工藝條件及染色設備）的染色方法。
2.1 用于滌綸染色
滌綸屬于聚酯纖維，由于滌綸分子中沒有親水性基團，也沒有其他較強的極性基團，故聚酯纖維的吸濕性較差，疏水性大；再加上滌綸大分子線型狀態好，結構緊密，結晶度高，分子間空隙小，所以分子較大的水溶性染料不能上染滌綸。由于分散染料的相對質量比較低，分子結構簡單，水溶性極小，因此，最適合染滌綸纖維。
目前分散染料染滌綸的主要染色方法主要有：
※ 利用高溫高壓卷染機或溢流染色機（如噴射溢流機等）在125～135℃溫度高溫浸染。
※ 利用熱熔連續軋染機于190～210℃連續熱熔軋染染色。
※ 沸溫常壓載體的染色，但由于之前的染色載體一般不符合環保要求，所以要選擇使用。
※ 沸溫吸色-焙烘發色的工藝在滌綸染淺色時也有應用；但由于焙烘發色程度難以準確控制，所以實際應用不多。
這些方法利用了不同的條件使纖維膨化，纖維分子間的空隙增大，同時加入助劑以提高染料分子的擴散速率，使染料分子不斷擴散進入被膨化和增大的纖維空隙，而與纖維由分子間引力和氫鍵固著，完成對滌綸的染色。由于分散染料在水中的溶解度極低，故要依靠加入染料和溶液中的分散劑組成染液；為防止分散染料及滌綸在高溫及堿作用下產生水解，分散染料的染色常需在弱酸性條件下進行。
2.2 分散染料存在的問題
從聚酯纖維（滌綸）問世以來，分散染料的發展史只有60年，但它已成為世界紡織染料中產量最大的一種染料。目前我國的分散染料產量已超過了35萬噸，是世界上最大的分散染料生產國，年出口分散染料已超過15萬噸。
隨著聚酯纖維，特別是滌綸超細纖維以及新合成纖維的迅速發展，國內外市場對分散染料的需求將會進一步擴大；然而國內生產的分散染料還處在不穩定的狀態，特別是在染料質量和實用性上還存在著不少問題亟待解決。
1．低含量的粉狀分散染料質量較差
（1）粒徑大，而且顆粒大小不均勻，與超微細的顆粒（0.2～0.3微米）的要求差距較大（目前國產分散染料的粒徑在0.5～2.0微米）。
（2）染料晶粒的形狀不規則，有針狀、棒狀、片狀、粒狀、菱狀和塊狀等，而且染料的晶型不穩定。
（3）分散染料的穩定性較差，特別是高溫時的穩定性。在高溫條件下不少品種的染料晶粒容易聚集；這與染料制造時和染色時添加的分散劑、勻染劑等產品的質量有關，分散染料的熱聚集會嚴重影響染色物的質量，如產生色點、色漬、色變、色牢度低、得色量降低等問題。
2．染色性能不能滿足要求
主要表現在滌綸織物用分散染料染色后，經過高溫干熱處理（熱定形、柔軟處理、防水處理等），其耐水洗、耐皂洗、耐摩擦、耐汗漬等染色牢度會明顯下降，而且還會對相鄰的其他纖維（如棉、麻、粘膠纖維）造成嚴重的沾污。因此，染色質量往往難以滿足市場要求。
3．染料的純度不高
分散染料中含有的擴散劑、元明粉、無機成分和重金屬等雜質，會影響染色質量。有些染料對非滌綸的沾色較多、升華牢度和摩擦牢度較低、染色的污染嚴重，這都與染料的純度有關。所以，建議印染企業盡量采用高濃度的分散染料。
三、聚酯纖維/織物分散染料染色
1．高溫高壓染色法
高溫高壓染色法是在高溫有壓力的濕熱狀態下進行，染料在100℃以內上染率極少，即使在沸騰的染浴中染色，上染速率和上染百分率也不高，所以必須加壓在2atm（2.02×105Pa）以下，染浴溫度可提高到125～135℃，此時染浴對滌綸的增塑作用較大，使滌綸纖維分子鏈段運動較劇烈，分子間微間隙增大，產生的瞬時孔隙也越多和越大。
此時染料分子的擴散也增快，增加了染料向纖維內部的擴散速率，使染色速率加快，直至染料被吸盡而完成染色。染色結束后，溫度降至纖維玻璃化溫度以下時，纖維分子鍵段運動停止，自由體積縮小，分散染料與纖維通過范德華力、氫鍵等而固著在纖維內。
分散染料的高溫高壓染色方法是一種重要的方法，其適合升華牢度低和分子量較小的低溫型染料品種。用這類染料染色勻染性好，色澤濃艷，手感良好，織物透芯程度高，適合于小批量、多品種生產，也常推薦于滌棉等混紡織物的染色。
分散染料的高溫高壓染色可在高溫高壓卷染機和噴射、溢流染色機上進行，適宜于染深濃色澤，染色pH值一般控制在4.5～6.0，常用醋酸和染色酸等調節pH值，為使染浴保持穩定，染色時尚需加入分散劑和高溫勻染劑。
2．熱熔染色法
分散染料采用熱熔法染色與一般浸軋染色相似，通過浸軋的方式使染料附著在纖維表面，經過預烘干后，隨即再進行熱熔處理；在190～210℃左右的高溫作用下，沉積在織物上的染料可以單分子形式擴散進入纖維內部，在極短的時間內完成對滌綸的染色；熱熔染色法也是目前滌棉混紡織物染色的主要方法，若是滌棉混紡織物，則可通過熱熔處理使沾在棉上的染料以氣相或接觸的方式轉移到滌綸上。
以連續化軋染生產方式為主，生產效率高，尤其適用于大批量生產。熱熔染色法的缺點是設備占地面積大，同時對使用的染料有一定的條件限制，要根據染料的耐熱性能，合理選擇適當的熱熔溫度和時間，其染料的利用率較高溫高壓法低。
 
未完待續，請關注下期精彩內容……
 
作者簡介：
彭志忠，江西新余人，印染高級工程師，從事染整技術三十多年；致力于紡織染整、印花新技術研究及染化料應用技術管理等。
手  機：13922372675（微信同號）
郵  箱：pengzhong7798@126.com

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