五大集成技術成就棉織物低溫印染

　　紡織工業是國民經濟的支柱產業，同時也是污染比較嚴重的行業。國家對紡織工業的節能減排高度重視。在紡織工業的污染物排放和能源消耗中，印染行業，特別是印染前處理又占了重要比例。我國單位織物能耗為世界平均水平的2.4倍，其中，染整行業的能耗占紡織行業的60%。紡織工業排放的廢水中，量大且污染嚴重的主要是印染廢水，占到80%。

　　在印染行業的能耗和污染物排放中，棉織物的印染，特別是棉織物的前處理又占了重要比例。由于目前棉織物還大量采用退漿性能差、難以生物降解的PVA漿料上漿，需采用高溫強堿退漿工藝，導致退漿廢水的CODcr值高、黏度大、pH值高、可生化性差，能耗、水耗和廢水排放量也很大。在棉織物的精練、漂白、染色環節，同樣會產生高能耗。

　　目前江南大學在環保漿料、生物酶處理、低溫漂白、超聲波水洗、超細涂料染色等五大集成技術方面均取得了一定的進展，這些技術可實現“棉織物低溫印染”，使“末端治理”向“源頭控制”轉變，真正達到印染行業節能減排的目的。

　　江南大學研發的“棉織物低溫印染”新處理工藝呈現以下優點：采用高性能變性淀粉替代PVA漿料上漿，可以采用a-淀粉酶退漿，會顯著降低退漿廢水處理難度，并提高退漿質量；精練過程通過角質酶、堿性果膠酶作用，可以在50~60℃汽蒸或室溫下進行冷堆，達到節能、節水和減排的目的；漂白環節用漂白活化劑，在50℃下進行，可以達到節能降耗；染色過程，采用超細涂料及通過對棉纖維的陽離子化處理，在室溫就可以進行，從而達到節能目的，而且染色過程無需加鹽，涂料的利用率高；超聲波水洗可以貫穿退漿、精練、漂白、染色全過程，達到節能、節水的目的。

　　環保漿料替代PVA

　　PVA漿料上漿性能佳、應用廣泛、目前尚無良好的替代產品。但是PVA退漿困難、退漿廢水COD含量高，而且難以生物降解。1997年中國棉紡織行業協會提出“少用和不用PVA”，十幾年來已取得顯著成效，部分品種已實現無PVA上漿，但在一些高難品種上要完全不用PVA漿料上漿，其整體技術的發展還任重道遠。

　　要解決PVA漿料退漿困難和環境污染問題，有兩條技術路線：一是采用PVA酶，但其成本高，而且PVA分解酶目前還沒有產業化；二是開發替代PVA的漿料，這種方法目前更現實。江南大學開發了具有集陽離子基、醋酸酯基等為一體的多重變性淀粉漿料，在取代PVA漿料、提高上漿效果方面取得了較好的進展，并為生物酶退漿奠定了基礎。

　　今后重點應加強高性能多元深度變性淀粉、三元及多元聚丙烯酸酯漿料、組合漿料的復配增效機制、高增韌、高增塑漿料添加劑的研發，以實現完全替代PVA漿料。

　　生物酶前處理技術

　　棉織物生物酶前處理具有如下優點：節省大量的工藝用水、能耗、化工原料等，同時減少對廢水的處理費用，因而生產綜合成本不高于傳統工藝；大幅減少廢水排放量及排放廢水中鹽、AOX、染料、化學藥劑等含量，廢水COD值顯著降低；由于避免了強堿、氧化劑等化學藥劑對纖維的損傷，使得織物具有良好手感、外觀、物理機械性能及染色性能等，產品品質明顯提高。

　　棉織物傳統高溫強堿染整前處理工藝存在以下問題。水耗大:1萬米棉織物處理需消耗300噸水；能耗高:處理過程溫度95~100℃，占全工藝能耗45％；廢水處理難:pH>11、COD＞3000mg/L、BOD/COD<0.2；纖維損傷；設備易損壞。

　　工業化應用障礙：含PVA漿料織物阻礙淀粉酶退漿推廣應用，低品質棉（如普梳棉）雜質含量太高，特別是棉籽殼，生產時間偏長。

　　今后需要進一步攻關的方向：PVA替代漿料上漿織物酶退漿工藝；基于多酶功能復配的高效復合酶制備技術；棉籽殼酶法去除技術；酶法退煮冷堆技術及中溫連續汽蒸技術；側重工業化應用的生物酶前處理技術推廣。

　　生物酶前處理技術節能減排效果顯著：以傳統纖維（棉織物）染整前處理為例，生物法前處理與傳統化學處理工藝比較：廢水排放量降低50%~60%，廢水COD值下降1/3~1/2，廢水pH值達到直接排放要求，節省染色時間1/2、用汽量降低2/3、耗電量降低1/2、綜合成本降低1/3~1/2。

　　低溫漂白技術

　　棉織物的常規漂白在98~100℃下進行，加工過程能耗高，纖維損傷大。低溫漂白目前已能降到80℃下進行。

　　江南大學研制出的基于陽離子漂白活化劑的天然纖維低溫漂白技術：活化劑水溶性好，可與過氧化氫快速反應形成陽離子活化過氧化氫體系，對纖維素有較好直接性，可中性漂白（pH7)，漂后無需大量水洗，漂后排放廢水無需特殊處理，特別是漂白溫度可降至50℃，顯著節能，而且對棉纖維無明顯損傷。

　　超聲波低溫水洗技術

　　水洗是印染加工的必須工序，節水節能的水洗裝備一直是本行業的研究重點。紡織品印染加工需要大量的熱能（蒸汽）和水，其中水洗工序占了相當大的比例，無論是前處理中的退漿、煮練、漂白、絲光，還是染色或印花后去除浮色和雜質，都必須經過多道高溫水洗才能保證最終產品的質量。水洗過程中用水量和蒸汽能耗分別占到整個印染用水和能耗的60%和40%以上。

　　江南大學研發的超聲波低溫水清洗原理：由超聲波發生器發出的高頻振蕩信號（頻率>20000赫茲的聲波），通過換能器轉換成高頻機械振蕩而傳播到介質，使水清洗液體流動并產生數以萬計的微小氣泡。存在于液體中的微小氣泡在聲場的作用下振動，當聲壓達到一定值時，氣泡迅速增長，然后突然閉合，在氣泡閉合時產生沖擊波，在其周圍產生上千個大氣壓力（空化效應），破壞不溶性污物而使它們分散于清洗液中，從而達到清洗材料表面的目的。

　　通過有效組合超聲波裝置和印染設備，開發出的超聲波染整水洗機，目前主要應用于染整加工中的各類水洗：如退、煮、漂后水洗，染色后水洗，印花后水洗等。

　　江南大學聯合江蘇紅旗印染機械有限公司、無錫南方聲學工程有限公司聯合研制出國內首臺具有自主知識產權的超聲波印染水洗機。擁有“智能多頻恒功率超聲波裝置”、“印染用高效超聲波水洗單元”和“超聲波水洗工藝”三大集成技術。

　　2011年11月18日~12月20日，紹興海神印染制衣有限公司試用了超聲波印染水洗機，并檢測了超聲波水洗的洗滌效果，與常規水洗效果相比得出如下結論：所檢測21個批次印花產品的水洗效果，發現95％批次產品的超聲波洗一遍與常規洗兩遍的牢度相當甚至有所提高。2010年6月至今，常州印染機械試驗中心(常州霸洋紡織品有限公司)兩組超聲波水洗裝置用于實際生產。結果表明：超聲波水洗后織物的摩擦、皂洗牢度均好于常規水洗布，且產品質量穩定。超聲波水洗省去了蒸汽加熱，帶來了較大的經濟效益。

　　超細涂料染色技術

　　紡織品的常規染色往往需要在50~100℃，甚至超過100℃的溫度下進行，而且染色浴比大，染浴中需加入大量的鹽類作促染劑，染料利用率較低，染色用水及廢水排放量大、色度高、含鹽量高，特別是不同的纖維需要不同的染料及染色工藝，工藝復雜，染色質量不易控制。

　　江南大學開發的粒徑在200nm左右的超細涂料制備技術和基于纖維陽離子預先/同時改性的超細涂料染色技術。與常規涂料染色相比,由于顏料超細化后，著色強度、光澤和遮蓋力顯著提高，超細涂料染色后的織物K/S值明顯增大，織物顏色更深，可顯著節省涂料用量。采用超細涂料染色，僅需要在室溫下進行，節能、節約染化料、節水，而且工藝簡單、流程短（節時1/3），染色質量好。與染料染色相比，超細涂料染色具有四大優點：對加工對象纖維的普適性、色譜選擇的廣泛多樣性、污染輕的環境優化性、節能降耗的經濟性。