双氧水是无氯漂白剂, 其漂白效果和稳定性好, 无毒, 无臭, 对环境无污染, 可分解出HOO-和自由基, 与棉纤维上有色物质中的双键发生反应, 使得有色物质分子结构中的共轭体系被破坏, 赋予棉纱产品良好的白度[1-2].双氧水前处理普遍在接近沸点的高温条件下处理60~90min, 且pH条件在11左右, 方有最佳效果, 却易造成纤维的过度降解[3].此外, 为达到高温条件需消耗大量能源, 且染厂数量庞大, 在能源日益短缺的形势下, 节约能源成为迫在眉睫的问题[4-6].
近年来, 在双氧水低温前处理技术方面, 研究工作主要集中在开发双氧水活化剂[7-10], 即通过酰氯或酸酐将酰基接枝到含氧、含氮、含硫的原子上, 生成具有酰基结构的化合物[11-12].活化剂在碱性过氧化氢漂液中与过氧氢阴离子反应生成活化能较低的过氧羧酸阴离子, 提高漂白效率.但活化剂大多成本较高, 且应用中可能会伴随副反应发生[13-14].针对此问题, 选用实验室自合成助剂XTA, 该助剂可在低温条件下催化双氧水分解有效成分, 与棉纤维上的色素及杂质发生持续反应, 从而实现棉纱线低温前处理, 并对低温前处理工艺进行探讨.
1 实验 1.1 实验材料(1) 纱线普梳40S纯棉反捻纱.
(2) 药品低温催化剂XTA (自制), 高效精炼剂XQC (自制), NaOH (天津市河东区红岩试剂厂), 30%双氧水(天津市富宇精细化工有限公司), HAc (天津市百世化工有限公司), 除氧酶(德美化工), 双氧水稳定剂、螯合分散剂、多功能前处理剂(浙江三元纺织有限公司).
1.2 设备及测试仪器SDM2-12-140型多功能染色机(立信染整机械深圳有限公司), BS323S电子天平(上海沪粤明科学仪器有限公司), 绞纱测长仪YGO86C (常州市第二纺织机械厂), YG020A型电子单纱强力仪(宁波纺织仪器厂), Color i7爱色丽测色仪(美国X-rite爱色丽公司), WSB-3A智能式数字白度仪、YG (B)871毛细管效应测定仪(温州大荣纺织仪器有限公司).
1.3 前处理工艺 1.3.1 传统前处理工艺传统前处理工艺工艺曲线如图 1所示, 传统前处理工艺处方：过氧化氢稳定剂1.0, 螯合分散剂0.5g·L-1, 多功能前处理剂1.5g·L-1, NaOH 2.4g·L-1, 30%过氧化氢3.2g·L-1，浴比10:1.
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| 图 1 传统前处理工艺 Fig.1 Process of traditional pretreatment |
传统前处理工艺工艺曲线如图 2所示, 低温前处理工艺处方：XTA1.0g·L-1, XQC 0~1g·L-1, NaOH 0~4.4g·L-1, 30%过氧化氢3.2g·L-1，浴比10:1.
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| 图 2 低温前处理工艺 Fig.2 Process of low-temperature pretreatment |
传统工艺后续处理方法:水洗(80℃, 15min, 浴比10:1)→酸中和(50℃, 15min, 醋酸0.5g·L-1, 除氧酶0.3g·L-1, 浴比10:1).低温前处理工艺后续处理方法:水洗(70℃, 15min, 浴比10:1)→酸中和(50℃, 15min, 醋酸0.5g·L-1, 除氧酶0.3g·L-1, 浴比10:1).
1.4 测试方法 1.4.1 白度按照GB/T 17644-2008《纺织纤维白度色度试验方法》, 使用Color i7爱色丽测色仪, 测试3次取其平均值.
1.4.2 毛效按照FZ/T 01071-2008《纺织品毛细效应试验方法》, 对纱线的毛效进行测试, 每组测试3次取其平均值.
1.4.3 断裂强力按照GB/T 3916-2013《纺织品卷装纱单根纱线断裂强力和断裂伸长率的测定》, 使用YG020A型电子单纱强力仪对纱线强力的进行测试, 每组测试30根取平均值.
1.4.4 棉籽壳去除度采用目测法比较棉籽壳的去除程度, 分好、较好、差三级.将未经处理的纱线的棉籽壳的去除程度定为“差”.
2 结果与讨论 2.1 低温催化剂XTA与双氧水用量在低温条件下(温度为70℃), 助剂XTA可催化双氧水分解.助剂XQC为润湿渗透剂, 用以提高前处理效果.按照1.3.2对棉纱线进行低温前处理, 助剂XTA为0是空白对照组, 在助剂XTA与双氧水不同用量的条件下, 棉纱线处理后白度如图 3所示; 其中部分纱线强力测试结果见表 1.
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| 图 3 XTA与H2O2用量对纱线白度的影响 Fig.3 Effect of dosage of XTA and H2O2 on whiteness |
| 单纱断裂强力/cN | 双氧水/(g·L-1) | |||||
| 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | |
| 无XTA | 224.8 | 232.5 | 215.3 | 218.1 | 215.3 | 219.2 |
| 含XTA (0.8g·L-1) | 214.1 | 221.9 | 228.6 | 215.3 | 220.1 | 218.3 |
从图 3可以看出, 在低温前处理工艺中, 在双氧水用量相同条件下, 加入助剂XTA棉纱线白度均比空白对照组白度高, 且随着XTA用量的增加而增加; 而在XTA用量相同条件下, 随双氧水用量增加, 棉纱线白度提高, 且双氧水用量大于8g·L-1后维持稳定; 当XTA用量为0.8g·L-1, 双氧水用量为8g·L-1时, 纱线白度最佳.在70℃下, 双氧水漂白能力较弱.助剂XTA在纤维表面可发生充分的吸附, 随着处理过程的进行, 吸附在纤维表面的XTA使双氧水活化, 加速其分解, 生成HO2-等游离基和色素持续作用, 达到漂白效果.因此, 确定XTA用量为0.8g·L-1, 双氧水用量为8g·L-1.
从表 1可以看出，低温前处理工艺与空白对照组相比, 在双氧水用量相同的条件下, 棉纱强力基本没有变化.助剂XTA可增强双氧水漂白条件下的氧化能力, 并使其氧化能力对棉纱线具有一定选择性, 减少其造成对纤维的降解.助剂XTA对棉纱强力基本没有影响.
2.2 NaOH用量按照1.3.2工艺及处方对棉纱线进行低温前处理, 考察NaOH用量对棉纱线白度和毛效的影响, NaOH用量为0~4.4g·L-1, 白度及毛效结果见表 2.
| 序号 | NaOH用量/ (g·L-1) | 白度/ % | 毛效/ (cm·30min-1) |
| 1 | 0 | 76.2 | 9.30 |
| 2 | 0.4 | 78.5 | 10.45 |
| 3 | 0.8 | 80.1 | 12.65 |
| 4 | 1.2 | 82.7 | 13.60 |
| 5 | 1.6 | 84.3 | 14.00 |
| 6 | 2 | 84.3 | 14.30 |
| 7 | 2.4 | 85.1 | 14.00 |
| 8 | 2.8 | 84.8 | 14.20 |
| 9 | 3.6 | 84.9 | 15.45 |
| 10 | 4.4 | 83.4 | 14.60 |
从表 2可以看出, 在低温前处理工艺中, 随着NaOH用量的增加, 棉纱线白度和毛效逐步增大, 且当NaOH用量大于2.4g·L-1后, 白度、毛效变化趋于平稳.出现上述现象的原因为:处理浴碱性增强后, 双氧水分解速率加快, 漂白效率提高.因此确定NaOH用量为2.4g·L-1.
2.3 助剂XQC用量按照1.3.2对棉纱线进行低温前处理, 考察助剂XQC用量对棉纱线白度和毛效的影响, XQC用量为0~1g·L-1, 白度及毛效结果见表 3.
| 序号 | XQC用量/ (g·L-1) | 白度/ % | 毛效/ (cm·30min-1) |
| 1 | 0 | 81.4 | 2.75 |
| 2 | 0.1 | 82.0 | 3.75 |
| 3 | 0.2 | 83.0 | 4.45 |
| 4 | 0.3 | 83.6 | 5.80 |
| 5 | 0.4 | 83.3 | 8.85 |
| 6 | 0.5 | 84.1 | 8.50 |
| 7 | 0.6 | 84.5 | 9.00 |
| 8 | 0.7 | 84.4 | 9.95 |
| 9 | 0.8 | 84.8 | 12.4 |
| 10 | 0.9 | 84.4 | 12.4 |
| 11 | 1.0 | 84.2 | 13.4 |
从表 3可以看出, 在低温前处理工艺中, 与空白对照组相比, XQC对白度几乎没有影响, 对毛效影响较大, 且随着XQC用量的增加, 棉纱线白度基本不变, 而毛效逐步增大, 当XQC用量为0.8g·L-1时, 毛效, 白度效果较好, 其用量超过0.8g·L-1, 毛效, 白度变化不大.助剂XQC是多功能高效精炼剂, 在处理过程中, 可使XTA、NaOH分子更充分的向纤维内部扩散.因此, 确定XQC用量为0.8g·L-1.
2.4 低温前处理工艺温度和时间按照1.3.2对棉纱线进行低温前处理, 分别设定温度为40℃~90℃, 时间30min~90min对棉纱线进行低温前处理, 考察前处理温度和保温时间对纱线白度的影响结果见表 4.
| 测试项目 | 处理温度/℃ | 处理时间/min | |||||||||||
| 50 | 60 | 70 | 80 | 90 | 30 | 40 | 50 | 60 | 70 | 80 | 90 | ||
| 白度/% | 80.1 | 80.7 | 84.7 | 85.7 | 85.9 | 81.1 | 83.6 | 84.3 | 84.7 | 84.4 | 85 | 84.3 | |
从表 4可以看出, 随着处理温度升高, 棉纱线白度显著增加.当处理温度为70℃时, 纱线白度较好, 超过其温度后, 白度变化不明显; 随着处理时间延长, 纱线白度逐渐增大, 处理时间为60min时, 纱线白度值较高, 且可满足后续生产需要.综合白度和能耗之间的关系, 确定低温前处理温度为70℃, 时间为60min.
2.5 不同前处理工艺效果的比较分别按照1.3.1和1.3.2, 采用传统工艺和低温前处理工艺对棉纱线进行前处理, 测试各自的白度, 单纱断裂强力, 单纱断裂伸长率, 毛效和棉籽壳去除度, 结果见表 5.
| 测试项目 | 传统工艺 | 低温前处理工艺 |
| 白度/% | 85.2 | 84.7 |
| 单纱断裂强力/cN | 255 | 244 |
| 单纱断裂伸长率/% | 6.64 | 6.21 |
| 毛细效应/(cm·30min-1) | 13.5 | 14.2 |
| 棉籽壳去除度 | 好 | 好 |
| 注:XTA用量1g·L-1, XQC用量0.8g·L-1, NaOH用量2.4g·L-1, 30%过氧化氢用量8g·L-1. | ||
从表 5可以看出, 采用低温前处理工艺(70℃) 所得前处理试样的白度, 单纱断裂强力, 单纱断裂伸长度和棉籽可去除度均与采用传统工艺(105℃) 处理相比基本一致, 毛效略高.因此XTA/XQC/H2O2体系的漂白能力比传统H2O2/NaOH体系更为有效.
3 结论(1) 双氧水在70℃前处理效果较差, 助剂XTA可加速其分解, 提高前处理效率, 实现棉纱线低温前处理.低温前处理最佳工艺为NaOH 2.4g·L-1, 30%过氧化氢8g·L-1, XQC 0.8g·L-1, 70℃处理60min.
(2) 低温前处理工艺与采用传统工艺前处理效果基本一致, 并能显著降低处理温度, 节省能源.
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