CN103556473B - 棉纤维综合处理工艺 - Google Patents

Abstract

本发明的棉纤维综合处理工艺，包括前处理工艺、染色工艺、柔化工艺和纺纱工艺；前处理工艺依次包括对棉纤维进行沸水煮、碱性果胶酶浸渍处理、水洗；染色工艺为60℃时，染料溶液对棉纤维浸泡作用15min，NaCl溶液浸泡作用15min,温度升高到90℃，在90℃Na₂CO₃溶液浸泡作用30min；柔化工艺，用柔化剂溶液浸泡棉纤维，有机硅用量9-11g／Ｌ，温度50-60℃，处理时间50-70min，然后烘干到含水率8-10%。该工艺避免或减少纤维素分子链氧化断裂、聚合度降低、纤维强力下降的情况和对环境的污染。

Description

棉纤维综合处理工艺

技术领域

本发明属于纺织领域，涉及一种棉纤维综合处理工艺。

背景技术

棉纤维染色技术优越性A色纺纱的织物艳丽美观，层次清晰，可生产出绚丽多彩的时装面料。可以根据人为要求染出多种颜色，且色泽鲜艳。可以进行混合纺纱，～根纱线上可以有多种不同的颜色，产生意想不到的效果，克服了传统棉纱、坯布染色较为单一的缺点。Ｂ传统的“纺纱一织造一染整”的工艺，其染整过程中一次只能得到一种颜色，对于花色多的品种只能重复染色工序，且色光较难控制，生产周期长，加工成本高。先将棉纤维染色，纺纱织造时再通过调节色棉和白棉的配比，将传统的工艺改变为“染色一纺纱一织造”，这样不仅缩短了生产周期，而且也节约了生产成本。Ｃ染棉对色差要求不高，色棉通过混棉、开清棉、并条来消除色差。Ｄ漂液、染液、洗涤液、蓬松剂液可以反复使用，省水，降低生产成本。根据污水的性质，采用不同的处理方法，降低了废水处理费用。Ｅ原棉染色后，在并条时调整彩条的比例，可配成各种独特风格的纱。

目前棉色纺纱生产主要采用碱处理，这种方法存在不少问题，主要表现棉纤维的前处理、染色是色纺工艺过程的关键工序。棉纤维中除了含有９４％的纤维素纤维外，还存在６％的杂质（果胶、腊质、灰分等纤维素共生物）。这些杂质的存在，使棉纤维吸湿性差，后道染色困难。传统工艺采用碱处理，在去除棉纤维中的果胶和蜡质等杂质的同时，不仅使部分纤维素分子链氧化断裂、聚合度降低、纤维强力下降，而且对环境污染严重。因此，棉纤维绿色环保的生物酶处理方法代替传统的碱处理是必然趋势。

发明内容

本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种棉纤维综合处理工艺，避免或减少纤维素分子链氧化断裂、聚合度降低、纤维强力下降的情况和对环境的污染。

本发明是通过如下技术方案实现的：

本发明的棉纤维综合处理工艺，其特征在于：包括前处理工艺、染色工艺、柔化工艺和纺纱工艺；前处理工艺依次包括对棉纤维进行沸水煮、碱性果胶酶浸渍处理、水洗；染色工艺为60℃时，染料溶液对棉纤维浸泡作用15min，NaCl溶液浸泡作用15min,温度升高到90℃，在90℃Na₂CO₃溶液浸泡作用30min；柔化工艺，用柔化剂溶液浸泡棉纤维，有机硅用量9-11g／Ｌ，温度50-60℃，处理时间50-70min，然后烘干到含水率8-10%；纺纱工艺包括以下步骤：染色棉依次进行开清棉、梳棉、精梳，白棉依次进行开清棉、梳棉、生条，然后将精梳后的染色棉与生条后的白棉依次进行并条、纺粗纱、纺细纱。

前处理工艺中，沸水煮的时间为30min；碱性果胶酶浸渍处理的工艺参数为，碱性果胶酶的用量0.5-1.5g／Ｌ，温度５1-60℃，时间40-60min，pH值8.1-9，渗透剂JFC1-2g／Ｌ，浴比20:1；然后水洗10分钟。

前处理工艺中，碱性果胶酶浸渍处理的工艺参数为，碱性果胶酶的用量１g／Ｌ，温度55℃，时间60min，ｐＨ值8.5，渗透剂JFC1.5g／Ｌ，浴比20:1。

柔化工艺中，有机硅用量11g／Ｌ，温度50℃，处理时间50min，然后烘干到含水率8-10%。

纺纱工艺具体如下：

染色棉的开清棉步骤中，纺染色棉的打手速度较纺白棉低25%—27％，缩短自动抓棉机刀片伸出距离；采用Ａ0068型混棉机，尘棒间隔距调整为14.5毫米，；打手速度调整为470r／min；Ａ036Ｃ采用梳针打手，速度为505r／min；Ａ０７６型成卷机打手速度为750r／min，风扇速度为1350r／min；

染色棉的梳棉步骤中，采用Ａ186Ｄ型梳棉机，设定刺辊速度850r／min，锡林335r／min，给棉板隔距0.25毫米，小漏底入口隔距4.20毫米，锡林一刺辊隔距0.13毫米；

染色棉的精梳步骤中，采用整体锡林和植针顶梳，采用FA251型精梳机，小卷定量设计为45g／m，精梳条定量18.0g／５m；

并条步骤中，根据混纺比例大小采用适当根数的色条，以确保色泽均匀；色条与白条要相间排列，经二道并条；采用FA302型并条机，熟条定量设计为17.0g/5m；

纺粗纱步骤中，粗纱机A454G工艺参数设定为：后区牵伸倍数1.25倍，倍捻系数90，锭速500r/min，前罗拉速度150r/min，前/后罗拉隔距22mm或28mm，钳口隔距３mm；细纱距18.5mm或29mm，前罗拉速度160r/min。

本发明的有益效果是：

（１）碱性生物酶对棉纤维精炼，对环境友好，污染小，反应条件温和，对纤维损伤小，有利于保持纤维强力，避免或减少纤维素分子链氧化断裂、聚合度降低、纤维强力下降的情况，是一种符合环保要求的生态整理工艺。由于酶的价格高，成本消耗可能稍高于常规工艺，因此受到部分企业的排斥；但从酶可以回收利用，热能消耗少、用水量低、工艺流程短、无污水处理和提高产品附加值等方面综合考虑，生物酶整理工艺极具优势。

（２）通过试验测试得出碱性果胶酶处理棉纤维，其处理效果基本达到传统碱处理的效果，并且，处理后纤维的强力损失较小，产生的废液对环境污染性小。

（３）染色后纤维性能变化对纺纱加工工艺的影响不大，染色纱的质量与本色纱相比虽然有些差距，但是成纱质量基本达到了同类本色纱线的质量指标。

附图说明

图1为本发明中温度对蜡质含量、失重率影响的曲线图，图2为时间对蜡质含量、失重率影响曲线图，图3为因素-失重率曲线图，图4为碱处理与酶处理效果对比图，图5为C、D、E实验方案曲线图，图6为纤维染色工艺曲线图，图7为因素-落地时间曲线图。

具体实施方式

本发明的棉纤维综合处理工艺，其特征在于：包括前处理工艺、染色工艺、柔化工艺和纺纱工艺；前处理工艺依次包括对棉纤维进行沸水煮、碱性果胶酶浸渍处理、水洗；染色工艺为60℃时，染料溶液对棉纤维浸泡作用15min，NaCl溶液浸泡作用15min,温度升高到90℃，在90℃Na₂CO₃溶液浸泡作用30min，染色后在90℃水中洗10min后烘干；柔化工艺，用柔化剂溶液浸泡棉纤维，有机硅用量9-11g／Ｌ，温度50-60℃，处理时间50-70min，然后烘干到含水率8-10%；纺纱工艺包括以下步骤：染色棉依次进行开清棉、梳棉、精梳，白棉依次进行开清棉、梳棉、生条，然后将精梳后的染色棉与生条后的白棉依次进行并条、纺粗纱、纺细纱。

前处理工艺中，沸水煮的时间为30min；碱性果胶酶浸渍处理的工艺参数为，碱性果胶酶的用量0.5-1.5g／Ｌ，温度５1-60℃，时间40-60min，pH值8.1-9，渗透剂JFC1-2g／Ｌ，浴比20:1；然后水洗10分钟。

前处理工艺中，碱性果胶酶浸渍处理的工艺参数为，碱性果胶酶的用量１g／Ｌ，温度55℃，时间60min，ｐＨ值8.5，渗透剂JFC1.5g／Ｌ，浴比20:1。

柔化工艺中，有机硅用量11g／Ｌ，温度50℃，处理时间50min，然后烘干到含水率8-10%。

纺纱工艺具体如下：

染色棉的开清棉步骤中，纺染色棉的打手速度较纺白棉低25%—27％，缩短自动抓棉机刀片伸出距离；采用Ａ0068型混棉机，尘棒间隔距调整为14.5毫米，；打手速度调整为470r／min；Ａ036Ｃ采用梳针打手，速度为505r／min；Ａ０７６型成卷机打手速度为750r／min，风扇速度为1350r／min；

染色棉的梳棉步骤中，采用Ａ186Ｄ型梳棉机，设定刺辊速度850r／min，锡林335r／min，给棉板隔距0.25毫米，小漏底入口隔距4.20毫米，锡林一刺辊隔距0.13毫米；

染色棉的精梳步骤中，采用整体锡林和植针顶梳，采用FA251型精梳机，小卷定量设计为45g／m，精梳条定量18.0g／５m；

并条步骤中，根据混纺比例大小采用适当根数的色条，以确保色泽均匀；色条与白条要相间排列，经二道并条；采用FA302型并条机，熟条定量设计为17.0g/5m；

纺粗纱步骤中，粗纱机A454G工艺参数设定为：后区牵伸倍数1.25倍，倍捻系数90，锭速500r/min，前罗拉速度150r/min，前/后罗拉隔距22mm或28mm，钳口隔距３mm；细纱距18.5mm或29mm，前罗拉速度160r/min。

本专利提供了合理的生态前处理工艺和与之相适应的染色工艺。主要内容可分为以下几部分：Ａ基于生物酶的环保性、高效性、专一性的特点，探讨棉花纤维的生物酶前处理工艺，讨论了各因素对纤维失重率、蜡质含量等处理效果的影响，利用正交试验得出了生物酶前处理的优化工艺，并与常规碱处理工艺进行了处理效果的对比，主要包括：失重率、单纤维强力。Ｂ处理后棉纤维的染色工艺。项目选用活性染料对棉纤维进行染色，通过选用不同的碱剂，不同的处理温度，选出纤维固色率、氯浸牢度较好的染色工艺。在优选出的染色工艺下，对经过传统碱处理和生物酶处理的纤维进行染色，然后对两种不同处理方法的染色纤维进行性能效果对比，包括固色率、氯浸牢度、单纤维强力等指标。Ｃ针对棉纤维染色后纤维之间严重纠结的缺点，对染色后纤维进行柔软处理，优化柔软处理工艺。Ｄ棉纤维在染色过程中，纤维天然卷曲受到损坏，表面棉蜡熔化，加上染料分子的渗透，单纤强力下降，纤维发涩，蓬松度下降，易扭结在一起。因此，在清花和梳棉工序纤维容易受损伤，短绒量增加，导致梳棉辊筒沾花、并条绕皮辊、细纱断头率高、纺高支纱难和纺纱制成率低等问题的产生，恶化成纱条干。

（1）棉纤维的生物酶前处理

１棉散纤维前处理、染色是色纺工艺的关键工序。要完全体现色纺纱的优势，就必须解决好传统棉纤维的前处理、染色过程中出现的问题：传统碱处理后，纤维的强力损失严重，染色后纤维之间纠结程度严重；碱处理后，要消耗大量的酸中和，并要用大量的水冲洗，一方面造成纤维的损伤，强度下降，另一方面，耗用大量的化学品和水资源，造成废液中ＢＯＤ、ＣＯＤ值和盐含量高，污染环境。生物酶前处理是一种高效环保的处理棉纤维的方法。

棉纤维所含天然杂质主要包括果胶和蜡质，所以在前处理工序中采用碱性果胶酶进行处理，不仅可以温和的去除杂质，而且对纤维的损伤比较小。

采用碱性果胶酶处理有很多的优越性。首先，用碱性果胶酶对棉纤维进行前处理，可以在较小损伤纤维的情况下去除果胶等杂质。其次，碱性果胶酶反应条件温和，反应环境ｐＨ值接近中性，所需反应温度较低，反应时间短。此外，碱性果胶酶作为一种生物蛋白质对环境友好，无任何毒性，处理产生的废水可生物降解，解决了处理废液对环境的污染问题。

2生物酶基本理论

酶的专一性有利于节约成本，提高产物的纯度，为工业化生产带来便利。

3影响酶反应的因素

温度对酶反应的影响：

温度是影响酶处理效果的一个重要因素，酶对温度有较高的敏感性，虽然酶反应在一定温度范围内，随温度升高反应速度加快，但是超过酶的最佳适合温度后，酶反应速度反而会随着温度的升高而减慢。因此进行酶处理时温度应控制在反应速度较快，而又不导致酶丧失活力的范围。

ｐＨ值对酶反应的影响：

酶分子上有许多酸性、碱性氨基酸的侧基，这些基团随着ＰＨ值的变化可以处在不同的离解状态，而侧基的不同离解状态又直接影响了底物的结合和进一步的反应，或者影响了酶的空间结构，从而影响到酶的活力。由于不同的酶在不同的ｐＨ值范围不仅稳定性不同，而且活力也不同，在最适合的ｐＨ值范围内，酶的活力最强。因此在应用酶的过程中，酶反应的最适合ｐＨ值，发挥酶的最大效用。

酶浓度和底物浓度对酶反应的影响：

酶和底物的反应和酶的浓度有关。在反应底物浓度足够大的情况下，酶的反应速度和酶的浓度成正比，当酶浓度超过一定量时，再增加酶用量，反应速度不一定相应提高。而当酶的浓度一定时，酶的反应速度也随底物浓度增加而增加，但当底物浓度增加到一定程度，体系中的酶已全部和底物结合后，再增加底物，反应速度不会增加。

时间对酶反应的影响：

酶作为一种催化剂，反应前后的分子总量是不变的，反应的时间越长底物的转化率越高，所以根据反应时间可以适当调节酶的用量。但并不是无限制的延长反应时间，还要考虑纤维的损伤和生产效率这两个问题。

其它因素对酶反应的影响：

酶的催化反应非常复杂，影响的因素也非常多，包括金属离子、浴比、搅拌速度、浴中的其它添加物、工艺设备等因素。因此在进行酶处理时还应考虑这些因素，以保证酶的活力得到充分的发挥。

（2）碱性果胶酶的介绍

碱性果胶酶是分解果胶的多种酶的生物酶处理工艺：沸水煮（３０ｍｉｎ）—酶处理—水洗（10ｍｉｎ）。

注：沸水煮的作用是去除一些可以热水溶解的杂质如部分蜡质、部分棉籽壳，为更好的酶处理打下基础。

酶用量对处理效果的影晌

固定温度５５℃，时间６０ｍｉｎ，ＪＦｃｌ．５（ｇ／Ｌ），ｐＨ８．Ｏ，浴比２０：１不变，考察酶用量的变化对失重率、蜡质含量的影响。

由上表3-2和图1看出，反应温度对失重率、蜡质含量的影响较大，在一定范围内，随温度升高，失重率增加。当温度＜５０℃时，失重率很小：温度＞５０℃时，失重率明显不断增大，但是当温度从５５℃开始，增加幅度不是很大；而从６０℃开始，失重率下降。温度继续升高，对失重率的影响不是很大。随着温度的升高，蜡质含量总体呈下降趋势，在５０℃～６０℃之间，蜡质含量变化不大。

同时由于温度的高低直接影响能耗的大小，因此选择温度应在满足工艺要求的情况下偏低掌握。综合以上因素，得到温度的优化范围是５０℃一６０℃。

时间对处理效果的影响反应时间是影响处理效果的重要因素之一，固定酶用量１g/L，JFC１．５g／Ｌ，温度５５℃，ｐＨ8.0，浴比20：1不变，考察时间变化对失重率、蜡质含量的影响，影响结果见下表3-3和图2。

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碱性果胶酶与纤维的反应从酶液接触纤维就开始发生了，但只有在将酶的浓度、用量控制在一定程度，并保温一段时间，使酶对底物有充分的时间进行作用，才能达到满意的效果。一般情况下，处理温度高，酶浓度大时，反应时间可以短一些。但如果处理温度较低，酶液的浓度较小，反应时间可适当放长。由图2可以看出，酶浓度和温度等因素一定时，反应时间对失重率、蜡质含量的影响。随着处理时间的增加，失重率总体是在增加，初始阶段失重率增加幅度较大；当处理时间４０min—６０min之间时，失重率增加比较平缓；７０min以后，失重率开始下降。

蜡质含量随着处理时间的增加在降低，３０min—４０min，蜡质含量急剧降低，说明酶对纤维的作用十分明显：４０min—６０min，蜡质含量变化比较平稳，表明此阶段酶的作用十分平缓：７０min以后，蜡质含量开始下降。因此综合考虑，４０min—６０min为最佳反应时间。

ｐＨ值对处理效果的影响

固定酶用量1g/L，JFC１．５g/L，温度５５℃，时间６０min，浴比２０：1不变，ｐＨ值8—9。其中固定浴比：２０：１，渗透剂ＪＦＣ：１。

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失重率是评价酶处理效果的重要指标，反映纤维中杂质的去除情况。下面图3用直观分析法对各因素与评价指标之间的关系进行分析，得出碱性果胶酶处理优化工艺。

表３—７结果表明，以失重率为评价指标，极差ＲＡ＞ＲＢ＞ＲＤ＞Ｒｃ，由于极差反映了个因素对指标的影响大小，所以对失重率影响，从主到次的因素排序为反应温度和碱性果胶酶用量对失重率的影响较大，然后是处理时间和ｐＨ的影响。失重率越大说明杂质的去除效果越好，所以最佳工艺为：

温度５５℃，

时间６０mｉｎ，

碱性果胶酶的用量ｌｇ/L，

ｐＨ值８．５，

渗透剂ＪＦＣｌ．５g/L，

-浴比２０：１。

酶处理与传统碱处理效果对比如下表3-10和图4：

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（Ｉ）失重率对比：

从表3—10可以看出，采用生物酶处理的纤维失重率稍低于常规碱处理纤维的失重率。这是因为生物酶具有专一的特性，反应温和，而传统ＮＯＨ碱处理，不仅去除杂质，对纤维的结构有一定程度的损伤，所以失重率较高，因此，我们可以认为碱性果胶酶基本可以达到常规工艺的效果。

（２）单纤维强力对比：

经处理后的棉纤维，其强力都会有很大程度的损失。这是因为处理温度、时间、试剂等对纤维强力的损失有影响。试验表明生物酶处理的单纤维强力明显高于常规工艺处理的单纤强力（如图4）。常规工艺采用强碱处理棉纤维，严重损伤纤维的纤维素结构，从而影响强力，另外常规工艺处理温度较高（１００℃）也是影响强力的重要因素。而碱性果胶酶工艺条件温和，ｐＨ值接近中性，处理温度较低（５５℃），因此比常规处理对纤维损伤小。

（３）纤维长度的对比：

纤维长度是纤维的重要物理性能指标，是决定纺纱工艺过程和纺纱设备以及选择纺纱工艺参数的主要依据之一，对成纱品质有直接影响。纤维长度长，纤维之间接触。

二、棉纤维染色工艺

活性染料的性能：

（１）活性染料结构中，一般含有磺酸基（一Ｓ瓯Ｎａ），因它的水溶性比较好，对硬水有较高的稳定性；

（２）活性染料对棉纤维的亲和力较低，渗透性较高，因此匀染性好；

（３）任何类型的活性染料，当它与棉纤维起作用时，都会产生酸。酸性介质的存在，不利于染色化学变化的顺利进行；因此，必须用适当的碱剂来中和它，使反应朝顺向进行；

（４）活性染料溶于水中后，呈阴离子性；因此，可与阴离子性或非离子性的渗透剂或柔软剂同用；

（５）活性染料的染色，由于与纤维起了化学结合作用，染料固着后基本已成为纤维的一部分，所以耐洗、耐摩等牢度都比较好。

活性染料的上染原理：

上染：

活性染料母体结构一般都比较简单，且含有一定数量的水溶性基团，在水中能电离成染料阴离子，溶解度高，染料与纤维之间的氢键、范德华力较小，所以多数染料对纤维素纤维的亲和力较低，浸染时，染料借助于氢键、范德华力上染纤维，匀染性好，但是上染百分率不高。浸染时，除了应选择直接性较高的染料染色外，常常需要加入大量的中性电解质促染，并且染料上染纤维后，染料一纤维间作用力小，若不进行固色，耐洗牢度很差。

固色：

活性染料与纤维发生共价健结合的过程称为固色。活性染料上染纤维后，在适当的条件下，染料活性基团能与纤维素纤维上的羟基发生反应，此反应称为固色反应。整个反应是分两步进行的，第一步发生纤维素负离子的亲核加成反应，形成不稳定的加成化合物；第二步是碳一氯键的离解反应，氯以氯离子的形式进入溶液，即进行消除反应。乙烯砜基Ｂ一碳原子上电子云密度越低，固色反应越容易进行。

6．试验材料及测试方法

（1）试验材料

样品：碱处理后的棉纤维，生物酶处理后的棉纤维药品：Ｋ型活性染料，ＮａＣｌ，Na₂CO₃，Ｎａ０Ｈ，Na₃PO₄，皂粉（均为分析纯）。

仪器：恒温水浴锅、Ｂｓｌｌｏｓ型电子天平、１０１ｃ一２Ｂ型烘箱、ＶＩｓ７２００型分光光度计、ＹＧ００ｌ型单纤维强力仪。

（2）测试方法。”

（１）强力用ＹＧＯＯｌ型单纤维强力仪测其强力。

（２）固色率采用洗涤法测试。按所制定的处方计算式样需用的染化料用量，并称好两份完全相同的染料，分别配置Ａ、Ｂ两个相同的染浴，放入同一水浴中。

Ａ染浴不加式样，但其操作均按Ｂ染浴规定。当Ｂ染浴中的式样开始皂煮时，也向Ａ染浴加入相同的皂粉液，经１５分钟后取出Ａ染浴并冷却至室温，然后冲洗至一定体积，在最大吸收波长处测其吸光度。

Ｂ染浴加入式样，按规定条件染色。染毕取出试样水洗，皂煮，水洗。然后将洗涤液、皂煮液与染色残液合并，冲洗至一定体积，在其最大吸收波长处测其吸光度。

固色率计算：ｘ（％）＝（1-ＡＢＡ／ＡＡＶＢ）×１００

式中：Ｘ一染色残液中的染料量，以占总重量的百分率表示：

ＶＡ～Ａ染浴冲洗后的体积；

ｖＢ—Ｂ染浴冲洗后的体积；

ＡA一染浴冲洗后的吸光度：

AB－B染浴冲洗后的吸光充。

（3）吸光度用VIS7200型分光光度计测定。

．染色工艺的确定

试验处方

本项目选用活性染料对棉纤维进行染色试验，染色温度的高低、所加碱剂的不同都对染色效果有很大的影响。本次试验设计了5种试验方案，浴比20:1。分别在不同温度、不同碱剂条件下对纤维进行染色（见下表4－1和图5）。

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染色工艺方案

染色后色目人纤维，在90℃水中洗10min后烘干。

在传统染色方法的基础上，本项目制定了上述5种试验方案对经酶处理后的棉纤维进行染色试验（如上表4－1）。

试验结果分析

１、试验结果

（１）固色率试验结果

表４－２是经酶处理后的纤维在５种方案下的固色率的试验结果。

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由表４－２可以看出，A,B,C三种方案采用相同处方，不同工艺，结果表明高温染色B的固色率明显高于低温染色方案A；方案C,D,E采用了同一工艺而不同处方，结果利用Na₂CO₃做固色剂的C方案的固色率比用NaOH，Na₃PO₄做固色剂的D、E方案要好。因此，确定B方案。

（２）活性染料氯浸牢度

因活性染料染品的耐氯漂牢度较差，故用方案B染出的纤维试样做氯浸牢度试验。用干燥的坏布沾去棉纤维的有效氯漂液，干燥后测得，活性染料染棉纤维的褪色牢度为４－５级，沾色牢度达４－５级。

（３）染色后单纤维强力

对纤维染色，考虑到纤维的后加工问题，测定其染色后纤维的强力。碱处理后的纤维同样用方案B进行染色试验，酶处理后的染色纤维强力和碱处理后的染色纤维的强力对比，结果见表４—３。

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酶处理后经Ｂ方案染色的单纤强力高于碱处理后经同染色工艺下的单纤强力。而纤维强力的大小是保证纺纱工序顺利进行的关键。

用染色方案Ｂ对棉纤维进行染色，其固色率、染色牢度、色纤强力都比较理想，Ｂ方案可作为优选方案使用。

酶处理与碱处理纤维的染色效果对比

根据选出的方案Ｂ，本专利对经过传统碱处理、生物酶处理后的两种纤维在Ｂ方案下进行染色试验，然后对染色效果、纤维强力、纤维长度等指标进行对比。试验结果见下表４—４。

本专利是在同一染色工艺条件下进行：方案Ｂ；试验原料是经碱处理、酶处理后的棉纤维。结果分析（１）纤维长度对比由表４—４中可以看出，酶处理后的色纤长度稍优于碱处理后的纤维长度，能满足纺纱工艺的要求。（２）固色率对比从试验数据可以直观的看出，经酶处理后的纤维的固色率明显高于碱处理后的纤维的固色率，其固色率高达７１．％。在棉纤维纱染色中，是可以进行大规模工业化生产的，而且后道产品的质量也得到了保证。（３）纤维强力对比煮练后棉纤维的强力都有所下降，再经过染色，纤维的强力再次受到损伤。但酶处理后比碱处理后的染色纤维的强力损失小。这是因为酶的作用比碱的作用温和，在煮练阶段对纤维损伤小，所以染色后，虽然纤维的强力也有所损伤，但总体比碱处理后的纤维的强力要大，其强力也符合纺纱要求。

综合考虑，本专利的棉纤维染色工艺如图6，即采用B方案。该专利产品工艺比较适合经生物酶处理后纤维的染色，其各项指标也能达到较理想的水平。

三、染色纤维的柔软处理

棉纤维染色后，纤维之间严重的纠结现象，在后序的开清、梳理过程中，造成纤维的损伤。因此很有必要对染色纤维进行柔软蓬松处理，降低纤维间的纠结，这也是本专利的重点工序处理之一。

1.试验材料、工艺流程及测试方法

试验材料

试样：经碱处理、酶处理后的染色纤维。

仪器：２CN的铜夹子、秒表、５毫克重物、细绳一根、绒布板一块、有孔隔板一个。

药品：有机硅、渗透剂JFC(工业级)。

工艺流程：

本专利选用有机硅做柔软剂，在20：1浴比、1g/LJFC、不同温度、不同处理时间下，对经染色的纤维进行柔软处理。

测试方法：

将烘干后放置２－３小时的柔软处理后的色纤，放在有孔隔板的绒布板上，然后轻轻拉出一根纤维使其通过隔板的孔，用２CN的铜夹子夹住，铜夹子尾端悬有５毫克的重物。此绒布板距离地面１米。然后放手松开夹子，使其自由坠落，利用秒表确定夹子从色纤维中拉出单纤维落地所需时间。通过时间来判定纤维的纠结程度。

2.柔软处理试验及结果分析：

用有机硅对色纤进行柔软处理时，影响柔软整理效果的因素主要有有机硅的用量、处理温度和处理时间。据各因素对色纤柔软处理的影响，得出柔软处理的优化工艺，本专利设计了正交试验，其中固定浴比２０：１，JFC１g/L不变，正交试验设计见表５－１，正交试验结果见表５－２。

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测试结果分析：

以各因素实际水平为横坐标，以各评价指标的平均值为纵坐标作图，得到各因素与评价指标之间的关系见图7，用直观分析法对各因素与指标之间的关系进行分析，得出柔软处理优化工艺。

（１）各因素与落地时间的关系

如图7，时间由主到此的顺序依次为有机硅用量、处理时间、处理温度，落地时间越小，色纤的柔软度越好，也间接反映出色纤之间的纠结程度越低．综合考虑成本、效率等实际因素，根据图7所示以落地时间为评价指标，得到优化工艺为Ａ、Ｂ、Ｃ，即有机硅用量１１g／Ｌ，温度５０℃，处理时间５０ｍｉｎ。

（２）柔软处理优化工艺

柔软处理的目的是为了提高色纤的蓬松度，降低纤维之间纠结程度。本试验以单纤落地时间作为最主要的评价指标，在考虑到成本、效率等方面因素，最终得到的柔软优化工艺为Ａ、Ｂ、Ｃ，即有机硅用量１１g／Ｌ，温度５０℃，处理时间５０ｍｉｎ，然后烘干到含水率8-10%。优化工艺后纤维的指标结果见表５—３。

本专利中，单纤落地时间是反映色纤纠结情况的重要指标，由表５－３试验数据可以看出，经柔软处理后的纤维，不论前处理是经碱还是生物酶，其指标效果明显比未经柔软处理的好。柔软处理后的纤维蓬松度、手感柔软度都较未经柔软处理的好。

四、染色棉的试纺

棉纤维经前处理、漂染、纤维上的蜡质、油脂被脱去，手感粗糙，可纺性降低。为改善这种状况，一方面染完色充分水洗后，加柔软剂，使棉花蓬松，提高可纺性；另一方面和白棉进行合理配棉。色棉与自棉的配棉有两种：一种是在清棉工序进行，另一种是在并条工序进行，即条混。条混是将不同染色纤维分别纺制成色条后，在并条工序将色棉条与白棉条搭配，采用一混二并法或二混一并法进行配色，这种方法容易保证混合比例和色泽均匀。本专利采用一混二并条混法纺纱。

测试方法

（１）纱线强力

∞０２ｌＮ电子单纱强力仪测试纤维断裂强力。

（２）毛羽

ＹＧｌ７１型纱线毛羽测试仪测试纱线毛羽数。

（３）捻度

Ｙ３３１型捻度机测纱线捻度。

（４）千米细节数，千米粗节数、千米棉结数

ＹＧｌ３１型乌斯特条干仪。

纺纱工艺流程

纯棉色纺纱的生产工艺原则总体类同于本色棉纺纱工艺，但由于原棉经高温染色烘干等，使可纺性得到不同程度的降低。因此，在若干工艺技术、环境温度调节上作相应调整，得到满意的成纱质量。本专利试纺工艺制定如下（三道）：

染色棉：开清棉—梳棉—精梳准备—精梳；

白棉：开清棉—梳棉—生条；

——并条—粗纱—细纱。

纺纱工序特点及参数设定

清花工序

针对色棉的性能和特点，清花工序应采用“短流程、低速度、多松少打、多松多混、多排短绒疵点、小束抓取、早落少碎、渐进开棉”的工艺原则。减少棉结和短绒是清花工序的关键。打手速度较纺纯棉（本色棉）低２５%—２７％，缩短自动抓棉机刀片伸出距离，可防止打碎破籽，能减轻对纤维的损伤。

此工序采用Ａ００６８型混棉机，尘棒间隔距调整为14.5mm，打手速度470r/min。打手速度调整为470r/min。Ａ０３６Ｃ采用梳针打手，速度为505r/min。Ａ０７６型成卷机打手速度为750r/min，风扇速度为1350r/min。

梳棉工序（生产按“强分梳、紧隔距、轻定量、慢速度、少损伤、多除杂、转移好、细梳理”的工艺原则）

梳棉工序的优劣直接影响成纱的棉结、杂质。加强有效的分梳以消除各种色点杂质及部分短绒就成了梳棉的工艺要点。采用紧隔距：在机械状态允许的条件下，锡林与盖板间的隔距尽可能收紧；选用适中的刺辊速度，加大刺辊与锡林的速比有利于减少返花、短绒的产生；生条定量偏轻掌握：有利于降低针面负荷、增加握持分梳、减少针面对纤维搓转成结的机率；加强梳棉后车肚除杂效果，工艺上通过放低除尘刀、缩小除尘刀与刺辊隔距来达到。

采用Ａ１８６Ｄ型梳棉机，设定刺辊速度850r/min，锡林335r/min，给棉板隔距0.25mm，小漏底入口隔距4.20mm，锡林一刺辊隔距0.13mm。

精梳工序（采用“小定量，低速度，短给棉，多落杂”的工艺原则）

适当提高落棉率，减少短绒，提高色纱条干水平。采用整体锡林和植针顶梳，降低短绒和提高纤维伸直平行度。

采用ＦＡ251型精梳机，小卷定量设计为45g／ｍ，精梳条定量18.0g／５ｍ。

混并工序（根据色纱特点采用一混二并条混法）

根据混纺比例大小采用适当根数的色条，以确保色泽均匀。本试验在头道并条工序中，采用４根白棉生条和４根精梳色条混和，考虑到白棉生条与精梳棉色条纤维伸直度的差异，色条与白条要相间排列，经二道并条，以确保混色均匀。

采用ＦＡ３０２型并条机，熟条定量设计为17.0g/5ｍ。

粗纱工序及细纱工序（按“低速度、大捻度、大轴间卷绕密度、小集合器和钳口隔距、小隔距”的工艺原则）

发挥主牵伸区的主导作用，利于控制浮游纤维，纤维间抱合力小，粗纱在细纱机上易产生意外伸长，粗纱定长不宜过大；适当降低锭速，稳定粗纱张力，减少意外牵伸和发毛粗纱，提高粗纱条干水平。粗纱根据染色棉棉性能，将后区隔距适当缩小，保证纤维在后区充分伸直，并减少纤维损伤，适当增大粗纱捻度、轴向和径向卷绕密度，改善粗纱质量和提高细纱综合质量。

细纱工序采用弹簧摇架加压、高弹胶辊、气圈控制环和塑料上销及渗硫钢领钢丝圈，后区牵伸倍数偏小掌握，集中前区牵伸，以加强纤维在牵伸过程中的有效控制。采用新型锭带，及时检查锭速，尽量减小锭速差异，降低捻度不匀率，提高单纱强力和降低单强CV（%）值。细纱捻度偏大控制，保持须条间的紧密度，增加纤维间的抱合力，提高成纱质量。

本专利粗纱机A454G工艺参数设定为：后区牵伸倍数1.25倍，倍捻系数90，锭速500r/min，前罗拉速度150r/min，前/后罗拉隔距22mm或28mm，钳口隔距３mm。细纱距18.5mm或29mm，前罗拉速度160r/min。染色棉纤维成纱与本色纱性能对比见表６－１。

五、项目主要结论

本专利对棉散纤维的前处理工艺、染色工艺、柔软整理工艺进行了较为系统的研究。通过分析，得到以下主要结论：

（１）碱性生物酶对棉纤维精炼，对环境友好，污染小，反应条件温和，对纤维损伤小，有利于保持纤维强力，是一种符合环保要求的生态整理工艺。由于酶的价格高，成本消耗可能稍高于常规工艺，因此受到部分企业的排斥；但从酶可以回收利用，热能消耗少、用水量低、工艺流程短、无污水处理和提高产品附加值等方面综合考虑，生物酶整理工艺极具优势。

（２）通过试验测试得出碱性果胶酶处理棉纤维的优化工艺为：碱性果胶酶的用量１g/L，温度５５℃，时间６０min，ｐＨ值8.5，渗透剂ＪＦｃ1.5g／Ｌ，浴比２０：１。其处理效果基本达到传统碱处理的效果，并且，处理后纤维的强力损失较小，产生的废液对环境污染性小。

（３）不同的碱剂，染色温度的高低都可以影响纤维的染色效果。

（４）通过对固色率、纤维强力、纤维长度等几个指标的测试与分析，筛选确定了棉纤维染色工艺的优化工艺。

（５）。根据有机硅用量、整理温度、时间等因素的影响。利用正交试验法，优化了采用有机硅整理剂对染色纤维进行柔软整理工艺为：有机硅用量１１g／Ｌ，温度５０℃，处理时间５0mｉｎ，浴比２０：１。

（６）为验证本专利的处理、染色、柔软整理工艺的可行性，对染色纤维进行了试纺。染色后纤维性能变化对纺纱加工工艺的影响不大，染色纱的质量与本色纱相比虽然有些差距，但是成纱质量基本达到了同类本色纱线的质量指标。

Claims (2)

1.一种棉纤维综合处理工艺，其特征在于：包括前处理工艺、染色工艺、柔化工艺和纺纱工艺；

前处理工艺，依次包括对棉纤维进行沸水煮、碱性果胶酶浸渍处理、水洗；沸水煮的时间为30min；碱性果胶酶浸渍处理的工艺参数为，碱性果胶酶的用量0.5-1.5g/L，温度51-60℃，时间40-60min，pH值8.1-9，渗透剂JFC1-2g/L，浴比20:1；然后水洗10分钟；

染色工艺，为60℃时，染料溶液对棉纤维浸泡作用15min，NaCl溶液浸泡作用15min,温度升高到90℃，在90℃Na₂CO₃溶液浸泡作用30min；

柔化工艺，用柔化剂溶液浸泡棉纤维，有机硅用量11g/L，温度50℃，处理时间50min，然后烘干到含水率8-10%；

纺纱工艺，包括以下步骤：染色棉依次进行开清棉、梳棉、精梳，白棉依次进行开清棉、梳棉、生条，然后将精梳后的染色棉与生条后的白棉依次进行并条、纺粗纱、纺细纱；

染色棉的开清棉步骤中，纺染色棉的打手速度较纺白棉低25%—27％，缩短自动抓棉机刀片伸出距离；采用A0068型混棉机，尘棒间隔距调整为14.5毫米；打手速度调整为470r/min；A036C采用梳针打手，速度为505r/min；A076型成卷机打手速度为750r/min，风扇速度为1350r/min；

染色棉的梳棉步骤中，采用A186D型梳棉机，设定刺辊速度850r/min，锡林335r/min，给棉板隔距0.25毫米，小漏底入口隔距4.20毫米，锡林一刺辊隔距0.13毫米；

染色棉的精梳步骤中，采用整体锡林和植针顶梳，采用FA251型精梳机，小卷定量设计为45g/m，精梳条定量18.0g/5m；

并条步骤中，根据混纺比例大小采用适当根数的色条，以确保色泽均匀；色条与白条要相间排列，经二道并条；采用FA302型并条机，熟条定量设计为17.0g/5m；

纺粗纱步骤中，粗纱机A454G工艺参数设定为：后区牵伸倍数1.25倍，倍捻系数90，锭速500r/min，前罗拉速度150r/min，前/后罗拉隔距22mm或28mm，钳口隔距3mm；细纱距18.5mm或29mm，前罗拉速度160r/min。

2.根据权利要求1所述的棉纤维综合处理工艺，其特征在于：前处理工艺中，碱性果胶酶浸渍处理的工艺参数为，碱性果胶酶的用量1g/L，温度55℃，时间60min，pH值8.5，渗透剂JFC1.5g/L，浴比20:1。