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.南通大學紡織服裝學院，江蘇南通 226019；2.南通市小象環保科技有限公司，江蘇南通 226019；3.江蘇華信亞麻紡織有限公司，江蘇東臺 224000；4.江門職業技術學院，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、耐摩擦等優點，在家紡市場應用廣泛，將亞麻與其他織物混紡，可以獲得更多的附加價值［1］。我國作為世界第二大亞麻出口大國，亞麻產量位居前列，然而亞麻紗的白度卻無法達到國際領先水平，且亞麻經過高溫堿煮和漂白后質量損失過大，致使纖維受損，紡紗成布后易出現破洞，因此，研發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。傳統紡織工業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，漂白和脫木質素效果極好，但在漂白過程中會產生ClO2氣體和有機氯化物，腐蝕設備、污染環境，且會對人體造成嚴重損害。H2O2漂白效果優良，且全程無污染，符合環保要求，是亞氯酸鈉漂白的優化替代品［6］。生物漂白技術目前應用不廣泛，尚處于研究階段，這種漂白方法雖然環保，但菌種的培養過程繁瑣，且在工業應用中還存在許多問題，只能作為預處理工藝［7-9］。本實驗選用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 實驗

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，上海潤捷化學試劑有限公司），滲透劑JFC（化學純，山東優索化工科技有限公司）。

儀器：YG（B）611-Ⅱ型日曬氣候試驗儀、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（金壇市華城開元實驗儀器廠），DHG-9076A 電熱恒溫鼓風干燥箱（上海精宏實驗設備有限公司），EL303 電子天平［梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司］，TH-5000 萬能材料試驗機（江都市天惠試驗機械有限公司）。

1.2 堿脫膠工藝［10］

預酸處理→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，脫膠率按下式計算：

白度：按照GB/T 17644—2008《紡織纖維白度色度試驗方法》用白度測試儀進行測試，測試5 次，取平均值。

斷裂強力：按照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）》，利用萬能材料試驗機進行測試，設置隔距為30 cm，拉伸速率為100 mm/min。

耐日曬色牢度：按照GB/T 8427—2008《紡織品色牢度試驗耐人造光色牢度：氙弧》，采用日曬氣候試驗儀進行測試，再與標準棉織物對照進行評級。

2 結果與討論

2.1 脫膠工藝優化

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發生相當復雜的反應，從而將部分雜質去除。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 時達到最大。由于溶液中的OH-濃度增大，對果膠和木質素的水解能力增加，將膠質中的部分色素脫去；但同時會抑制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，當用量為3 g/L 時達到最大。這是由于Na2CO3在溶液中發生了水解反應，溶液中的OH-增多，脫膠能力增強；但當CO32-濃度增大，生成的OH-過多抑制了CO32-水解，同時過量的CO32-可能會與亞麻纖維中的金屬離子反應生成沉淀。綜合考慮，Na2CO3用量選擇3 g/L。

圖2 Na2CO3用量對脫膠效果的影響

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的進行。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，增大煮煉液對亞麻纖維的滲透力，加速堿液對纖維組織的膨化，削弱膠質分子間以及膠質與纖維素間的結合力，促進膠質離解。此外，利用Na4P2O7的絡合作用，與果膠酸鈣、果膠酸鎂中的鈣、鎂離子形成帶負電荷膠粒的強力凝聚劑絡合物，促進那些脫除而未及時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，同時防止溶于溶液的雜質再沉積到纖維上。綜合考慮成本，Na4P2O7用量選擇3 g/L。

圖3 Na4P2O7用量對脫膠效果的影響

2.1.4 Na2SO3用量

Na2SO3可以使纖維上的木質素轉化為木質素磺酸鹽而去除，同時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，脫膠率和白度逐漸增大，且上升趨勢明顯，這說明Na2SO3與木質素發生反應生成木質素磺酸鹽而溶于堿液中；繼續增大Na2SO3用量，脫膠效果提高不明顯。因此，優化Na2SO3用量為3 g/L。

圖4 Na2SO3用量對脫膠效果的影響

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Na2SiO3用量達到2.5 g/L 時，脫膠率和白度達到最大。這主要是因為Na2SiO3可以吸附溶液中的金屬離子，同時也能吸附其他雜質和色素，防止不溶性物質沉淀在纖維表面阻礙反應的進行；但當Na2SiO3用量過高時，形成“硅垢”沉積在纖維表面，使堿液無法順利進入纖維內部。因此，優化Na2SiO3用量為2.5 g/L。

圖5 Na2SiO3用量對脫膠效果的影響

2.1.6 脫膠時間

由圖6 可知，隨著脫膠時間的延長，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間，隨著時間的延長，NaOH 與纖維上的膠質起反應，生成物溶于溶液，且脫膠開始階段，NaOH 濃度大，有利于反應速率的增大，因此白度提高明顯，但當脫膠時間過長，煮煉液中膠質的溶出和滲入纖維達到動態平衡時，纖維表面會形成高分子凝膠，阻止鈉離子等進入纖維內部起化學反應，使膠質較難去除，脫膠率變化不明顯。綜合考慮，優化脫膠時間為90 min。

圖6 脫膠時間對脫膠效果的影響

2.2 H2O2漂白工藝［11］優化

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素中的發色基團，以達到消色的目的。

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。這是因為初始階段，H2O2不斷產生HO2-，與纖維中的果膠、木質素等發生氧化反應，破壞發色基團，白度增加明顯；但H2O2用量超過14 g/L 后，白度趨于穩定，這是由于亞麻紗中果膠和木質素的量逐漸下降，但下降幅度逐漸減小。為保證亞麻紗質量和較好地去除木質素，優化H2O2用量為14 g/L。

圖7 H2O2用量對白度的影響

2.2.2 Na2CO3用量

由圖8 可知，Na2CO3用量為0.5～1.5 g/L 時，纖維白度顯著升高；當Na2CO3用量達到1.5 g/L 時，白度最大，為59.8。因為Na2CO3是弱電解質，在溶液中水解產生OH-（H2O2+OH-?HO2-+H2O），OH-濃度增大，溶液中HO2-增多，漂白效果變好。但Na2CO3用量繼續增加時白度反而下降。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，阻礙反應的進行，同時也阻礙了光線的反射，導致白度下降。綜上所述，優化Na2CO3用量為1.5 g/L。

圖8 Na2CO3用量對白度的影響

2.2.3 Na2SO3用量

Na2SO3用量對白度的影響見圖9。

圖9 Na2SO3用量對白度的影響

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 時達到最大。這是由于Na2SO3可以脫去脫膠環節殘留的木質素，使白度上升。繼續增大Na2SO3用量，過量的Na2SO3與過氧化氫發生氧化還原反應，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Na2SiO3用量為3 g/L 時白度最高。白度上升是由于Na2SiO3水解促進了雙氧水的分解，產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，阻礙了反應的進行。因此，優化Na2SiO3用量為3 g/L。

圖10 Na2SiO3用量對白度的影響

2.2.5 溫度和時間

H2O2的分解反應是一個動態平衡過程，反應物與生成物之間不斷地相互轉化，溫度升高和降低都會影響到它們之間的轉化速率，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間的延長，白度基本呈上升趨勢。100 min 時白度最大，100 min 后白度增大不明顯。而隨著溫度的升高，白度不斷上升，因為溫度升高，H2O2分解反應正向進行，溶液中的HO2-增多，且反應速率加快，促進HO2-對亞麻的漂白。綜合考慮，優化氧漂溫度和時間分別為100 ℃和100 min。

圖11 溫度對白度的影響

圖12 時間對白度的影響

2.3 亞麻性能

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

表1 亞麻的斷裂強力和耐日曬色牢度

3 結論

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

（2）優化工藝處理后亞麻的斷裂強力為33.39 N，耐日曬色牢度為5級。