高速工艺及低温工艺----染整前处理的介绍

主持人：欢迎进入《百花苑》。

　　这期议题是染整前处理高速工艺及低温工艺。就高低而言，是一种相对的比较现象，是高?是低?应符合染整工艺条件;应是一种安全可靠的工艺;工艺效果必须是节能减排、资源节约，提高生产效率，降低生产成本。

　　业内对高速、低温议论较多，一次中国纺织工程学会主办的染整学术研讨会期间，本人跟几位代表交流此议题，以下将交流内容供读者探讨。

　　代表甲：为了提高生产效率，我公司准备定制一台工艺车速150m/min的布铗丝光机，您看如何?

　 　主持人：常用丝光工艺车速在60-90m/min之间，提高生产的工艺车速到150m/min,在符合工艺条件的前提下，不希望相应加长设备的流程，要 紧的是确保丝光工艺烧碱液的透芯浸渍、纤维充分溶胀、纤维素Ⅰ最多转化成纤维素Ⅱ，必须保证稳定区的去碱充分;丝光后高效短流程水洗中性达标，织物尺寸稳 定落布。

　　代表甲：怎样确保工艺烧碱液高速透芯浸渍，溶胀的实现呢?

　 　主持人：在传统的丝光过程中，浸轧后的织物上带碱量较低，没有足够的碱液向织物纤维内部扩散，透芯时间受到车速、设备长度的制约，碱液渗透、扩散很难实 现透芯。资料介绍，在传统的丝光条件下，通过对织物的切片观察，只有20%-30%的纤维截面因溶胀从腰子形变为圆形。这种表面丝光的效果，使织物具有较 大的潜在缩水性。

　 　棉纱线或织物丝光加工的目的是使天然纤维素Ⅰ转化为纤维素Ⅱ，从而赋予纤维素有利于染整加工的多种优良性能。丝光程度的真正含义主要是指天然纤维(纤维 素Ⅰ)转化为纤维素Ⅱ数量的多少，数量越大，丝光程度越高，表现为吸收能力及反应性越好。而转化的先决条件是NaOH水化物进入纤维素微胞进行微胞内溶 胀，使纤维变性。

　 　纤维素纤维是由葡萄糖残基通过1-4嵌键连接而形成的线型高分子化合物。纤维素的长分子链的嵌键可以自由转动，再加上分子间的引力使长链分子容易靠近， 聚集成束。长分子链羟基形成氢键，齐整紧密的排列，可以形成晶体;排列较为松弛，取向性相对较低的可形成较易溶胀的无定型区。晶区一般很小，称为微胞 (micelle)，属亚微型。所以，纤维素纤维是由平行于纤维轴的结晶群体和非晶区交替连贯排列所组成。水或烧碱溶液可以进入纤维素纤维的长链分子间， 使空间变大，发生不产生化学性破坏的溶胀。纤维素纤维在丝光过程中;纤维的各部位均可有机会进行溶胀，但有难易、概率大小之分，更重要的还要看到客观外界 条件的影响。这和丝光的工艺条件有关，如温度、浓度、纯碱杂质，特别是溶胀时的织物张力。

　 　溶胀可分为无限溶胀和有限溶胀。丝光工艺中以烧碱为溶胀剂，一般都控制在有限溶胀范围内。80g/L以下的淡碱液和水一般只能进入纤维的无定形区，不能 进入晶区，称为微胞间溶胀;如果碱液能进入微胞内使晶体溶胀，增大分子间距离直接改变微胞的晶体结构称为微胞内溶胀。这种微胞内溶胀正是丝光工艺使纤维素 纤维变形所需要的。

　 　NaOH水化物能否进入纤维素微胞，与NaOH水化物的直径大小有关，直径大小视烧碱液的浓度而定，此浓度即为NaOH分子数量与H2O分子的数量之 比。能进入纤维素微胞的水化物直径是1nm,NaOH质量浓度为126g/L时，水化物组成为NaOH·12H2O,直径远大于1nm;质量浓度在 154g/L时为NaOH·10H2O，属于溶剂化偶极水化物类型，其直径已可进入高侧序的晶体，但直径偏于上限;180g/L时为 NaOH·8.6H2O，直径较NaOH·10H2O减小，因此提高了工艺的安全系数。

　　代表甲：180g/L比常用工艺浓度低多了，为什么常用工艺要用到240g/L和260g/L?

　 　主持人：常规紧式丝光工艺的轧槽碱液质量浓度视产品而异，有240g/L和260g/L两种。紧式丝光工艺由于烧碱在织物上的停留时间短，因 此，NaOH水化物直径应减至0.6-0.7的范围，利于进入微胞。问题是室温下的高浓度烧碱液致使纤维表面的急剧膨化，使织物表面的纤维或纱线表面的纤 维排列更加“紧密”，阻碍了碱液进一步向纤维内部扩散。再者低温的碱液黏度大，碱液更不易向织物内部和纤维结构内部渗透、扩散。烧碱浓度高不等于“全丝 光”，要看NaOH水化物进入微胞的量有多少。常规紧式丝光仅能达到“表面丝光”效果。

　　代表甲：高速丝光按常规工艺岂不是效果差，工艺流程应作何改革?

　　主持人：

　 　(1)湿布丝光 坯布经前处理退浆、精练、漂白工艺加工湿落布，省去了烘干，缩短了工艺流程，节能，并降低生产成本。湿布丝光的产品不仅得色均匀丰满，而且缩水率好于干丝 光工艺。这是因为湿的半制品在浸渍浓碱液时，由于织物上所带的水分使碱液表面张力减弱，同时使妨碍吸附、渗透的界面传质阻力减弱;也由于织物接触浓碱时， 织物表面的碱液浓度首先被稀释，织物表面的纤维不是马上被膨胀，随着NaOH和水的交换达到均匀扩散的结果。同理，碱液被稀释，黏度降低，扩散加速，使烧 碱和水的交换充分。

　　浸轧为适合高速工艺，必须采用液下透芯高给液。

　 　(2)热碱浸渍→冷却反应：早在1976年贝希特尔(Becbtre)就证明，丝光在较高温度(60℃)时浸渍工艺碱液，可获得较好的光泽，改善缩水 率，对织物强力没有影响，在特定条件下可获得柔软的织物手感。实践证明，热碱丝光工艺是可行的。这是因为由于碱液温度的提高，碱液黏度下降，热碱与纤维表 面接触，纱线和织物表面纤维的溶胀减缓，为烧碱分子较好的渗透到纱线和织物内部提供了有利条件，结果是碱液在纱线内均匀渗透、扩散，使更多的纤维得到变 性。为了增加织物的可塑性和拉伸性，织物进入冷却反应槽，随即冷却至室温，以完成碱液与纤维的充分反应，使纱线内外纤维溶胀趋于一致，确保丝光的均匀性。

　　热碱丝光的作用时间仅为常温丝光50s的1/3-1/2，便可达到透芯丝光的要求，从丝光钡值及外观光泽，皆体现出较好的丝光效果。

　　湿布热碱浸渍、冷却反应工艺的成功与否，在于织物带碱量的正确性，也就是浓碱浸轧槽的碱浓度的自动控制功能的先进性。这正是应用高新技术装备改造传统染整加工设备的关键所在。

　　(3)松堆丝光 紧式布铗丝光机设有20多台Φ570mm的绷布辊提供浸轧烧碱工艺液后的渗透，溶胀时间。为数众多的绷布辊一旦提速，对其动平衡要求更高，对丝光机架整体结构的稳定可靠性要求更高，添增更多难度。

　　湿布热碱浸轧后堆置6-8min,松弛堆置提供织物渗透扩散，溶胀时间，可删除所有绷布辊。

　　要取得极好的尺寸稳定性，必须使组成织物的所有纤维都达到丝光效果。传统的“表面丝光”由于织物存在较多没有消晶的纤维，内应力未能消除，使织物具有较大的潜在缩水性。

　 　将缩水率已合格的常规紧式“表面丝光”和松堆“透芯丝光”试样成品存放半年后复查，会发现常规紧式丝光成品的门幅自然回缩约1cm,而松堆丝光的成品门 幅则几乎没有变化。这是因为堆置松式丝光工艺充分实现了无张力制约的溶胀，氢键有所解离，比常规紧式丝光经纱提高了25%的纤维素Ⅱ，纬纱提高了54%的 原因。

　　(4)去碱充分

　 　丝光工艺想方设法将烧碱液浸轧至纤维的无定形区而后扩散进入纤维的微胞进行改性反应。纤维在浓NaOH的作用下，产生了溶胀，除了纤维素分子重排以外， 纤维之间，纱线之间同时导致滑移，使纤维进入塑性状态，在有条件的外加张力的影响下，原先存在于织物内的各种应力得以消除，织物的外形在新的张力条件下被 固定下来。值得注意的是：这种外形被固定是有条件的，即在张力未消除之前(布铗脱铗处)，织物上残留的碱量必须在50gNaOH/kg织物织物以下，棉纤 维新的结构和已实现定形的尺寸才能得以充分稳定，新排列的各纤维素之间的新的氢键才会形成。

　　影响布铗部分去碱效果的因素很多，主要有以下两点：

　　① 去碱温度的提高，增强了洗涤传质效果，亦使碱液黏度下降，真空泵的吸碱效果明显提高。某厂生产一批府调(14.5TEX*14.5TEX 523根/10cm*283根/10cm)及高密细帆布，冲淋到织物上的碱液就是吸不下去，无法开车，当把淡碱温度由65℃提高到75℃时，淡碱会全部吸尽。

　 　② 保持5冲5吸的碱浓度梯度，梯度越大，即5冲5吸的碱浓度差异越大，去碱效果越好。如最后一道冲淋淡碱浓度为45g/L,出布铗后布面带液量120%，则 织物上残碱量在54g/L左右，织物出布铗后纬向收缩不可避免。这种由于带碱出布铗后纬向的收缩，直接影响到丝光落布幅宽。由于丝光落布幅宽达不到要求， 经染色以后，幅度更小。而后序整理拉幅机即使拉到幅宽，在堆放过程中，也会明显回缩。

　　代表丙：5冲5吸去碱导致“弓纬”严重，尤其对于纬弹的棉氨布，幅宽122cm烘干落布凹纬9cm,整纬困难，故防止“弓纬”改成5冲1吸，脱铗前残留碱量远不止50g/kg.

　　主持人：布铗夹持织物进给冲水，吸水，形成“弓纬”与吸水真空度有关，当吸力不变随工艺车速提高凹纬更严重，150m/min工艺车速的丝光机必须解决此弊端，去碱充分，凹纬最低，且适合不同织物品种的加工。

　 　常规布铗丝光机去碱真空吸水泵皆设计成工频(50Hz),此乃形成“弓纬”的主因。真空泵交流变频调速，根据不同制品在线调节控制凹纬的发生。工艺调试 结果在工艺车速60m/min时，YF1098-180型高效布铗松堆丝光机采用“三冲三吸”，调频至19Hz去碱充分，棉氨凹纬从9cm降到2cm;纯 棉卡其织物调频至40-42Hz，看不出“凹纬”现象。因泵类输出功耗与转速的立方成正比，棉氨弹力布从50Hz降至19Hz，功耗降至15%，棉卡其布 功耗降至59%，节电且改善工艺品质。

　　③ 水洗时效，当水洗时间固定，水洗效果与工艺车速成正比，高速水洗有利于水洗传质。提高工艺车速维持水洗时间不变，只有增加水洗单元的组合数量，也就是加长联合机的长度，这不是我们希望的对策。采用新液流高效水洗结合以下相关专利技术：

　　a. 高温逆流水洗，水洗槽分隔成小槽全幅上下“蛇形”逆流，提高传质浓度梯度，扩散系数。

　　b. 平洗槽内设置“多功能导布辊”，提供洗涤用水热量，对织物强力喷射去杂，搅拌洗涤水，缩短传质路径。

　　c. 水洗区不适当的张力，使丝光定形建立的新氢键，有可能拆散，给织物加大了可塑性，张力致使织物经向拉长，纬向收缩，这对成品的缩水率颇有影响，尺寸稳定性差。水洗机可采用无附加张力的水洗槽单元进行组合设计成高效水洗机。

　　④ 煮布去碱 一般丝光烘燥落布测得PH值是中性，然而在后续染色过程会发现有碱剂从织物中游离出来，提高了PH值影响工艺。亦有将中性落布破碎后水煮测得较高PH值。

　　在丝光后水洗，尤其是150m/min的高速丝光后水洗，更需要一台松堆煮布去碱单元机，丝光后织物经高温水煮几分钟有益去碱。

　　代表乙：低温工艺比高温节能，但生产中为了节省成本采用了一些低温工艺结果不理想，您对此看法如何?

　　主持人：冷轧堆工艺是典型的以时间换取节能的典型工艺，国外对棉针织物采用冷轧堆前处理及冷轧堆染色的节水报道，见表1加工1T布的对比。

　　由表1对比可知道用水冷轧堆是溢流机的1/4，节水就是节省热能，冷轧堆工艺虽好，还需一些技术的优化。

　　(1) 前处理冷轧堆采用碱氧工艺，不利于PVA浆料的退浆，可改用“卜公茶皂素”，替代碱氧。

　　(2) PVA在水中将发生溶胀，80℃以上溶解，10%全醇化PVA溶液冷却后即凝结成冻状，因此，冷轧堆后的热水洗涤，蒸箱轻漂是很必要的。

　　(3) 冷轧堆工艺前处理和染色皆有卷装工艺，退卷后“缝头痕”色疵严重，这是卷装时张力所致，有待改进。

　　代表乙：您是说坯布上浆含有PVA一定要注意处理温度不低于80℃的溶解温度，防止降温凝聚不利工艺。

　　主持人：是的，低温工艺温度低到几何?对退浆是否合适。某一种坯布的低温工艺的可行，不等于适合任何一种组织结构，任何上浆的坯布处理。高温、低温是相对的，对采用某一种工艺处理的可行，不要谓之“低温工艺”，防止误导。

本文作者：陈立秋