印染行业臭氧前处理关键技术研究及应用

前处理工序是纺织品染整加工4大工序中的关键环节，直接影响后道印染加工的质量。

其化学品、蒸汽、能源消耗高，用水量大，废水排放量大，废水的COD 很高，在整个印染生产产业链中的碳排放量很大。

因此采用节能节水、降耗减排的设备设施和工艺
技术至关重要。

1臭氧简介
1.1
臭氧的基本性能
臭氧的化学式是O 3，在常温常压下通常呈淡蓝
印染行业臭氧前处理关键技术研究及应用
摘要：讨论了臭氧技术用于纺织品前处理中退浆、
练漂和丝光的工艺参数和工艺条件，分析了臭氧技术在纺织印染前处理中的应用机理，并与常规练漂工艺的性能指标进行对比。

结果表明，臭氧前处理退浆率高，丝光钡值比传统丝光高10%~30%；可以大大降低丝光工艺中烧碱的用量，减少30%~50%的烧碱消耗量，降低蒸汽、能源消耗70%~80%，降低水耗50%~60%，综合生产成本和碳排放均降低30%~40%；由于织物在处理过程中呈松弛状态，织物的
经纬向均会发生收缩，特别适用于高弹性织物。

关键词：前处理工艺；
机织物；臭氧技术；退浆；练漂；丝光中图分类号:TS192文献标志码:B 文章编号:1005-9350
（2023）06-0035-04Abstract:The process parameters and conditions of ozone technology used in desizing,scouring and bleaching,
and mercerizing in textiles pretreatment are discussed.The application mechanism of ozone technology in textile printing and dyeing pretreatment is analyzed,and the performance index is compared with that of the conventional scouring and
bleaching process.The results show that ozone pretreatment has a high desizing rate,and the barium value of mercerizing is 10%~30%higher than that of traditional mercerizing.It can greatly reduce the dosage of caustic soda in the mercerizing process,reduce the consumption of caustic soda by 30%~50%,reduce steam and energy consumption by 70%~80%,re⁃duce water consumption by 50%~60%,and reduce comprehensive production costs and carbon emissions by 30%~40%.Since the fabric is in a relaxed state during processing,the warp and weft direction of the fabric will shrink,making it par⁃ticularly suitable for high elastic fabrics.
Key words:pretreatment process;woven fabric;ozone technology;desizing;scouring and bleaching;mercerizing
Research and application of key technologies of ozone
pretreatment in printing and dyeing industry
收稿日期：2023-03-27作者简介：徐嘉骐，高级工程师，硕士，上海冠钢机电科技有限公司总经理（西班牙Jeanologia 公司面料臭氧机中国区域总经销），从事进口染整设备的研究设计开发和销售工作30年以上。

通信作者：刘宏喜，教授、高级工程师、高级技师、清洁生产审核师，硕士，中国纺织工程学会第一批科技传播专家、中国环境科学学会科普专家、中国印染行业协会环保专业委员会委员、染整专家、环保专家、节能节水专家，有40多年从事相关行业的研究设计开发工作经验。

徐嘉骐1，刘宏喜2
（1.上海冠钢机电科技有限公司，上海
201199；2.广东职业技术学院，广东佛山
528041）
XU Jiaqi 1,LIU Hongxi 2
(1.Shanghai Guan Steel Electromechanical Technology Co.Ltd.,Shanghai 201199,China;
2.Guangdong Polytechnic,Foshan 528041,China)
染整技术
Textile Dyeing and Finishing Journal
Vol.45No.6Jun.2023
第45卷第6期2023年6月
染整技术45
卷
图2
改造后的臭氧前处理生产线平面图
图1常规的前处理工艺
色气体，其临界温度为-12.1℃，临界压力为5.31MPa 。

臭氧在常温下分解较慢，在164℃以上或有催化剂存在时或用波长为25nm 左右的紫外线照射时，会加速分解为氧气［1］。

臭氧在水溶液中的分解速度比在气相中快。

臭氧在水中的分解半衰期与温度、pH 有关。

随着温度的升高，分解速度加快，温度超过100℃时，分解剧烈；温度达到270℃时，可立即转化为氧气。

pH 越高，臭氧分解越快。

在常温常压的空气中，臭氧的分解半衰期为15~30min ［2］。

1.2臭氧氧化的特点
臭氧属于强氧化剂，比氧气的氧化性更强，能够在较低温度下发生氧化反应；有水存在时臭氧是一种强力漂白剂，在常温下可以自行还原为氧气；跟不饱和有机化合物在低温下也容易生成臭氧化物。

由于臭氧是由氧分子携带一个氧原子构成，只是一种暂存状态，携带的氧原子除氧化作用外，剩余的又组合为氧气进入稳定状态，所以臭氧没有二次污染［3］。

臭氧能使大多数含有不饱和发色基团的有机物氧化褪色生成臭氧化物，在水的存在下发生分解，生成易溶于水的小分子化合物。

臭氧是自然界最强的氧化剂之一，在水中氧化还原电位排在第二位（仅次于氟）。

作为强氧化剂，臭氧在印染行业主要被用来煮漂、印染废水脱色和消毒脱臭等［3］。

1.3臭氧的氧化机理
臭氧具有很强的氧化性，主要是因为臭氧分子中的氧原子具有强亲电子或亲质子性。

臭氧分解后产生新生态氧原子，在水中可形成具有强氧化作用的羟基自由基（·OH ），而自身分解为氧气，不会造成二次污染。

·OH 是一种重要的活性氧，从分子式上看
是由氢氧根（OH -）失去一个电子形成。

·OH 具有极强的得电子能力即氧化能力，氧化电位2.8V ，可以快速氧化有机物［3］。

目前，臭氧与有机物的反应有2种途径：（1）臭氧以O 2形式与水体中的有机物直接反应。

该途径有较强的选择性，一般与带有不饱和键的有机物反应，对芳香烃类和不饱和脂肪烃有机化合物的氧化作用更强。

（2）在碱性条件下臭氧在水体中分解后产生氧化性强的·OH 等中间产物，可与有机化合物发生氧化反应，这种氧化方式没有选择性。

2纺织品臭氧前处理设备简介
西班牙Jeanologia 公司从1995年开始研究将臭
氧技术用于纺织服装领域，2015年推出面料臭氧机，用于印染行业前处理工序，即在连续式退浆或冷堆工艺后，用臭氧水洗工艺代替原来的长车煮漂工艺；可以降低蒸汽消耗70%~80%，降低水耗50%~60%，综合生产成本和碳排放均降低30%~40%，传统退煮漂的白度、毛细管效应等技术指标均能达到相关要求；织物的蓬松度更高，手感更好，成品的缩水率更低。

西班牙Jeanologia 公司研发的臭氧前处理生产线也可以利用企业现有的前处理生产线（如图1所示），取消原有的汽蒸箱和部分水洗槽（只需3格），在其中安装一套臭氧处理设备和一套Anubis 设备（其作用是使臭氧的退煮漂效果更好，使织物纤维更加蓬松，消除纺织品的内应力，使布面更松弛），可以高效、绿色、环保地完成相应前处理工序（包括退煮漂一步法）。

改造后的臭氧前处理生产线如图2所示。

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6期
如图3所示，Anubis 是一个简单但具有革命性创新的设备，是臭氧前处理的“心脏”，用蒸汽（与传统蒸箱有所区别）进行预缩控制、松弛面料以及洗涤；适合处理的机织面料包括纤维素纤维、化学纤维织物及其混纺面料，特别是对弹性面料比常规设备处理具有更优异的效果（弹性好、成品缩水率低、手感好）。

面料在Anubis 内部的运动是连续的，以避免在没有达到织物最终宽度的情况下形成折皱。

即使如
此，该设备还是可以保证面料在和蒸汽热量之间有一个有效的交换，并具有更好的性能。

强力水洗作用提高了弹性面料的弹性性能，有助于减少弹性面料的宽度。

对比传统工艺，使用Anubis &G2Dynamic 处理可以获得高质量，包括高水平的一致性和可复制性、最小的用水消耗、高能源效率，避免形成折皱，可减少流程，适用于小批量生产。

臭氧前处理生产线已经在一些厂家得到应用，见图4。

Anubis 设备有多种规格型号，Set 16XA 技术参数
如下：运行速度8~50m/min ，织物宽度100~235cm ，装机功率219kW ，水流量500L/h ，水箱长度1000mm （×2）+600mm （×3），通过化学品给料泵控制与调节pH ，臭氧密度5~40g/m 3。

3臭氧的应用
3.1
臭氧用于继续去除织物上残留的浆料（退浆）
经纱的上浆率根据织物品种不同而异，上浆率
一般为4%~8%，紧密织物（如府绸类）上浆率高达
8%~14%。

近年来，高速织机的经纱上浆率有超过14%的情况。

所用浆料可分为天然浆料、变性浆料和合成浆料3类。

退浆工艺是为织物前处理打下基础，
去除布匹上的大部分浆料，以利于后道煮练和漂白加工，同时也可以去除一部分的天然杂质。

常用的退浆方法主要有酶、碱、酸和氧化剂等［4］。

连续退浆或冷堆处理后，织物上的浆料还不能完全被去除，如PVA 等合成浆料用碱退浆的退浆率通常只有70%左右。

采用臭氧煮漂的同时，臭氧在水体中分解后产生氧化性强的·OH 等中间产物，可与PVA 、淀粉等有机物浆料发生氧化反应，使其成为小分子化合物而溶解或分散在水中。

如臭氧可将淀粉氧化降解成为糖类物质，类似于传统的氧化退浆。

3.2
臭氧用于纺织品练漂
棉布经过退浆后，大部分的浆料及少部分的天然杂质（蜡状物质、果胶物质、含氮物质、灰分、
色素
图4孟加拉Pioneer Denim 公司应用的臭氧前处理生产线
图3Anubis 设备
徐嘉骐，等：印染行业臭氧前处理关键技术研究及应用37
染整技术45卷
和棉籽壳等）已被去除，但残留下来的少量浆料和大部分天然杂质会对后道的染色、印花加工产生不利影响。

棉织物煮练以烧碱为主练剂，烧碱在较长时间的热作用下，可与织物上各类杂质作用。

为了加强烧碱的作用，在煮练液中加入适量的表面活性剂、亚硫酸钠（或亚硫酸氢钠）、硅酸钠、磷酸钠等作为助练剂。

煮练废水的特征是水量大、水温高，污染物浓度高，其中含有烧碱、表面活性剂、纤维素、果胶、蜡质和油脂等，废水呈强碱性、黑褐色。

经过煮练，织物上大部分天然杂质及人为杂质已经被去除，毛效显著提高，能满足一些品种的加工要求，但漂白织物及色泽鲜艳的浅色花布、色布类还需要进一步提高白度，因此需经过漂白，进一步去除织物上的色素，使织物更加洁白。

另外，漂白可以继续去除煮练尚未去净的天然杂质，如棉籽壳等。

漂白剂主要有氧化型漂白剂和还原型漂白剂两大类。

氧化型漂白剂有多种，如次氯酸钠、过氧化氢、过氧乙酸、亚氯酸钠、过硼酸钠等。

采用臭氧煮漂时，臭氧在水体中分解后产生强氧化性的·OH等中间产物，可与蜡状物质、果胶物质、含氮物质和棉籽壳等有机物料发生氧化反应，使其成为小分子化合物而溶解或分散在水中，也可选择性地攻击不饱和脂肪烃蜡状物质；有选择性地攻击带有双键发色基团的色素，使其脱色而增加白度［4］。

3.3臭氧用于代替纺织品丝光
丝光是利用浓烧碱溶液或液氨在一定张力条件下处理棉织物，能获得良好的丝光效果（蚕丝一般的光泽、优异的吸附性能和化学反应能力、提高织物的强力以及增加织物的尺寸稳定性和形态稳定性）的根本原因在于，浓碱液或液氨能使棉纤维发生不可逆的剧烈溶胀。

实际生产中烧碱的质量浓度一般为260~280g/L。

近年来，一些新型设备采用的烧碱质量浓度较高，可达到300~350g/L［4］。

丝光废水含碱量高，NaOH质量分数一般为3%~ 5%，多数印染厂通过蒸发浓缩回收NaOH，所以蒸汽能耗很高。

丝光废水一般很少排出，经过多次重复使用最终排出的废水仍呈强碱性，BOD值、COD值、SS 值均较高。

通过钡值检测发现，臭氧前处理的织物钡值比传统前处理织物要高10%~30%。

这意味着采用臭氧技术的前处理工艺，织物钡值有较大的提升，可以大大降低丝光工艺中烧碱的用量，减少烧碱30%~ 50%的消耗量，相应减少了丝光水洗的负荷和丝光淡碱回收蒸浓的能耗，因此该技术可以达到半丝光效果。

由于织物在处理过程中呈松弛状态，织物的经纬向都会发生收缩，能起到预缩效果，特别适用于高弹性织物（如四面弹）；同时由于不使用烧碱，能有效减少织物弹力的下降，对于印染行业而言是一项革命性的突破。

对比试验发现，传统前处理后，织物的钡值为87.6，而经过臭氧前处理后，织物的钡值高达127.5，接近完全丝光的水平。

因为织物或纱线经过臭氧处理和纱线经过丝光处理后，纱线的排列结构有较大的相似性和一致性（如图5所示），所以织物经过臭氧处理后，钡值相对没有经过臭氧处理的织物有较大提升。

因为臭氧相对分子质量较小（48，与烧碱接近），体积较小，能充分渗透到纤维素纤维内部，且能将其中的一部分纤维结晶区变为非晶区（无定形区），所以织物不经过丝光工序也能获得较好的丝光效果。

4结束语
臭氧技术用于纺织品的前处理不使用其他的印染助剂和化学品，在达到毛效和白度要求的前提下退浆率高，杂质去除较净，不经过丝光工序钡值高达
127.5，接近完全丝光的水平。

由于织物在处理过程中呈松弛状态，织物的经纬向都会发生收缩，特别适用于高弹性织物（如四面弹）；同时由于不使用烧碱，能有效减少织物弹力的下降，且能起到很好的节能节水、降耗减排效果，可以创造良好的经济效益和社会效益。

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纤维
纱线
a b
图5经臭氧机（a）和丝光（b）处理的牛仔布
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