田 磊,何正磊,劉 柳,易長海1,,*

(1.廣東省均安牛仔服裝研究院,廣東順德528329; 2.武漢紡織大學(xué),湖北武漢430073; 3.廣東華紡紡織品檢測技術(shù)服務(wù)中心,廣東順德528329)

牛仔服裝p H值超標(biāo)問題探討

田 磊1,3,何正磊2,劉 柳2,易長海1,2,*

(1.廣東省均安牛仔服裝研究院,廣東順德528329; 2.武漢紡織大學(xué),湖北武漢430073; 3.廣東華紡紡織品檢測技術(shù)服務(wù)中心,廣東順德528329)

探討了檸檬酸、醋酸、磷酸二氫銨、氯化銨和碳酸鈉、燒堿、氨水作為酸堿中和劑對牛仔服裝進(jìn)行處理時(shí)的濃度、溫度、時(shí)間工藝,并結(jié)合中和前后牛仔服裝的物理性能和工業(yè)應(yīng)用的成本等實(shí)際問題進(jìn)行分析探討。結(jié)果表明:純棉、滌/棉牛仔較適宜的酸性中和劑是檸檬酸與氯化銨,處理?xiàng)l件分別為濃度0.6 g/L、時(shí)間4 min、溫度25℃和濃度1 g/L、時(shí)間4 min、溫度25℃;較適宜的堿性中和劑是碳酸鈉,處理?xiàng)l件為濃度0.6 g/L、時(shí)間6 min、溫度35℃。

牛仔服裝;p H值超標(biāo);中和試劑

人類的皮膚正常呈弱酸性,p H值介于5.5～6.5,有利于防止細(xì)菌的入侵[1]。紡織品在偏堿性(p H值過高)條件下會(huì)對皮膚產(chǎn)生刺激和腐蝕作用,引發(fā)皮膚炎癥,且細(xì)菌、病菌繁殖生長較快,對人體有害;而酸性過度(p H值過低)在儲(chǔ)存中易造成損壞。為提高服裝安全性,美國、日本、歐盟等國家地區(qū)對紡織品中安全項(xiàng)目均作出了嚴(yán)格規(guī)定,而p H值也被列為紡織品必檢安全項(xiàng)目之一,同時(shí)p H值也成為紡織品領(lǐng)域主要的技術(shù)壁壘之一。為規(guī)范紡織品生產(chǎn)、提高紡織品質(zhì)量、減少我國紡織品在國際貿(mào)易中遭遇的技術(shù)壁壘,2011年8月1日實(shí)施的GB 18401-2010《國家紡織產(chǎn)品基本安全技術(shù)規(guī)范》對紡織品p H值作出了相應(yīng)要求,明確規(guī)定A類產(chǎn)品p H值需控制在4.0～7.5之間,B類產(chǎn)品p H值至少應(yīng)控制在4.0～8.5之間,C類產(chǎn)品可放寬至4.0～9.0,超出范圍均判定不合格[2]。牛仔服裝行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)FZ/T 81006-2007的規(guī)定相比之下更加嚴(yán)格,具體如表1所示。

表1 FZ/T 81006中牛仔服裝p H限定范圍

牛仔服裝的p H超標(biāo)主要原因在于各個(gè)生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)對p H值控制不嚴(yán)格,目前有效的解決辦法是對服裝成品進(jìn)行中和,本文對牛仔服裝p H超標(biāo)的原因、中和試劑和處理?xiàng)l件進(jìn)行了系統(tǒng)的探討。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料和儀器

牛仔面料:純棉和滌棉(順德區(qū)盛紡龍紡織有限公司)。

試劑:檸檬酸,磷酸二氫銨,醋酸,氯化銨,無水碳酸鈉,氫氧化鈉,氨水等(分析純,廣州化學(xué)試劑廠)。

儀器:PHB-4 p H計(jì)(杭州齊威儀器有限公司), CMT6503電子織物強(qiáng)力儀(深圳市新三思材料檢測有限公司),M008E型落錘式織物撕裂儀(美國錫萊亞太拉斯國際集團(tuán)),YB571-Ⅱ色牢度摩擦儀(溫州大榮紡織儀器有限公司)。

1.2 實(shí)驗(yàn)步驟

(1)p H值超標(biāo)樣品的制備,并測試其各項(xiàng)物理性能。

(2)對酸超標(biāo)樣品用碳酸鈉、燒堿、氨水溶液和對堿超標(biāo)樣品用檸檬酸、氯化銨、磷酸二氫銨和醋酸溶液分別進(jìn)行中和處理,探討處理時(shí)間、溫度、濃度工藝對中和效果的影響。

(3)測試最佳工藝中和后面料的物理性能。

1.3 性能測試

(1)p H值測試參照GB/T7573-2009《紡織品水萃取液p H值的測定》進(jìn)行。

(2)織物強(qiáng)力按照GB/T 3923.2-2013《紡織品織物拉伸性能 第二部分:斷裂強(qiáng)力的測定 抓樣法》進(jìn)行測試。

(3)撕破性能測試參照GB/T 3917.1-2009《紡織品 織物撕破性能 第1部分:沖擊擺錘法撕破強(qiáng)力的測定 》等進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 牛仔服裝pH值超標(biāo)的原因

牛仔服裝工藝復(fù)雜,生產(chǎn)過程中化學(xué)處理工序較多,如纖維生產(chǎn)、漿染、印花、洗水等,這些工藝過程均可能導(dǎo)致牛仔服裝p H值超標(biāo)。

2.1.1 纖維生產(chǎn)

牛仔布起源至今已經(jīng)流行了150多年,其纖維原料早已突破純棉的傳統(tǒng),多種多樣的再生纖維與合成纖維被應(yīng)用到牛仔面料中,這些纖維在生產(chǎn)中有時(shí)需要調(diào)節(jié)紡絲液或處理液的p H值。如制備聚丙烯腈的主要溶劑二甲基亞砜的水溶液呈堿性,對皮膚有強(qiáng)烈的滲透性[3];制備再生蛋白質(zhì)纖維時(shí)要用堿溶酸沉工藝提取蛋白質(zhì)原液[4];黏膠纖維濕法紡絲中制膠工序需要將漿粕與堿液作用生成堿纖維素,紡絲工序需要進(jìn)行酸浴,后處理時(shí)還需要利用氫氧化鈉脫硫[5]等,這些纖維在后處理中若水洗不充分則有可能對牛仔服裝的p H值帶來影響。

2.1.2 染色

染色根據(jù)工藝不同主要分為[6]:(1)直接染料染色,可溶于水,在中性鹽或弱堿性鹽中直接染著纖維素纖維。(2)活性染料染色,在堿性條件下,能與纖維素纖維等發(fā)生化學(xué)反應(yīng),染色堅(jiān)牢。(3)還原染料染色,分子中含有羰基,需在堿性條件下經(jīng)還原劑還原成羥基鈉鹽,才能溶解于水后染在纖維上,經(jīng)過氧化,再回復(fù)成不溶性染料,如靛藍(lán)染色。上述的染色工藝在牛仔服裝中均可能出現(xiàn),都可能留下牛仔服裝p H值超標(biāo)的隱患。

2.1.3 牛仔面料后處理

牛仔面料的退漿、煮練、漂白、絲光等后處理工藝一般都在堿性條件下進(jìn)行。經(jīng)過退漿以后已經(jīng)去除了牛仔面料的大部分漿料和部分天然雜質(zhì),但其中大部分天然雜質(zhì)如蠟狀物質(zhì)、果膠物質(zhì)、含氮物質(zhì)等仍殘留在織物上,會(huì)影響以后的染色、印花加工,為了使織物具有一定的吸水性,便于印染過程中染料的吸附、擴(kuò)散,需要將織物在高溫的堿液中煮練以去除這些雜質(zhì)[7]。目前煮練和絲光的主要用劑是燒堿。

2.1.4 牛仔服裝洗水

洗水是牛仔服裝獨(dú)特的工藝環(huán)節(jié),是區(qū)別于其他服裝紡織品的主要工藝環(huán)節(jié),主要有普洗、酵素洗、石磨洗、漂洗、雪花洗、手擦、馬騮、貓須、碧紋洗和化學(xué)洗等。這些洗水工藝大多都對p H值有所要求,甚至有的直接使用強(qiáng)堿助劑洗水來達(dá)到褪色的目的(如化學(xué)洗);這些工藝環(huán)節(jié)之后一般都有清洗流程,但在成衣洗水過程中,服裝是浸泡在酸性或堿性溶液之中的,一些纖維會(huì)大量吸酸或吸堿,而成衣的清洗較為困難,所以如果清洗不充分,會(huì)使服裝的p H值超標(biāo)[8]。

從以上可看出對牛仔服裝p H值產(chǎn)生影響的大多數(shù)原因都是生產(chǎn)工藝本身,此外還有一些影響較小但卻不能忽略的原因,如生產(chǎn)用水的使用、生產(chǎn)工藝管理、半成品與成品的儲(chǔ)存環(huán)境與儲(chǔ)存方式等也需要在實(shí)際應(yīng)用中進(jìn)行考慮。

2.2 牛仔服裝成品pH值超標(biāo)改善方案

牛仔服裝樣品的p H值超標(biāo)情況如表2。

表2 超標(biāo)牛仔服裝樣品的p H值

2.2.1 p H值堿超標(biāo)改善工藝

選取檸檬酸、磷酸二氫銨、氯化銨和醋酸作為酸性中和劑,在不同的濃度、溫度與時(shí)間條件下處理堿超標(biāo)牛仔服裝樣品,探討最佳工藝條件。

(1) 濃度

圖1 酸性中和劑中和濃度的影響

測試在1～6 g/L的6個(gè)不同濃度條件下(檸檬酸與醋酸另測0.4、0.6和0.8 g/L)的中和效果,對比處理后p H值最接近7.0時(shí)的中和濃度,測試結(jié)果圖1所示。由圖1可知,檸檬酸中和濃度高于3 g/L時(shí)布樣p H值會(huì)低于4,氯化銨、醋酸與磷酸二氫銨對布樣處理后的p H值在這一濃度區(qū)間內(nèi)介于5.5～7.5之間;純棉布樣與滌棉混紡布樣在試驗(yàn)中沒有表現(xiàn)出明顯差異。結(jié)果表明,經(jīng)處理后p H值最接近7.0的各試劑濃度分別為檸檬酸0.6 g/L、磷酸二氫銨1 g/L、氯化銨1 g/L、醋酸0.6 g/L。

(2) 溫度

圖2 酸性中和劑中和溫度的影響

測試在25～65℃間的5種溫度條件下的中和效果,對比處理后p H最接近7.0時(shí)的中和溫度,如圖2所示。由圖2可知,各個(gè)中和劑處理后的布樣p H值大多隨著中和溫度的升高而降低,可能溫度的升高使原本殘留在布面上氫氧根離子更易于分離到溶液中與氫離子中和,使多余的氫離子得以更好的滲透到織物中。純棉布樣與滌棉混紡布樣在試驗(yàn)中沒有表現(xiàn)出明顯差異。結(jié)果表明,檸檬酸、醋酸在25℃中和時(shí)布樣p H值最接近7.0,而磷酸二氫銨、氯化銨在25～45℃最接近7.0,提升溫度對后兩者中和效果的影響不明顯,因此選用25℃。

(3) 時(shí)間

圖3 酸性中和劑中和時(shí)間的影響

測試在2～10 min間的5種時(shí)間條件下中和效果,對比處理后p H最接近7.0時(shí)的中和時(shí)間,如圖3所示。由圖3可知,檸檬酸、氯化銨與磷酸二氫銨的布樣p H值沒有隨時(shí)間變化表現(xiàn)出明顯波動(dòng)規(guī)律,僅醋酸處理的布樣p H值隨著處理時(shí)間的延長略有降低,可能是醋酸中和時(shí)產(chǎn)生的乙酸鈉鹽阻礙其進(jìn)一步滲透織物從而導(dǎo)致中和效率較低。純棉布樣與滌棉混紡布樣在試驗(yàn)中沒有表現(xiàn)出明顯差異。結(jié)果表明,處理后布樣p H值最接近7.0的各中和劑中和時(shí)間分別為檸檬酸4 min,磷酸二氫銨4 min,氯化銨4 min,醋酸8 min。

2.2.2 p H值酸超標(biāo)改善工藝

選取碳酸鈉、燒堿和氨水作為堿性中和劑,以同樣的方式處理酸超標(biāo)牛仔服裝樣品,探討中和濃度、溫度與時(shí)間的最佳工藝條件。

(1) 濃度

圖4 堿性中和劑中和濃度的影響

如圖4所示,碳酸鈉與燒堿的濃度單位是氨水的1/10,但經(jīng)前二者處理后的布面p H值隨濃度上升的速度遠(yuǎn)大于氨水;燒堿濃度大于400 mg/L后,布樣p H值大于7.5堿超標(biāo),整體表現(xiàn)與三種中和劑的堿性強(qiáng)弱成一定比例。純棉布樣與滌棉混紡布樣在試驗(yàn)中沒有表現(xiàn)出明顯差異。結(jié)果表明,布樣p H值最接近7.0的中和劑濃度分別為碳酸鈉600 mg/L,燒堿400 mg/L,氨水6 g/L。

(2) 溫度

圖5 堿性中和劑中和溫度的影響

如圖5所示,燒堿處理時(shí)溫度稍高于室溫(25℃)布樣便有了堿超標(biāo)的危險(xiǎn),很不穩(wěn)定。而氨水處理后的布樣p H值基本沒有隨著溫度的上升而變化,在圖中近乎一條水平線,可能是溫度的升高導(dǎo)致氨水的揮發(fā)加劇,致使氨水溶液堿性降低。純棉布樣與滌棉混紡布樣在試驗(yàn)中沒有表現(xiàn)出明顯差異。結(jié)果表明,布樣p H值最接近7.0時(shí)的中和劑中和溫度分別為碳酸鈉35℃,燒堿25℃,氨水25～65℃,基于中和效率選用25℃。

(3) 時(shí)間

圖6 堿性中和劑中和時(shí)間的影響

如圖6所示,燒堿中和時(shí)間超過2 min時(shí)布面p H值高于7.5,表現(xiàn)很不穩(wěn)定。氨水表現(xiàn)接近水平線,其對時(shí)間的敏感性很低。碳酸鈉處理后p H值較為穩(wěn)定,適度的調(diào)節(jié)了布樣的p H值,沒有堿超標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)。純棉布樣與滌棉混紡布樣在試驗(yàn)中沒有表現(xiàn)出明顯差異。結(jié)果表明,經(jīng)處理后布樣p H值最接近7.0時(shí)的中和劑中和時(shí)間分別為碳酸鈉6 min,燒堿2 min,氨水2～10 min,基于中和效率選用2 min。

2.3 最佳處理工藝方法

2.3.1 工業(yè)應(yīng)用成本比較

如表3所示,當(dāng)樣品p H達(dá)到或較接近7.0時(shí)各試劑對應(yīng)的中和濃度、溫度與時(shí)間等中和工藝可知酸性中和劑中醋酸較于其他酸性中和劑需要更多的時(shí)間,消耗量與檸檬酸相比也沒有優(yōu)勢。醋酸是有刺激性氣味的有機(jī)弱酸,長期接觸對人體皮膚和呼吸道有一定的刺激作用,經(jīng)其中和后織物有異味不達(dá)標(biāo)的可能,而其揮發(fā)性使得中和時(shí)尤其在熱水浴時(shí)中和液的p H值不穩(wěn)定,無法較準(zhǔn)確的控制p H的調(diào)節(jié)范圍,從而降低中和效率。用醋酸中和紡織品上的燒堿和純堿時(shí)會(huì)形成乙酸鈉鹽,乙酸鈉鹽會(huì)對纖維外部的乙酸形成緩沖,使中和不徹底。而產(chǎn)生的乙酸鈉鹽將導(dǎo)致牛仔織物手感變硬,長期殘留還有可能在熱處理或長時(shí)間儲(chǔ)存時(shí)產(chǎn)生還原堿化合物,影響織物色澤[9],因此不選用醋酸。

對比表3中檸檬酸、磷酸二氫銨與氯化銨的數(shù)據(jù)得出,在相同中和時(shí)間和中和溫度下檸檬酸的消耗量將近磷酸二氫銨和氯化銨的一半。且采用檸檬酸或檸檬酸鹽類作助洗劑可迅速沉淀金屬離子,防止污染物重新附著在織物上,使污垢和灰分散懸浮,改善中和產(chǎn)品的性能[10]。而磷酸二氫氨與氯化銨達(dá)到相同的中和效果時(shí)的工藝條件相同,但售價(jià)卻相差巨大,因此初步選擇檸檬酸和氯化銨作為酸性中和劑。

試驗(yàn)中的堿性中和劑碳酸鈉、燒堿和氨水三者的中和工藝最大的差異是濃度。由表3可知,氨水需要在6 g/L的濃度下才能將酸超標(biāo)樣品的p H值調(diào)節(jié)到7.0,在使用成本上遠(yuǎn)大于另兩種中和劑。氨水易揮發(fā),在調(diào)節(jié)p H的穩(wěn)定性和運(yùn)輸儲(chǔ)存的成本上與醋酸有著類似的缺陷,因此不選用氨水。表3顯示碳酸鈉與燒堿調(diào)節(jié)酸超標(biāo)牛仔樣品p H達(dá)到7.0時(shí)的使用成本接近。盡管碳酸鈉的中和時(shí)間與中和溫度要求均高于燒堿,但從圖5與圖6可看出,燒堿并不穩(wěn)定,只要中和時(shí)間或中和溫度稍稍產(chǎn)生變化都有中和織物p H堿超標(biāo)的可能,難以控制準(zhǔn)確的p H調(diào)節(jié)范圍。因此仍然選擇中和溫度與中和時(shí)間要求略高但穩(wěn)定的碳酸鈉作為堿性中和劑。

2.3.2 中和處理后織物的物理性能

如表4分別測試檸檬酸、氯化銨與碳酸鈉在各自最佳中和工藝下處理p H超標(biāo)牛仔服裝樣品前后織物的各項(xiàng)物理性能。酸性中和劑中檸檬酸與氯化銨在處理工藝成本與效率相近的情況下對牛仔服裝物理性能的影響是幾乎相同的,在皂洗色牢度上,經(jīng)過檸檬酸中和后的牛仔織物皂洗色牢度有輕微提升,而在耐酸汗?jié)n色牢度上牛仔織物經(jīng)氯化銨中和后降低了半級。因此檸檬酸在對牛仔織物的色牢度的綜合影響上略好于氯化銨,但在對牛仔服裝織物的斷裂強(qiáng)力和撕裂強(qiáng)力的影響上二者沒有差異。試驗(yàn)中碳酸鈉除了在幾個(gè)色牢度的測試中表現(xiàn)出了誤差允許范圍內(nèi)的變化外基本上對牛仔織物的物理性沒有影響。

3 結(jié)論

(1)牛仔服裝生產(chǎn)工藝環(huán)節(jié)多,工序長,化學(xué)處理較多,其p H值超標(biāo)的潛在原因較多,相對于通過更改工藝而言,對牛仔成衣進(jìn)行積極的中和才是目前較實(shí)際的解決辦法。

(2)醋酸和磷酸二氫銨因?yàn)閾]發(fā)性或使用成本高等原因不適于用作牛仔服裝的酸性中和劑,而檸檬酸與氯化銨均可用作p H超標(biāo)的牛仔服裝的酸性中和劑,且在對牛仔面料的色牢度的影響上檸檬酸可能比 氯化銨略占優(yōu)勢。

表3 中和劑最佳中和工藝及成本對比

表4 不同中和劑對牛仔面料物理性能的影響

(3)氫氧化鈉與氨水因不穩(wěn)定以及對人體有害等原因不適于用作牛仔服裝的堿性中和劑,而碳酸鈉可用作p H超標(biāo)的牛仔服裝的堿性中和劑,其中和濃度、溫度與時(shí)間等工藝要求不高,且表現(xiàn)穩(wěn)定,可調(diào)節(jié)牛仔服裝p H值至理想范圍。

(4)選擇的酸堿中和劑對牛仔服裝的中和處理沒有因純棉或滌/棉的差異而產(chǎn)生不同影響。

[1]張 亮.p H值超標(biāo)成頑疾[N].中國質(zhì)量報(bào),2013-1-17(5).

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[5]何麗莉.粘膠纖維連續(xù)紡絲工藝原理分析[J].科學(xué)之友, 2012,(8):14.

[6]中國紡織網(wǎng).染整分類與命名[N/OL].中國紡織網(wǎng),2012-08-01.[2015-01-26].http://info.texnet.com.cn/content/ 2012-08-01/407855.html.

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[9]紡織品染整加工用的固體無味有機(jī)酸劑:中國, CN101302711A[P].2008-11-12.

[10]醫(yī)學(xué)教育網(wǎng).檸檬酸主要用途[N/OL].醫(yī)學(xué)教育網(wǎng),2012-10-08.[2015-01-26].http://www.med66.com/new/ 201210/jj201210089103.shtml.

Study on the p H Value Exceeded Standard of Jeans

TIAN Lei1,3,HE Zheng-lei2,LIU Liu2,YI Chang-hai1,2,*
(1.Guangdong Jun'an Jeans Research Institute,Shun'de 528329,China; 2.Wuhan Textile University,Wuhan 430073,China; 3.Guangdong Huafang Textile Testing Service Center,Shun'de 528329,China)

The concentration,temperature and time of citric acid,ethylic acid,phosphorus,acid two ammonium hydrogen,ammonium chloride and sodium carbonate,sodium hydroxide,ammonium hydroxide which as a ueutralization reagent used to washing jeans were studied.Compared with the physical properties of jeans and the cost of reagent in industrial application,the results showed that citric acid and ammonium chloride was the best acidic neutralization reagent for jeans of pure cotton and polyester/cotton.The optimal process conditions were the citric acid of 0.6 g/L,time of 4 min,temperature of 25℃and the ammonium chloride of 1 g/L, time of 4 min,temperature of 25℃.The alkaline neutralization reagent was sodium carbonate,and the optimal process conditions were 0.6 g/L,time of 6 min and temperature of 35℃.

jeans;p H value exceeded;neutralization reagent

TS190.92

:A

:1673-0356(2015)03-0032-05

2015-01-26

田 磊(1983-),男,工程師,主要從事于牛仔產(chǎn)業(yè)技術(shù)開發(fā)和紡織品檢測工作,E-mail:181820213@qq.com。

*通信作者:易長海(1968-),男,教授,研究方向?yàn)槔w維材料改性與服裝面料功能化,以及牛仔服裝清潔化與智能化生產(chǎn)及裝備,E-mail:751067874@qq.com。