纺织品的生化染整技术
张庆 上海市纺织科学研究院
原载: 上海印染新技术交流研讨会论文集（2009年度）；55-58
稿件来源：sh9-55
1 前言
传统的染整工业是以烧碱和表面活性剂为技术基础而发展的，近年来，生物技术在染整工业获得了较为广泛的应用，尤其在水洗等后整理领域，但是，基于技术发展所限，生物技术的应用虽然让我们看到了染整行业实现清洁生产的希望，但在涉及成本、加工流程等产业化因素时，仍然存在一定的局限性。另外，染整工作者们对生物酶的认识也存在片面性，这给生物技术的应用和推广也造成了一些障碍。
本文提出的生化染整技术是指基于纺织品性质和加工设备的要求，
通过整合生物酶和化学品研究的成果， 为达到节能减排的目的， 革新传统的纺织品的染整加工工艺而得到的新技术。
2 对生物酶性能的再认识
2.2 酶的性能取决于发酵的菌种
众所周知，生物酶是一种有催化活性的生物催化剂，具有高效性、专一性、条件温和的催化特性，但人们往往以自己的生活感性经验认为生物酶只能在十分温和的条件下，如弱酸性、中性条件，没有其他化学品的条件下才能存活。实际上，酶的生存条件与发酵的菌种的来源有关，如火山口的细菌耐高温，由其分泌的酶就具备耐高温的特性，盐碱地里的细菌耐盐和碱，其分泌的酶就具有耐盐和碱性条件的特性，如果菌种来源不一样，即使同一品种酶的性能也有很大区别，如除氧酶是一种获得广泛应用的酶制剂，起源有两种：一是植物发酵，另一是动物内脏提取，后者在40℃时，活力明显下降，而前者即使在60℃也可以保持活力基本不变。又如同样是纤维素酶，由于菌种不同，可以得到酸性纤维素酶、中性纤维素酶和碱性纤维素酶。所以，酶的性能主要决定于不同菌种类型。
2.2 酶可以与化学品共存
酶是由特定菌种发酵而得到的具有催化活性的分泌物，而我们在市场上购得的商品酶制剂是以酶为基础，通过加入一定的无机或有机化合物，根据工业化应用要求，进行复配、造型、干燥的不同工序加工后得到的产品，可以是液体或固体的外观。所以，商品酶制剂本身就是一个生物与化学共存的系统，酶制剂具备与一定化学品共同作用的能力。如在固体纤维素酶制剂中，一般含有缓冲系统、表面活性剂、填充剂和干燥剂等其他化学物质，这些化学物质的存在不仅可以使产品有很好的外观和稳定性，而且还起到调控酶的活性的作用。
2.3 pH值、温度对酶催化反应速度的影响
当酶与化学品形成共同作用的反应系统时，酶的催化反应能力就与底物种类与浓度、PH、温度、反应时间、缓冲液的种类等外界环境密切相关，当上述环境改变时，酶的催化反应能力也会不同。举例说明如下：
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图1 同种酶的PH值与活力关系的变化图 |
从图1可见，在不同的PH值条件下，同种酶可以具备相同的活性，而且不一定是PH值越接近中性，酶的活力越高，即使在强碱条件下，酶也可以具备较强活力。
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图2 不同种酶的活力随温度变化的情况 |
从图2中可以看到，不同种酶的温度曲线可以是不一样的，有的低温显现高活力，有的耐高温，还有的是宽温型的。
3 酶在配方中的作用评价方法
当酶制剂作为一个染整系统的组分之一，与化学品进行共同作用时，酶的催化效果应该是通过系统在有无酶的存在条件下，系统作用的效果差异来评价，而其活力只是作为制造商推荐使用条件下的一个应用指标，用于制定相应工艺的参考。
如评价洗涤剂中酶的作用，可以通过人工制造相应污渍，在配方中有或无酶的情况下，分别试验洗涤剂的去污效果来评价酶在其中的作用，而不是单纯地以酶的活力或试图测试在洗涤条件下的酶活力来评价酶的作用效果。
4 酶在染整工艺中的应用
4.1 全棉梭织物的生化染整工艺
对上述酶制剂有了进一步的认识之后，可以构思梭织物的生化染整工艺。在此之前，很多染整工作者对酶用于梭织物染整工艺进行了研究，如诺维信公司的系列产品、上海永光的果胶酶工艺，上海纺织科学研究院的清棉师工艺等，都对梭织物的生化染整工艺起到了推动作用。
笔者经过多年研究改进，从织物种类的适应性、工艺的安全性、设备的易操作性、处理效果、节能减排效果与成本的综合评价等考虑，制定了以下工艺，并在应用中稳定使用。
4.1.1 药品
复合退浆酶LTA 上海市纺织科学研究院;柯琳泰 100T 上海市纺织科学研究院
4.1.2 工艺
(1)冷堆
复合退浆酶 1克/升
烧毛→浸軋工作液→打卷后于60℃堆置6小时
(2)汽蒸
柯琳泰100T
16克/升
双氧水(100%)
8克/升
退卷→浸軋冷水→浸軋工作液→汽蒸100℃*1小时→热水洗→烘干→出布
4.1.3 织物处理效果举例
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织物种类 |
白度 |
毛效（cm/30min.） |
|
1212 |
81 |
10 |
|
2020, 6060 |
81 |
10 |
|
2121, 6058 |
81 |
10 |
|
3030, 6868 |
81 |
10 |
|
4040,5656 |
81 |
10 |
4.2 棉/氨抛光染色针织物的生化染整工艺
棉/氨抛光染色针织物是较难加工的针织产品，主要是布面发黄，工序长，色光及抛光效果控制复杂，加工耗时。运用生化染整工艺，不仅可以有效减少加工工序，缩短加工时间，降低能耗和用水量，而且大大降低加工成本。
4.2.1 药品
柯琳泰
600N 上海市纺织科学研究院;复合酶 TX121 上海市纺织科学研究院;固色碱剂 DS101 上海市纺织科学研究院;酸性皂洗剂 YA27 上海市纺织科学研究院
4.2.2 工艺
4.2.3 生化染整工艺与工厂原工艺比较
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|
原厂工艺 |
生化染整工艺 |
|
总时间（分钟） |
275 |
175 |
|
耗水（吨） |
50 |
15 |
|
耗电（度） |
114.58 |
72.92 |
|
折合标准煤（公斤） |
125 |
82.14 |
4.3 棉混纺织物的炼染一浴生化染整工艺
涤棉织物是最受消费者欢迎的纺织面料之一，具有价格低廉、吸湿性好、保型性好的优点。但是，由于含有不同组分，染色过程较为繁琐，传统的染色加工必须包含棉组分前处理、涤染色、棉染色三个流程，不仅费时，而且耗能大、效率低、质量控制的工艺点多，产品质量不易控制。
通过将复合酶TX311与其他化学制剂共同作用，可以创新一种高效节能的涤棉炼染同浴新工艺，缩短了工艺流程，达到了节能减排、提高加工效率和质量的目的。
4.3.1 面料
涤棉针织面料
4.3.2 药剂
复合酶 TX311,上海市纺织科学研究院;冰醋酸、高温匀染剂BOF、无泡皂洗剂、无醛固色剂、分散深蓝、中温型活性染料
4.3.3 工艺流程
TX311×40℃×30min→HAC 0.5g/l、分散染料x%、BOF运转10 min→升温到130℃保温40min→降温还原清洗→ 染棉→皂洗→
固色→柔软→脱水烘干→定型
4.3.4 处理后织物成品品质
● 色差 与传统工艺相近 ≥3.5级；
● 固色率 与传统工艺相当 活性染料≥70%(根据染料种类而定)；
● 耐洗色牢度 与传统工艺相当 ≥3级；
● 耐摩擦色牢度 与传统工艺相当 ≥2.5级；
● 日晒牢度 与传统工艺相当 ≥3级；
● 不含23中致癌芳香胺；
● 甲醛≤25ppm；
● PH＝4.5～7.5；
● 缩水率：经向、纬向≤4.5%
4.3.5 传统工艺与新工艺的成本对比
按照工厂的实际情况，折合到每处理一吨面料的加工成本后，新老工艺成本变化情况如下。
● 节约用水50吨(浴比1：10)，按照自来水价格5元/吨计算，可节约250元。
● 减少污水排放50吨，按照污水处理2元/吨计算，可节约100元。
● 节约加工时间120分钟。
● 节约用电90度，按照平均电价为0.68元/度计算，可节约61.2元。
● 节约蒸汽2.5吨，按照蒸汽单价：130元/吨计算，可节约325元。
● 节约前处理助剂费用：325元
● 减少人工工资：55元
综上所述， 应用S R 新工艺， 可使生产效率提高2 5 % ， 每吨面料的综合直接成本降低1116.2元。
4.4 全棉深色织物的生化染整工艺
当客户不要求棉籽壳完全去除或棉籽壳的存在并不影响织物发色效果时，如全棉织物染深色，运用生化染整工艺将大大节约成本，具有特别明显的节能减排效果。
4.4.1 药品
TX311 上海市纺织科学研究院 YA-27 上海市纺织科学研究院,渗透剂 上海市纺织科学研究院
4.4.2 工艺
4.4.3 生化染整工艺与原厂的前处理工艺的消耗对比
不包括染色和皂洗过程的加工参数对比如下：
|
|
传统工艺 |
生化染整工艺 |
|
加工时间(分钟) |
535 |
335 |
|
水消耗量(吨) |
70 |
25 |
|
电消耗量（度） |
222.92 |
139.58 |
|
蒸汽(折合标准煤公斤) |
57.14 |
0 |
4.5 苎麻脱胶工业的生化处理技术
传统的苎麻脱胶需要使用大量的酸和烧碱，不仅操作繁琐复杂，而且产生大量的高碱废水，环保存在问题，苎麻纤维的损伤也很大。而生化处理技术明显具有以下优势：
◆ 节约成本：简化工艺，缩短脱胶工时近50％，节约大量水、电、蒸汽与污水处理成本
◆ 操作简单：利用工厂原有的设备即可生产品质精良的精干麻，操作简便，重现性好；
◆ 品质稳定：均一的酶分解效果辅之以萃取、打纤、漂白等机械和化学手段，使纤维残胶率低、强力保持好，制成率与可纺性大幅度提升；
◆ 清洁环保：大幅度降低了强酸、强碱等化学品的使用，同时节约大量清洗用水，降低污水处理负担；
4.5.1 药品
Tx311, 上海市纺织科学研究院
4.5.2 工艺
4.5.3 生化处理技术与常规工艺的对比
能耗成本：
|
项目名称 |
单位 |
常规工艺 |
酶工艺 |
|
水 |
吨 |
103 |
52 |
|
电 |
度 |
/ |
/ |
|
蒸汽 |
m3 |
15.96 |
7.98 |
|
高温煮练时间 |
小时 |
5小时/锅 |
3小时/锅 |
|
能耗成本(元) |
|
1925 |
964 |
助剂成本：
|
助剂名称 |
单位 |
常规工艺 |
酶工艺 |
|
H2SO4 |
g/L |
5 |
|
|
NaOH |
g/L |
16 |
8 |
|
Na2SIO3 |
g/L |
4 |
3 |
|
脱胶剂 |
g/L |
2 |
|
|
NaCLO |
g/L |
1 |
1 |
|
生物酶 |
g/L |
|
1 |
|
CP/2 |
g/L |
|
2 |
|
助剂成本(元) |
|
922 |
1200 |
4.5.4 生化处理技术与常规工艺的成品品质对比
脱胶工序主要指标：
|
测试项目 |
单位 |
检测结果 |
|
|
|
常规工艺 |
酶工艺 |
|
|
纤维支数 |
Nm |
1750 |
1710 |
|
残胶率 |
% |
2.8 |
1.25 |
|
含油率 |
% |
0.85 |
1.0 |
|
束纤强力 |
g/L |
4.3 |
4.7 |
|
外观手感 |
手感 |
较柔软 |
松散、柔软 |
|
脱胶制成率 |
% |
60 |
61.5 |
梳纺工序主要指标：
|
测试项目 |
单位 |
常规工艺 |
酶工艺 |
|
麻条硬条率 |
% |
0.45 |
0.55 |
|
麻条麻粒 |
粒/g |
10 |
9 |
|
头纤梳成率 |
% |
42 |
43.5 |
|
精梳梳成率 |
% |
95.0 |
95.5 |
|
精梳麻条硬条率 |
% |
0.18 |
0.25 |
|
精梳麻条麻粒 |
粒/g |
1.8 |
1.5 |
|
精梳麻条短纤率 |
% |
3.5 |
3.0 |
|
细纱重量不匀率 |
% |
1.96 |
2.20 |
|
重量偏差 |
% |
0.24 |
0.53 |
|
细纱强力不匀率 |
% |
6.50 |
5.31 |
|
品质指标 |
|
1520 |
1610 |
|
细纱大节 |
个/800米 |
0 |
1.0 |
|
细纱小节 |
个/800米 |
6 |
2 |
|
细纱麻粒 |
粒/400米 |
28 |
20 |
|
细纱条干评分 |
|
80 |
80 |
|
纱评等评级 |
|
上等一级 |
上等一级 |
|
细纱外观 |
毛羽长、较多 |
毛羽短、较少 |
|
4.5.5 两种脱胶工艺污水排放指标比较
|
排放项目 |
常规工艺 |
酶工艺 |
降比％ |
|
pH值 |
8.64 |
8.38 |
－ |
|
悬浮物 |
105 |
78.5 |
25% |
|
COD |
7661 |
2270 |
70% |
|
BOD |
2988 |
1095 |
63% |
|
氨氮 |
44 |
24 |
45% |
|
色度 |
435 |
90 |
80% |
注：本指标根据工厂大生产各工序排液随机取样、检测后计算平均值所得，
而脱胶厂的实际排污，是脱胶工序＋打纤＋漂酸洗用水的混合。
5 结论
生化染整技术是运用现代生物技术对传统染整工艺的革新，它吸收了现代生物科技的最新成果，并与现代染整技术紧密结合，取长补短，互相融合，形成了一套具有独到之处的染整清洁生产工艺，并为实践证明时有效可行成熟的。
生化染整技术可以有效缩短加工时间，节约水、电、能耗，减少污染，降低加工成本。生化染整工艺适合棉及其混纺织物的加工，可以提高加工成品的品质，简化加工工艺，提高工作效率。
生化染整工艺有待于进一步推广、完善，同时也需要业内的支持和理解。