棉低温练漂的研发与应用yd9603
黄茂福 东华大学，上海200051
钱咸芳，钱志忠，赵有芳，郑怀党 上海棋瑞纺织化工有限公司。上海200000
收稿日期：0007-06-22
作者简介：黄茂福1932-1，男，教授，长期从事印染工艺和印染助剂的研究
原载：染整技术2007/12；16-19
【摘要】研究成功了低温练漂剂QR-201O、QR-201l、QR-2020。以不同比例进行棉的双氧水煮练、漂白同浴练漂，可以使练漂温度降低到80℃以下，或使冷轧堆练漂的堆置时间缩短到4-6h。阐述了该低温练漂的基本原理、大生产应用工艺及其应用效果。该工艺具有节能显著、排污减少、半制品质量优异、减少绉印和略降低加工成本的特点。
【关键词】棉织物 练漂工艺 练漂助剂
【中图分类号】TS192·5 文献标识码：B 文章编号：1005-9350（2007）12-0016-04
当今节约用水、减少排污量、节约能源消耗已成为全球的共识，因此低温练漂工艺已成为当今研究的热点和重点。
从现有的研究报道来看，进行低温煮练和低温漂白，其研究路线不外是生物酶和化学方法两大类。使用生物酶进行退浆、煮练和漂白可在60-80℃进行，pH=5-6，能在30-6Omin完成，关键是选用酶制剂。用淀粉酶进行退浆已使用数十年，但对复合浆料却困难重重，只能去除特定浆料而无法去除其它浆料，使用脂肪酶、果胶酶、蛋白酶、纤维素酶、半纤维素酶去除共生物也基本可行。因此单独用酶进行煮练已在个别工厂进行生产。化学法低温练漂工艺虽有报道，但总有一定问题，如仍需高温处理，或使用药剂、助剂用量极高，或有环保等问题。本文介绍的低温练漂工艺可克服这些问题。
1 低温练漂法的基本原理
要实现低温练漂必须分别实现低温煮练和低温漂白。也就是能在低温时去除棉纤维上的共生物、色素和浆料。
1·1 低温煮练的基本原理
生物酶煮练和烧碱煮练都是将共生物水解。前者是生物催化反应，后者是化学水解。化学水解反应的速度取决于反应温度、反应物的浓度和催化剂的使用。一般地说，反应温度相差1O℃，其反应速率相差2-3倍，要达到相同的水解率，在低1O℃的条件下反应，时间要延长2-3倍。提高反应物浓度也能提高反应速度，取决于它是几级反应，若是一级化学反应，反应速率与反应物的摩尔浓度成正比。催化剂可以大大提高反应速率，取决于使用的催化剂的催化效率，选择优异的催化剂就可以降低反应温度，煮练时烧碱本身就是催化剂。
冷轧堆煮练工艺就是利用提高反应物浓度和延长反应时间来完成的。
除了化学水解反应去除共生物的方法外，还有溶剂法去除共生物的方法。这种方法称为溶剂煮练法，在亚氯酸钠漂白时，加入过氯乙烯可降低漂白温度 [Venkatraj,R.,lndian
J.Text.Rcs.,12(2)，88-92,1987]至60℃，说明溶剂有助于提高反应速率。我们在开发低温煮练时受到启发，选用了环保的溶剂(无AOX，不污染环境、易生物降解)与碱剂混合的方法进行低温煮练而获得成功。
低温煮练的基本原理是：煮练时共生物的水解反应是可逆反应，反应速率取决于反应物的浓度和生成物的浓度，若生成物积聚至浓度高时，反应速度降低，甚至逆反应增加。因此，及时将生成物去除，既有利于水解反应的进行，又可提高水解反应的速度。现在我们使用溶剂将水解反应产物萃取去除，使反应向有利于生成水解物的方向进行，从而提高反应速率，使水解反应(煮练)可降低温度。同时，有机溶剂也能直接萃取棉脂、棉蜡，提高纤维的亲水性。这便是本低温煮练法的基本原理。
1·2
低温漂白的基本原理
双氧水分解产物很复杂，其中真正起漂白作用的有效成分是一部分或相当少的部分，大部分是无效分解。因此提高有效分解率就可以使双氧水的利用率大大提高，也可以使漂白温度降低，甚至在室温下进行漂白。有人发现过醋酸漂，其利用率比双氧水高，因此将羧酸(酰氯或酸酐)接枝到含氧、含氮、含硫的原子上(被接的化合物称为离基)，其生成的化合物可使双氧水的有效分解率提高，这类化合物称为双氧水活化剂。它在双氧水存在下生成过酰基化合物(过羧酸)，同时分离出离基。因过羧基的漂白有效利用率高于双氧水而起到漂白活化作用。若过羧酸的碳原子数小于8的，生成的过羧酸能溶解于水中，不易吸附到纤维上，使纤维表面上过羧酸浓度与溶液中相同，其双氧水活化效率较小，如TAED(四乙酰乙二胺)。这种活化剂称为亲水性活化剂。若过羧酸的碳原子数大于8，因其过羧酸不溶于水而易被纤维吸附而使纤维表面浓度高于溶液，其双氧水活化效率高，这种活化剂称为疏水性活化剂，如NOBS(壬酰氧基苯磺酸钠)。除此以外，还有离去基为阳离子的酰类活化剂，如N(4-(三乙基铵甲撑基)巳内酰胺氯化物(TEBCC)；氰类活化剂，如甜菜碱氨基氰盐酸盐。它们均有较强的活化能力。
酰类活化剂单独使用时，它与双氧水的反应是等摩尔反应，2mol的双氧水(68g)要与1mol的活化剂(216gTAED)反应，纯TAED的用量是双氧水(100%)的3倍，若用1g/L的100%双氧水，100%的TAED要用 3.2g/L才能发挥最佳效果。因此不少人做1g/L)TAED试验后认为TAED没有好的活化效率，主要是没有足够的用量。但使用如此高的浓度其成本不胜负担，国外专利介绍其最低用量为2g/L方能于80℃漂白。即使这样印染厂还是承担不了，因TAED的价格很贵。
为克服活化剂高用量的缺点，我们经研究发现使用复合活化剂可以发挥协合作用，从而使活化剂用量降到0.2-0.4g/L。并且自制了活化剂。使使用成本大为降低，即使这样，活化剂的成本还是占较高的比例。
2
低温练漂剂
根据上述基本原理，我们研制开发了用于低温练漂的低温练漂剂QR-201O、QR-201l、QR-2020。以不同比例用于棉针织物、机织物、毛巾、纱、筒子纱和混纺物的低温练漂，优选了不同温度的双氧水练漂液配方。在数十家不同类型的印染厂进行大样试验，都取得了很好效果，而且用蒸汽流量计在机台上实测了蒸汽节约情况，取得实际数据。目前己有不少印染厂用于实际生产，经连续生产考验，证明此低温练漂法具有强大的生命力，不但可节约蒸汽，节省用水、减少排污、毛效高、时间省，还可减少因高温练漂而产生的织物死绉印、减少超纤纤维的微纤化，特别适用于大豆纤维混纺物的练漂，反映良好。既有经济效益，又有社会效益，更有节能降污、减少大气污染等政治效益。虽然可以不同温度进行低温练漂，但综合成本、节能减耗等全面衡量，印染厂一致认为采用80℃练漂最为可取。
2·1
低温练漂剂QR-2010的性状
外观：浅黄色透明粘稠液体；
离子性：阴离子；
pH(1%溶液)：10.5-11；
溶解性：可溶于水，不溶于有机溶剂；
相容性：可与非离子、阴离子助剂相容；
稳定性：在室温下可贮存半年，避免直接阳光照射。
QR-2010是含有溶剂的、起煮练作用的助剂，它可以从事低温煮练，也可以加入到传统的练漂液中，能获得优异的毛效。为适应溢流染机的需要，还研制了低泡型品种以及轧染品种。
2·2
低温练漂剂QR-2020的性状
外观：浅蓝色粉状固体；
离子性：非离子/弱阴离子；
pH(1%溶液)：10-10.5；
溶解性：可溶于水，不溶于无水乙醇、醚、酮等有机溶剂；
相容性：可与常用的渗透剂、乳化剂、洗涤剂混用；
稳定性：三个月，避光避热。
QR-2020是含有活化剂的助剂，主要用作低温漂白，用量在0.4g/L左右，根据使用温度而增减。使用时必须先用大量水溶解，并且必须在双氧水加入练漂液后运转5-8min后加入，不能先加或与双氧水同时加，以免生成气泡而浪费双氧水。
2·3
低温练漂剂QR-2011的性状
外观：无色透明液体；
离子性：阴离子；
含固量：50%；
pH(1%溶液)：10.5-11；
水溶性：可溶解于水，不溶于有机溶剂。
QR-2011是取代烧碱的碱剂，其目的是使纤维素溶胀速率加快，但不生成纤维素钠，因此在练漂后容易洗涤，可以洗一次水即能将练后杂质洗清，以节约用水和减少排污。但成本比烧碱贵，为了降低成本，可以仍然使用烧碱作碱剂。
3 低温练漂的应用工艺
使用低温练漂剂进行棉的各种温度的低温练漂是完全可以的，只要调节双氧水用量和三只助剂的用量就可以实现80℃以下任一温度的练漂。经反复试验优选，确定了不同工艺的练漂处方如下：
3·1
低温退煮漂三合一浸渍法工艺
工艺流程：棉制品→浸渍退煮漂溶液(40-80℃，60-9Omin)→排液→水洗(60℃，l5min)→排液→加水、醋酸中和到pH=6-7，加去氧酶去除残留双氧水→直接加染料染色。
表1 全棉或棉混纺物三合一低温浸渍工艺条件及结果
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工艺条件 |
三合一浸渍液温度℃ |
40 |
60 |
70 |
80 |
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三合一浸渍时间min |
60 |
60 |
60 |
60 |
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|
2010用量g/L |
0.8-1.2 |
0.8-1.2 |
0.8-1.2 |
0.8-1.2 |
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2011用量g/L |
2.5-3.0 |
2.5-3.0 |
2.5-3.0 |
2.5 |
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2020用量g/L |
1.3-1.5 |
1.1-1.2 |
0.6-0.7 |
0.4-0.5 |
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双氧水(100%)用量g/L |
5.5-10.0 |
4.3-5.4 |
3.6-4.2 |
2.0-2.5 |
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浴比 |
1：15 |
1：15 |
1：15 |
1：15 |
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结果 |
毛效(30min)/cm |
≥14 |
≥14 |
≥14 |
≥14 |
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白度% |
68-84 |
70-84 |
70-84 |
70-80 |
|
|
双氧水分解率% |
55-60 |
55-60 |
60-68 |
65-72 |
由表1可见，低温三合一工艺比传统工艺的毛效高4-6cm，白度高2%-3%，双氧水分解率高10-15%。
3·2 全棉针织物三合一冷轧堆工艺
工艺流程：棉针织物→浸轧溶液→堆置→热洗（2011助剂0.6g/L，2010助剂0.5g/L，95℃，l5min）→温水洗(60℃，2Omin)→水洗和酸中和到pH=6-7。
表2 冷轧堆法浸轧液及质量效果
|
工艺条件 |
2010用量g/L |
3.0-4.0 |
3.0-4.0 |
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2011用量g/L |
16-20 |
16-20 |
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|
2020用量g/L |
2.0-4.0 |
2.0-4.0 |
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双氧水(100%)用量g/L |
22-25 |
22-25 |
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轧余率% |
130-150 |
130-150 |
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堆置时间h |
2 |
4 |
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结果 |
毛效(30min)/cm |
≥18 |
≥20 |
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白度% |
70-74 |
70-74 |
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双氧水分解率% |
45-50 |
50-55 |
由表2可见，使用低温练漂剂的冷轧堆工艺比传统工艺的毛效高6-8cm，白度高2%-3%，双氧水分解率高20%-25%。
3·3 传统工艺中使用低温练漂助剂
在传统的煮练、漂白或练漂合一工艺中，也可使用低温练漂助剂2010、2011、2020，以等量的2010助剂取代传统工艺中的精练剂，可以使毛效显著提高4cm以上；传统工艺中若用2.5-3.0g/L助剂2011取代烧碱，可以使练漂后容易洗涤，达到节水、减少排放污水量的目的。在传统工艺中若添加2020助剂 0.4g/L，可以使白度提高4%-5%，减少双氧水用量或缩短练漂时间或降低练漂温度。
3·4 大样试验和实际生产中的应用
在全面测试的基础上，我们已经到数十家不同类型的棉针织厂、棉印染厂、筒子纱染色厂、毛巾厂进行各种品种的棉纱、针织品、筒子纱、毛巾、机织品、莱卡汗布等纯纺及混纺的大样放样试验，无一例外地都取得成功。大家一致认为以80℃练漂为最适宜，双氧水用量保持老工艺水平，若温度再低，药品用量提高，非但增加成本，又提高三废处理难度，同时节汽最关键的温度是在70℃以上阶段，温度再低，节汽并不多，所以放大样均取80℃或70℃。放过大样的印染厂经过-段时间的摸索，测试不同品种的效果以后，己经有不少工厂正式用于生产，使用厂家在不断增加，相信这低温练漂工艺正是推广最佳时期，国家要求万元产值节能20%的目标必须完成，决不能打折扣。目前的最大疑虑是助剂费用每吨纱比老工艺增加200-250元，厂主怀疑节汽的收益能否相抵，纷纷要求助剂价压低，经我们用蒸汽流量计在机台上实测比较，节汽达40%以上，总练漂加工成本每吨纱比老工艺节省200-300元。具有明显的生命力。
印染厂80℃大样试验及目前各应用广大生产的处方为：
双氧水（27%） 7g/L左右；
QR-201O l g/L左右；
QR-2011 2.5-3 g/L 或NaOH(100%) 1.5-2 g/L；
QR-2020 0.4-0.5g/L
温度 80℃；
时间 60-70min；
浴比 1︰8-10
在40℃时加人稀释的QR-201O和QR-2011，打匀后加入双氧水，运转5-8min后再加入己经溶解和稀释的QR-2020，然后打匀，再导入织物，升温到 80℃，保温练漂6Omin，而后排液，进水，加热到60℃，热洗l5min，排液，进水，加醋酸中和，加去氧酶去氧，即可加入染液进行染色。
此法既适用于针织物也适用于机织物，在紧密的机织物练漂时，若毛效要求更高时，可增加QR-2010的用量0.3-0.5g/L；若要求白度更高时，可在练液中酌加2-3g/L的偏硅酸钠，白度有明显提高。比QR-2020用量提高更有效。
上述配方可适用于95-100℃练漂的快速法，以缩短汽蒸时间，那时QR-2020的用量可降为0.2g/L。我们也曾用上述冷轧堆练漂处方进行针织物、机织物的冷轧堆练漂。大样试验的结果说明，针织物在堆置3-4h后即能获得比老工艺好的效果，毛效高，容易洗涤，用不到汽蒸。而对机织物则需堆置6h，若在练液中增加偏硅酸钠，白度可显著提高，洗涤也容易。
4 低温练漂工艺的突出效果与特征
(1)节约能源：使原来lt棉练漂所用蒸汽从5-6t降低到1.2-3.5t，节约练漂用汽40%多。若使用40℃工艺则只需耗用lt多蒸汽，节能更可观。-般练漂用汽量约占整个染整用汽的60%，所以用低温练漂可使印染厂总用汽降低20%-25%，若全国印染厂都推广应用，节煤量之大是惊人的，非但有经济效应，更有明显的社会效益，也可提早完成国家节能的任务。
(2)节约用水。因洗涤容易，使原来lt棉练漂用水从60t降低到30t，节约-半，同时污水排放量也相应减少一半。在筒子纱练漂时，节水更大。
(3)练漂质量明显提高，老工艺因使用的助剂品种不同，其毛效有很大差异，但一般只有3-6cm。 使用本系列低温练漂助剂，毛效可达lOcm以上，就为后续的染色提高质量打好基础，可使染色均匀，减少染花等疵病。在筒子纱染色时尤为明显，可使筒子纱内中外层染色均匀一致，而老工艺则差异很大。因白度提高有利于提高染色物的鲜艳度。毛巾则解决了因不吸水而使用亲水柔软剂来弥补的问题。
(4)节省加工时间。因为洗涤容易，升温和降温时间减少及洗涤次数减少，从而节约了加工时间，一般可使加工时间缩短到70%左右。特别是筒子纱练漂，原先用水洗20次，现在只要水洗8次，其效果更为明显。在冷轧堆加工时，可把原来堆置16-24h缩短到4h左右。
(5)杜绝了氧漂破洞的发生：双氧水漂白时，时常出现破洞，主要是烧碱中含有铁离子，现改用别的碱剂，铁离子较少，且pH低，不会出现破洞。
(6)减少莱卡棉混纺物练漂时造成的死绉印，因莱卡的软化点较低，100℃练漂会因湿热定形使形态固定，使折皱的织物形状固定，而造成折皱印。现新工艺处理温度降低，湿热定形作用减少，所以绉印减少甚至消除。
(7)可以在40-80℃区间内任何温度下练漂，只要调整助剂用量，这就为印染厂选择最佳工艺条件创造了条件。灵活性更大。
(8)特别适用于新纤维混纺物的练漂，例如超纤纤维混纺物练漂时可减少微纤化难题；大豆纤维、酪素纤维混纺物可减少泛黄及绉印。
(9)本工艺所用药剂均属环保型，不含多聚磷酸纳和有毒物质，无AOX问题。