CN1594713A - 用于布匹印染前处理的无水常压等离子精练方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种纺织品染整的清洁精练工艺，确切的说是一种用于布匹印染前处理的无水常压等离子体精练方法，其特征在于采用以下步骤：将一卷织物穿入常压辉光放电等离子体的放电电极中间，启动电源，电源频率10－20KHz，工作电压为1－12KV，产生淡蓝色雾状均匀放电产生等离子体，这种状态下使织物在电极间处理5－3600秒，然后进入下一道工序染色。本发明的有益效果是经过上述方法处理后，纤维内部结构发生有利于分散染料染色的内部变化，特别是对最难染色的高温分散型染料的染整效果有着非常明显的促进作用。而且由于本发明在常压下使用，省略了现有技术中的减压设备和密封设备，大大降低了成本，对于解决染整行业的节约用水与污水治理问题，具有积极意义和推广价值。
Description
技术领域：本发明专利涉及一种纺织品染整的清洁精练工艺，确切的说是一种用于布匹印染前处理的无水常压等离子体精练方法。
背景技术：纺织工业对环境污染和生态的破坏也是十分严重的，尤其是染整行业对环境的污染最为严重，主要表现在污水的排放量大(其排放量已占据了纺织工业污水总量的80％)、水中有机污染物含量高、色度深、碱性大、水质变化大等，由于这些污水的排放，使全国大多数江河均受到不同程度的污染，并在逐年加重；另一方面由于我国的水资源十分有限，所以大量浪费水资源将危及我国国民经济的可持续性发展。因此，目前染整行业的节约用水与污水治理问题，已成为我国当今保护自然环境急需解决的一大难题。
一种用于染整生产的低温等离子体精练工艺，属于干式反应体系(气体体系处理)，节水节能、无污染，操作简单且易控制，处理仅涉及纤维的表面(小于0.01mm)，不破坏纤维自身的性质，理论上可应用于各种纺织品基质物。等离子体技术在纺织上的应用始于50年代，我国从80年代开始对等离子体处理纺织品进行研究。在印染工业中，织物的上浆、退浆和麻的脱胶、羊毛的防毡缩、织物的轧光、合成纤维的亲水化处理都可用等离子体技术。等离子体处理后，可改进纤维的染色和印花工艺，也可赋予织物特定的染色耐久性能，如防水或改进涂层的黏合性等。因此，可以说等离子体技术是一种符合环保要求的新工艺，正越来越受到人们的重视。
目前世界范围内低温等离子体处理设备中，比较有代表性的有日本的山东铁工所研制的“低温等离子体织物干法连续褪浆煮练装置”；前苏联伊万诺夫Niekmi研究所开发的“UPCH-140织物低温等离子体处理设备”；及Tecnoplasma S.A与Niekmi研究所与欧洲的几家纺织机械厂(包括瑞士的Looptex与意大利的Intex)开发的“KPR-270低温等离子体织物处理设备”。
上述这些设备都只能采用在真空条件下的辉光放电方式产生等离子体，辉光放电能产生具有较高电子能量的非平衡等离子，非常适合工业化应用。但是辉光放电目前还只能在低气压下才能获得，并需要有真空系统和具有严格密封的真空罩反应器，工艺过程复杂，能耗大，成本高，产品价格的居高不下，难以实现流水化作业，将其应用于市场极其广阔的产业-如薄膜与织物的表面改性时受到了很大的限制。以意大利的Intex低温等离子体处理设备KPR-180为例，价格为65万欧元，换算为人民币为650万，这种高价格导致了该技术设备的推广十分缓慢。
发明内容：本发明的目的，就是为了解决上述问题，提供一种常压下辉光放电的等离子体发生技术，省略了以往等离子体设备中的减压设备和密封设备，从而大大降低了设备投资成本和布匹处理成本。
本发明所使用的常压辉光放电等离子体源，是由交流高频电压源、高频变压器、匹配网络、放电室、供气系统和测量系统等部分组成，高压发生器采用可控硅变频，分别输出固定频率10/20kHz、功率可调的电流电压加到高频变压器的初级，在次级输出1～12kV的交变电压，带动放电电极，放电电极为直管阵列形的电极结构，其特点在于：
a.每层的电极层数M为2-1000根，单根电极长度为0.1-5.0m。
b.电极的层数N为2-100层，可根据织物处理时间的要求增减。
c.电极的导体部分为铜或者钢棒，直径为1-5mm。
d.电极的绝缘体为陶瓷；聚四氟乙烯；固化环氧树脂；固化聚胺酯；玻璃，石英玻璃，其中高铝陶瓷管为最好，陶瓷套管的壁厚为1mm，内径恰好与导体部分的外径相同或稍微大0.05-0.1mm。
e.电极放电时的工作气体为O2/N2，O2/H2O，NH3，空气，H2，Ar，He及以上各种气体的混合气体，本工艺当中O2、O2/N2、O2/H2O三类混合气体的处理效果最好。
本发明的工艺方法是：
1.将一卷织物穿入常压辉光放电等离子体的电极中间；
2.封闭放电电极区域，用排风扇将放电产生的臭氧气体送入废水处理工段；
3.启动电源，电源频率10-20KHz，最佳为18 KHz；工作电压为1-12KV，最佳为10KV；产生淡蓝色雾状均匀放电产生等离子体，这种状态下使织物在电极间处理5-3600秒，处理时间根据所处理织物的不同会有所区别，最佳为100-560秒之间，使织物达到良好的脱浆效果。
4.同时启动传动装置与染料槽的浸染装置，通过主动轮、传动轮、从动轮调整织物在电极间的传动速度，传动速度为5米/分钟-180米/分钟，根据织物处理程度的需要可以调节，最佳为60-100米/分钟；同时经过等离子体处理的织物经过张力夹轮送入处理浸染槽内的导布辊，排式导布辊开始沿导轨循环，染槽内的染液开始循环，同时连续加入适量染料及助剂。
5.织物在染槽内染色30-180分钟，最好60-120分钟，染色温度为130℃，染色完成后，通过张力夹轮轧液，进入下一道工序水洗。
介质阻挡放电(DBD)技术是近十年来发展起来的一种辉光放电形式，能在常压下产生具有较高电子能量的非平衡等离子，在臭氧合成、环境保护、聚合材料的表面改性等方面获得了广泛应用，通常在高气压(≥0.1MPa)，电极间距d＞0.1mm时，介质阻挡放电在一个大气压的N2中可以产生比较稳定的辉光放电，在其他气体中介于微电晕与辉光放电两种状态之间。这是一种高气压下的非平衡放电，其电极结构特征是它的电极(至少有一个)被绝缘介质层所覆盖，放电空间的带电粒子在电场作用下的电子繁流和迁移运动使带电粒子沉积。由于放电等离子体呈容抗性质，在高频电源与放电反应器之间所加阻抗匹配网络是必需的。为了高效率产生大面积、均匀高密度等离子体，我们采用内电极为直管阵列形的电极结构。另外绝缘介质的种类和厚度也是很重要的因素。放电电极配置及其工作条件如表1所示：
表1 常压辉光放电装置电极配置及工作条件
气 760Torr 760Torr
工作气体 O2/N2，O2/H2O，NH3，空气，H2， O2/N2，O2/H2O，NH3，空气，H2
Ar，He及以上各种气体的混合气体 Ar，He及以上各种气体的混合气体
电极面积 280cm×1100cm(宽×长)单层电极 280cm×1100cm(宽×长)单层电极
放电间隙 2mm 2～3mm
工作频率 10kHz 20kHz
工作电压 ＞3kV ＞3kV
绝缘材料 陶瓷；聚四氟乙烯；固化环氧树脂； 陶瓷；聚四氟乙烯；固化环氧树脂；
固化聚胺酯；玻璃 固化聚胺酯；玻璃
绝缘介质厚度0.1-2mm 0.1-2mm
在以上的设计状况下可以得到大面积均匀的辉光放电低温等离子体。
附图说明：图1为本发明的工艺流程图，
图2为本发明的等离子体源电极的结构示意图。
1.成卷的织物、2.等离子体源电极、3.浸染槽、4.主动轮、5.传动轮、6.从动轮、7.8.张力夹轮、9.排式导布辊。
具体实施方式：实施例1：氧气低温等离子体处理涤纶织物。参见图2，图2为本发明的等离子体源电极2的结构示意图，等离子体源电极2为直管阵列形的电极结构。参见图1，将一卷涤纶织物1穿入常压辉光放电等离子体的电极2中间，封闭放电电极区域，以氧气为反应性气体产生氧等离子体，用排风扇将放电产生的臭氧等废气送入废水处理工段(通入水中可以降解各类化学品)，启动电源，电源频率为18KHz；工作电压为10KV；同时启动传动装置与染料槽的浸染装置，通过主动轮4、传动轮5、从动轮6调整涤纶织物1在电极间的传动速度，传动速度为20米/每分钟；使涤纶织物1处理时间为360秒。同时经过等离子体处理后的涤纶织物1经过张力夹轮7送入处理浸染槽3内的导布辊9，排式导布辊9开始沿导轨循环，浸染槽3内的染液开始循环，同时连续加入适量染料及助剂，将染料与助剂混合加水升温，织物在染槽当中温度为130℃，染色时间为60分钟，染色完成后，通过张力夹轮8轧液，进入下一道工序水洗。经过水洗，然后测定其K/S值，结果如表2：
表2氧气低温等离子体处理织物
| 织物样品 | K/S值 | |||
| 高温型分散染料 | 中温型分散染料 | 低温型分散染料 | ||
| 蓝色染料 | 处理 | 26.59 | 18.74 | 17.64 |
| 空白 | 13.81 | 13.95 | 14.27 | |
| 红色染料 | 处理 | 25.68 | 16.37 | 14.31 |
| 空白 | 12.57 | 11.89 | 12.47 | |
| 黄色染料 | 处理 | 25.26 | 12.80 | 14.97 |
| 空白 | 12.67 | 12.61 | 12.77 | |
实施例2：空气等离子体处理涤纶织物。是以空气为反应性气体产生等离子体，涤纶织物1的传动速度为15米每分钟，涤纶织物1的处理时间为480秒，采用不同类型的染料进行染色，浴比为1∶20-1∶40，涤纶织物1在染槽当中温度为130℃，染色时间为60分钟，其余步骤与实施例1相同。经过水洗，然后测定其K/S值，结果如表3：
表3空气低温等离子体处理织物
| 织物样品 | K/S值 | |||
| 高温型分散染料 | 中温型分散染料 | 低温型分散染料 | ||
| 蓝色染料 | 处理 | 24.35 | 17.94 | 16.43 |
| 空白 | 13.81 | 13.95 | 14.27 | |
| 红色染料 | 处理 | 23.79 | 16.27 | 14.36 |
| 空白 | 12.57 | 11.89 | 12.47 | |
| 黄色染料 | 处理 | 24.18 | 12.69 | 14.31 |
| 空白 | 12.67 | 12.61 | 12.77 | |
实施例3：空气等离子体处理涤纶-粘胶纤维混纺织物。首先将分散/直接性染料与助剂混合加水升温组成染缸，以空气为反应性气体产生空气等离子体，织物1的传动速度为20米每分钟，织物1的处理时间为480秒，采用不同类型的染料进行染色试验，浴比为1∶20-1∶40，该类型织物在染槽当中染色温度为120-130℃，染色时间为60分钟，其余步骤与实施例1相同。经过水洗，然后测定其K/S值，结果如表4：
表4空气低温等离子体处理涤纶-粘胶纤维混纺织物
| 织物样品 | K/S值 | |||
| 高温型分散染料 | 中温型分散染料 | 低温型分散染料 | ||
| 蓝色染料 | 处理 | 21.35 | 18.07 | 16.43 |
| 空白 | 13.81 | 13.95 | 14.27 | |
| 红色染料 | 处理 | 22.63 | 16.64 | 14.31 |
| 空白 | 12.57 | 11.89 | 12.47 | |
| 黄色染料 | 处理 | 24.37 | 12.56 | 13.87 |
| 空白 | 12.67 | 12.61 | 12.77 | |
从表2～4看出，尽管发生低温等离子体的反应气体不同，但对涤纶及涤纶混纺织物染色均产生积极影响，且规律具有一致性。该规律表现为未经处理的涤纶织物，经不同类型的分散染料染色后，K/S值差异不大均在12左右；但经低温等离子体处理后，涤纶织物经不同类型的分散染料染色后的K/S值差异较大，说明不同性质的相同颜色染料对低温等离子体处理后的相关度存在差异。高温型分散染料染色与等离子体处理程度相关性最大，中温型分散染料其次，低温型分散染料受影响最小。分散染料染色可以用自由体积模型来描述，纤维内部自由体积越大，染料分子体积越小，染料分子在纤维内部扩散越容易；反之，则比较困难。尽管其不同性质的分散染料分子大小各不相同，高温型分散染料分子结构最大，染色最困难，中低温型分散染料的分子结构依次下降，染色逐渐容易。所以，在经低温等离子体处理后，当纤维内部结构发生有利于分散染料染色的内部变化时，最难染色的高温型分散染料必然是处理效果最明显。以上三个例子体现出的另一个普遍规律就是：经过低温等离子体处理的涤纶织物K/S值明显高于未处理的样品，特别是对高温分散型染料的染整效果有着非常明显的促进作用。而从染色促进效果来看，以氧气或空气为最佳。
Claims (2)
1.本发明涉及的用于布匹印染前处理的无水常压等离子精练方法的工艺方法是：
(1)一卷织物(1)穿入等离子体源电极(2)中间；
(2)封闭等离子体源电极(2)区域，用排风扇将放电的臭氧气体送入废水处理工段；
(3)启动电源，电源频率10-20KHz，最佳为18KHz；工作电压为1-12KV，最佳为10KV；产生淡蓝色雾状均匀放电产生等离子体，这种状态下使织物(1)在等离子体源电极(2)间处理5-3600秒，处理时间根据所处理织物(1)的不同会有所区别，最佳为100-560秒之间；
(4)同时启动传动装置与染料槽的浸染装置，通过主动轮(4)、传动轮(5)、从动轮(6)调整织物(1)在等离子体源电极(2)间的传动速度，传动速度为5米/分钟-180米/分钟，根据织物(1)处理程度的需要可以调节，最佳为60-100米/分钟；同时经过等离子体处理的织物(1)经过张力夹轮(7)送入处理浸染槽(3)内的导布辊(9)，排式导布辊(9)开始沿导轨循环，浸染槽(3)内的染液开始循环，同时连续加入适量染料及助剂；
(5)织物(1)在浸染槽(3)内染色30-180分钟，最好60-120分钟，染色温度为130℃，染色完成后，通过张力夹轮(8)轧液，进入下一道工序水洗。
2、根据权利要求1所述的一种用于布匹印染前处理的无水常压等离子精练方法，其特点在于等离子体源电极(2)有以下阵列式结构特征：
a.每层的电极层数M为2-1000根；
b.单根电极长度为0.1-5.0m；
c.电极的层数N为2-100层；
d.电极的导体部分为铜或者钢棒，直径为1-5mm；
e.电极的绝缘体为陶瓷；聚四氟乙烯；固化环氧树脂；固化聚胺酯；玻璃，石英玻璃，其中高铝陶瓷管为最好，陶瓷套管的壁厚为1mm，内径恰好与导体部分的外径相同或稍微大0.05-0.1mm；
f.电极放电时的工作气体为O2/N2，O2/H2O，NH3，空气，H2，Ar，He及以上各种气体的混合气体，本工艺当中O2、O2/N2、O2/H2O三类混合气体的处理效果最好。
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