棉散纤维染色节能新助剂

棉散纤维染色节能新助剂
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本文概括了棉散纤维染色节能新助剂，介绍了低温练染剂、低温氧漂活化剂、代用碱和节能型皂洗剂在棉散纤维染色中的应用方法及其优缺点。

色纺纱产品，采用“先散纤维染色、后混色纺纱”的加工方法，将两种或多种染色棉纤维进行混色纺纱而成，以达到独特混色多彩的单纱风格。

散纤维染色方式，也称散毛染色，最早用于羊毛和腈纶，90年代初余姚久丰染色厂将此工艺应用于棉花散纤维，并与宁波百隆集团及其下属宁波海德针织漂染有限公司密切合作，创新并推广了散纤维染色技术，从而带动了整个色纺纱行业的飞速发展。

相对于传统白纱或白布的整体染色，色纺纱中只有部分比例的纤维需染色，因而较布匹或纱线的染色产品，单位能耗和污染物排放有所降低。

但与棉纱或棉布浸渍染色类似，棉散纤维染色也存在生产流程偏长，单位能耗和排污量偏大的难题。

本文从节能减排的要求出发，积极筛选和应用棉用节能环保型助剂，来降低能耗，并减少排污量。

1低温练染剂
原棉(包括普梳和精梳棉网)中存在较多油脂蜡质、果胶质和含氮物质等伴生物，使棉纤维产生疏水性，并对染料的上染构成不良影响，因而一般不宜直接进行染色。

为便于散棉染色时染料的吸附和扩散，又尽可能不影响染后可纺性，传统方法是应用适量皂洗剂、精炼剂或渗透剂，对原棉进行高温煮练前处理以适当去除纤维杂质，使得后续加工中染液能迅速均匀渗入纤维内部，改善染色质量。

为防止碱剂未洗净而导致后续染色不匀，煮练工艺设计时仅使用较低浓度的纯碱，但为提高煮练质量的“透”和“匀”，通常在沸煮条件下大幅延长处理时间(练染工艺曲线如图1所示)，尤其对于精梳棉网或弹性偏差的原棉，这样就导致工艺流程和能耗显著增加。

为缩短前处理工艺并降低能耗，染厂可选用适于低温前处理的棉用新型练染剂，这类助剂具有以下特点：成分为表面活性剂的混合物，具备强力的渗透性和润湿性，厚重纤维层经短暂浸渍即能完全渗透和润湿；优秀的乳化、螯合和分散能力，能乳化和分散煮练液中的污物和杂质，使其不再吸附于纤维从而便于洗除；良好的染料同浴稳定性，对染料的凝聚和阻染性低，在含高浓度电解质的染液中其性能能保持稳定和有效。

低温练染剂早期推荐工艺为低温练染-浴浸渍处理，即在前处理液中仅加入适量练染剂，升温至60～80℃，保温20～30 min后，直接加入活性染料进行染色，但其深色产品的得色率偏浅10％左右。

调整后的工艺为低温练染两浴浸渍处理，即前处理结束后先排液再进水染色，工艺曲线如图2所示，该工艺可有效改善得色率偏低的问题。

本文使用3种练染剂进行了试验：1号助剂为荷兰某公司练染一浴助剂；2号河北某公司练染剂；3号上海某公司练染酶。

使用1 g/L 上述助剂对某新疆精梳棉网进行60℃浸渍前处理30 min，采用低温练染两浴浸渍处理工艺，并与传统工艺进行了对比测试。

结果表明，与传统高温前处理黑棉大样对比，上述练染剂处理黑棉样品均无明显色花和白芯现象，且色光、色牢度和可纺性基本相同，但其染色深度(Datacolor 550测定)有明显波动：1号样品深度在99.8％～103％；2号样品99.4％～103％；3号样品98％～102％。

因此，选用合适的练染剂和处理工艺，可在保证色棉染色质量的前提下，大幅降低前处理时间以及蒸汽和电力用量，且可节约两道水洗，从而减少废水排放量。

2低温氧漂活化剂
棉花漂白加工的目的在于去除纤维共生物中的天然色素，使纤维具有洁白的外观，并提高纤维白度稳定性和纤维吸水陛。

双氧水具有优良的氧化性能，其漂白棉纤维具有白度纯正、不泛黄、分解产物无污染、对设备无腐蚀等优点，目前广泛用于棉的漂白加工，简称氧漂。

但氧漂通常需在近沸点高温及较强碱性的条件下才能达到最佳效果，存在能耗大、纤维损伤较严重等缺点。

此外，漂白时大部分双氧水被
无效分解，真正起漂白作用的有效成份并不多。

为降低氧漂处理温度，提高双氧水有效分解率，国内外陆续开发了多种具有高效催化作用的低温氧漂活化剂。

用于低温漂白的活化剂主要是酰基结构的有机化合物，通过酰氯或酸酐将酰基接枝在含氮、含氧或含硫的化合物上，其生成物在双氧水存在下能生成过酰基化合物(过羧酸)，该化合物漂白活化能较双氧水低，分解物中有效漂白组分多，且能在较低温度下发生氧化反应，从而达到低温漂白和减少纤维损伤的目的。

若生成的过羧酸碳原子数小于8，则能溶于水中，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，漂白白度较差，这种活化剂称为亲水性活化剂，如四乙酰基乙二胺(TAED)。

若过羧酸的碳原子数大干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，漂白白度较高，这种活化剂称为疏水性活化剂，如壬酰氧基苯磺酸钠(NOBS)。

低温氧漂活化剂从结构上大致分为以下几大类：酰胺基类(女NTAED)、烷酰氧基类(女NNOBS)、N-酰基己内酰胺类等。

从成本和有效性等方面综合考虑，只有个别活性剂被商品化。

TAED是第一代商业化的低温氧漂活化剂，它的合成工艺较为简单，生物降解性好，性价比较高，首先被应用于日化洗涤产品中，通过活化过酸盐，极大提高洗涤剂的洁净能力。

TAED的最佳有效温度为60～70℃，使用时可采用等浓度的双氧水(30％)和TAED来获得良好的漂白效果。

NOBS 属第二代氧漂活化剂，属于释氧活化能更低的低温高效型活化剂，最佳有效温度为70～80℃，与TAED相比其用量可显著降低。

但上述两种氧漂活化剂价格较贵，其漂白加工成本偏高，且低温氧漂后纤维白度仍不及传统高温工艺，一般只适用于白度要求不高的鲜艳色散棉的漂底加工。

针对传统漂白工艺的高能耗问题，国内外化学品生产商也推出了不少新型低温氧漂活化剂，如荷兰拓纳TanedeGreen、美国碧盛化学CX、德国佳和CHT IFB、东华大学仿酶金属配合物催化剂和酰胺类催
化剂复合物等。

本文使用拓纳公司的Be Greens光棉低温漂白工艺对棉花进行了处理，首先使用0.15～0.3 mL/L渗透剂Erkantol NR及0.15～0.3 mL/L专用分散剂Tanasperse BE对纤维进行润湿处理，再加入适量的双氧水和烧碱，最后加入0.75～1 mL/L活化剂Tanede Green，漂白温度为65～75℃，处理时间为40～50 min。

试验结果表明，低温氧漂活性剂Tanede Green能促进双氧水在较低温度下的有效分解，在降低能耗方面效果显著，且能达到传统高温工艺白度的高标准，适用于全白色散棉的漂白加工。

3代用碱
棉散纤维活性染料染色中，需加入碱剂进行固色，使染料键合固着在纤维上着色。

作为最常见的固色用碱剂，纯碱的价格低廉，染浴的pH值稳定且缓冲能力强，棉纤维的固色效果良好。

但深色棉浸染时，纯碱用量高达25～30 g/L，大量纯碱的使用增加了生产成本，且导致废水污染程度偏高。

此外，染色结束后残留在纤维上的纯碱较难洗除，使得后道洗涤用水量偏大。

为克服纯碱的上述缺点，近些年来，国内助剂生产商陆续开发了用于活性染料固色的新型代用碱。

根据活性染料纯碱固色机理，代碱剂需具备以下条件：能使活性染料与棉纤维发生亲核取代反应；使染液pH值在活性染料染色的最佳pH值范围内；pH值的缓冲能力和稳定性优良。

因此，代碱剂大致分为供碱度组分、缓冲剂组分和添加剂组分，其中供碱度组分和缓冲剂组分是代用碱的核心基础。

代用碱常用的供碱度组分是氢氧化钾或氢氧化钠等强碱。

缓冲剂组分常由多种强碱弱酸盐组成，如磷酸盐体系(磷酸三钾，磷酸二氢钠)、硅酸盐体系(硅酸钾，五水偏硅酸钠)、碳酸盐体系(碳酸钾，碳酸钠)、草酸盐体系(草酸钾，草酸钠)等，其中磷酸盐体系因含磷可能对环境产生的危害，使其应用受到一定限制；硅酸盐体系长期使用会在染缸表面形成硅垢，需添加螯合剂予以抑制。

添加剂组分用量较少，一般为耐碱型螯合剂或分散剂，如氨基多羧酸衍生物、柠檬酸盐、葡萄糖酸盐、聚丙烯酸盐等。

此外，还可适量加入乙醇胺(如三乙醇胺)类有机碱化合物，以增进代用碱系统的缓冲能
力。

本文选取了多家浙江省助剂供应商的代用碱产品(粉剂)取代纯碱对散棉纤维进行了染色对比试验。

结果表明，与纯碱传统工艺相比，该类产品优点在于代用碱用量较少(仅为纯碱1/8左右)，综合助剂成本有效降低；易于洗除，可减少染色后水洗次数，废水残液中COD量和废水量均显著降低；个别深色棉牢度指标(如皂洗沾色、湿摩擦牢度)稍好；称料、化料、运输和仓储方便等。

但是，代用碱也存在不少问题：受组分及其配方波动的影响，不同厂家的代用碱对单一活性染料的固色深度会有一定差异，而相同固色碱又对不同结构活性染料的固色效果具有明显的选择性。

与纯碱对比，绝大多数染料的最高固色率偏低且程度不一，尤其某些红色染料偏浅近10％，只能采用增加染料或元明粉的方式来保证染色深度。

因此，采用代用碱固色时，必须考虑所用染料的适应性，应根据所用染料以及色泽深浅对代用碱种类及其实用浓度进行综合优选。

代用碱用量较小，碱液pH值的缓冲能力不够强，在其实用质量浓度(1～7 g/L)范围内，浓度的变化使其得色深度波动较大，而纯碱在实用质量浓度(12～26g/L)范围内，用量即使大幅变化其得色深度波动也很小。

因此，代用碱对称重准确性要求较高，其染色重现性偏差。

代用碱可改善纯碱的部分缺陷，但对各类活性染料的固色效果与纯碱仍有一定差距，现暂不能完全替代纯碱。

实验证明，将纯碱与代用碱混合使用，通过筛选混合碱中纯碱与代用碱的最佳比例及混合碱的用量，可显著提升棉纤维的染色深度接近或高于传统纯碱工艺。

例如，与25 g/L纯碱加工深红色棉样对比，10 g/L纯碱与2 g/L某公司代用碱的混合碱的加工棉样染色深度高出0.37％。

因此，通过在活性染料染色中部分替代纯碱使用，代用碱可在保证散棉纤维染色质量的前提下，降低生产成本并减少废水排放。

4节能型皂洗剂
棉花经活性染料染色后，需皂洗和水洗以有效去除纤维表面的浮色，提高色棉产品的染色牢度。

常规皂洗剂在水介质中能作用于水解
染料和附着于纤维上的未固着染料，使之与纤维间附着力降低并经机械作用使其脱离纤维，但浮色一般难以完全洗净，且在皂液还会部分重新吸附到纤维表面。

由于高温沸煮条件下的皂洗有利于纤维内浮色向纤维表面扩散，以及纤维表面水解染料的洗除，染色棉的皂洗温度通常为95～100℃，其中深色色号需高温皂洗2次，再结合热水强力清洗和多道水洗，导致染色后的洗涤工序偏长，能源消耗较大。

为优化和缩短洗涤工序，国内外化学品生产商积极开发了多种节能环保型的皂洗剂，如防沾污皂洗剂、酸性皂洗剂和低温型皂洗剂等。

防沾污皂洗剂也称为防沾色剂，主要是通过皂洗剂分子链上的基团对染料及杂质的强吸附作用及其分子链对染料及杂质的包覆作用，稳定分散皂洗液中的浮色染料，达到有效防沾污的目的。

防沾污皂洗剂大多是阴离子型或非离子型的聚合物类表面活性剂，如聚丙烯酸(PAA)、丙烯酸一马来酸酐共聚物(AA-MA)以及聚乙烯吡咯烷酮(PVP)等。

其中，聚丙烯酸钠在水中电离成阴离子后有强烈的吸附作用，使悬浮的水解染料、低聚物等粒子表面带有相同的负电荷而产生相互排斥作用，避免了颗粒间积聚和沉积，以有效防止污垢再沉积，但缺点在于离子螯合能力不够强；丙烯酸一马来酸酐共聚物增加了聚合物的电荷密度，链上的高密度电荷赋予其优良的吸附性，马来酸组分增强并提升了螯合能力，其防沾污性能优于聚丙烯酸类均聚物，且因成本低廉而被广泛应用，但缺点在于不耐高浓度电解质。

聚乙烯吡咯烷酮分子中的内酰胺结构使其与染料分子中的有机官能团(如羟基、氨基、羧基)有很强的结合能力，因此能在含高浓度的染液中发挥功效，有效地去除浮色，其防沾污性能优于丙烯酸类，但成本太高，只限于少量复配使用。

酸性皂洗剂的特点在于其分子结构中存在羧基，或拼混了某些酸剂，使得在洗涤的同时能中和棉纤维表面和内部残留的碱剂，提高皂洗效果。

对于拼混酸剂(如无机酸，柠檬酸等)的皂洗剂，虽价格低廉，但或有机酸酸性不够导致酸洗液pH值不稳定，或添加的硫酸、盐酸等无机酸会对染色设备产生潜在的腐蚀性，因而应用范围较为局限。

适用于色棉后处理的酸性皂洗剂最好是本身具备皂洗功能且酸性较强的助剂，丙烯酸一马来酸酐共聚物皂洗效果较好，但其酸性只来源于未充分反应的马来酸和丙烯酸的残留物，不足以有效中和。

羧乙基硫代丁二酸(CETSA)是含有硫原子的羧酸，由β-巯基丙酸与马来酸酐发生加成反应制得，具有水溶性、强酸性、乳化分散性、螯合性、生物分解性等多种优异性能，因而能较好地洗除浮色，且本身具有的强酸性可用于有效中和，但其缺点在于防沾色效果不理想。

丙烯酸一马来酸酐共聚物和羧乙基硫代丁二酸复配的酸性皂洗剂，则可将过酸中和与防沾皂洗合二为一，皂洗效果优异，但助剂成本偏高。

通过选用合适的防沾污皂洗剂或酸性皂洗剂，可改善皂洗清洗浮色的效果，减少后道水洗、皂洗或酸洗的次数，以达到缩短生产流程，降低废水处理量，节约能耗的目的，但由于其所需的皂洗温度仍较高，在节约蒸汽耗量方面不够理想。

因此，活性染料低温皂洗的研究倍受关注，新筛选或开发的低温皂洗剂多为低温溶解度大、临界胶束浓度小、分散能力强、耐电解质和碱的表面活性剂，辅以能提高染料溶解度的溶剂，并加入起防沾污作用的助剂等。

部分低温型皂洗剂还添加了某种皂洗酶或脱色剂，皂洗酶的机理是通过利用生物酶破坏特定染料的发色团来达到使浮色染料脱色的目的，皂洗酶的处理温度为40～50℃，对被处理染料的结构有一定的选择性，其皂洗效果有限，故一般只能与常规高温皂洗结合使用。

而脱色剂多为某些能释放出过氧化氢的过氧化物，如过碳酸钠和过硼酸钠，可在较低温度条件下，破坏皂洗残液中水解染料结构上的发色官能团，使浮色分散或变成无色物质，以提高净洗效率，但需严格控制脱色剂用量，皂洗pH值、温度和时间等工艺参数，否则纤维上固着染料很有可能被破坏导致色变。

本文选用了国内外多家低温皂洗剂进行了试验，结果表明：将皂洗温度降至70～80℃，部分助剂处理后色棉的色光、染色深度和色牢度指标能等基本保持不变，可缩短洗涤时间，节约蒸汽耗量。

但值得注意的是，与高温皂洗色棉样对比，低温皂洗色棉样在成纱织布后
的高温洗水时，脱落浮色明显较多，其洗涤液脚水颜色偏深，易使得同浴布样的白底或浅色组分沾色而导致色变。

5结束语
目前棉用节能型助剂的研制和低温处理工艺的开发已取得一定成果，但大多还存在一定局限性，适用范围较小，综合成本较高。

因此，开发低碳环保、高效广泛且廉价的节能型助剂仍将是今后的发展重点。

作为色纺纱的前道工序，散纤维染色在近些年来也得以迅速发展。

面对棉散纤维染色生产流程偏长，单位能耗和排污量偏大的现状，必须积极筛选和应用棉用节能环保型助剂，降低能耗，并减少污水排放。