臭氧在中試噴射染色機染色聚酯織物后整理中的應用

M. G. Parikh， B. C. Chauhan， S. K. Basu

人造紡織品研究協(xié)會(印度)

聚酯纖維只能用分散染料染色。分散染料主要分為偶氮型和蒽醌型，且有非常好的耐洗性。聚酯纖維是疏水的，并且具有較高的玻璃化轉變溫度。因此，洗滌液不能滲透纖維，纖維內的染料難以去除。染色結束后，首先在冷水中徹底漂洗，然后在溫水中漂洗，接著在60～70 ℃下用連二亞硫酸鈉(2 g/L)、氫氧化鈉(1 g/L)和洗滌劑進行堿還原處理。

還原清除是去除沉積在纖維表面的分散染料的常規(guī)方法，旨在提高染色和印花聚酯纖維和織物的耐洗性。在還原清洗過程中，沉積在纖維表面未固定的分散染料或轉化成水溶性物質，或分解為無色的小碎片(圖1)。

圖1 偶氮分散染料的還原清洗

連二亞硫酸鈉是還原清洗最常用的還原劑。還原清洗過程存在如下缺點。

——使用連二亞硫酸鈉會產生對環(huán)境不友好的廢水。廢水中會含有硫化合物，如二硫化物、亞硫酸氫鹽、硫酸氫鹽等。它們是酸性的，且具有還原性，阻礙了二次處理，增加了廢水的毒性。

——需加入堿中和連二亞硫酸鈉反應后的產物，導致排放物中總溶解固體增加。

原則上，氧化也可將染料分子分解成碎片。已有文獻報道了采用過氧化氫或臭氧氧化清洗分散染料染色的聚酯。高級氧化技術(AOPs)依賴于高活性羥基自由基(OH·)的原位產生。這些活性物質是可用于水中的最強氧化劑，實際上它可氧化水基質中存在的任何化合物。

水中的臭氧會產生羥基自由基。臭氧與水經過一系列自由基反應，得到羥基自由基，羥基自由基是能夠攻擊有機分子的活性物質。水中臭氧產生羥基自由基的總體反應如下。

本文研究了臭氧對分散染料染色織物的后續(xù)清洗作用。在實驗室進行了最初小規(guī)模研究后，于加工車間的噴射染色機中擴大了處理規(guī)模。為此，通過設置臭氧發(fā)生器、泵和注射混合裝置，設計了一種染液連續(xù)臭氧化裝置。

1 試驗

1.1 材料

試樣選用100%聚酯喬其紗織物，在當地加工廠進行預處理和熱定型。研究所用分散染料列于表1。

表1 研究中使用的分散染料

1.2 織物染色

聚酯織物在工廠的中試噴射染色機中進行染色。取織物4 kg，浴比1∶10。每種染料的著色在含有乙酸、分散劑和消泡劑的染浴中進行。染色在130 ℃下進行30 min。

1.3 試驗裝置

選擇安裝一臺當地加工廠使用的織物裝載量為10 kg的噴射染色機。設計了一套臭氧處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)由臭氧發(fā)生器等幾個部分組成。臭氧發(fā)生器，產率為20 g/h，型號為QmaxOZ-20G，由印度蘇拉特臭氧綠色技術公司提供。其他重要組成部分是臭氧破壞器、帶有注射器的循環(huán)泵和靜態(tài)混合器。所有部件材料都是316系列低碳不銹鋼。產生的臭氧氣體通過注射器在線注入，隨后臭氧和水通過靜態(tài)混合器徹底混合。

圖2 試驗裝置圖

1.4 染色織物的洗滌和還原清洗

在小型U型管噴射染色機上進行洗滌和清洗處理。試樣用冷水洗滌，然后在噴射染色機中用熱水洗滌。將試樣分成2片，一片用于還原清洗，另一片進行臭氧處理。織物被放入機器中，裝滿水，達到刻度。浴比為1∶10。機器啟動后，添加以下化學品：

連二亞硫酸鈉 2 g/L；

氫氧化鈉(質量分數為50%) 2 g/L；

非離子洗滌劑 1 g/L。

加入以上化學物質后將溫度升至70 ℃，還原處理20 min。之后，將浴缸的水排干，并進行冷洗。

1.5 臭氧的氧化清洗

另一片試樣被裝載到噴射染色機中，并置于容器刻度處。加入少量濃鹽酸維持pH值為4。噴射染色機啟動的同時，啟動臭氧組件的循環(huán)泵。將氧氣以2 L/min的速度供應給臭氧發(fā)生器。啟動發(fā)生器，以20 g/h的速率向染浴注入臭氧氣體。因此染浴不斷被臭氧氧化并循環(huán)到機器中。以上述方式進行臭氧處理10 min。取出試樣，再繼續(xù)反應5 min (共計15 min)。

1.6 處理試樣的評估

從還原清洗和臭氧清洗獲得的試樣在彩色掃描系統(tǒng)上評估色差。臭氧處理試樣的總色差以相應的還原清洗試樣為基準進行測量。在每個試樣3個不同的區(qū)域測量，取其平均值以獲得更高的準確度。

處理后試樣的耐洗牢度使用洗衣機洗滌，采用ISO 105-C10(試驗3)方法進行評估。測試在60 ℃下進行30 min。干濕摩擦牢度按照AATCC 8測試方法在摩擦儀上進行評估。

2 結果與討論

2.1 耐洗色牢度

不同材質試樣不同清洗處理后的耐洗色牢度結果如表2所示。

表2 耐洗色牢度結果

臭氧處理10 min后，試樣的耐洗色牢度等級與還原清洗試樣相當。臭氧處理15 min后，其結果更好，多數耐洗色牢度等級為5，表明與還原清洗相比，臭氧處理的試樣在測試時，更多貼襯織物上無沾色。在室溫下進行15 min的臭氧清洗處理比在70 ℃下進行45 min的常規(guī)還原清洗處理效果更好。

2.2 摩擦色牢度

采用AATCC 8法分別測試還原清洗和臭氧處理所得試樣的摩擦色牢度，對比結果也令人滿意。臭氧處理試樣的干摩擦色牢度等級與還原清洗處理的試樣相當。臭氧處理15 min的3個試樣耐干摩擦色牢度等級均為5。在濕摩擦的情況下，除了臭氧處理15 min的試樣色牢度等級為5，其余試樣色牢度等級均為4～5。因此，在噴射染色機中，室溫下用臭氧處理沉積在織物表面的未固定的分散染料，顯示出非常好的清洗效果。

2.3 色差

以還原透明試樣為標準，15 min臭氧處理后試樣的總色差值小于1，表明結果合格。

2.4 成本經濟方面

染色聚酯的臭氧清洗處理明顯優(yōu)于常規(guī)還原清洗處理。還原清洗處理需要用時45 min，而臭氧處理僅需15 min，因此可節(jié)省33 %的時間。還原清洗需要70 ℃，而臭氧處理在室溫下進行，因此可節(jié)約能源。

3 結論

本文開發(fā)出一種在小型噴射染色機中應用的臭氧清洗的方法。設計并實現(xiàn)了一種通過建立平行染浴回路并連續(xù)在線注入臭氧的裝置。所得織物的耐洗色牢度和耐摩擦色牢度等級顯示出臭氧清洗對染色聚酯表面未固色的分散染料具有更好的清洗/破壞能力。由于臭氧處理是在室溫和較短的時間內完成的，因此具有明顯的節(jié)省處理時間和能源的優(yōu)勢。這項研究進一步增強了在生產層面上全面推廣臭氧處理技術的可能性。