聚酰胺酯/棉混紡織物的漂白工藝

，，

(1.天津工業(yè)大學紡織學院，天津 300387；2.先進紡織復合材料教育部重點實驗室，天津 300160)

聚酰胺酯纖維(儀綸纖維)是近年來開發(fā)的一種“超仿棉”纖維，兼具了棉花優(yōu)異的柔軟性、保暖性，以及滌綸的良好力學性能、耐熱性、色牢度等于一身[1]，具有廣泛的應用前景，其與棉纖維進行混紡能夠減少棉纖維的使用，緩解糧棉爭地的矛盾。聚酰胺酯/棉混紡織物可以使聚酰胺酯纖維與棉纖維的優(yōu)缺點進行互補，從而得到更加優(yōu)良的產品性能。但是聚酰胺酯纖維泛黃，白度低，造成了混紡織物難以達到漂白產品和淺色花布鮮艷度的質量要求[2]，因此必須進行漂白處理，提高織物的白度和鮮艷度。

聚酰胺酯纖維泛黃原因目前尚不明確，參照美國專利公開的聚酯(PET)和含叔胺基團的聚酰胺共混，會產生大量的氨基造成纖維的白度下降[3]。聚酰胺酯纖維是將聚酯大分子鏈進行重新設計，在主鏈中植入酰胺鏈節(jié)[4]，這可能是造成纖維泛黃的原因。

常規(guī)漂白劑過氧化氫能夠對混紡織物起到一定的漂白作用，但漂白效果不佳，需要找出一種有效的漂白劑對織物進行漂白。過氧乙酸(PAA)漂白體系是一種高效的氧化漂白體系[5]，其氧化電位高于過氧化氫，比起傳統(tǒng)漂白劑具有更高的漂白效率[6]。本研究以過氧乙酸為漂白劑，從質量濃度、溫度、時間、pH值4個方面進行單因素試驗，初步探討聚酰胺酯/棉混紡織物的漂白工藝。

1 實 驗

1.1 實驗材料、藥品及儀器

材料：聚酰胺酯/棉混紡織物(中國石化儀征化纖有限責任公司，65%棉，35%聚酰胺酯，原布頂破強力283.1 N)

主要藥品：冰乙酸、過氧化氫、碳酸鈉(分析純，天津市風船化學試劑科技有限公司)，濃硫酸、氫氧化鈉(分析純，天津市北方天醫(yī)化學試劑廠)。

1.2 實驗內容及方法

1.2.1 過氧乙酸的配置

將冰乙酸、過氧化氫按照摩爾比1∶1混合并加入30 g/L濃硫酸，混合均勻，靜置24 h，可得到含量15%左右的過氧乙酸，使用期限為7 d。

1.2.2 漂白工藝

工藝及處方：100%PAA 3～20 g/L；浴比1∶20；氫氧化鈉調節(jié)pH值3～8；溫度60～110 ℃；時間30～150 min。單因素實驗時只改變某一因素，其余同基礎工藝。

基本工藝流程：稱取聚酰胺酯/棉混紡織物→配漂白工作液→浸漂→取出織物→水洗→烘干→測試白度。

1.3 性能測試

白度測試：參照GB/T 17644—2008《紡織纖維白度色度試驗方法》，使用CIE白度系統(tǒng)(D65光源，10°視角)進行測試，將織物折疊4層，測量4個不同位置，取其平均值。

頂破強力測試：參照GB/T 19976—2005《紡織品 頂破強力的測定 鋼球法》，將一定面積的試樣夾持在固定基座的圓環(huán)試樣內，圓球形頂桿以恒定的移動速度垂直地頂向試樣，使試樣變形直至破裂，測得頂破強力。

使用強降率表示漂白后織物強力下降程度，如下式：

首先，求得彈簧伸長量為0 mm時整個系統(tǒng)所需最小舉升力FL min(方向為豎直向上)，當FL=FL min時，機械臂不會起到承受負載的作用。在ADAMS靜力學仿真中通過逐步減小FL，可以得到機械臂保持靜平衡的具體位置[18]。設FL為隨時間變化的函數(shù)，通過ADAMS靜力學仿真，得出舉升高度隨時間變化的曲線，經過相應的處理就可以得到舉升力與舉升高度的關系。本文所測量的彈簧伸長量為0 mm、外負載為10 kg時的最小舉升力為118 N左右，為方便測量，將最小舉升力設為120 N，則FL=120-20×t，仿真時間為6 s。

式中：F1為漂白前織物頂破強力；F2為漂白后織物頂破強力。

2 結果與討論

2.1 PAA質量濃度對漂白效果的影響

漂白劑的質量濃度對織物的漂白效果有較大的影響，質量濃度過高會對織物造成較大損傷，質量濃度較低時，雖然對織物強力影響較小，但織物白度達不到應用要求，所以篩選出適宜的漂白質量濃度是至關重要的。

圖1是PAA質量濃度對織物的白度及頂破強力的影響。從圖1中可以發(fā)現(xiàn)，當PAA質量濃度低于13 g/L時，織物白度隨著漂液中PAA質量濃度增加而呈增長趨勢，這是因為在這個范圍內PAA質量濃度增加，生成具有漂白作用的·OOH增多，充分地與織物接觸，使其更有效地與色素的共軛基團發(fā)生反應，從而提高織物白度。PAA質量濃度達到13 g/L以后，隨著PAA質量濃度的增加，織物白度的增長趨于平緩，這是因為PAA質量濃度超過13 g/L后，雖然產生的漂白有效成分·OOH隨之增長，但是在織物表面吸附的·OOH達到飽和，多余的·OOH并不能與織物發(fā)生反應或者部分發(fā)生反應，從而造成白度增長趨于平緩。

圖1 PAA質量濃度對漂白效果及頂破強力的影響

隨著PAA質量濃度的增加，織物的頂破強力整體呈下降趨勢，在PAA質量濃度從10 g/L增長到12 g/L過程中出現(xiàn)了較大幅度地降低，可能是因為在PAA質量濃度低于10 g/L時對纖維造成的損傷是局部的或者是獨立的，沒有達到損傷臨界值，隨著質量濃度增加后，對纖維造成較大范圍的損傷，超過損傷臨界值，從而出現(xiàn)了頂破強力大幅度下降的現(xiàn)象，綜合織物白度以及頂破強力情況，選擇10 g/L進行漂白是一個較為合適的質量濃度。

2.2 溫度對漂白效果的影響

漂白過程中溫度的高低往往決定著漂白劑的活化能力，溫度達不到漂白劑活化溫度，漂白劑的有效成分發(fā)揮不了作用，得不到較好的白度；溫度過高，會造成能源的過度消耗，適宜的漂白溫度是漂白工藝的重要因素。圖2是溫度對漂白效果及頂破強力的影響。

觀察圖2中曲線可以發(fā)現(xiàn)，織物的白度隨溫度的升高呈增長趨勢，這是因為升高溫度能夠有效降低反應所需活化能，同時PAA能夠快速產生有效成分·OOH與色素反應，使漂白反應更加徹底，從而增加白度；當溫度達到100 ℃時，白度達到最大值；溫度高于100 ℃時，織物白度變化不明顯，甚至略有下降，這可能由于溫度過高，PAA產生的有效成分·OOH還沒有與色素反應就分解散逸到空氣中，也可能是PAA的有效成分與色素的反應達到飽和，白度不再發(fā)生變化。

圖2 溫度對漂白效果及頂破強力的影響

隨著溫度的升高，頂破強力有所下降，但是在60 ℃時，頂破強力略有升高，這可能是因為混紡織物成分中含有棉，吸水發(fā)生收縮，從而增大了頂破強力。實驗發(fā)現(xiàn)，漂白后織物的強降率均在可服用范圍內，而在100 ℃時白度達到最大，故選用100 ℃進行后續(xù)試驗。

2.3 時間對漂白效果的影響

從圖3可以看出，漂白時間小于60 min時，織物白度增加較為明顯；時間大于60 min時，織物白度趨于穩(wěn)定，這是因為在漂白過程中漂白體系處于封閉狀態(tài)，而漂液溫度以及PAA的質量濃度是一定的，隨著時間的增加，PAA產生的有效成分·OOH逐漸與色素反應，當時間超過60 min時·OOH與色素反應完全，即使延長漂白時間，對織物白度的增加沒有意義。

圖3 漂白時間對漂白效果及頂破強力的影響

漂白后織物的頂破強力變化很小，相對比較穩(wěn)定，均在可服用范圍內，綜合考慮漂白時間對織物白度及頂破強力的影響，選取60 min進行實驗較為合適。

2.4 pH值對漂白效果的影響

一般的漂白工藝需要對漂液的酸堿度進行調節(jié)，研究使用氫氧化鈉調節(jié)漂液的pH值，觀察其對織物白度以及頂破強力的影響，結果見圖4。

從圖4可見，織物白度隨漂液pH值的增大而下降，pH值小于4時，織物白度較為穩(wěn)定；pH值大于4時，織物白度出現(xiàn)大幅度下降；pH值到達8時，織物白度最小，這是因為PAA的漂白效果受到分解速率以及最終分解率這兩方面影響，生成PAA的反應是可逆的，pH值在3～4時，反應平衡沒被破壞，PAA分解速率較慢，漂白有效成分·OOH能夠滿足漂白所需用量，從而得到穩(wěn)定的白度，隨著pH值升高，氫氧化鈉與冰醋酸發(fā)生中和反應，使反應平衡向左移動，PAA發(fā)生分解，質量濃度下降，降低了與色素反應的有效成分含量，致使織物白度下降。

圖4 pH值對漂白效果及頂破強力的影響

從圖4中頂破強力曲線可以發(fā)現(xiàn)，隨著漂液pH值的增大，頂破強力呈現(xiàn)上升趨勢，這是因為隨著pH值的增加，漂液中過氧乙酸含量降低，不能對織物造成氧化損傷。觀察漂白后織物的頂破強力，均在可服用范圍內，綜合考慮，酸性條件下織物能夠獲得較好的白度，并且織物損傷不大。

2.5 優(yōu)化工藝與常規(guī)過氧化氫漂白工藝對比

通過以上單因素試驗，優(yōu)選過氧乙酸漂白聚酰胺酯/棉混紡織物工藝為：過氧乙酸10 g/L(質量分數(shù)15%)，漂白溫度和時間分別為100 ℃、60 min，不調節(jié)pH(pH值在3左右)；過氧化氫漂白工藝為：過氧化氫質量濃度18 g/L(質量分數(shù)30%)，漂白溫度100 ℃，pH值10，漂白時間60 min，優(yōu)化后漂白工藝工藝與常規(guī)過氧化氫漂白工藝對比見表1。

表1 混紡織物漂白效果對比

通過表1數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，過氧乙酸對混紡織物的漂白效果遠遠高于雙氧水漂白，經兩種漂白劑漂白的混紡織物頂破強力有所下降，但下降幅度較小，均在可服用范圍內；過氧化氫漂白后織物強力下降略大于過氧乙酸的，這是因為聚酰胺酯纖維是一種不耐堿的纖維，在堿性條件下會產生分解。

3 結 論

a)隨著漂液pH值增加，PAA對混紡織物的漂白效果呈下降趨勢，而頂破強力逐漸上升，綜合考慮，漂液pH值在3左右最為合適；漂白溫度越高，漂白效果越好，當漂白溫度過100 ℃，織物白度增加較小，還會造成能源浪費，漂白溫度為100 ℃最佳。

b)PAA質量濃度增加，織物白度隨之增加，質量濃度過高時，白度增加緩慢，同時頂破強力下降比較嚴重，PAA質量濃度選為10 g/L最為合適；混紡織物的白度隨漂白時間的增加而增加，當時間超過60 min時，織物白度增長變緩，故漂白時間選為60 min。

c)試驗證明過氧乙酸漂白聚酰胺酯/棉混紡織物是可行的；優(yōu)化后的漂白工藝為：過氧乙酸10 g/L(質量分數(shù)15%)，漂白溫度和時間分別為100 ℃、60 min，不調節(jié)pH值(pH值在3左右)。

[1] 王華平.“超仿棉”開辟化纖新空間[J].紡織服裝周刊,2011(20):10-10.

[2] 佚名.新一代合成纖維——儀綸[C]//中國科協(xié)2014海峽兩岸超仿棉加工技術應用研究青年科學家研討會論文集.2014.

[3] CHINURA K, IWATA H, NAKAMURA Y,et al. Polyestercomposition:USP,3867478[P].1975-02-18.

[4] 劉添濤,廉志軍,王建明.聚酯/聚酰胺及其棉混紡織物的染色性能[J].紡織學報,2013,34(10):90-95.

[5] 劉杰,孫聆芳,任會明.亞麻/羊毛混紡紗的過氧乙酸漂白工藝[J].毛紡科技,2011,39(7):13-16.

[6] USLUOGLU A, ARABACI G. Bleaching of cotton/polyamide fabrics with enzymes and peracetic acid[J]. Asia-Pacific Journal of Chemical Engineering,2014,9(3):364-367.