亞麻紗的前處理工藝

郁海楠，張小麗，孫佳琪，賈維妮，王雅琴，巫若子

（1.南通大學(xué)紡織服裝學(xué)院，江蘇南通 226019；2.南通市小象環(huán)?？萍加邢薰?，江蘇南通 226019；3.江蘇華信亞麻紡織有限公司，江蘇東臺(tái) 224000；4.江門職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東江門 529030）

亞麻面料具有高度吸濕透氣性、抗菌抑菌性、抗靜電性、耐摩擦等優(yōu)點(diǎn)，在家紡市場應(yīng)用廣泛，將亞麻與其他織物混紡，可以獲得更多的附加價(jià)值［1］。我國作為世界第二大亞麻出口大國，亞麻產(chǎn)量位居前列，然而亞麻紗的白度卻無法達(dá)到國際領(lǐng)先水平，且亞麻經(jīng)過高溫堿煮和漂白后質(zhì)量損失過大，致使纖維受損，紡紗成布后易出現(xiàn)破洞，因此，研發(fā)一種既能高效漂白又能降低亞麻紗損傷的前處理工藝成為亟待解決的問題［2-3］。目前，亞麻脫膠方法主要有堿煮法、酶脫膠法和超聲波法［4-5］。亞麻脫膠后的漂白有H2O2漂白、含氯漂白劑漂白、生物漂白等。傳統(tǒng)紡織工業(yè)大都使用含氯漂白劑漂白，漂白劑主要是亞氯酸鈉或次氯酸鈉，漂白和脫木質(zhì)素效果極好，但在漂白過程中會(huì)產(chǎn)生ClO2氣體和有機(jī)氯化物，腐蝕設(shè)備、污染環(huán)境，且會(huì)對(duì)人體造成嚴(yán)重?fù)p害。H2O2漂白效果優(yōu)良，且全程無污染，符合環(huán)保要求，是亞氯酸鈉漂白的優(yōu)化替代品［6］。生物漂白技術(shù)目前應(yīng)用不廣泛，尚處于研究階段，這種漂白方法雖然環(huán)保，但菌種的培養(yǎng)過程繁瑣，且在工業(yè)應(yīng)用中還存在許多問題，只能作為預(yù)處理工藝［7-9］。本實(shí)驗(yàn)選用NaOH 和H2O2分別作為亞麻紗的脫膠和漂白助劑，探討亞麻紗的前處理工藝。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料與儀器

材料：亞麻紗；亞硫酸鈉（Na2SO3）、氫氧化鈉（NaOH）、碳酸鈉（Na2CO3）、焦磷酸鈉（Na4P2O7）、硅酸鈉（Na2SiO3）、過氧化氫（H2O2）（分析純，上海潤捷化學(xué)試劑有限公司），滲透劑JFC（化學(xué)純，山東優(yōu)索化工科技有限公司）。

儀器：YG（B）611-Ⅱ型日曬氣候試驗(yàn)儀、WS-D d/o 白度儀（溫州大榮紡織儀器有限公司），SHA-CⅡ恒溫振蕩水浴鍋（金壇市華城開元實(shí)驗(yàn)儀器廠），DHG-9076A 電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱（上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司），EL303 電子天平［梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司］，TH-5000 萬能材料試驗(yàn)機(jī)（江都市天惠試驗(yàn)機(jī)械有限公司）。

1.2 堿脫膠工藝［10］

預(yù)酸處理→堿脫膠（JFC 2%，浴比1∶30，100 ℃）→熱水（70 ℃）洗兩次→酸洗（H2SO41.84 g/L，5 min）→水洗→脫水→烘干。

1.3 H2O2漂白工藝

脫膠后的亞麻烘24 h→過氧化氫漂白（JFC 適量，浴比1∶30）→冷水洗→酸洗（H2SO41.84 g/L，5 min）→水洗→脫水→烘干。

1.4 測(cè)試

脫膠率：亞麻原麻干重為m0，堿煮脫膠后干重為m1，脫膠率按下式計(jì)算：

白度：按照GB/T 17644—2008《紡織纖維白度色度試驗(yàn)方法》用白度測(cè)試儀進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試5 次，取平均值。

斷裂強(qiáng)力：按照GB/T 3923.1—2013《紡織品 織物拉伸性能第1 部分：斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長率的測(cè)定（條樣法）》，利用萬能材料試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行測(cè)試，設(shè)置隔距為30 cm，拉伸速率為100 mm/min。

耐日曬色牢度：按照GB/T 8427—2008《紡織品色牢度試驗(yàn)?zāi)腿嗽旃馍味龋弘　?，采用日曬氣候試?yàn)儀進(jìn)行測(cè)試，再與標(biāo)準(zhǔn)棉織物對(duì)照進(jìn)行評(píng)級(jí)。

2 結(jié)果與討論

2.1 脫膠工藝優(yōu)化

2.1.1 NaOH 用量

利用纖維素不溶于水及耐堿的性能，NaOH 可與纖維上的天然雜質(zhì)發(fā)生相當(dāng)復(fù)雜的反應(yīng)，從而將部分雜質(zhì)去除。由圖1 可知，隨著NaOH 用量的增加，亞麻紗的白度和脫膠率先增大后減小，NaOH 用量為8 g/L 時(shí)達(dá)到最大。由于溶液中的OH-濃度增大，對(duì)果膠和木質(zhì)素的水解能力增加，將膠質(zhì)中的部分色素脫去；但同時(shí)會(huì)抑制Na2CO3水解，使未水解的CO32-與溶液中的金屬離子形成沉淀，不利于脫膠。因此，NaOH用量選擇8 g/L。

圖1 NaOH 用量對(duì)脫膠效果的影響

2.1.2 Na2CO3用量

由圖2 可知，隨著Na2CO3用量的增大，白度和脫膠率先增大后減小，當(dāng)用量為3 g/L 時(shí)達(dá)到最大。這是由于Na2CO3在溶液中發(fā)生了水解反應(yīng)，溶液中的OH-增多，脫膠能力增強(qiáng)；但當(dāng)CO32-濃度增大，生成的OH-過多抑制了CO32-水解，同時(shí)過量的CO32-可能會(huì)與亞麻纖維中的金屬離子反應(yīng)生成沉淀。綜合考慮，Na2CO3用量選擇3 g/L。

圖2 Na2CO3用量對(duì)脫膠效果的影響

2.1.3 Na4P2O7用量

由圖3 可以看出，隨著Na4P2O7用量的增大，脫膠效果先增大后減小，過高與過低都不利于反應(yīng)的進(jìn)行。在煮煉液中加入Na4P2O7，可以降低堿液與亞麻纖維間的表面張力，增大煮煉液對(duì)亞麻纖維的滲透力，加速堿液對(duì)纖維組織的膨化，削弱膠質(zhì)分子間以及膠質(zhì)與纖維素間的結(jié)合力，促進(jìn)膠質(zhì)離解。此外，利用Na4P2O7的絡(luò)合作用，與果膠酸鈣、果膠酸鎂中的鈣、鎂離子形成帶負(fù)電荷膠粒的強(qiáng)力凝聚劑絡(luò)合物，促進(jìn)那些脫除而未及時(shí)溶解于溶液中的粒子迅速分散在煮煉液中，從而加速果膠的離解，同時(shí)防止溶于溶液的雜質(zhì)再沉積到纖維上。綜合考慮成本，Na4P2O7用量選擇3 g/L。

圖3 Na4P2O7用量對(duì)脫膠效果的影響

2.1.4 Na2SO3用量

Na2SO3可以使纖維上的木質(zhì)素轉(zhuǎn)化為木質(zhì)素磺酸鹽而去除，同時(shí)還可在一定程度上防止纖維被空氣中的氧氣氧化，起到一定的還原作用。由圖4 可以看出，在Na2SO3用量為1～3 g/L 時(shí)，脫膠率和白度逐漸增大，且上升趨勢(shì)明顯，這說明Na2SO3與木質(zhì)素發(fā)生反應(yīng)生成木質(zhì)素磺酸鹽而溶于堿液中；繼續(xù)增大Na2SO3用量，脫膠效果提高不明顯。因此，優(yōu)化Na2SO3用量為3 g/L。

圖4 Na2SO3用量對(duì)脫膠效果的影響

2.1.5 Na2SiO3用量

由圖5 可看出，隨著Na2SiO3用量的提高，亞麻的脫膠率和白度均先增大后減小，當(dāng)Na2SiO3用量達(dá)到2.5 g/L 時(shí)，脫膠率和白度達(dá)到最大。這主要是因?yàn)镹a2SiO3可以吸附溶液中的金屬離子，同時(shí)也能吸附其他雜質(zhì)和色素，防止不溶性物質(zhì)沉淀在纖維表面阻礙反應(yīng)的進(jìn)行；但當(dāng)Na2SiO3用量過高時(shí)，形成“硅垢”沉積在纖維表面，使堿液無法順利進(jìn)入纖維內(nèi)部。因此，優(yōu)化Na2SiO3用量為2.5 g/L。

圖5 Na2SiO3用量對(duì)脫膠效果的影響

2.1.6 脫膠時(shí)間

由圖6 可知，隨著脫膠時(shí)間的延長，脫膠率和白度均先增大后減小，并且脫膠率下降不明顯。這主要是由于NaOH 滲入纖維需要一定的時(shí)間，隨著時(shí)間的延長，NaOH 與纖維上的膠質(zhì)起反應(yīng)，生成物溶于溶液，且脫膠開始階段，NaOH 濃度大，有利于反應(yīng)速率的增大，因此白度提高明顯，但當(dāng)脫膠時(shí)間過長，煮煉液中膠質(zhì)的溶出和滲入纖維達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，纖維表面會(huì)形成高分子凝膠，阻止鈉離子等進(jìn)入纖維內(nèi)部起化學(xué)反應(yīng)，使膠質(zhì)較難去除，脫膠率變化不明顯。綜合考慮，優(yōu)化脫膠時(shí)間為90 min。

圖6 脫膠時(shí)間對(duì)脫膠效果的影響

2.2 H2O2漂白工藝［11］優(yōu)化

在亞麻過氧化氫漂白中起主要作用的是HO2-，HO2-能破壞纖維色素以及木質(zhì)素中的發(fā)色基團(tuán)，以達(dá)到消色的目的。

2.2.1 H2O2用量

由圖7 可知，白度隨著H2O2用量的增加先增大后減小。這是因?yàn)槌跏茧A段，H2O2不斷產(chǎn)生HO2-，與纖維中的果膠、木質(zhì)素等發(fā)生氧化反應(yīng)，破壞發(fā)色基團(tuán)，白度增加明顯；但H2O2用量超過14 g/L 后，白度趨于穩(wěn)定，這是由于亞麻紗中果膠和木質(zhì)素的量逐漸下降，但下降幅度逐漸減小。為保證亞麻紗質(zhì)量和較好地去除木質(zhì)素，優(yōu)化H2O2用量為14 g/L。

圖7 H2O2用量對(duì)白度的影響

2.2.2 Na2CO3用量

由圖8 可知，Na2CO3用量為0.5～1.5 g/L 時(shí)，纖維白度顯著升高；當(dāng)Na2CO3用量達(dá)到1.5 g/L 時(shí)，白度最大，為59.8。因?yàn)镹a2CO3是弱電解質(zhì)，在溶液中水解產(chǎn)生OH-（H2O2+OH-?HO2-+H2O），OH-濃度增大，溶液中HO2-增多，漂白效果變好。但Na2CO3用量繼續(xù)增加時(shí)白度反而下降。這是由于溶液中的CO32-增多，與金屬離子生成不溶性碳酸鹽沉積在纖維表面，阻礙反應(yīng)的進(jìn)行，同時(shí)也阻礙了光線的反射，導(dǎo)致白度下降。綜上所述，優(yōu)化Na2CO3用量為1.5 g/L。

圖8 Na2CO3用量對(duì)白度的影響

2.2.3 Na2SO3用量

Na2SO3用量對(duì)白度的影響見圖9。

圖9 Na2SO3用量對(duì)白度的影響

由圖9 可以看出，隨著Na2SO3用量的增加，白度先增加后降低，用量為0.5 g/L 時(shí)達(dá)到最大。這是由于Na2SO3可以脫去脫膠環(huán)節(jié)殘留的木質(zhì)素，使白度上升。繼續(xù)增大Na2SO3用量，過量的Na2SO3與過氧化氫發(fā)生氧化還原反應(yīng)，致使溶液中的過氧化氫減少，漂白作用降低，白度也就隨之下降。綜上所述，優(yōu)化Na2SO3用量為0.5 g/L。

2.2.4 Na2SiO3用量

由圖10 可知，隨著Na2SiO3用量的增加，白度先急劇增加后緩慢下降，當(dāng)Na2SiO3用量為3 g/L 時(shí)白度最高。白度上升是由于Na2SiO3水解促進(jìn)了雙氧水的分解，產(chǎn)生氧漂活性基吸附溶液中的金屬離子和色素；白度下降可能是由于溶液中形成過多的Na2SiO3沉淀無法分散，這些沉淀相互聚集形成大而重的塊狀物聚積在纖維表面，阻礙了反應(yīng)的進(jìn)行。因此，優(yōu)化Na2SiO3用量為3 g/L。

圖10 Na2SiO3用量對(duì)白度的影響

2.2.5 溫度和時(shí)間

H2O2的分解反應(yīng)是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡過程，反應(yīng)物與生成物之間不斷地相互轉(zhuǎn)化，溫度升高和降低都會(huì)影響到它們之間的轉(zhuǎn)化速率，也就是直接影響到H2O2的分解速率。由圖11、12 可知，隨著漂白溫度的升高和時(shí)間的延長，白度基本呈上升趨勢(shì)。100 min 時(shí)白度最大，100 min 后白度增大不明顯。而隨著溫度的升高，白度不斷上升，因?yàn)闇囟壬?，H2O2分解反應(yīng)正向進(jìn)行，溶液中的HO2-增多，且反應(yīng)速率加快，促進(jìn)HO2-對(duì)亞麻的漂白。綜合考慮，優(yōu)化氧漂溫度和時(shí)間分別為100 ℃和100 min。

圖11 溫度對(duì)白度的影響

圖12 時(shí)間對(duì)白度的影響

2.3 亞麻性能

由表1 可知，亞麻經(jīng)過脫膠后，斷裂強(qiáng)力顯著提高，80 ℃漂白后斷裂強(qiáng)力高于100 ℃，說明在漂白過程中，升高溫度會(huì)對(duì)亞麻纖維造成損傷，但損傷不大。脫膠和漂白會(huì)降低亞麻的耐日曬色牢度。

表1 亞麻的斷裂強(qiáng)力和耐日曬色牢度

3 結(jié)論

（1）亞麻脫膠的優(yōu)化工藝：NaOH 8 g/L，Na2CO33 g/L，Na2SiO32.5 g/L，Na4P2O73 g/L，Na2SO33 g/L，溫度100 ℃，時(shí)間90 min，浴比1∶30；脫膠亞麻漂白的優(yōu)化工藝：Na2CO31.5 g/L，Na2SO30.5 g/L，Na2SiO33 g/L，H2O214 g/L，溫度100 ℃，時(shí)間100 min，浴比1∶30。

（2）優(yōu)化工藝處理后亞麻的斷裂強(qiáng)力為33.39 N，耐日曬色牢度為5級(jí)。