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丝素蛋白助剂在棉织物双氧水漂白中的应用

发布时间:05-10 10:13   来源:印染在线  点击:   发表评论

棉及棉型织物一般需进行以提高白度为主要目的的漂白加工,漂白的方法主要采用的是氧化漂白法,应用最多的氧化漂白剂是双氧水u。双氧水漂白过程中,通常需要加入稳定剂,还需加入活化剂。稳定剂可以稳定过氧氢离子,抑制过氧自由基生成,降低双氧水分解速率使其在整个处理时间内有效分解。活化剂是在碱性双氧水溶液中与过氧氢阴离子(HO0一)发生反应,生成过氧酸的化合物。过氧酸是一种比双氧水更强的氧化剂,它的漂白作用相对来说更大些,可以解决一些双氧水漂白过程中出现的难以克服的问题。

国内外已开发的双氧水漂白活化剂按结构分类,主要有以下几种:烷酰基类活化剂、酰胺基类活化剂、N一酰基己内酰胺(N—Acy1caprolactam)类活化剂、氧氮杂萘类活化剂、甜菜碱衍生物两性型活化剂和糖类漂白活化剂。王东宁等将活化剂一烷酰氧苯磺酸钠(AOBS)应

用于棉织物冷轧堆前处理中,用其对织物进行低温低碱冷轧堆处理后,织物的白度和毛效接近常规冷轧堆工艺,强力损伤小,碱用量仅为常规冷轧堆工艺的5%~10%。

王宏等采用双氧水/乙酰胍(ACG)活化体系替代传统工艺对棉织物进行漂白,采用合适的工艺,可获得良好的漂白效果。基于丝素蛋白分子的化学结构特点,一方面,丝素蛋白分子中含氨基和羧基极性基团,这些基团含有孤对电子,可与金属生成具有环状结构的配位化合物,从而束缚漂浴中的金属离子。此外,丝素蛋白在碱性溶液中带负电,由于静电作用,会吸引漂浴中的金属离子,起到稳定双氧水分解的作用。另一方面,丝素蛋白溶解后,分子中的酰胺键有可能直接与过氧化氢作用,对过氧化氢产生催化作用,促进其有效分解,在过氧化氢漂白中起到活化作用。即丝素蛋白引入到过氧化氢漂白体系中,在一定的条件下会表现出稳定及活化的双重作用。

本实验中所用丝素蛋白来源于废弃丝素蛋白,这有效利用了废弃物,有利于降低加工成本,减少污染。实验中采用CaC1 2一C2H50H—H20(摩尔比1:2:8)为溶剂将丝素蛋白溶解,制成丝素蛋白助剂,将其应用于双氧水漂白中,探讨丝素蛋白助剂对棉织物双氧水漂白效果的影响。

l实验

1.1材料与仪器

材料:未经处理的纯棉坯布,3 2×3 2×6 8×68;脱胶绢丝(西安毛纺厂提供)。

药品:30%双氧水、氯化钙、无水乙醇、硅酸钠、氢氧化钠、氯化钠、无水碳酸钠、高锰酸钾、98%硫酸均为分析纯。

仪器:DSDB-1型数字白度仪(温州鹿东仪器厂),HD026N型电子织物强力仪(南通宏大实验仪器有限公司)。

1.2漂白工艺流程

坯布准备一室温浸渍一漂白(30%H202 20mL/L:Na0H、Na Si0。、丝素蛋白用量,以及温度、时问在实验中优选:浴比40:1)一流动水洗涤一风干--N定白度、毛效、强力、双氧水分解率。

1.3丝素蛋白助剂制备

将氯化钙、无水乙醇和水以1:2:8(摩尔比)的比例配制成溶液,温度升至80℃,再将称量好并剪碎的绢丝逐步加入,不断搅拌,水浴80~C保温60min,直至溶解。定容至容量瓶中,最后转移至细口瓶中待用,即制成丝素蛋白助剂。

1.4测试

1.4.1白度

使用DSDB一1型数字白度仪进行测量,将织物折成四层(织物表面纹路方向尽可能一致,保持织物平整),待仪器准备好即可开始测试。测量一块织物的三个不同位置,取其平均值。

1.4.2断裂强力测试方法

根据GB/T 3929--1997《纺织品织物拉伸性能第1部分:断裂强力和断裂伸长的测定条样法》进行。

1.4.3双氧水分解率

采用高锰酸钾滴定法测定双氧水的分解率]。记录耗用的高锰酸钾体积,平行测定3次,取平均值。按下式计算双氧水分解率:

式中V为原液消耗高锰酸钾标准溶液的毫升数;V。为残液消耗高锰酸钾标准溶液的毫升数。

1.4.4毛效

织物剪成30×5cm大小,将试样上端固定在玻璃棒上,在织物下方画一条与经纱垂直的基线,将另一端固定在张力架上,下面放置盛水的装置,调整布夹夹取织物的高度,当下端的基线与水位重合时开始计时,每隔5min在布面做记号记下水上升最高位置,30min后测量水面上升的最高高度。

2结果与讨论

2.1硅酸钠用量对白度的影响

其中氢氧化钠用量为1 0g/L,温度90℃,时间60min,浴tP,40:l。改变添加剂Na,SiO用量,对棉织物进行漂白,白度效果见图1。

从图1可知,随着硅酸钠用量的增大,织物白度逐渐提高。不加硅酸钠时织物漂白后白度最低,当硅酸钠用量达~lj6g/L时,织物白度最高;当硅酸钠用量超过6g/L时,织物白度有所下降。在一定范围内,硅酸钠的稳定作用阻止漂液中铜、铁等重金属离子对双氧水的催化分解,使双氧水在总的漂白时间内保持较高的氧化能力。硅酸钠浓度过高,会使织物的毛效降低,影响织物手感,在大生产中会在设备上形成硅垢。因此,硅酸钠用量选为5~7g/L。

2.2丝素蛋白应用于棉织物双氧水漂白工艺条件优选采用单因素法优化丝素蛋白应用于双氧水漂白的最佳工艺条件。

2.2.1氢氧化钠用量对白度的影响

实验中,丝素用量定为1.5g/L,温度90~C,时间60min,浴Lt40:l。

从图2可知,把丝素应用于双氧水漂白时,随着NaOH用量的增大,织物白度提高。当NaOH用量为lg/L时,织物白度最高。继续增大NaOH用量,织物白度大幅度下降。并且实验中发现,当NaOH用量较高时,会出现明显的白色沉淀物,而且出现沉淀后,漂液甚至完全丧失漂白作用。出现白色沉淀的原因是溶解丝素时引入了氯化钙(考虑到成本因素,实验中没有通过透析的方法将溶解丝素时残留的氯化钙去除),其遇到碱性物质后生成沉淀。生成的白色沉淀沉积在织物上,影响了漂白作用的正常进行,所以Na0H过一定用量后,漂白织物的白度会较低。

2.2.2丝素蛋白用量对白度的影响

Na0H用量为1g/L,温度90℃,时间60min,浴比40:1。

从图3可知,丝素蛋白的加入对提高漂白织物的白度是有利的。随其用量的增加,织物自度逐渐提高,当其用量为1.5g/L时,织物白度达到最大值,其用量继续增大,织物白度明显下降。最终优化丝素蛋白用量为1.5g/L。

此外,在本实验中氢氧化钠用量仅为1g/L,与传统氧漂相比,碱用量大大降低,而且在不加硅酸钠的情况下,能达到较高的白度。

2.2.3漂白时间对白度的影响

其中NaOH用量为lg/L,丝素用量为1.5g/L,温度为90℃,浴LL4O:l。

从图5可知,当丝素蛋白作为添)Jn~U用于双氧水漂白时,90~C处理50min时就可以达到较高的白度,时间继续延长,白度反而下降,即在较短的时间内就能达到较高的白度。从理论上来讲,相同温度下较短时间的处理对纤维强力损失更小,这对染整加工是有益的,而且实际生产中还能起到节能的目的。因此最终确定丝素蛋白作为添加剂时,双氧水漂白织物的时间为50min。

小结:丝素蛋白应用于双氧水漂白中,最终优化工艺为:30%H2O2 20mL/L,NaOH 1g/L,丝素1.5g/L,90℃,漂白50min。该工艺可使碱剂的用量大大下降。碱剂用量减

少,不但可以节约成本,还可以减轻废水的处理负担。同时将废弃丝素蛋白进行再利用,具有一定的实用意义。

2.3丝素蛋白与硅酸钠复配用于棉织物双氧水漂白

本实验中添加剂为丝素蛋白和硅酸钠的混合物,氢氧化钠用量为1g/L;添加剂只为硅酸钠时,氢氧化钠用量为1 0g/L,漂白温度℃,漂白时间60min浴LL40:1。由图6可见,丝素蛋白与硅酸钠复配,漂白后织物的白度大于单一硅酸钠漂白的效果。随着丝素蛋

白用量增加,漂白织物白度提高。当硅酸钠用量为l~2g/L时,白度达到最大值。

丝素蛋白与硅酸钠在双氧水漂白中分别起到不同的作用。硅酸钠吸附漂液中的金属离子,避免金属离子催化过氧化氢无效分解,丝素蛋白促进过氧化氢分解,两者同浴起到协同增效作用。所以丝素蛋白与硅酸钠复配可以显著提高织物的白度,在提高白度的同时,能降低硅酸钠的用量及碱剂用量。

2.4双氧水分解速率

从图7可知,与不加任何助剂相比,加入硅酸钠时,初始阶段双氧水分解速率高于不加硅酸钠的,一定时间后,双氧水分解率反而低于不加硅酸钠的。在全过程中,加入复配物的漂液,双氧水分解率远高于加硅酸钠的和不加硅酸钠的。加入复配物时,双氧水的分解率大幅度提高,漂白进行30min时,双氧水分解率达~!fJ93%,继续延长时间,分解率逐渐接近100%。由此数据可以看出,丝素蛋白对双氧水分解有促进作用,并从提高织物白度效果分析,推断丝素蛋白在双氧水漂白中起到活化作用。

由上可推测丝素蛋白与硅酸钠复配用于双氧水漂白的机理为:丝素蛋白分子中含有大量的酰胺键,酰胺键可以与过氧化氢直接作用,使其在很短的时间里很快分解,此过程中可能产生一种氧化性更强的物质,进而使双氧水的漂白作用更强,因此丝素蛋白对双氧水漂白起到活化作用,提高双氧水有效分解率,进而提高漂白效果。在复配助剂中,硅酸钠能够有效络合金属离子,防止双氧水无效分解,而丝素促进双氧水的有效分解,两者共同作用可进一步增强双氧水漂白的效果。

3结论

丝素蛋白对棉织物双氧水漂白体系有活化作用,能提高双氧水漂白效果。加入少量的丝素蛋白助剂,能显著降低漂白浴中的氢氧化钠用量,减少稳定剂硅酸钠用量,使漂白工艺条件变得较为温和,而且能达到与传统氧漂相近的白度。同时实验中所用丝素蛋白来源于废弃蛋白,有效利用了废弃物,有利于降低加工成本,减少污染,所以丝素蛋白应用于氧漂体系中具有一定的研究意义。


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