第四節 高效短流程前處理工藝

自20世紀70年代中東石油危機以來，世界范圍內的能源持續緊張。染整行業中前處理工序的能耗占總能耗的比例較大，促使人們去研究開發高效、低能耗的前處理工藝。棉織物練漂加工分退漿、精練、漂白三道工序，常規三步法前處理工藝穩妥，重現性好，但加工機臺多、時間長、效率低、能耗高。隨著技術的不斷進步，高效低耗的前處理設備和各種配套助劑陸續被研制和開發成功，為常規三道前處理工序合理縮減或合并提供了可能性。當今節能減排已成為染整行業轉型升級、可持續發展的必然趨勢。因此高效、低能耗的短流程前處理工藝的研究與推廣應用，已成為染整加工工藝中的一項重要新技術。

一、短流程前處理工藝簡介

短流程前處理工藝（Combined Preparation Process），就是在棉織物染整前處理過程中將傳統的退漿、精練、漂白三道工序合并為二道或一道工序，即所謂的二步法或一步法。根據合并工序的方式不同，可以分為二步法工藝和一步法工藝兩大類。

（一）二步法工藝

1.退漿—煮漂合一工藝

常用的工藝是棉織物先進行退漿，再進行堿氧一浴煮練、漂白。由于堿氧一浴中雙氧水不易穩定，因此這一工藝的關鍵是:

①退漿后的洗滌要充分，最大限度地去除漿料和部分雜質，以減輕堿氧一浴煮漂工序的壓力。

②要選擇優良的耐高溫、耐堿的氧漂穩定劑和螯合分散劑，使堿氧一浴中的雙氧水穩定地分解，以取得良好的煮漂效果。

退漿—煮漂合一工藝中常用的退漿方法有酶退漿、氧化劑退漿、堿氧浴冷堆法退漿等。煮漂工藝按設備不同主要有液下履帶汽蒸箱工藝和履帶汽蒸工藝兩種，現分述如下：

（1）液下履帶汽蒸箱工藝。

①工藝流程。

退漿后織物→浸軋堿氧液→進入液下履帶汽蒸箱（60℃，浸漬20min）→短蒸（100℃，2min）→水洗→烘干

②工藝處方（g/L）。

H₂O₂（100%）　　　 12

NaOH［30%（36°Bé）］　　　　　　　　26

潤濕劑　　　　　　　　　　　　　　　 5

穩定劑Lastabil　　　　　　　　　　　 11

此工藝的特點有：

a.織物進入液下履帶汽蒸箱浸漬時，采用較低的溫度，較短的時間，保持H₂O₂在浸漂中穩定性，對纖維損傷較小。

b.浸漬液采用較大的浴比（1∶4），以提高在較低溫度（60℃）下的煮漂效果。

c.選用適合于強堿浴的穩定劑，使H₂O₂在浸漬時分解緩慢，以致在織物出履帶箱時還有相當濃度的H₂O₂，足以在短蒸中進一步起漂白作用。

d.加工過程中織物松弛，布面無折痕、擦傷等疵病，處理后半制品手感較好，白度、毛效較高。

此工藝需要具備自動化程度較高的液下履帶汽蒸箱，設備成本投入大，雙氧水和堿的消耗也較大。

（2）履帶汽蒸工藝。

①工藝流程。

退漿后織物→浸軋堿氧液→進入履帶汽蒸箱（100～102℃，20min）→水洗→烘干

②工藝處方（g/L）。

H₂O₂（100%）　　　　8～10

NaOH（100%）　　　　　　　　　　　　　30～35

潤濕劑　　　　　　　　　　　　　　　　2

穩定劑　　　　　　　　　　　　　　　　12～15

該工藝在履帶汽蒸箱上實施，織物的帶液量受到限制（軋液率只有70%～80%），燒堿的用量高，H₂O₂在濃堿高溫的條件下很難保持穩定。處理后半制品的白度、毛效往往難以達到后加工的要求，織物強度損傷也較大。

2.退煮合一—漂白工藝

將退漿與煮練合并，然后進行常規漂白。在退煮合一的處理過程中應使用高效助練劑，在堿和高效助練劑的協同作用下，以取得良好的處理效果。此工藝由于堿的濃度較低，對纖維損傷較小，工藝安全系數較高，用過氧化氫漂白時，一般氧漂穩定劑均可使用。但退漿與煮練合一后，漿料在強堿浴中不易洗凈，為此退煮后必須加強水洗，從而提高退漿與煮練的效果。此工藝在實際生產中應用較廣，根據采用的漂白劑不同，可以有不同的生產工藝。舉例如下：

①工藝流程。

燒毛→熱水洗→浸軋退煮液→汽蒸（100℃，60min）→熱水洗→冷水洗→浸軋漂白液→汽蒸（100℃，60min）→熱水洗→冷水洗→烘干→L履帶汽蒸箱氧漂（常規氧漂工藝）

②工藝處方（g/L）。

退漿煮練：

NaOH（100%）　　　　　　　　　　　　　25～30

精練劑YE-802　　　　　　　　　　　　　5

Na₃PO₄　　　　　　　3

Na₂SiO₃　　　　　　 2

漂白：

H₂O₂（100%）　　　　　　　4～5

Na₂SiO₃［38%（40°Bé）］　7～8

精練劑YE-802　　　　　　　　　　　　　　　　2

MgSO₄　　　　　　　　　　　　　　　0.2

上述退煮合一漂白二步法工藝中，在堿和高效精練劑的協同作用下，通過強化水洗條件，取得了良好的處理效果，織物半制品的毛效、白度都能滿足后加工的要求。與常規三步法相比，降低了能耗和生產成本。

（二）一步法工藝

將棉織物前處理中退漿、精練、漂白三道工序合而為一，常采用的是堿氧一浴法工藝。與傳統的前處理工藝相比，工藝流程大為縮短。由于純棉坯布含雜質多，尤其對一些上漿率高的厚重織物，要達到良好的退煮漂效果，就必須加大化學助劑的用量、強化工藝條件。但在高濃度化學助劑和高溫等劇烈條件下會造成織物損傷。因此，對純棉織物進行退漿、精練、漂白一步法前處理，就目前國內的技術水平來說，還存在著較高的風險。一步法前處理工藝可以分為汽蒸法和冷軋堆法。

1.汽蒸法

汽蒸法是燒毛后的織物浸軋較高濃度的堿、氧化劑、穩定劑、高效精練劑等配制而成的工作液后，在高溫汽蒸條件下進行的一步法工藝。由于該工藝可以利用印染廠已有的設備進行處理，因此頗受企業歡迎。

①工藝流程。

燒毛后織物→浸軋熱水→浸軋工作液→汽蒸（100～102℃，60min）→高效水洗→烘干

②工藝處方（g/L）。

NaOH（100%）　　　　　　　　　　　　　　18～25

H₂O₂（100%）　　　　　9

穩定劑XF-01　　　　　　　　　　　　　　 7

精練劑DS　　　　　　　　　　　　　　　　17

此工藝在履帶汽蒸箱上實施時，織物的帶液量不高，只適合于一些含雜少的純棉輕漿織物和滌棉混紡織物。若在R汽蒸箱（圖2-11）上進行時，織物通過R汽蒸箱上部的汽蒸和下部液下浸漬，可以提高處理效果。

2.冷軋堆法

冷軋堆法是在室溫條件下進行的一步法工藝。在室溫下，盡管化學助劑濃度較高，但化學助劑的反應速率低，必須延長作用時間，才能達到滿意的效果。由于冷軋堆法處理條件溫和，對纖維的損傷相對較小，適用于一般棉織物的退煮漂一步法處理。

①工藝流程。

燒毛后織物→浸軋工作液→打卷堆置→高效水洗→烘干

②工藝處方（g/L）。

NaOH（100%）　　　　　　　　　　　　　　　　50

H₂O₂（100%）　　　　　　　25

穩定劑GJ-101　　　　　　　　　　　　　　　　5

助練劑ZS-93　　　　　　　　　　　　　　　　 10

過硫酸鉀　　　　　　　　　　　　　　　　　　3

此法最大的特點是可以減少設備投資，設備占地面積少，降低能耗。但由于工作液中化學助劑用量增加，導致印染廢水處理負擔加重。

二、短流程前處理工藝分析

高效、低能耗的短流程前處理工藝作為染整加工的一項重要新技術，是染整前處理工藝的發展方向，經過多年來研究與推廣，已廣泛地應用于各種織物品種。但短流程前處理工藝的應用，必須根據品種特點、加工要求、最終用途結合設備類型、織物組織規格、纖維原料的組成等因素，來優選出合適的短流程前處理工藝。

從理論上分析，高效短流程前處理是把常規的退、煮、漂三步工藝各自的作用原理和去除的雜質，合并在一步或二步中完成。如堿的作用，除煮練外，在退煮一浴中還有退漿作用；在堿氧一浴中還可作為過氧化氫漂白的堿劑。又如過氧化氫在退煮漂一步法中既是退漿劑又是漂白劑，還可對纖維上的木質素及其他雜質起氧化作用。而其中添加的各種助劑所發生的乳化、分散、萃取等作用之多不下幾十種。因此短流程前處理工藝的特點表現為參與反應物質的多樣性及反應類型的復雜性。

從工藝本身來看，高效短流程前處理工藝過程主要有浸軋工作液→反應（冷堆法或汽蒸法）→水洗3個重要環節，為保證前處理高效短流程工藝達到高效率、高質量的處理水平，必須從3個重要環節入手，合理設計工藝處方，優選出最佳工藝條件。

（一）浸軋工作液

1.工作液配制

根據二步法或一步法的處理要求，要對工作液的組成進行合理的設計。如在棉織物退煮合一的工藝中，一般選堿既為退漿劑又是煮練劑，這是因為堿退漿和堿煮練是棉織物最為普遍的退漿、煮練方法，雖然在常規的前處理中是兩個獨立的加工過程，但又是相互滲透和相互聯系的，即在堿退漿的同時，棉纖維上的天然雜質也在發生分解作用；而在堿煮練時，退漿后織物上殘余的漿料也可以進一步被去除。若將堿退漿和堿煮練合二為一，使棉織物上的漿料和油蠟、果膠等天然雜質的去除在一個工序中完成，則在工作液的組成中必須加入滲透劑、高效精練劑等助劑來滿足加工要求。又如在堿氧一浴一步法的加工中，我們選堿和過氧化氫作為主要用劑。這是因為堿兼具退漿、煮練和過氧化氫漂白的堿劑三種作用，而過氧化氫既是漂白劑又具有氧化退漿的作用。當一種化學劑要擔當多重作用時，必然需要加大用量，在堿氧一浴中，堿和過氧化氫的濃度都要較常規的三步法工藝高得多。眾所周知，過氧化氫漂白在弱堿性（pH=10.5～11）條件下進行較為理想，顯然在堿氧同浴中不能滿足這一條件，過高的堿濃度會引起過氧化氫無效分解，生成的O₂和過氧氫自由基HO₂·導致纖維受損。因此在堿氧一浴法工藝中還必須選用耐堿性較強、穩定性優良的氧漂穩定劑才能獲得滿意的效果。

2.浸軋工藝條件

（1）軋液率。工作液經浸軋裝置浸軋后在織物上進行吸附、擴散和溶脹，這些過程的進行程度都與織物上的帶液量有關。由于棉坯布的吸水性差，除了在工作液中加入滲透劑外，還必須依靠機械的浸軋作用，經測定生坯布一次浸軋的軋液率約為50%，二次浸軋的軋液率約為70%。為了使織物上有足夠的帶液量，織物至少需要進行二次浸軋。

（2）浸軋溫度。一般來說，提高浸軋溫度能降低工作液的黏度，有利于液體向纖維內部擴散。但若工作液溫度高于布面溫度，則當織物浸入工作液時，織物空隙中的空氣受熱膨脹而阻礙液體的滲透。因此在實際生產中還是以室溫下浸軋工作液為宜。

（3）浸軋設備。高效短流程設備大多采取高給液和透芯給液等措施來提高織物上帶液量和均勻的滲透性。圖2-27、圖2-28為德國Menxel公司的Optimax高給液裝置的結構示意圖和工作原理圖。

圖2-27 Optimax高給液裝置的結構示意圖

1—織物 2—軋車1 3—給液管 4—通行管 5—軋車2 6—溶液

圖2-28 Optimax高給液裝置的工作原理圖

濕織物由下而上進入軋車1，軋車的微孔軋輥具有吸液作用，因此具有很高的軋液效率，濕織物經過軋車軋液后的含濕率極低，織物出微孔軋輥后立即進入由兩只導布輥與臥式軋車構成的楔形溶液溝槽，織物在此迅速吸足溶液，出楔形溝槽向上穿過密封狹縫通行管，進入上方的軋車2。該軋車將織物上多余的溶液軋出，使織物的帶液量符合工藝要求。通行管收集軋車2軋出的工作液，通行管中的工作液與織物接觸時能更充分地被吸收。

Optimax高給液裝置屬于軋吸法，高壓力微孔軋輥在軋去織物上水的同時也去除了織物空隙中的部分空氣，形成了抽吸工作液的效果。

（二）汽蒸或堆置

1.汽蒸工藝條件

在純棉織物煮漂堿氧一浴的汽蒸法工藝中，為達到煮練勻、透，漂白純、凈要求，汽蒸時既要考慮堿與蠟質、果膠等天然雜質足夠的反應時間，又要兼顧過氧化氫的分解速率，故常壓汽蒸的時間一般需要60～90min。在用燒堿進行純棉織物退煮合一汽蒸法工藝中，常壓汽蒸的時間一般在60min以上時，棉織物上的漿料和天然雜質得以充分地膨化、分解，織物處理后的效果較好。在純棉織物退煮漂一步法工藝中，要去除的雜質集中在一道工序中，對汽蒸條件設置的要求更高，汽蒸設備要求預熱時間長，例如采用瑞士貝寧格公司的平幅退煮漂聯合機，該汽蒸機上層為導輥（回形穿布），下層為雙層輥床履帶（圖2-29）。

圖2-29 導輥/輥床汽蒸箱

2.堆置工藝條件

在純棉織物煮漂堿氧一浴的堆置法工藝中，由于在室溫下作用，各化學助劑的反應速率低，要達到加工要求的去雜程度，則需要長時間的堆置，一般純棉織物打卷冷堆的時間要24h以上。由于作用條件溫和，工作液的擴散和滲透又很充分，常能使一般加工過程中難以去除的雜質（如棉籽殼）被除去。對滌棉混紡織物退煮漂一步法采用冷堆工藝也已取得了良好的效果。

也有人將浸軋工作液后布卷的堆置溫度提高至40～60℃，這樣可縮短堆置時間，即所謂的“溫堆工藝”。該工藝的關鍵和難點是保持堆置過程中的溫度恒定，否則將會造成布卷內外各片段之間的處理效果差異而影響織物的后加工。

（三）高效水洗

在短流程前處理工藝中，織物經浸軋工作液和汽蒸（堆置）后，織物上大量的雜質需要通過充分的水洗才能被去除，因此，短流程前處理工藝必須經過高效水洗才能達到處理的要求。高效水洗常采用的是高溫洗液、強力沖洗、逆流振蕩等方法，國內外各公司開發的高效水洗設備都是基于這些方法來設計制造的，如貝寧格公司的平幅沖洗機（Injecta）是一種專門用于高效短流程前處理工藝的強力水洗設備。該水洗機由一臺平幅沖洗機（圖2-30）和兩臺DA-6型高效水洗箱（圖2-31）以及進出布裝置和烘燥單元組成。

圖2-30 平幅沖洗機結構示意

圖2-31 DA-6型高效水洗箱示意

該水洗聯合機除采用全程逆流供水外，由于織物在水洗狹縫通道內，水洗液對織物的強烈機械作用區達3m以上，與普通平洗槽中的噴淋或真空抽吸的作用程度相比高達幾百倍，因此極大地提高了水洗傳質過程的濃度梯度，從而提高了洗滌效果。