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雪豹研发无污染印花技术染印技术

 

前言:
  我国是纺织大国,水资源紧缺。印染集中在江浙。废水污染太湖和江南水系,印染废水有机物浓度高,色度深成分复杂。每立方体积的废水将污染20体积水体,其污染可想而知。研发节水技术,争取零排放,已迫在眉睫!也是雪豹人应尽的责任。
现况:
  印染废水脱色采用:1、吸附法2、絮凝法3、氧化法4、生物法5、电化学法,投资和运行费用高,且治标不治本。处在污染——处理——再污染——再处理的怪圈。雪豹公司童湘总工程师设想是否能另辟蹊径,研究环保、节能、节水融为一体的技术;三年前带领课题组深入浙江嘉兴地区,研发“天然织物零排放的转移印花技术”(无水印花)取代传统的有水印花,向干法印染过渡,取得初步成效。
  按童湘的理念,利用可再生并能持续发展的天然纤维原料(棉、麻、丝、毛),是节约资源回归自然的方向。可促使种植业和养殖业和谐发展,既能节水又无污染,对产业结构和资源利用的合理化都将产生深远的影响。
  国内外已有很多专家试用改性、搭桥、涂膜的方法进行研究,但由于得色率差、泳移(迁移)、色牢度差而无功而返。因此解决得色率、色牢度、迁移问题将是成败之关键。前处理剂(命名为“天然纤维转移印花固色整挺剂”)和前处理工艺条件(包括前处理设备和色墨的配套)的研发是重点基础。
2006年5月,童湘带领的课题组已基本攻克了技术瓶颈,解决了困扰人们的得色率、迁移和色牢度问题。如何在节能减排的形势下,完善推广直至应用是雪豹人和童湘总工程师的愿望。
  从大量的生产性试验中,领悟出一个新技术推广是一项系统工程。诸如,相匹配的色墨,前处理工艺和设备互补支撑。

问题一:前处理剂是处理布面、纱线还是处理纤维?
  实践证明是处理纤维表面。如果是处理布面无异于扩大化了的“涂层印花”,其手感、吸水性和透气性很差。(离经叛道)如果是处理纱线,则无异于上浆工序。所以名正言顺的前处理剂应该以处理纤维为目标。
  天然纤维的特点:1,棉、麻纤维的单体是葡萄糖,是单体的天然高分子化合物。其纤维中有大量羟基和大量氢键,不同品种的棉、麻其结晶区所占比例不同。结晶区可理解为有机物的无机物现象,这是各种物理、化学作用的作用区域。丝、毛为蛋白质纤维。它的单体为多种氨基酸(15—20种),单体复杂并且具有两性性质,结构复杂同样存在非结晶区和结晶区。种属差异极大,如羊毛和藏羚羊毛的差别。2,天然纤维具有很大的表面积和比表面积。布的表面积小于纱线表面积又小于纤维表面积。所以处理纤维和处理布面有着本质的区别。这就要求前处理剂具有复杂的多元体系(多单体并有相当量的多功能活性单体,多组分多结构。)并具有在热、光驱动下的交联与自交联能力。其单体的官能度应大于2。

问题二:如何处理天然纤维?
  1、前处理剂如何进入纤维间隙?绞在一起的纤维具有毛细管效应,因其是固态物质,并有游离的极性基团,其吸水性和液滴附壁效应是处理纤维的有利因素。前处理剂在表面活性剂作用下与浸润时顺利地进入纤维间隙。
  实践证明淀粉和PVA在纤维上的残留物所产生的负面作用——改变了前处理剂的成分,部分割断了前处理剂和纤维表面的作用,结果是湿擦牢度和皂洗牢度下降。而未上浆或退浆的纺织品经过前处理后升华转移印花织物的湿擦牢度和皂洗牢度都在四级以上。
  凡是用乳化硅油类柔软剂处理过的纺织品都产生不同程度的晕色现象,(即色墨颗粒向周围迁移,图案线条边界模糊。)纤维表面过量的残留物干扰破坏了前处理剂的体系与结果。
  2、 前处理剂(乳液)是如何破乳的?当纺织品浸渍于前处理剂时,乳液均匀地渗入纤维间隙,并饱含其中。只有前处理剂破乳后才能从分散相向连续相转化。纤维表面带弱酸性(PH值低于7)或者带有正电荷,将有利于破乳。但破乳的主要条件是干燥脱水过程。当前处理剂彻底干燥时,其体积缩小十倍。这是一个强制破乳的过程。
  3、 如何控制前处理剂的量?前处理剂和纤维表面一定存在着一个量的关系。过多不浪费,
而且多余的聚合物将充填于纤维间隙,使部分纤维粘连,影响手感;(箱包用布、帐篷用布等除外。)用量不足则纤维表面尚有空白区,不仅影响得色率,防止迁移和提高色牢度都难以保证。
  生产中控制前处理剂和纤维间的量的方法只有两种:1、调节浸轧液的浓度即调节前处理剂的加水量;2、调节轧辊压力为3~5Kg/cm2。
  湿态的轧余率和干态的增重百分比是确定前处理剂量的简单手段。
  实践证明全棉织物在同样浓度的浸轧液中浸渍后,当轧辊压力为3Kg/cm2时,轧余率为61-67.2%;当轧辊压力为4Kg/cm2时,轧余率为46.5~50.0%;当轧辊压力为5Kg/cm2时,轧余率为42.0~43.1%。
  当轧余率大于60%时手感偏硬;
  当轧余率在45~50%时手感较好;
  当轧余率在45%以下时好。
  在干燥后(干燥温度160℃),其增重率(即棉织物吸收前处理剂的干物重),低的为1.45%左右,中的1.80%左右,高的2.45%左右。转移印花后的颜色鲜艳度、图案、线条的清晰度无明显差异。凡增重率小于1.50%者手感良好;增重率在1.80%左右手感较好;增重率等于或大于2.45%者手感偏硬。

问题三:干燥是前处理剂简单的脱水过程还是前处理剂的固定过程?
  干燥过程并非简单的脱水过程或简单的破乳过程——由分散相转化为连续相。此脱水过程中同时进行的是纤维上聚合物的交联。由于前处理剂中交联剂的作用,三维立体交联过程不断形成孔径不同的格栅。估计格栅直径在5~15纳米间。这些格栅的形成为以后锁住分散染料颗粒提供了物质基础,是防止迁移和提高色牢度的微观结构保证。
  干燥过程是一个加速交联的聚合物的成熟过程。如何在常温下任其自交联达到交联终止需要20~22天。因此干燥过程应认定为固定过程。应该阶梯式升温。烘道进口温度约为110℃,出口温度可到160℃,时间不少于40秒。然后存放12小时让其继续交联,接着就可以进行传统的转移印花了。如果轧辊压力不够(即织物含水量很高),可采用100~110℃干燥1~2分钟,然后在160℃下固定。时间不少于40秒。
  我们认为将前处理后的棉织物先分级干燥固定,再在短波紫外灯或汞灯的适度照射下,将会加速交联。(因为复合交联剂中有光敏单体。)


问题四:如何筛选分散染料(色墨)?如何确定转移印花的工艺条件?

  1. 选分散染料应符合下列条件:a,不含偶氮结构;

                b,相近的升华温度(发色温度);
                c,相近的颗粒大小。

2.移印花温度和时间之间的关系大致如下:

  183~190℃时,时间为18~20秒;
  200~210℃时,是为10~15秒;
  超过23秒有黄变可能。

问题五:迁移是如何发生的?
  很多聚合物(天然的和合成的)都能在转移印花中很好地完成升华上色过程,但迁移现象很难防止。究其根本原因是经过前处理的纤维表层聚合物对分散染料吸附力不够,更主要的是没有交联而形成的格栅将染料颗粒封闭(即锁住)。它的作用有点类似于分子筛。交联或自交联需要时间和能量,只要“格栅群”已基本形成,迁移现象就因染料颗粒被格栅包裹而根本消除。
  迁移可根据染料颗粒的运动方向而分为:a气相迁移:即染料颗粒向空气中迁移。当温度高于50℃时,迁移速度加快。别人研制的前处理剂在70℃时烘箱中数小时后,染料几乎全部气相迁移。b纤维迁移:染料颗粒因为格栅的初步形成而阻止了气相迁移,但因纤维上的“格栅群”尚不完整(交联度不足)而发生的染料颗粒沿着纤维向背面迁移。比如其具体表现为颗粒较小的黄色染料首先向背面跑,造成复合色中鲜亮的橘红色逐渐变成红色;黄棕色变为深棕色。

问题六:如何提高色牢度?
  聚合物通过交联及存放中的自交联使分子量变大,体形结构完成的过程中,聚合物的极性迅速下降,其耐水性和机械强度同步提高。色牢度就解决了。
  因此在整个工艺中通过加热及光照促进交联。适当存放让其自交联都是十分有效的方法。

问题七:如何在无水状态下提高织物柔软度?
  在清洁化生产过程中解决手感的办法有振荡法。即让天然纤维织物通过一定频率及功率的机械振荡达到使纤维适度松散而柔软的目的。

问题八:前处理剂能用喷、涂、刷代替一浸一轧吗?用什么方法制造出前处理后织物的正、反面?
  因为不是处理布面,所以喷、涂、刷是不可行的。喷、涂、刷的不均匀性是显而易见的。提出这种操作者,其目的是想在前处理时制造出织物的正反面来,同时又想节约前处理剂并降低成本。此操作中如剂量不足则造成分布不均匀,直接影响转印效果;剂量过多也会因渗透而充满纤维间隙同样需要再轧。
  前处理后织物的正反面只能通过逐级升温脱水的过程来确定。破乳是一个过程,水分向上蒸发时,必然把相当量的正在交联的聚合物顺着纤维带向表面,当干燥固定完成时处于上层、中层和底层的纤维段将自然形成聚合物的浓度梯度。聚合物含量将随着水分子运动方向递增。因此上层含量略高,低层含量略低。这样就通过前处理工艺制造出了织物的正反面,为随后的升华转印创造条件。
  一个成熟的技术必须具备可行性、可靠性和可操作性。一个成熟的前处理剂必须有效、安全、稳定。
升华转印技术从只能用于合成纤维中的涤纶扩大到能在天然纤维、人造纤维和各种混纺织物上,不仅提高了升华转印工艺的生命力,同时扩大了它的应用范围。纤维的的多样性决定了纺织品的多样性。对不同品种不同要求的纺织品通过系统试验,摸索和筛选出一整套不同的‘度’、不同的‘量’、不同的多因素多水平的最佳工艺组合来,这将是印染行业明智的选择。
  专家和有识之士表示,雪豹总工程师童湘带领课题组所研发的这项技术具有技术水准高,一旦推广将利国利民,为人类的文明作了贡献,有专家指出这项技术应命名为“童氏无水转印法”。可以相信,这项技术在政府层面的支持下终究会得到应用和发展。
  无锡龙达公司的吴强先生、陈伟先生、刘巍先生曾给予课题组无私的支持并配合试验;吴江盛泽宏胜公司的俞国庆先生支持进行多次1000米级全棉织物的上机试验;杭州印象公司的欧阳顺生先生曾协助试验,他们都是具有远大理想的功臣。
  雪豹日化总部将加大投入,加大宣传力度和宣传范围,拟在适当的时候到北京举行大型研讨会或发布会造就氛围,促使我国政府高层、业内高层和社会的更广泛关注。
  愿“伤心桥下春波绿,犹是惊鸿照影来”还原青山绿水早日实现。

  (详情请百度搜索“全棉转移印花”关键词即可。)

 

雪豹 "全棉转移印花"研制成功

2006年10月23日 【来源:《大公报》】

  所谓天然纤维是指非人工合成的棉、麻、丝、毛。所谓转移印花是指将分散染料印刷在纸上或薄膜上,再将纸的印花面与织物重合、加热、加压,使之转移到织物上的一种印花工艺。转移印花在生产过程中无水化印花,是印染的一次技术革命。

  目前较为成熟的工业化转移印花生产方法为气相转移印花工艺,主要用于合成纤维的印花。这种工艺的优点是图样设计变化方便、花纹精细表现力强,颜色鲜艳多样化,高度的均匀性,次品率低,不需后水洗,无废水、无污染、有利于环保。转移印花的不足之处就是此工艺无法在天然纤维织物上应用过关,主要就是得色率和色牢度均无法达到要求,难以批量生产,成品出口创汇受限制。   对于全棉织物的转移印花,常用前处理使纤维变性,成为对挥发性染料有亲和力的纤维。对这类处理方法研究报导较多,如用聚乙烯醇处理或用丙烯晴、乙酰化、苯甲酰化及一氯均三嗪等处理都有不同效果。但大多数处理工艺复杂,且处理后纤维素纤维可能失去其优越性能,因此进展缓慢。

  近年来,棉织物用活性染料转移印花得到广泛研究。从印花色浆、转印纸、转移设备及转移印花工艺等多方面已取得初步成果。一般采用织物浸扎固色剂后进行转移印花,印花后冷凝,使染料上染并固着,然后洗、烘干。其最大缺点是:一需要后处理,增加了工序、产生了废水;二成本高。

项目进展

  天然纤维转移印花固色整挺剂经过八个多月的研制,进行了三百多次小试,三次总量为4000米的大机生产试验证明:不光能使纯棉转移印花工艺顺利完成,用后得色率、干湿擦、色牢度等指标均可达到标准且不破坏棉布手感,已完全被应用单位认可并接受。优点是:一、本品无毒无害绿色环保,使用过程中无三废产生。二、使用方法简单快速成本低廉,用本品对半漂布进行浸轧、喷、刷前处理并烘干后即与传统转移印花流程一致,不需后水洗。三、高品质与稳定性:我们生产的固色整挺剂为水性乳液,不含甲醛。已制订产品企业标准(附企业标准)。

  所有纺织品的固色剂均为阳离子型表面活性树脂,对天然纤维转移印花没有作用,因为使用时必须在加热的水浴中进行。本产品以亚甲基丁二酸、SAS、N-羟甲基丙烯酰胺及其他六种烯烃的共聚物为基础,采用水溶液聚合发生自交联,再添加助剂如渗透剂、柔软剂、稳定剂等组成多功能的PH值为中性的阴离子型稳定乳液。使用时可与其他PH中性的阴离子型产品混合使用(硅油系列的柔软剂除外),也可根据客户实际使用情况自行调整助剂浓度。

产品根据客户要求可分为硬、中、软和特硬、特软五种规格。

  事实证明衣康酸和烯丙基磺酸钠的均聚物对纯棉转移印花过程有明显作用。在转移印花的操作过程中必须通过浸扎、喷、刷等手段可达到涂布均匀的目的。试验证明:采用5㎏/㎝2轧辊的压力,每吨本品可处理1.8米宽幅的纯棉织物15000米。

  天然纤维转移印花固色整挺剂的研制方向是正确的,应在使用中不断完善提高。通过推广应用是对水污染严重的太湖流域地区的纺织印染行业一次革命性的改变,彻底切断水污染的源头。

  雪豹公司组建专门的"雪豹研究所",并在浙江嘉兴市新丰开发区设立了分所,从事该科技项目的推广,雪豹全棉转移印花技术取得了可喜的成果,雪豹公司希望业内有识之士积极参与,共同完成此项目的推广与应用,带动新的高附加值的经济产业链。


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