許志忠，蔡超臣

(河南工程學(xué)院 化工與印染工程學(xué)院，河南 鄭州 450007)

為了能在印染加工時(shí)獲得均勻鮮艷的色澤，針織坯布在印染加工前有必要進(jìn)行前處理，以獲得良好的吸水性和白度。因組成棉針織物的紗線在織造時(shí)不需要上漿，故前處理時(shí)只進(jìn)行精練和漂白。傳統(tǒng)前處理加工所用化學(xué)試劑主要為強(qiáng)堿，然而高溫濃堿煮練易使纖維素氧化，導(dǎo)致棉纖維強(qiáng)力損失過(guò)多、手感粗糙等[1]，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量強(qiáng)堿性污水，COD/BOD指標(biāo)相當(dāng)高，難以處理，嚴(yán)重污染環(huán)境。鑒于此，本研究提出了一種在弱酸性條件下對(duì)純棉針織物進(jìn)行前處理的方法，既可避免堿氧前處理時(shí)過(guò)氧化氫在強(qiáng)堿溶液中劇烈分解，造成過(guò)氧化氫大量消耗和棉纖維強(qiáng)力損傷，又能避免大量強(qiáng)堿性污水產(chǎn)生，減少對(duì)環(huán)境的污染。

1 試驗(yàn)

1.1 材料及儀器

織物：18.2 tex純棉雙面針織物坯布(每平方米質(zhì)量為227 g，白度為46.0%，頂破強(qiáng)力為332.5 N)。

試劑：30%過(guò)氧化氫(分析純，天津市德恩化學(xué)試劑有限公司)，冰乙酸(分析純，天津市德恩化學(xué)試劑有限公司)，表面活性劑JFC(工業(yè)品，河南杰森化工產(chǎn)品有限公司)。

儀器：BSM2204型電子天平(精度為0.1 mg，上海卓精電子科技有限公司)，IR-24S型紅外線染樣機(jī)(上海一派印染技術(shù)有限公司)，M215型織物毛細(xì)效應(yīng)儀(青島山紡儀器有限公司)，YG065H型電子織物強(qiáng)力儀(萊州市電子儀器有限公司)，PN-48B型白度測(cè)定儀(杭州品享科技有限公司)，DGR300223型電熱烘干箱(重慶銀河試驗(yàn)儀器有限公司)等。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)

選擇過(guò)氧化氫用量、冰乙酸用量、JFC用量和溫度4個(gè)因素作為純棉針織物酸氧一浴一步法前處理的主要影響因素，每個(gè)因素取4個(gè)水平，選用L16(45)正交表，按表1所示設(shè)計(jì)試驗(yàn)。

表1 因素與水平Tab.1 Factors and levels

1.2.2試驗(yàn)步驟

(1)在染杯內(nèi)配制含過(guò)氧化氫、冰乙酸和JFC的前處理溶液，浴比為20∶1。

(2)將純棉針織物坯布試樣投入染杯，搖勻后置入紅外線染樣機(jī)，升溫至規(guī)定溫度，保溫60 min。

(3)對(duì)經(jīng)前處理的純棉針織物依次進(jìn)行熱水洗、皂洗、熱水洗和冷水洗，然后烘干。

1.3 測(cè)試方法

1.3.1白度

參照GB/T 8424.2—2001《紡織品 色牢度試驗(yàn) 相對(duì)白度的儀器評(píng)定方法》[2]，用PN-48B型白度測(cè)定儀測(cè)試。

1.3.2毛細(xì)效應(yīng)

參照FZ/T 01071—2008《紡織品 毛細(xì)效應(yīng)試驗(yàn)方法》[3]，采用M215型織物毛細(xì)效應(yīng)試驗(yàn)儀測(cè)試。

1.3.3頂破強(qiáng)力

參照GB/T 19976—2005《紡織品 頂破強(qiáng)力的測(cè)定 鋼球法》[4]，采用YG065H型電子織物強(qiáng)力儀測(cè)試。

1.3.4失重率

通過(guò)測(cè)定處理前后織物的質(zhì)量損失得到失重率。稱取一定的織物置于稱量瓶?jī)?nèi)，在一定條件下干燥至恒質(zhì)量[5]，用BSM2204型電子天平快速稱量，按公式(1)計(jì)算織物的失重率：

失重率=(1-m/m0)×100%，

(1)

式中：m0和m分別是前處理前后純棉針織物試樣的質(zhì)量。

1.3.5棉籽殼去除率

前處理過(guò)程對(duì)織物上棉籽殼的去除率可結(jié)合目測(cè)計(jì)數(shù)法[6]和公式(2)[7]計(jì)算得到：

棉籽殼去除率=(1-n/n0)×100%，

(2)

式中：n0和n分別是前處理前與前處理后棉針織物試樣(10 cm×10 cm)上的棉籽殼數(shù)。

2 結(jié)果與討論

2.1 試驗(yàn)組合與結(jié)果

根據(jù)表1和L16(45)正交表安排試驗(yàn)，各組合試驗(yàn)對(duì)前處理效果的影響如表2所示。

表2 正交試驗(yàn)組合與結(jié)果Tab.2 Orthogonal experimental combinations and results

2.2 直觀分析

各因素對(duì)前處理影響的直觀分析結(jié)果如表3所示。

2.2.1白度

由表3的極差值R可知，各因素對(duì)織物白度的影響從大到小為A、D、B、C。ki值越大，織物白度越大，據(jù)此確定的較優(yōu)組合為AⅣBⅡCⅠDⅢ，即過(guò)氧化氫用量、冰乙酸用量、JFC用量和溫度分別為4.8 g/L、0.02 g/L、0.0 g/L 和120 ℃?？椢锇锥入S過(guò)氧化氫用量的增加而增大是因?yàn)檫^(guò)氧化氫自身及分解產(chǎn)生的HOO-是發(fā)揮漂白作用的有效成分[7]，HOO-可與棉纖維中天然色素的雙鍵發(fā)生加成反應(yīng)，使色素的共軛系統(tǒng)被中斷，π電子的移動(dòng)范圍變小，發(fā)色體系遭到破壞而消色[9]。隨著溫度的升高，織物的白度先增大后變小，因?yàn)樵跍囟容^低時(shí)，過(guò)氧化氫分解緩慢[10]，升高溫度可以促進(jìn)過(guò)氧化氫有效分解、提高反應(yīng)速率[9]，但是溫度過(guò)高可能會(huì)有加劇過(guò)氧化氫無(wú)效分解等副反應(yīng)，使漂白作用減弱[11]。

表3 直觀分析Tab.3 Intuitive analysis

2.2.2毛細(xì)效應(yīng)

由表3的極差值R可知，各因素對(duì)織物毛細(xì)效應(yīng)的影響從大到小為C、D、B、A。ki值越大，織物的吸水性越好，據(jù)此確定的較優(yōu)組合為AⅣBⅢCⅣDⅣ，即過(guò)氧化氫用量、冰乙酸用量、JFC用量和溫度分別為4.8 g/L、0.10 g/L、2.5 g/L 和130 ℃。JFC具有優(yōu)良的潤(rùn)濕、滲透和乳化等性能[12]，可迅速潤(rùn)濕棉纖維，將棉纖維表層蠟狀物質(zhì)中的高級(jí)醇和碳?xì)浠衔锏热榛?，并將洗下?lái)的各種雜質(zhì)乳化、分散在溶液中，使其在機(jī)械力作用下被洗去，提高棉纖維的吸水性。另外，升高前處理溫度有利于棉纖維上雜質(zhì)膨化和蠟質(zhì)去除，而蠟質(zhì)含量越低，棉纖維的吸水性越好。

2.2.3頂破強(qiáng)力

由表3的極差值R可知，各因素對(duì)織物頂破強(qiáng)力的影響從大到小為D、A、C、B。ki值越大，織物的頂破強(qiáng)力越大，前處理過(guò)程造成的強(qiáng)力損失越小，據(jù)此確定的較優(yōu)組合為AⅠBⅠCⅢDⅣ，即過(guò)氧化氫用量、冰乙酸用量、JFC用量和溫度分別為1.2 g/L、0.01 g/L、1.5 g/L 和130 ℃。氧漂過(guò)程中，除天然色素遭到破壞外，棉纖維本身也會(huì)受到損傷，過(guò)氧化氫的濃度越高，棉纖維越容易被氧化。另外，過(guò)氧化氫受熱易分解，產(chǎn)生的O2滲透到織物內(nèi)部，在高溫作用下也會(huì)使纖維素氧化受損，降低了棉纖維的頂破強(qiáng)力。

2.2.4失重率

由表3的極差值R可知，各因素對(duì)織物失重率的影響從大到小為D、A、C、B。在織物的吸水性、白度和棉籽殼去除率等指標(biāo)滿足后續(xù)印染加工要求的前提下，失重率越低，意味著纖維素大分子受到的破壞越小[13]，故較優(yōu)組合為AⅠBⅡCⅢDⅡ，即過(guò)氧化氫用量、冰乙酸用量、JFC用量和溫度分別為1.2 g/L、0.02 g/L、1.5 g/L和110 ℃，即盡量減少前處理過(guò)程對(duì)棉纖維的損傷，降低失重率。

2.2.5棉籽殼去除率

由表3的極差值R可知，各因素對(duì)棉籽殼去除率的影響從大到小為D、A、B、C。ki值越大，棉籽殼去除率越高，據(jù)此確定的較優(yōu)組合為AⅣBⅠCⅠDⅣ，即過(guò)氧化氫用量、冰乙酸用量、JFC用量和溫度分別為4.8 g/L、0.01 g/L、0.0 g/L和130 ℃。棉籽殼的主要成分是木質(zhì)素，在長(zhǎng)時(shí)間的高溫作用下，棉籽殼發(fā)生溶脹，變得松軟，經(jīng)水洗和機(jī)械作用可從織物上脫落，處理溫度越高，棉籽殼越容易膨化、脫落；過(guò)氧化氫可與棉籽殼中的木質(zhì)素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，用量越大越有利于棉籽殼去除[14]。另外，弱酸性處理?xiàng)l件對(duì)棉籽殼中其他雜質(zhì)的去除也有促進(jìn)作用。

2.3 前處理工藝的優(yōu)化

各因素的主次順序如表4所示。

表4 因素主次順序Tab.4 The order of factors

根據(jù)正交試驗(yàn)的直觀分析，綜合考慮各因素的影響，純棉針織物酸氧一浴一步法前處理各因素的優(yōu)化水平為AⅠBⅡCⅡDⅢ，即優(yōu)化前處理工藝為過(guò)氧化氫、冰乙酸和JFC的用量分別為1.2 g/L、0.02 g/L和0.5 g/L，溫度和時(shí)間分別為120 ℃和60 min。

2.4 優(yōu)化前處理工藝驗(yàn)證

根據(jù)優(yōu)化工藝條件配制前處理液，對(duì)純棉針織物進(jìn)行前處理，所得織物的相關(guān)性能指標(biāo)如表5所示。

表5 采用優(yōu)化前處理工藝所得純棉針織物的相關(guān)性能指標(biāo)Tab.5 The properties of pretreatment cotton knitted fabric after optimal process

從表5可看出，采用優(yōu)化前處理工藝得到的棉針織物具有較高的白度和較好的吸水性，去除棉籽殼的同時(shí)，未造成過(guò)多的強(qiáng)力損失和質(zhì)量損失。

3 結(jié)論

(1)采用酸氧一浴一步法對(duì)純棉針織物進(jìn)行前處理時(shí)，各因素的影響從大到小依次是溫度、過(guò)氧化氫用量、冰乙酸用量、JFC用量，過(guò)氧化氫用量和溫度對(duì)織物白度的影響相對(duì)較大，JFC用量和溫度對(duì)織物毛細(xì)效應(yīng)的影響相對(duì)較大，溫度和過(guò)氧化氫用量對(duì)織物頂破強(qiáng)力、失重率及棉籽殼去除率的影響相對(duì)較大。

(2) 純棉針織物酸氧一浴一步法前處理的優(yōu)化工藝條件如下：過(guò)氧化氫、冰乙酸和JFC的用量分別為1.2 g/L、0.02 g/L和0.5 g/L，浴比為20∶1，前處理溫度和時(shí)間分別為120 ℃和60 min。

(3)采用優(yōu)化前處理工藝所得純棉針織物的白度、毛細(xì)效應(yīng)和棉籽殼去除率可滿足后續(xù)印染加工要求，強(qiáng)力損失和失重率均在可接受范圍，表明純棉針織物的酸氧一浴一步法前處理具有一定的可行性。