pH對過氧乙酸預處理亞麻短纖維性能的影響

高 潔，郭 紅，王 馨，趙 波

[1.齊齊哈爾大學輕紡學院，黑龍江齊齊哈爾 161006；2.日華化學研發（上海）有限公司，上海 201620]

亞麻纖維是優良的紡織原料，其織物不僅吸濕透氣性好，而且挺括自然、穿著涼爽[1-2]，深受消費者的追求及喜愛。亞麻短纖維是原料廠制取長麻時的下腳料，也是一種綠色的紡織纖維。短纖維以亞麻根梢部為主，含有大量的麻屑以及果膠、木質素等伴生物，因此，亞麻短纖維剛直、粗硬，抱合性及可紡性差，無法紡制高支紗，導致制成的亞麻面料附加值偏低。為了提高亞麻短纖維的可紡性，必須對其進行適當的化學處理，以除去部分膠質等雜質[3-4]。過氧乙酸是一種環保型助劑，同時又是一種氧化劑[5-6]。采用過氧乙酸預處理亞麻短纖維，具有酸洗和漂白的雙重作用，從而降低其伴生物含量，增加柔軟性和可紡性，以滿足亞麻短纖維的成紗要求和織物的穿著服用性能[7]。過氧乙酸在預處理亞麻短纖維時，受熱分解生成過氧化氫和醋酸，因此，pH是預處理工藝中一個值得研究的重要參數，對預處理后亞麻短纖維的綜合性能有很大影響。預處理后的亞麻短纖維作為原料可以開拓亞麻針織市場，亞麻針織物能夠克服織物容易折皺的不足，充分發揮亞麻纖維的風格和優良品質。在國際市場上，消費者非常喜歡亞麻針織物；而在國內市場上，亞麻針織物還屬于發展階段，亞麻T恤衫和提花織物等品種的需求量逐年增多。由于亞麻針織物的工藝流程短，生產靈活，適合小批量、多品種，可以提升亞麻短纖維這一天然原料的附加值。

1 實驗

1.1 材料及試劑

亞麻短纖維（齊齊哈爾市金亞亞麻紡織有限公司），過氧乙酸（15%，天津市科密歐化學試劑有限公司），氫氧化鈉、乙酸（分析純，天津市凱通化學試劑有限公司）。

1.2 儀器

HH.S 精密恒溫水浴鍋（江蘇金壇市醫療儀器廠），CT6021A 筆式pH 計（浙江坤寧進出口貿易有限公司），Y171D 纖維切片器（江蘇常州第二紡織機械廠），101-2烘箱（上海飛龍儀表有限公司），BS223S電子天平（北京賽多利斯儀器系統有限公司），YQ-Z-48A 白度顏色測定儀（杭州輕通博科自動化科技有限公司），LLY-06ED電子單纖維強力儀（菜州市電子儀器有限公司）。

1.3 工藝要求

以往預處理工藝通常采用硫酸，但硫酸是一種強無機酸，對亞麻短纖維的損傷較大，且處理后的纖維較粗硬，手感和白度較差。采用過氧乙酸預處理后的亞麻短纖維則較柔軟，且白度好、分裂度高，有利于提高亞麻短纖維的可紡性。纖維伴生物對亞麻短纖維的紡紗、織造以及染整加工具有較大的影響，但對亞麻風格的保持也起著一定的作用，所以，在保證加工的前提下要盡量減少伴生物的損失，突出其品種的特征；因此，預處理過程中要適當控制工藝條件。實驗中選擇氫氧化鈉和乙酸進行酸堿性即pH調節。因為氫氧化鈉堿性強，只需少量就可調節到所需的pH，且鈉離子在后續的水洗中容易去除；而乙酸是過氧乙酸分解后的產物，用其進行pH調節誤差較小。

2 結果與討論

2.1 pH對失重率及分裂度的影響

用過氧乙酸預處理亞麻短纖維時，pH 是一個重要參數。一般認為，過氧乙酸的作用原理是過氧羥基（·OOH）的活性基團與色素的共軛體系發生反應，達到消色漂白的目的[8]。此外，有研究表明，過氧乙酸對木質素有較好的去除作用[9]，而對于亞麻短纖維來說，木質素的適當去除對后續的加工有利。實驗過程中發現：pH 小于3 時，過氧乙酸的脫色性較差；而當pH增大到堿性時，會使過氧乙酸的分解速率過快，部分過氧乙酸未發生作用便已分解，對亞麻短纖維的白度提高沒有意義，影響預處理效果。由于pH 對過氧乙酸的分解速率影響很大，所以在預處理的過程中，必須對過氧乙酸溶液的pH進行控制。過氧乙酸溶液的pH 處于酸性或接近中性時，過氧乙酸的生物降解性好，對設備的腐蝕性小，更重要的是可以減少對亞麻短纖維的損傷，故pH選擇3～7。

由圖1 可以看出，亞麻短纖維的失重率和分裂度隨著pH 的變化趨勢相似；當pH 小于5 時，失重率和分裂度均隨著pH的增大而升高，且升高速率較快；當pH大于5時，失重率和分裂度下降較緩。當pH在3～5 時，溶液的酸性較強，過氧乙酸的分解速率較快，與亞麻短纖維的反應速率也較快，反應比較完全，纖維素大分子的甙鍵水解斷裂，纖維的聚合度降低，水解作用由表及里地進行；另外，纖維中的果膠、木質素等非纖維素伴生物也被部分分解，使束狀短纖維發生不同程度的分離，纖維變細，分裂度提高，纖維的失重率增加。當pH 在5～7 時，亞麻短纖維的失重率和分裂度緩慢下降，原因是先前溶解出的果膠等雜質又黏附到短纖維上，將短纖維重新黏結，導致短纖維的分離程度變小，短纖維較為粗硬。所以，pH=5 時，分裂度大，可紡性好；此時的短纖維雜質去除相對較多，失重率大，可滿足短纖維的成紗質量要求。

圖1 pH對失重率及分裂度的影響

2.2 pH對強力及白度的影響

由圖2可以看出，亞麻短纖維的強力隨著pH的增大呈現下降的趨勢；而亞麻短纖維的白度變化與強力不同，當pH 小于5 時，隨著pH 的增大，白度逐漸提高；當pH=5 時，亞麻短纖維的白度達到最大值，之后隨著pH 的增大而下降，但是下降的速率稍緩慢。這是由于隨著pH 逐漸增大，過氧乙酸對亞麻短纖維的損傷加大，導致纖維的強力下降，但由于pH一直處于近中性的范圍，所以纖維還保持了較高的強力。而白度的提高是因為隨著pH 的增加，過氧乙酸中的有效漂白成分過氧羥基（·OOH）活性基團的濃度增大，短纖維中的天然色素被分解消色，使得預處理后亞麻短纖維的白度明顯提高；但當pH超過5之后，由于過氧乙酸的分解速率過快，有效成分過氧羥基（·OOH）活性基團沒有充分發揮作用，白度反而降低。所以，pH=5時，強力適中，白度最大，可達到預處理的目的。

圖2 pH對強力及白度的影響

2.3 pH對強度及伸長率的影響

由圖3 可以看出，預處理pH 小于5 時，亞麻短纖維的強度和伸長率隨著pH 的增大而減小，且減小速率較快；而當pH 在5～6 時，強度下降變緩慢，亞麻短纖維強度和伸長率的變化相對穩定；當pH大于6時，強度和伸長率快速下降。這是由于在過氧乙酸預處理的過程中，隨著pH 的逐漸增大，過氧乙酸逐漸分解，部分木質素被去除且纖維素被降解，使得短纖維強度下降；同時，隨著亞麻短纖維內部果膠、木質素去除量的增多，纖維之間黏結的膠質較少，則纖維變松，亞麻短纖維的強度和伸長率減小。所以，控制pH 為5，既可去除部分伴生物，又可保證強度和伸長率達到指標的要求，確保機械性能的穩定性。

圖3 pH對強度及伸長率的影響

綜合分析亞麻短纖維的失重率、分裂度、強力、白度、強度、伸長率性能指標，過氧乙酸預處理亞麻短纖維的最佳pH為5。

3 結論

采用過氧乙酸對亞麻短纖維進行預處理，不產生任何毒副作用，排放物可生物降解。主要工藝參數pH可控制在5，有利于保護短纖維的機械性能，此時，分裂度 1 015 Nm、白度 65.3%、失重率 12.8%、強力264.12 cN、強度21.19 cN/dtex、伸長率30.6%，可滿足可紡性及綜合性能指標，短纖維的柔軟度和整齊度有較大改善，可紡性能與棉纖維接近，可在轉杯紡及環錠紡設備上進行干紡加工。