臭氧微納米氣泡技術在棉織物退漿中的應用

張旭芳，王開苗，李育博

（1.山東輕工職業(yè)學院，山東淄博 255300；2.淄博市生物基新材料重點實驗室，山東淄博 255213；3.天泓環(huán)境科技有限責任公司，山東淄博 255300）

冷軋堆工藝是棉織物退漿的一種常見方式，但是織物堆置時間長，助劑用量大，通常還需要后續(xù)汽蒸和兩道冷水和熱水洗，廢水排放量大且殘余的有機物多，COD 值高［1］。因此，尋找一種節(jié)能環(huán)保的新工藝顯得尤為重要。

臭氧氧化性強，但是溶解性低并具有選擇氧化性，限制了其應用［2］。與傳統(tǒng)氣泡相比，微納米氣泡具有氣液傳質(zhì)率高、比表面積大、界面電位高、能自發(fā)產(chǎn)生自由基等優(yōu)勢［3］。將臭氧作為微納米氣泡的承載氣體，有助于提高臭氧的傳質(zhì)速率和利用率［4］。目前微納米氣泡結(jié)合臭氧主要應用于水處理、污泥處理、地下水原位修復等方面［5-7］。

臭氧微納米氣泡技術在紡織品印染生產(chǎn)水洗工藝改進方面的應用研究還處于相對空白的狀態(tài)。本實驗利用微納米氣泡獨特的理化特性以及臭氧的強氧化性，快速、低成本地去除織物表面的漿料。同時因為臭氧的強氧化作用使得部分漿料氧化分解，降低了有機物排放量，減輕了印染廢水處理負擔，而且棉纖維上的天然色素在一定程度上被氧化漂白，為后續(xù)棉布漂白減輕了負擔。

本研究將臭氧微納米氣泡技術應用到棉織物冷軋堆退漿中，進而分析臭氧微納米氣泡技術在棉織物退漿工藝中的適用性，并優(yōu)化退漿工藝，以期為臭氧微納米氣泡技術在印染退漿工藝中的實際應用提供一定的參考。

1 實驗

1.1 材料及儀器

織物：30×40 純棉斜紋布（漿料成分為變性淀粉，魯豐織染有限公司）。

試劑：氫氧化鈉（山東金悅源新材料有限公司），碘化鉀（國藥集團化學試劑有限公司），穩(wěn)定劑、螯合分散劑、WA 滲透劑［科萊恩化工（中國）有限公司］。

儀器：Datacolor650 測色配色儀（美國Datacolor 公司），101-0A 型電熱鼓風干燥箱（溫州方圓儀器有限公司），YGB71 毛細管效應測定儀（南通三思機電科技有限公司），YG026MG 電子織物強力機（浙江三工匠儀器有限公司），JY2004 電子分析天平（上海精密科學儀器有限公司），臭氧微納米氣泡發(fā)生器［禹創(chuàng)環(huán)境科技（濟南）有限公司］，雙層電熱保溫桶（40 L）、立式小軋車（江蘇靖江華夏科技有限公司）。

1.2 臭氧微納米氣泡設備一體機

由圖1 可以看出，臭氧微納米氣泡設備由發(fā)生設備以及釋放設備2 部分構成，其中需要連接配套管路，主要包括進氣管路、進水管路、出水管路以及釋放設備。當氣體經(jīng)進氣管路進入發(fā)生設備后，與原水充分混合，經(jīng)設備攪拌混合等處理，生成直徑小于50 μm 的微納米氣泡，然后再通過釋放設備以曝氣的形式進行釋放。

圖1 臭氧微納米氣泡設備

1.3 棉織物預處理

取多塊20 g 棉坯布，稱量前去除坯布毛邊紗線，防止紗線在處理過程中脫落。

1.4 退漿工藝

退漿液配方：氫氧化鈉35 g/L，穩(wěn)定劑5 g/L，螯合分散劑6 g/L，WA 滲透劑2 g/L。

工藝流程：配制堿堆退漿溶液→浸軋→堆置24 h→臭氧微納米氣泡水洗退漿至規(guī)定時間（或普通水洗）→烘干。

1.5 測試

退漿等級：被測試樣在使用I2-KI溶液顯色后，采用德國TEGEWA 標準色卡進行退漿率評級，紫色評級卡分為9 級，9 級表示淀粉漿料已經(jīng)完全去除，8 級表示退漿效果非常好，7 級表示退漿效果好，6 級表示退漿已足夠，1～5級表示退漿不完全。

白度：將處理后的棉布折疊，采用D65標準光源照射布樣，在不同的位置測量4次，取平均值。

毛效：取退漿后的25 cm×3 cm（經(jīng)×緯）試樣，采用毛細效應測試儀進行測試，記錄30 min 后液體上升的高度。

拉伸斷裂強力：參照GB/T 3923.1—2013《紡織品織物拉伸性能第1 部分：斷裂強力和斷裂伸長率的測定（條樣法）》進行測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 影響臭氧微納米氣泡技術退漿效果的因素

2.1.1 臭氧流量

由圖2 可以看出，隨著臭氧流量的增加，棉坯布的退漿等級、白度以及毛效有了很大提升，當臭氧流量為0.5 L/min 時，退漿等級接近5 級，白度和毛效與原坯布相比也有了明顯的提高，但之后的退漿等級、白度、毛效的上升速度非常緩慢，而斷裂強力則在0.5 L/min 之后明顯降低。棉織物退漿效果明顯提升的主要原因有3 個方面：（1）臭氧的直接氧化作用；（2）微納米氣泡與臭氧相結(jié)合，提高了臭氧的傳質(zhì)速率，強化了臭氧的氧化能力；（3）微納米氣泡的極大比表面積、高吸附性以及氣泡炸裂時的高能量等綜合作用可以快速、低成本地將織物表面的漿料吸附、分解，進而可以顯著提升棉織物的退漿效果。但是當臭氧流量大于0.5 L/min 時，織物已經(jīng)達到明顯的退漿效果，因此繼續(xù)提升臭氧流量，則退漿效果沒有明顯提升，反而是臭氧濃度增加，織物損傷加大，拉伸斷裂強力明顯降低。

圖2 臭氧流量對退漿效果的影響

2.1.2 時間

處理時間對退漿效果的影響如圖3所示。

圖3 處理時間對退漿效果的影響

由圖3 可以看出，隨著臭氧微納米氣泡處理時間的延長，退漿等級、毛效、白度逐步提升，但是織物的斷裂強力不斷降低，棉纖維損傷較大。處理時間過短，坯布表面的漿料因與臭氧微納米氣泡作用不充分而去除不徹底，當處理時間延長到40 min 時，坯布表面的漿料退漿等級達到7 級，漿料基本去除，織物的吸水性得到很大改善。微納米氣泡與臭氧的協(xié)同作用提升了織物的退漿效果。由于臭氧、燒堿的存在，處理時間過長，織物的斷裂強力不斷下降。綜合考慮織物的斷裂強力和退漿效果，40 min 是較為合適的處理時間。

2.1.3 溫度

水洗溫度是影響退漿效果的重要因素，在臭氧微納米氣泡體系中，升高溫度有助于提高漿料脫離纖維表面的動能，同時也影響臭氧微納米氣泡的尺寸分布，進而綜合影響退漿效果等。由圖4 可以看出，隨著臭氧微納米氣泡處理溫度的升高，退漿等級、毛效、白度逐步提升。當溫度達到70 ℃，織物的退漿等級接近7 級，基本達到退漿效果。當溫度繼續(xù)升高時，織物在因堿液、臭氧及高溫的綜合作用導致斷裂強力下降明顯。綜合考慮織物的斷裂強力和退漿效果，70 ℃是合適的處理溫度。

圖4 溫度對退漿效果的影響

2.1.4 堿質(zhì)量濃度

由圖5 可知，冷軋堆堆置堿質(zhì)量濃度是影響退漿效果的一個重要因素。堿質(zhì)量濃度過低，織物表面的漿料不能充分膨化，退漿效果很差；隨著NaOH 質(zhì)量濃度的增加，織物的退漿等級、白度和毛效都慢慢增加；當NaOH 質(zhì)量濃度達到25 g/L 時，織物退漿等級達到7 級，達到預期退漿效果；當NaOH 質(zhì)量濃度繼續(xù)增加時，織物的退漿等級及毛效并沒有很大提升；當NaOH 質(zhì)量濃度大于25 g/L，臭氧及高溫的綜合作用導致織物的斷裂強力下降明顯。綜合考慮織物的斷裂強力和退漿效果，25 g/L 是優(yōu)化的堿質(zhì)量濃度。

圖5 堿質(zhì)量濃度對退漿效果的影響

2.2 臭氧微納米氣泡法與常規(guī)水洗退漿效果對比

由表1 可知，與常規(guī)冷軋堆退漿相比，臭氧微納米氣泡退漿可以在較低的溫度和堿質(zhì)量濃度、較短的處理時間下達到基本相同的效果，而且白度提升，節(jié)省生產(chǎn)成本的同時減輕了后處理負擔。

表1 常規(guī)和臭氧微納米氣泡退漿效果對比

3 結(jié)論

（1）臭氧微納米氣泡退漿優(yōu)化工藝為：臭氧流量0.5 L/min，溫度70 ℃，時間40 min，氫氧化鈉質(zhì)量濃度25 g/L。

（2）臭氧微納米氣泡退漿可以快速、低成本地去除織物表面的漿料，能在較低溫度、堿質(zhì)量濃度下達到常規(guī)退漿的效果。