牛仔产业链中的绿色化学品与清洁生产新技术2
姚继明
任松鹤
河北科技大学纺织服装学院
石家庄美施达生物化工有限公司
2017-11-25
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牛仔产业链中的绿色化学品与清洁生产新技术

姚继明1,任松鹤2

(1.河北科技大学纺织服装学院  河北石家庄  050018;2.石家庄美施达生物化工有限公司  河北石家庄  050000)

       摘要:牛仔产业链长,使用化学品种类多,数量大,能源消耗大。本文从牛仔产业链涉及的染料、上浆、后整理及洗水工艺入手,对新型的绿色化学品及清洁生产技术进行了阐述分析,通过实验案例与传统工艺进行了比较,并对这几个方面的发展前景进行简单的预测。

       关键词:绿色化学品;清洁生产;环保型还原剂;无PVA浆料;低温退浆酶洗一浴法

 



三、牛仔服装水洗

       牛仔水洗是指通过手工、机械物理、化学和生物等方法使牛仔服装获得自然、仿旧、舒适风格的整个干、湿加工过程。牛仔布经过裁剪、缝制成牛仔服装后必须经过水洗加工才能获得穿着性能。水洗是牛仔服装风格形成的关键,牛仔服的立体风格和“穿旧感”都必须通过各种水洗方法得到。牛仔服装干加工包括喷砂、手擦、破损、压皱、焗炉定型、烘干、压烫等。湿加工包括退浆、酶洗、套色、漂白、马骝、柔软等工序。

       1.退浆

       牛仔布在后整理过程中只是半退浆,做成牛仔服装后织物上仍然带有部分浆料。这些浆料导致织物的渗透性下降,在后续加工中不能很好吸收化学药剂(染料、固色剂、酵素、柔软剂和抗皱剂等),影响加工效果;另外,因带有浆料的面料比较硬挺,在水洗机中水洗时,与机器之间的摩擦,容易产生水印、白斑、折痕等疵病。所以牛仔服装水洗加工时退浆是必不可少的重要环节。

       退浆常用的方法有淀粉酶退浆、碱退浆和净洗剂退浆,一般50~60℃退浆15~20min。退浆酶是以α-淀粉酶为主要组分的复合物,水洗厂一般用中温淀粉酶,单独的淀粉酶效果不好,最好采用复合α-淀粉酶的专用退浆酶,可提升各种浆料的退浆效果。与其他退浆方法相比,退浆酶DL退浆性能最好,对牛仔布处理较温和,退浆后牛仔布K/S值、白度、毛效、拉伸强力和手感等均比其他退浆方式好。退浆后经后续酶洗加工,牛仔布强力均略有下降,但抗起毛性能明显提高。酶退浆对拉伸强力影响最小,且抗起毛性最好[14]

       生产实践中发现,经硫化黑染色的牛仔布在纤维素酶洗过程中,表面绒毛难以去除,酶用量要远高于靛蓝染色的牛仔布才能达到较理想的酶洗效果。硫化黑染色的牛仔布采用碱退浆和枧油退浆对后续工艺纤维素酶的活力有比较大的抑制作用;而采用酶退浆可消除硫化染料对纤维素酶的抑制作用,改善硫化黑牛仔服装的酶洗效果[15]

       2.低温酶洗

       常规中性纤维素酶在牛仔服装加工中的使用温度为50~55℃,所以酶洗时要用蒸汽进行加热,一方面耗费能源,另一方面易造成服装对比度差,沾色严重。实现室温条件下酶洗,不但节约能源,提升洗后服装的品质,还可以简化工人的操作程序。低温纤维素酶的使用温度在20~35℃,有一个比较宽泛平稳的温度作用区间,能够适应不同季节温度的变化,20~35℃温度范围内酶洗的牛仔服装,颜色、白度、表面光洁度等外观指标以及强力、耐磨指标均与常规55℃酶洗后相近,毛效和柔软性略优,可实现免加热酶洗,每缸可节约蒸汽0.0445吨,折合人民币10元左右,同时还简化了工人的操作程序和劳动强度[16]

       3.退浆酶洗低温一步法加工

       目前退浆和酶洗处理大多分两步进行,温度在45~55℃之间,加工时间60~120min。两步法处理和反复的清洗消耗大量的水、电、蒸汽,同时产生大量废水,因此国内外对退浆、酶洗一步法整理工艺的研究受到了广泛的关注。如Maryan等[17]使用淀粉酶、纤维素酶和漆酶在50~60℃、PH为5~7条件下一浴法对牛仔织物进行处理,发现处理效果与两步法相当。陈新琪[18]也采用淀粉酶、纤维素酶和漆酶在80℃、PH为6条件下一浴法对牛仔织物进行处理,取得了预期的效果。

       由于目前常见的纤维素酶、淀粉酶和漆酶通常的作用温度都在50℃左右,实现复合酶低温一步法处理还需要在酶的选择和改性及体系的优化组合方面进行研究和实践。

       采用传统的两步法工艺,以淀粉酶DL0.5g/L,50℃,浴比1∶20对织物退浆20min,放掉残液,然后用纤维素酶CS0.475g/L、25℃、PH=6、浴比1∶20处理60min,与按中心复合实验法的优化后的淀粉酶DL0.475g/L、纤维素酶CS0.25g/L、漆酶GV0.5g/L在PH值6,25℃,浴比1∶20处理60min的低温一步法进行比较,一步法的强力略高,褪色效果、毛细效应和淀粉去除率稍低,绒毛率接近,表明复合酶体系低温一步法生物整理效果接近传统两步法的整理效果[19]

       魏赛男等[20]采用次氯酸钠对织物进行低温退浆,通过次氯酸钠的氧化降解作用快速去除浆料,然后在处理浴中直接加入低温酶进行酶洗,从而实现低温退浆酶洗一浴法加工。

       当次氯酸钠为5g/L、氢氧化钠为2g/L、三乙醇胺为0.6g/L、处理时间为10min时,织物的各项指标达到最优。在优化条件下进行退浆后直接加入低温纤维素酶进行酶洗,处理后织物的各项指标与传统的先用50℃淀粉酶退浆再用纤维素酶洗的两步法指标接近。

       4.新型高锰酸钾中和剂

       在牛仔服装漂洗中,无论在酸性还是碱性条件下,高锰酸钾都能氧化并破坏靛蓝、硫化等染料结构,使其褪色[21]。且在酸性条件下的氧化性能更好。漂洗后,织物上会残留部分未分解的高锰酸钾及二氧化锰沉积物,使织物呈棕黄色,影响布样色泽。此时需加入具有还原能力的中和剂清洗,使织物恢复鲜亮的光泽和良好的吸附性能。

       工业上用于清除锰盐沉积物的常用化学药剂为焦亚硫酸钠和草酸。在中和处理过程中,焦亚硫酸钠会释放出二氧化硫气体,严重影响工人健康,也造成环境污染。而草酸处理后,布面会发黄,颜色处理成本高。

       除锰晶D是一种新型中和剂,白色半结晶状固体,水中溶解度低于硫酸羟胺,有较强的还原性。除锰晶D的中和效果好,用量少,且环保性能优越。其价格远远低于硫酸羟胺,不释放有味气体,与其他几种中和剂相比,废水中的COD/BOD极低,处理后牛仔服装的保底色比焦亚硫酸钠好。

       5.臭氧洗水技术

       臭氧是一种强氧化剂,与牛仔布表面染料发生化学反应,破坏这些染料的发色和助色基团,从而达到脱色效果,对布面产生漂白作用。但臭氧对各种有机染料的作用是不同的。对碱性染料脱色90%需反应5min,而对直接染料则需5~10min。相比之下,偶氮染料更容易被氧化。臭氧技术在染整工艺中主要应用于脱色、漂白等方面,不仅节约用水,还可缩短前处理或后处理工艺过程[22]。

       臭氧水洗机能够将臭氧发生器产生的臭氧施加于成衣水洗过程,通过臭氧产生消色漂白效果,此类设备主要用于牛仔产品的仿旧处理,通过调节臭氧发生量,可实现不同程度的处理效果。臭氧水洗机无需使用化学品,可节省大量水资源,因此符合生态环保的要求。

       经多项试验证明,臭氧整理比传统水洗工艺节约用水约90%,节约化学品及用电量60%,生产成本大幅降低。此外,采用臭氧整理技术可以实现不同风格的牛仔服装的加工生产,赋予牛仔服装独特的全新效果,使牛仔面料从视觉、功能上不仅体现牛仔的粗犷,同时也表现出舒适与柔和的手感。

       6.激光雕花技术

       近年来牛仔成衣水洗工艺发展日新月异,激光雕花技术以其环保、经济、个性化的特点受到牛仔成衣水洗领域企业和科研机构的广泛关注[23]。

       当激光束照射到染色织物表面时,除少部分光被反射外,激光能量会被织物表层吸收并迅速转变为热能,使织物表层温度在极短时间内急剧上升并达到染料的气化温度,染料因激光能量的强弱瞬时气化并褪色形成深浅不一的花纹,从而实现了拔色印花效果。

       当激光能量足够高时还可以刻蚀织物纤维,实现切割、镂空等效果。激光作用于牛仔成衣时,根据数字图案的灰度值大小对织物进行刻蚀,实现过渡自然、纹理细腻、古朴内敛的拔色印花,能实现牛仔成衣加工中猫须、马骝、破洞、磨烂、磨白等常规水洗效果,也能实现一些线条精细、复杂的个性化拔色印花效果。

       激光雕花技术在加工过程中不使用有害化学物质,如PP和漂白剂喷雾,避免了对工人健康有害的喷砂或手工打磨工序。此外,激光技术具有快速、高效、低成本的优势,可以节省70%的水、60%的能源、80%的化学品,并可每小时生产200条以上牛仔裤。

结  语

       我国是纺织大国,在国际化竞争中有着无与伦比的优势。牛仔产业链使用的化学品数量大,处理不妥便造成环境危害。随着环保要求的日益严峻,以及非政府的压力,牛仔产业面临空前的挑战。绿色化学品及清洁生产技术,将帮助各大生产企业转型升级,助力牛仔产业的转型升级!

 

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作者简介:

      姚继明,河北承德人,教授,博士,主要从事纺织品清洁生产及功能化先进加工技术的研究与开发。

       E-mail:yaojiming66@126.com

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