絲瓜絡(luò)纖維的漂白防黃工藝

弓太生， 李 玲， 萬蓬勃

(陜西科技大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院， 陜西 西安 710021)

0 引言

絲瓜絡(luò)是一年生攀援草本葫蘆科植物絲瓜干燥成熟果實(shí)的維管束，由縱橫交錯(cuò)的三維網(wǎng)狀纖維組成，屬于天然纖維.其可降解性能有利于環(huán)境保護(hù)，它的低成本及優(yōu)良性能(無毒耐用、高透氣、高吸水性、高強(qiáng)度等)為各種工業(yè)帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益.絲瓜絡(luò)作為一種可再生資源被應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)，如：作為藥材應(yīng)用于臨床醫(yī)學(xué)[1,2]，作為吸附劑的載體應(yīng)用于工業(yè)廢水處理[3,4]，作為增強(qiáng)劑用于復(fù)合材料的制備[5-7]，作為空氣濾清和水箱水垢去除材料[8]應(yīng)用于汽車行業(yè)，作為廚房清潔、沐浴用品用于日常洗滌[9-11]，作為鞋墊、床墊、枕頭、保健腰枕等用作日常保健品.其中，絲瓜絡(luò)日常用品是絲瓜絡(luò)最容易、最直接產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益的一個(gè)發(fā)展方向，其親水親油的兩親結(jié)構(gòu)、獨(dú)特的多孔性物理結(jié)構(gòu)和優(yōu)良的機(jī)械強(qiáng)度為加工絲瓜絡(luò)日常用品提供了良好的保證.

絲瓜絡(luò)顏色較黃，在加工成日常用品時(shí)需將其漂白.現(xiàn)有漂白劑的種類很多，如：Cl、SO2、ClO2和H2O2等，其中Cl、SO2、ClO2作用存在易返黃、對(duì)環(huán)境污染大、成本高等問題，相對(duì)而言，H2O2漂白劑較為理想.但H2O2漂白后的絲瓜絡(luò)放置一定時(shí)間后或經(jīng)曝曬后，也會(huì)出現(xiàn)返黃現(xiàn)象，從而易使同一批產(chǎn)品在出庫時(shí)顏色不一致，影響貨物的質(zhì)量.消費(fèi)者購買后在使用過程中由于外界的濕熱環(huán)境也會(huì)出現(xiàn)返黃現(xiàn)象，產(chǎn)品的美觀性因而大打折扣，影響消費(fèi)者心理預(yù)期及效用.如何使絲瓜絡(luò)具有良好的白度且不易返黃是目前絲瓜絡(luò)日用品加工企業(yè)亟待解決的問題.

漂白主要是通過化學(xué)品作用除去材料中的木質(zhì)素或者改變木質(zhì)素發(fā)色基團(tuán)來實(shí)現(xiàn)的.H2O2的漂白作用主要是利用其電離的過氧氫根離子(HOO-)的氧化作用，改變木質(zhì)素發(fā)色基團(tuán)結(jié)構(gòu)[12].其分解時(shí)產(chǎn)生H2O和O2，是一種環(huán)境友好型漂白劑.材料返黃的原因很多，樣品中的一些金屬離子(如Fe3+、Cu2+)對(duì)返黃有促進(jìn)作用，過漂也易使樣品返黃.防止返黃的方法是不過漂，同時(shí)還要消除金屬離子的影響.已獲知乙二胺四乙酸(EDTA)等助劑可以減少金屬離子對(duì)返黃的影響.因此，本研究選用H2O2做漂白處理劑、EDTA做防黃處理劑對(duì)絲瓜絡(luò)進(jìn)行漂白防黃處理.通過對(duì)H2O2濃度、漂白時(shí)間、漂白溫度、EDTA浸泡時(shí)間4因素進(jìn)行L9(34)正交優(yōu)化，得到良好的工藝處理方案，使產(chǎn)品具有較好的白度和較低的白度變化率，且生產(chǎn)成本較低.

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

材料：河南漯河華輝加工廠從國外引進(jìn)的絲瓜絡(luò)新品種“艾萊克”.

試劑：過氧化氫(30%)：分析純，乙二胺四乙酸二鈉(EDTA-二鈉)：分析純.

儀器：GT-7035-UA型耐黃變試驗(yàn)機(jī)，WS/SD d/o色度白度計(jì)，EL-B立式氣動(dòng)小軋車，干燥箱，恒溫水浴鍋，燒杯，電子天平等.

1.2 漂白防黃工藝設(shè)計(jì)

1.2.1 工藝流程

絲瓜絡(luò)去皮、清洗→雙氧水漂白→水洗→脫水→0.025 mol/L EDTA浸泡→軋車軋成片材→干燥→黃變處理→白度計(jì)檢測黃變處理前后的白度.

1.2.2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

通過大量探索性試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)影響絲瓜絡(luò)漂白防黃的主要因素為：H2O2濃度(w/w)、漂白時(shí)間、漂白溫度、EDTA浸泡時(shí)間.每個(gè)因素采用3個(gè)水平，通過四因素三水平正交設(shè)計(jì)L9(34)，可得9種試驗(yàn)方案，每因素的水平變化如表1所示.

表1 漂白防黃正交因素水平表

1.3 性能測試

1.3.1 白度

用WS/SD d/o色度白度計(jì)，通過參照GB/T8424.2-2001《紡織品 色牢度試驗(yàn) 相對(duì)白度的儀器評(píng)定方法》測定材料的白度.

1.3.2 白度變化率

將軋車軋過干燥后的絲瓜絡(luò)片材用GT-7035-UA型耐黃變試驗(yàn)機(jī)在50±2 ℃下處理12 h，通過黃變處理前后的白度計(jì)算白度變化率.白度變化率越高說明材料的返黃程度越嚴(yán)重.

(1)

式(1)中：K—白度變化率；W1—黃變處理前白度；W2—黃變處理后白度.

2 結(jié)果與分析

2.1 正交試驗(yàn)結(jié)果

以白度和白度變化率為衡量指標(biāo)，表2為正交試驗(yàn)方案中各序號(hào)試驗(yàn)所得結(jié)果.

表2 測試結(jié)果

2.2 結(jié)果分析

表3 測試指標(biāo)均值與極差

2.2.1 H2O2濃度對(duì)白度和白度變化率的影響

隨著H2O2質(zhì)量濃度的增大，絲瓜絡(luò)白度逐漸增大，白度變化率減小(圖1)，且當(dāng)H2O2質(zhì)量濃度由0.6%增加到1%時(shí)，變化較為明顯，說明此階段H2O2的電離程度強(qiáng).當(dāng)H2O2質(zhì)量濃度由1%增加到1.4%時(shí)，變化較小，但依舊向有利方向變化.據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道[13]當(dāng)H2O2用量較高時(shí)，漂白過程會(huì)產(chǎn)生二次氧化，生成了新的有色成分(甲氧基對(duì)醌)，使破壞的發(fā)色基團(tuán)與新產(chǎn)生的發(fā)色基團(tuán)所產(chǎn)生的效果相抵消，且過量的H2O2會(huì)對(duì)木質(zhì)素、纖維素、半纖維素、碳水化合物等繼續(xù)造成破壞.所以在H2O2漂白過程當(dāng)中不能使用過量的H2O2，否則不但浪費(fèi)藥品，而且還會(huì)降低漂白效果.因此，結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果和文獻(xiàn)報(bào)道，取H2O2質(zhì)量濃度為1.4%，綜合考慮成本也可選擇1%.

圖1 H2O2濃度對(duì)白度及白度變化率的影響

2.2.2 漂白時(shí)間對(duì)白度和白度變化率的影響

隨著H2O2處理時(shí)間的增長，白度有較大幅度的提高.且當(dāng)處理時(shí)間超過1 h時(shí)，白度提升的同時(shí)還可以有效的降低白度變化率(圖2).綜合考慮白度及白度變化率，漂白時(shí)間選取1.5 h.

圖2 漂白時(shí)間對(duì)白度及白度變化率的影響

2.2.3 漂白溫度對(duì)白度和白度變化率的影響

從極差值可以看出溫度是影響白度及白度變化率最主要的因素.隨著溫度的升高漂白效果顯著提高，當(dāng)漂白溫度為80 ℃時(shí)，白度變化率有所下降(圖3).由于絲瓜絡(luò)纖維的強(qiáng)度較高，溫度的提升可能會(huì)對(duì)強(qiáng)度有所影響，但其降低后的強(qiáng)度依然可以滿足產(chǎn)品的需求.當(dāng)溫度為40 ℃時(shí)，盡管白度變化率較小，但白度值也較低，不能滿足產(chǎn)品要求.因此，選取漂白溫度為80 ℃.

圖3 漂白溫度對(duì)白度及白度變化率的影響

2.2.4 EDTA浸泡時(shí)間對(duì)白度和白度變化率的影響

當(dāng)用0.025 mol/L EDTA浸泡時(shí)間由5 min增加到10 min時(shí)，白度變化率明顯下降，但白度也有一定程度的下降；當(dāng)浸泡時(shí)間由10 min增加到15 min時(shí)，雖然白度變化率降低很小，但白度增加較大(圖4).因此，通過比較分析選EDTA處理時(shí)間為15 min.

圖4 EDTA浸泡時(shí)間對(duì)白度及白度變化率的影響

2.3 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

通過上述分析可得漂白防黃優(yōu)化實(shí)驗(yàn)工藝為：H2O2質(zhì)量濃度1.4%、漂白時(shí)間1.5 h、漂白溫度80 ℃、EDTA浸泡時(shí)間15 min.正交實(shí)驗(yàn)中，通過比較黃變處理前后的白度，確定出最佳結(jié)果為5號(hào)實(shí)驗(yàn)，因此驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)中選用正交分析最優(yōu)工藝、實(shí)驗(yàn)最佳工藝及擬定對(duì)比試驗(yàn)工藝(H2O2質(zhì)量濃度1.4%、漂白時(shí)間1 h、漂白溫度80 ℃、EDTA浸泡時(shí)間15 min)進(jìn)行二次試驗(yàn)，其實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：

表4 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)條件及測試結(jié)果

圖5 驗(yàn)證試驗(yàn)方案比較

比較1號(hào)正交分析最優(yōu)工藝和3號(hào)擬定對(duì)比試驗(yàn)工藝，可知：隨著漂白時(shí)間的延長，白度有所下降，這可能是由于在H2O2濃度較高的狀況下，延長漂白時(shí)間使漂白過程產(chǎn)生了二次氧化，生成了新的有色成分，使破壞的發(fā)色基團(tuán)與新產(chǎn)生的發(fā)色基團(tuán)所產(chǎn)生的效果相抵消，而導(dǎo)致白度下降.經(jīng)黃變處理后，兩組實(shí)驗(yàn)的白度值相差很小，且延長時(shí)間會(huì)減慢生產(chǎn)速度，增加生產(chǎn)成本.因此，3號(hào)工藝比1號(hào)工藝更佳.比較2號(hào)實(shí)驗(yàn)最佳工藝和3號(hào)擬定對(duì)比試驗(yàn)工藝，H2O2質(zhì)量濃度提高時(shí)，白度有所提高，但經(jīng)黃變處理后，白度下降較快，白度值低于H2O2質(zhì)量濃度低的實(shí)驗(yàn)方案(圖5).且濃度的增加會(huì)增加生產(chǎn)成本，漂白時(shí)間和EDTA浸泡時(shí)間的延長會(huì)降低生產(chǎn)效率，不利于企業(yè)的生產(chǎn)，因此選取2號(hào)試驗(yàn)最佳工藝作為最終的漂白防黃優(yōu)化試驗(yàn)工藝.

上述正交分析中，隨著EDTA處理時(shí)間的延長，白度變化率會(huì)變得較小與此處的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)有一定的出入，這可能一方面是由于H2O2濃度的不同，另一方面是由于材料白度越高、越易返黃.同時(shí)與儀器、操作、環(huán)境也有一定的關(guān)系.

3 結(jié)論

本文的研究目的在于確定絲瓜絡(luò)日常用品的漂白防黃最佳工藝參數(shù)，通過L9(34)及驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，得出最佳工藝參數(shù)為：H2O2質(zhì)量濃度1%、漂白時(shí)間1 h、漂白溫度80 ℃、EDTA浸泡時(shí)間5 min，該處理?xiàng)l件下白度值較高，且白度變化率不大.整個(gè)操作所用設(shè)備及操作過程簡單，藥品成本低，耗時(shí)不長，優(yōu)化后的工藝可用于工業(yè)化大生產(chǎn).

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