在氧漂體系中過(guò)氧化氫分解速率對(duì)漂白棉織物性能的影響

劉建平

（常州紡織服裝職業(yè)技術(shù)學(xué)院，常州市新型紡織材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇常州 213164）

漂白是棉布前處理加工中非常重要的工序之一，目的是為了獲得滿意白度的棉布，過(guò)氧化氫是漂白工藝中最常用的漂白劑[1]。過(guò)氧化氫分解及漂白機(jī)理如下所示[2]：

（1）過(guò)氧化氫在室溫、無(wú)堿條件下緩慢分解：

（2）過(guò)氧化氫在堿性條件下分解很快：

在堿性高溫條件下，O2、HO·、H2O2·使纖維素纖維降解，以致棉纖維脆損。

（3）可變價(jià)金屬離子（如Fe3+）催化過(guò)氧化氫分解：

由上述化學(xué)反應(yīng)可知，過(guò)氧化氫在漂白時(shí)發(fā)生三種消耗：（1）分解生成合適質(zhì)量濃度的HOO-，破壞織物中色素結(jié)構(gòu)；（2）產(chǎn)生O2和大量HOO-，使纖維素大分子降解；（3）被一些細(xì)小的顆粒、有棱角的物質(zhì)，特別是 Cu、Fe、Mn 等金屬離子催化分解生成 O2和HO·，引起纖維素大分子的降解[3]。在酸性條件下，氧漂液中的過(guò)氧化氫穩(wěn)定而不分解出HOO-，無(wú)漂白作用。但隨著氧漂液pH 的增大或者氧漂液溫度的升高，過(guò)氧化氫的分解速率加快，生成HOO-而破壞色素結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生漂白作用。如不控制過(guò)氧化氫分解速率，則生成大量的HOO-，不但浪費(fèi)過(guò)氧化氫，而且會(huì)導(dǎo)致棉布白度下降，甚至發(fā)生脆損。為了保持氧漂液中合適的HOO-質(zhì)量濃度，不僅要控制好氧漂液中的過(guò)氧化氫質(zhì)量濃度、堿度和溫度，而且應(yīng)加入氧漂穩(wěn)定劑，絡(luò)合可變價(jià)金屬離子，控制過(guò)氧化氫的分解速率[4-5]。目前還不能測(cè)定氧漂液中的HOO-質(zhì)量濃度，只能通過(guò)測(cè)試漂白棉布的性能或測(cè)試過(guò)氧化氫的分解速率，找出過(guò)氧化氫合適的分解速率曲線，從而保證氧漂液中的HOO-質(zhì)量濃度在合適的范圍[6-7]。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料和儀器

織物：純棉坯布（20 tex×16 tex,128 根/10 cm×64根/10 cm）。藥品：氫氧化鈉、乙酸、30%過(guò)氧化氫、高錳酸鉀、98%硫酸（江蘇強(qiáng)盛功能化學(xué)股份有限公司），精煉劑、氧漂穩(wěn)定劑（自制）。

儀器：FY電子天平（常州市幸運(yùn)電子設(shè)備有限公司），JY-24小樣染色機(jī)（靖江市華夏科技有限公司），101A-3E 電熱鼓風(fēng)干燥箱（上海實(shí)驗(yàn)儀器廠有限公司），酸式滴定管、移液管（金壇新航儀器廠），DCSF600PLUS測(cè)色配色儀（美國(guó)），YG026-250型織物強(qiáng)力試驗(yàn)儀（溫州方圓紡織儀器廠）。

1.2 煮煉工藝

精煉劑5 g/L，氫氧化鈉20 g/L，浴比1∶50，坯布→95 ℃煮煉45 min→熱水洗（95 ℃，二次）→冷水洗（一次）→烘干待用。

1.3 氧漂工藝

在 5 只 250 mL 燒杯中，分別加入 100 mL 水，加入30%氫氧化鈉溶液或乙酸、氧漂穩(wěn)定劑并攪拌均勻后，加入30%過(guò)氧化氫和熱水稀釋至200 mL，平行配制工作液5 份。水浴鍋溫度升至一定溫度，將配好的漂液5份放入水浴鍋，按浴比為1∶30放入煮煉后的棉布，在一定溫度下放置1 h。取出棉布，熱水洗、冷水洗，烘干。

1.4 測(cè)試

1.4.1 過(guò)氧化氫分解率

過(guò)氧化氫分解率測(cè)定原理依據(jù)以下化學(xué)反應(yīng)方程式：

在棉布氧漂過(guò)程中，第一份測(cè)定起始過(guò)氧化氫質(zhì)量濃度a，15、30、45、60 min 后分別測(cè)定第二份、第三份、第四份和第五份的過(guò)氧化氫質(zhì)量濃度b、c、d、e。用移液管吸取漂液5 mL加入250 mL三角燒瓶中，再加入6 mol/L 的硫酸溶液5 mL 并搖勻，再加蒸餾水90 mL。用0.02 mol/L 的高錳酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至粉紅色在30 s 內(nèi)不退色為終點(diǎn)。記錄耗用的高錳酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液毫升數(shù)（V），過(guò)氧化氫質(zhì)量濃度（g/L）=0.34V。

1.4.2 織物毛效

氧漂后的棉布沿經(jīng)向剪取長(zhǎng)20 cm、寬5 cm 布條兩條，懸掛于水平竿上，下設(shè)一容器注水，當(dāng)布條浸入水中1 cm時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，觀察30 min水痕上升高度，測(cè)三次取平均值。

1.4.3 織物白度

棉布經(jīng)氧漂后折疊4層，用測(cè)色配色儀在棉布不同的位置上測(cè)4次白度值，取平均值。

1.4.4 織物強(qiáng)力損失

參照GB/T 3923.1—1997《紡織品 織物拉伸性能第1 部分：斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率的測(cè)定（條樣法）》。將漂白布的毛邊抽掉，最后布的寬度為5 cm，用型織物強(qiáng)力試驗(yàn)儀測(cè)定。

2 結(jié)果與討論

2.1 漂液pH對(duì)漂白棉織物性能的影響

配制5 份不同pH 的氧漂液，過(guò)氧化氫5 g/L、氧漂穩(wěn)定劑7 g/L、氧漂液溫度90 ℃，加入煮煉后的棉布氧漂1 h。在氧漂過(guò)程中，測(cè)試了氧漂液中過(guò)氧化氫質(zhì)量濃度，繪制了過(guò)氧化氫分解速率曲線，如圖1所示。棉布氧漂1 h后，對(duì)漂白棉布測(cè)試了毛效、白度和強(qiáng)力損失，結(jié)果如表1所示。

圖1 漂液pH對(duì)過(guò)氧化氫分解率的影響

表1 漂液pH對(duì)漂白棉織物性能的影響

由圖1可知，隨著氧漂液pH的增大，過(guò)氧化氫分解速率加快，獲得了不同的過(guò)氧化氫分解速率曲線。由表1可知，棉布經(jīng)不同氧漂液pH漂白，棉布毛效基本不變。過(guò)氧化氫在酸性下沒(méi)有漂白作用，隨著氧漂液pH 的增大，棉布白度從低到高，pH=11 時(shí)，棉布白度最高，然后又降低。隨著氧漂液pH的增大，棉布強(qiáng)力損失從大到小，到pH=7～11時(shí)，棉布強(qiáng)力損失最小，然后又增加。從以上結(jié)果分析得出，當(dāng)氧漂液pH=11時(shí)，過(guò)氧化氫分解速率比較合適。原因是棉布毛效主要取決于棉布的煮煉，氧漂能進(jìn)一步去除棉布上殘留的雜質(zhì)，使棉布毛效有所提高。過(guò)氧化氫在酸性條件下比較穩(wěn)定，不易分解出HOO-，棉纖維中的色素結(jié)構(gòu)不會(huì)被破壞，因此沒(méi)有漂白作用。酸能使棉纖維中的1,4-苷鍵水解，導(dǎo)致棉布強(qiáng)力損失。隨著氧漂液pH 增大，過(guò)氧化氫分解速率加快，釋放出的HOO-破壞棉纖維中的色素結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生漂白作用。但是，過(guò)氧化氫分解速率太快，釋放出HOO-質(zhì)量濃度超過(guò)某一值時(shí)，HOO-主要氧化棉纖維，使棉布強(qiáng)力損失增加而白度降低。

2.2 漂液溫度對(duì)漂白棉織物性能的影響

配制5份不同溫度的氧漂液，過(guò)氧化氫5 g/L、氧漂穩(wěn)定劑7 g/L、氧漂液pH=11，加入煮煉后的棉布氧漂1 h。在氧漂過(guò)程中，測(cè)試了氧漂液中過(guò)氧化氫質(zhì)量濃度，繪制了過(guò)氧化氫分解速率曲線，如圖2所示。棉布氧漂1 h后，對(duì)漂白棉布測(cè)試了毛效、白度和強(qiáng)力損失，結(jié)果如表2所示。

圖2 漂液溫度對(duì)過(guò)氧化氫分解率的影響

表2 漂液溫度對(duì)漂白棉織物性能的影響

由圖2可知，隨著氧漂液溫度的升高，過(guò)氧化氫分解速率加快，獲得了不同的過(guò)氧化氫分解速率曲線。由表2可知，過(guò)氧化氫在低溫下漂白作用小，隨著氧漂液溫度的升高，棉布白度增大，到90 ℃以后，棉布白度最高，95 ℃時(shí)棉布強(qiáng)力損失稍有增大。從以上結(jié)果分析得出，當(dāng)氧漂液溫度為90 ℃時(shí)，過(guò)氧化氫分解速率比較合適。原因是過(guò)氧化氫在低溫下比較穩(wěn)定，分解出的HOO-少，棉纖維中的色素結(jié)構(gòu)被破壞較少，因此漂白作用低。隨著氧漂液溫度的升高，過(guò)氧化氫分解速率加快，釋放出大量HOO-破壞棉纖維中的色素結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生漂白作用。氧漂液溫度升到95 ℃時(shí)過(guò)氧化氫分解速率過(guò)快，釋放出過(guò)量HOO-，部分氧化棉纖維，使棉布強(qiáng)力損失增加而白度降低。

2.3 氧漂穩(wěn)定劑用量對(duì)漂白棉織物性能的影響

配制5份不同質(zhì)量濃度氧漂穩(wěn)定劑的氧漂液，過(guò)氧化氫5 g/L、氧漂液pH=11、漂液溫度90 ℃，加入煮煉后的棉布氧漂1 h。在氧漂過(guò)程中，測(cè)試了氧漂液中過(guò)氧化氫質(zhì)量濃度，繪制了過(guò)氧化氫分解速率曲線，如圖3所示。棉布氧漂1 h后，對(duì)漂白棉布測(cè)試了毛效、白度和強(qiáng)力損失，結(jié)果如表3所示。

圖3 氧漂穩(wěn)定劑用量對(duì)過(guò)氧化氫分解率的影響

表3 氧漂穩(wěn)定劑用量對(duì)漂白棉織物性能的影響

由圖3可知，隨著氧漂液中氧漂穩(wěn)定劑質(zhì)量濃度的增大，過(guò)氧化氫分解速率減慢，獲得了不同的過(guò)氧化氫分解速率曲線。由表3可知，過(guò)氧化氫在氧漂穩(wěn)定劑質(zhì)量濃度低時(shí)，漂白作用小；氧漂穩(wěn)定劑質(zhì)量濃度增大，漂白作用提高；氧漂穩(wěn)定劑為7 g/L 時(shí)，棉布白度最高，然后又降低。棉布強(qiáng)力損失隨著氧漂穩(wěn)定劑質(zhì)量濃度的增大而減小。從以上結(jié)果分析得出，當(dāng)氧漂穩(wěn)定劑為7 g/L時(shí)，過(guò)氧化氫分解速率比較合適。原因是過(guò)氧化氫在氧漂穩(wěn)定劑質(zhì)量濃度低時(shí)，易分解出大量HOO-，主要氧化棉纖維，使棉布強(qiáng)力損失增加而白度降低。在氧漂穩(wěn)定劑質(zhì)量濃度過(guò)高時(shí)，過(guò)氧化氫穩(wěn)定不易分解出HOO-，漂白作用小。氧漂穩(wěn)定劑主要由二乙烯三胺五甲叉磷酸和硫酸鎂組成，它不僅能吸附過(guò)氧化氫，控制過(guò)氧化氫的分解速率，還能絡(luò)合可變價(jià)金屬離子，防止過(guò)氧化氫分解產(chǎn)生HO·，使纖維素纖維降解，以致棉纖維脆損。

2.4 過(guò)氧化氫用量對(duì)漂白棉織物性能的影響

配制5份不同質(zhì)量濃度過(guò)氧化氫的氧漂液，氧漂穩(wěn)定劑7 g/L、氧漂液pH＝11、漂液溫度90 ℃，加入煮煉后的棉布氧漂1 h。在氧漂過(guò)程中，測(cè)試了氧漂液中過(guò)氧化氫質(zhì)量濃度，繪制了過(guò)氧化氫分解速率曲線，如圖4所示。棉布氧漂1 h后，對(duì)漂白棉布測(cè)試了毛效、白度和強(qiáng)力損失，結(jié)果如表4所示。

圖4 過(guò)氧化氫用量對(duì)過(guò)氧化氫分解率的影響

表4 過(guò)氧化氫用量對(duì)漂白棉織物性能的影響

由圖4可知，隨著氧漂液中過(guò)氧化氫質(zhì)量濃度增大，過(guò)氧化氫分解速率加快，獲得了不同的過(guò)氧化氫分解速率曲線。由表4可知，過(guò)氧化氫質(zhì)量濃度低時(shí)，漂白作用小，過(guò)氧化氫質(zhì)量濃度增大，漂白作用提高；當(dāng)氧漂穩(wěn)定劑為5 g/L時(shí)，棉布白度最高，過(guò)氧化氫質(zhì)量濃度進(jìn)一步增加，棉布白度降低并且強(qiáng)力損失顯著增加。從以上結(jié)果分析得出，當(dāng)氧漂穩(wěn)定劑為5 g/L時(shí)，過(guò)氧化氫分解速率比較合適。原因是過(guò)氧化氫質(zhì)量濃度低時(shí)，分解出少量HOO-，不足以完全破壞棉纖維中色素結(jié)構(gòu)，使漂白棉布白度偏低；過(guò)氧化氫質(zhì)量濃度過(guò)高時(shí)，氧漂穩(wěn)定劑用量不足，過(guò)氧化氫分解速率加快，釋放出大量HOO-氧化棉纖維，使棉布強(qiáng)力損失增加而白度降低。另外，過(guò)氧化氫質(zhì)量濃度高，即使過(guò)氧化氫保持原來(lái)的分解速率，氧漂起始時(shí)的HOO-質(zhì)量濃度超過(guò)合適質(zhì)量濃度，氧化棉纖維，使棉布強(qiáng)力損失增加而白度降低。這證明氧漂液中的過(guò)氧化氫起始質(zhì)量濃度不同，過(guò)氧化氫的合適分解速率也不同。由于氧漂起始時(shí)過(guò)氧化氫質(zhì)量濃度高，為了使氧漂液中HOO-質(zhì)量濃度合適，要控制過(guò)氧化氫的分解速率較慢；但隨著氧漂的進(jìn)行，氧漂液中過(guò)氧化氫質(zhì)量濃度降低，過(guò)氧化氫分解速率變慢，特別是氧漂1 h后，過(guò)氧化氫分解速率很慢，此時(shí)，氧漂液中的過(guò)氧化氫只殘留10%。

3 結(jié)論

（1）氧漂液pH=11、氧漂液溫度90 ℃、氧漂穩(wěn)定劑7 g/L、過(guò)氧化氫5 g/L時(shí)，獲得了合適的過(guò)氧化氫分解速率曲線，氧漂1 h 后氧漂液中過(guò)氧化氫殘留10%，漂白棉布的毛效11.0 cm/30 min、白度78.1、經(jīng)向強(qiáng)力損失5.3%和緯向強(qiáng)力損失5.1%。

（2）根據(jù)棉布中色素量的情況，確定氧漂液中過(guò)氧化氫起始質(zhì)量濃度，為了得到氧漂液中合適的HOO-質(zhì)量濃度，優(yōu)選出相應(yīng)的過(guò)氧化氫合適分解速率曲線，保證漂白效率和漂白棉布毛效、白度和強(qiáng)力損失的指標(biāo)值。

（3）氧漂結(jié)束時(shí)，氧漂液中過(guò)氧化氫殘留率接近0%，在保證氧漂液中合適的HOO-質(zhì)量濃度前提下，為了提高過(guò)氧化氫的利用率，需要開(kāi)發(fā)新型的氧漂穩(wěn)定劑，使氧漂初始階段過(guò)氧化氫分解緩慢，氧漂后期過(guò)氧化氫分解速率加快。

（4）在氧漂生產(chǎn)中，把合適的過(guò)氧化氫分解速率曲線存入電腦中，在線檢測(cè)氧漂液中過(guò)氧化氫質(zhì)量濃度，繪制過(guò)氧化氫分解速率曲線。如果兩曲線重合，能保證漂白棉布的質(zhì)量；如果兩曲線不重合，可從影響過(guò)氧化氫分解速率的因素中查找原因。