一浴改性剂在涂料浸染中的节能减排工艺
单新强
（上海紫熠化工科技有限公司 上海 233000）
摘 要：通过一浴改性剂与涂料同时进行T/C裤子的改性染色实验，确定一浴改性剂与涂料（涂料用量6%）比例1∶2.5，浴比1∶25，60℃，20分钟，同时加入非离子自交联固色剂1.5克/升，服装得色最深，水洗牢度和摩擦牢度最佳，而且涂料染色工作液为清水，即染浴中所有涂料己经完全吸附在服装上。同时，染色废水中涂料残余量基本为零，可以减少染色废水的产生。同浴改性染色工艺的应用，节约50%以上的时间、水电蒸汽等综合成本，从而达到节能减排的功能。
关键词：改性；涂料；同浴；浸染；吸尽；节能减排
前 言
涂料浸染染色由于其特有的立体感和骨位风格，在服装成衣、家纺织物上得到极大的应用。首先，涂料染色前都必须要进行一道织物改性，经过改性后的织物具有阳离子特性；然后在涂料染色过程中，改性织物吸附带阴离子性的涂料色浆，从而完成涂料染色。
目前市场上的阳离子改性剂都有一个缺点，不可以与涂料色浆同浴，而且改性后必须充分水洗干净，才可以进行涂料染色；特别在涤纶上上染率低，造成涂料浪费，增加有色污水的排放，也增加了工厂加工和污水处理成本，造成严重的环境污染。一浴改性剂是一种可以与涂料色浆同浴的阳离子改性剂，在染色过程中，将一浴改性剂与涂料色浆同时放入同一水洗机缸，而染色液不会发生沉淀和化学反应，统称为同浴改性剂。
该同浴改性剂可以调整与涂料的比例，可以吸尽涂料染液，减少有色污水排放。传统改性剂对棉、麻、丝等天然纤维上色效果好，在涤纶等化纤织物上涂料上色却不理想，上色率低。而一浴改性剂既可以染棉等天然纤维，也可以染涤纶等化学纤维，而且染色上色率高、得色深、水洗牢度好。
实验采用一浴改性剂在T/C裤子涂料染色中的应用，省去了传统的改性工序，缩短了工艺时间，节省了水、电、蒸汽；另外，在同浴染色中添加非离子自交联固色剂，使得染色残液变为清澈之水，降低染浴中涂料的残余量，提高固色效果，减轻了染色后工厂的污水处理压力，降低染色综合成本；同时改善生态环境，从而达到节能、降耗、减排、清洁生产的作用。
1．实验
1.1 实验器材
工业滚筒洗水机、工业脱水机、工业滚筒烘干机、一浴改性剂（上海紫熠化工科技有限公司）、非离子自交联固色剂（进口）、涂料黑（上海泗联油墨厂）、T/C裤子（市场采购）、SF-300型思维士电脑测色仪、V571B摩擦牢度测试仪、SW-12A型耐洗色牢度实验机。
1.2 工艺
传统工艺流程图如图1所示。
图1 传统改性染色工艺流程图
新型改性染色工艺流程图如图2所示。
图2 一浴改性染色同浴工艺流程图
从上述流程图1和图2可以直观看出，使用一浴改性染色同浴工艺可以缩短工艺时间，同时节省50%的水、电、蒸汽能源，提高洗水机使用周转率。
1.3 指标评判
1.3.1 织物表观深度（K/S值）的测定
采用思维士SF-300型电脑测色仪测试染色织物表面深度（K/S值）。表面深度的大小，常受固体物质中有色物质的含量的多少，有色物质的物理状态，固体表面的光学性质的各种因素的影响。表面深度值的大小可用K/S值来表示，即公式(1)如下：
K/S=2/2R （1）
式中R——表示有色试样趋于无限厚的反射率，也可用R（光没有透射时的反射率）表示；
K——表示有色物质的吸收系数；
S——表示散射系数；
K/S值越大，表示颜色越深；K/S值越小，表示颜色越浅。
1.3.2 染色物质性能测试方法
通过SW-12A型耐洗色牢度实验机测试纺织品，参照GB/T 3920-2008纺织品色牢度实验耐皂洗色牢度测定耐水洗色牢度。
采用V571摩擦牢度测试仪测试，参照GB/T 3920-2008纺织品耐摩擦牢度测试方法。
2．实验结果与分析
2.1 一浴改性剂与涂料的比例及浴比确定
实验通过已经进行过前道精练处理的T/C裤子的涂料同浴染色，首先固定涂料黑用量为5%（按织物重），通过染色织物的K/S值，以及染色废水的清浊来确定一浴改性剂的最佳用量，以及最佳浴比的确定。具体实验数据如表1所示。
表1 一浴改性剂与涂料比例及不同浴比的K/S值（涂料黑5%）
由上述表1中可以看出，当一浴改性剂与涂料比例在1∶2.5，浴比1∶25时，T/C裤子上的K/S值最大，亦即这个时候T/C裤子在涂料浸染中得色最深，染色浴涂料残留量最少，染色废水颜色最清。
当一浴改性剂与涂料比例在1∶1时，由于一浴改性剂用量过大，导致染色液中阳离子过于饱和，致使染浴中涂料被阻止上染T/C裤子而残留在染色浴中，从而得色不深，染色废水比较浑浊；而当一浴改性剂与涂料比例在1∶5时，由于一浴改性剂用量不足，导致T/C裤子上的阳电荷改性量不够，使T/C裤子吸附涂料的电荷较少，导致T/C裤子得色不深，染浴中浪费的涂料较多，染色废水颜色浑浊。
另一方面，从不同浴比中可以看出，当浴比在1∶25时，在同一一浴改性剂和涂料比例下，T/C裤子K/S值都是达到最大值。即在一浴改性剂和涂料比例不变的情况下，不同浴比的K/S值呈现一个抛物线状态，在浴比1∶25时达到抛物线顶点，随后往两侧逐步下滑。
综上表1得出，当浴比确定时，不同一浴改性剂与涂料比例的K/S值也呈现一个抛物线形态，在一浴改性剂∶涂料=1∶2.5时达到顶点，随后往两侧下降。最后，T/C裤子涂料同浴染色中，确定浴比在1∶25，一浴改性剂∶涂料=1∶2.5时，T/C裤子得色最深，染色废水最清。
2.2 非离子自交联固色剂最佳用量确定
非离子自交联固色剂为低温成膜助剂，可以在50℃以上自交联形成致密的弹性透明薄膜，手感柔软，不黄变，对色光无影响。由于非离子自交联固色剂在染色同浴的后半段时间加入染色浴中，致使染色浴中染液残留量发生变化。当非离子自交联固色剂在某一最佳用量时，正好使染色浴中涂料残余量最少或完全吸尽，而T/C裤子的耐洗牢度和干/湿摩擦牢度也达到较理想状态。现在，在浴比为1∶25、一浴改性剂与涂料比例在1∶2.5时，通过改变涂料用量来确定非离子自交联固色剂的最佳用量。具体实验数据见表2。
表2 涂料与非离子自交联固色剂的正交试验
从上述表2中可以得出，在涂料浓度在2%、4%、6%中，当非离子自交联固色剂用量在1.5g/l时，T/C裤子上的K/S值最大，即涂料已完全吸尽，再增加非离子自交联固色剂的使用量对涂料得色量起反向作用，会使T/C裤子上的涂料少量掉落，而且增加使用量对后续水洗牢度和摩擦牢度改进不大。所以，非离子自交联固色剂的最佳适用量为1.5g/l，此时T/C裤子得色最深，水洗牢度和摩擦牢度也达到较佳的状态，而染色废水也为清水，减轻污水排放负担。
2.3 一浴改性剂与传统改性工艺的效益对比
表3 不同改性工艺的综合效益表
工业滚筒洗水机一机投放T/C裤子量为60～70公斤，按70公斤织物重量计算，浴比为1∶25，每机缸水量为1.75吨，在水资源紧张的社会现状下，工业用排水成本基本在10～18元/吨，工业电在1.5～2元/千瓦时，蒸汽在250～280元/立方米。现在从涂料改性染色工艺流程图图1和图2可以用综合效益表3归纳所示。
从综合效益表3可以看出，通过一浴改性剂同浴染色比传统改性染色工艺时间缩短50%，机缸周转效率提高1倍，而且水、电、蒸汽能源可节省50%，达到节能降耗的作用。
另外，由于传统改性染色T/C裤子在染浴中涂料残余量较大，排放的染色废水多为有色浑浊液体，对涂料浪费较大，也对后续的染色废水处理增加负担；而使用一浴改性剂对T/C裤子进行同浴改性染色可以使染浴中涂料基本吸尽，使染色废水为清澈之水，对排放的染色废水处理可以大大减轻。所以，使用一浴改性剂对T/C裤子的涂料浸染可以做到真正的节能减排作用。
3．实验结论
一浴改性剂在T/C裤子的涂料浸染染色应用中，可以达到节能减排的功效。
首先，当一浴改性剂与涂料比例为1∶2.5，浴比为1∶25，非离子自交联固色剂1.5g/l时，在T/C裤子的涂料同浴改性染色中得色量最高，水洗牢度和摩擦牢度也比较理想，而此时染液中涂料被完全吸尽，染液为清水，对染色污水的处理成本大大节约，达到减排、清洁生产的效果。
其次，一浴改性剂为同浴改性染色工艺，比传统改性染色工艺缩短50%的时间，节约50%的水、电、蒸汽能源。同时，在同一款式同一颜色深度中比传统工艺节省涂料用量，因为传统工艺的染浴涂料残余量大，而同浴染色的染浴涂料基本吸尽，染液不存在或存在很少的涂料残留量，减轻染色污水处理压力，降低综合成本，达到节能、降耗的功能。
最后，一浴改性染色所得的T/C裤子对涤纶和棉上的上色性比较一致，使得涤纶纱线与棉纱得色相近，没有透白现象（传统改性剂对涤纶上得色差，而棉上得色深，出现露白效应）。
所以，使用一浴改性剂同浴染色T/C裤子可以做到节能减排的效果。
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作者简介：
单新强， 浙江东阳人，化工工程师，中级经济师，从事纺织印染、服装水洗化学品技术研发及应用二十年。
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