超聲波在亞麻纖維漂白工藝中的應(yīng)用

李蓬玲，郭 嫣，張北波

（西安工程大學(xué) 紡織與材料學(xué)院，陜西 西安710048）

亞麻纖維屬于綠色環(huán)保纖維，具有衛(wèi)生性能好、吸濕散熱快、透氣滑爽等特性［1－2］.但亞麻纖維的木質(zhì)素、半纖維素等含量高，結(jié)晶度和取向度高，因此，打成麻在漂白處理中化學(xué)試劑耗量大，造成一定的環(huán)境污染［3－4］.通過各種物理和化學(xué)方法改善亞麻纖維或織物性能的研究成為熱點(diǎn).國內(nèi)外有關(guān)研究表明，近代物理技術(shù)［5］如超聲波、等離子體、微波、磁場等逐漸應(yīng)用在染整加工的各個(gè)方面，從而達(dá)到縮短加工時(shí)間、節(jié)約能源、提高產(chǎn)品質(zhì)量的目的.近年來，超聲波大量應(yīng)用于退漿、煮練、漂白等工藝，通過超聲波的空化作用，使化學(xué)試劑和織物（或纖維）接觸充分，增大了纖維吸附化學(xué)試劑的比表面積，提高反應(yīng)速率，并取得了一定的成果［6］.本文通過正交工藝設(shè)計(jì)研究亞麻纖維在不同的超聲波頻率、溫度、時(shí)間、H2O2濃度條件下纖維結(jié)構(gòu)、白度、物理性能的變化，在保證亞麻纖維可紡性前提下，降低亞麻纖維漂白過程中化學(xué)試劑的用量，減少了環(huán)境污染.

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 材料及儀器

（1）材料 亞麻纖維（新疆伊犁天一實(shí)業(yè)有限責(zé)任公司生產(chǎn)的20號打成麻）、H2O2、硅酸鈉、穩(wěn)定劑SOF、pH試紙.

（2）儀器 超聲波設(shè)備（深圳市勁泰超聲波設(shè)備有限公司，頻率28kHz和40kHz）、Y171型切斷器、電子天平、YG001N型電子單纖維強(qiáng)力儀（江蘇南通宏大）、Y331N捻度計(jì)思維士電腦測色儀（思維士科技公司）、KYKY2800B型掃描電鏡.

1.2 測試指標(biāo)

1.2.1 纖維長度 纖維長度的測量采用中斷切斷稱重法［7］；拉伸性能測試采用南通宏大YG001N型電子單纖維強(qiáng)力儀.每次實(shí)驗(yàn)100根，測2次，共測200根，夾持長度10mm，拉伸速度10mm／min.

1.2.2 分裂度與柔軟度 分裂度測試采用中斷切斷稱重法測纖維細(xì)度［7］；

柔軟度測試：取一定量纖維，用Y331N捻度計(jì)對纖維試樣進(jìn)行加捻，夾持長度100mm直至斷裂，記錄捻度值，精確到0.01g稱重［8］.

1.2.3 白度測試與纖維縱截面微觀結(jié)構(gòu)測試 白度測試采用科技公司生產(chǎn)的思維士電腦測色儀測試?yán)w維白度；纖維縱截面微觀結(jié)構(gòu)測試采用KYKY2800B型掃描電鏡［9］.

1.3 實(shí)驗(yàn)工藝

實(shí)驗(yàn)工藝流程：打成麻→漂白→水洗→脫水→晾干［10］.在漂白工藝中，溫度、時(shí)間、超聲波頻率、H2O2濃度依實(shí)驗(yàn)方案而定，浴比為1∶20.水洗：將纖維放入篩網(wǎng)中用清水沖洗直至pH試紙顯示中性.晾干：將纖維樣本陰干后，置于65%相對濕度下調(diào)濕24h.

1.4 確定實(shí)驗(yàn)方案

對亞麻纖維進(jìn)行漂白處理時(shí)，合理控制處理的程度是處理的關(guān)鍵，而漂白條件的變化對纖維的性能和漂白狀況影響最為顯著.故選取了溫度A、時(shí)間B、超聲波頻率C、H2O2濃度D作為正交試驗(yàn)的4個(gè)因子，每個(gè)因子選取3個(gè)水平.通過四因素三水平的正交設(shè)計(jì)L9（34），可獲得9種實(shí)驗(yàn)方案（見表1），分別采用這些實(shí)驗(yàn)方案對亞麻纖維進(jìn)行漂白處理.

表1 漂白處理方案實(shí)驗(yàn)表

2 結(jié)果與討論

2.1 試樣及性能

表2 20號打成麻物理機(jī)械性能

處理前亞麻纖維的各項(xiàng)性能指標(biāo)見表2.從表2可以看出，20號打成麻主體長度較長，強(qiáng)度大，纖維初始模量大，纖維離散也比較大，柔軟度差.

2.2 處理后的亞麻纖維物理機(jī)械性能

處理后亞麻纖維的物理機(jī)械性能見表3.從表3可以看出，超聲波應(yīng)用于亞麻漂白的時(shí)，亞麻纖維的纖維長度、斷裂強(qiáng)度、分裂度均達(dá)到了紡紗的要求，且柔軟度得到了提高.亞麻纖維漂白的工藝中各因素的極差值見表4.由表4可以看出，超聲波不是影響亞麻纖維物理性能的主要因素，但它起著重要的輔助作用.超聲波會產(chǎn)生空化作用使溶液劇烈振動(dòng)，溶液和纖維發(fā)生猛烈的撞擊，溶液的溫度會驟然升高，這樣加速了溶質(zhì)的溶解，加速化學(xué)反應(yīng)，縮短反應(yīng)時(shí)間.

表3 處理后亞麻纖維的物理機(jī)械性能

表4 各因素的極差值

2.3 纖維白度

處理后纖維的白度如圖1所示.從圖1可以看出，在超聲波作用下經(jīng)H2O2處理之后纖維的白度差異比較大.溫度一定時(shí)，用超聲波處理后，纖維的白度好，且溫度越高，白度越好.各因素對白度的影響如圖2所示.從圖2可以看出，超聲波作用下經(jīng)H2O2處理后，纖維白度勝過用常規(guī)方法處理的纖維.在溫度50℃，時(shí)間15min，10%H2O2處理的情況下，纖維的白度就可以接近溫度80℃，時(shí)間30min，15%H2O2處理的效果.說明使用超聲波對纖維進(jìn)行漂白，纖維的白度有所提高.這是由于超聲波促進(jìn)了試劑與纖維的作用，更有利于H2O2的氧化作用，進(jìn)而產(chǎn)生了有利于漂白的作用.

圖1 處理后纖維的白度

圖2 各因素對白度的影響

2.4 處理后纖維縱向微觀結(jié)構(gòu)變化

采用KYKY2800B型掃描電鏡觀察纖維縱截面結(jié)構(gòu)變化.在溫度為50℃，時(shí)間15min，10%H2O2，不同超聲波頻率的處理?xiàng)l件下，采用KYKY2800B型掃描電鏡觀察麻纖維縱向結(jié)構(gòu)變化，如圖3所示.由圖3（a）可以看出，打成麻縱向有條紋，表面裂節(jié)多且有較多的附著物，比較粗糙.從圖3（b）可以看出，附著物減少，纖維表面比處理前光滑.圖3（c）與圖3（b）相比，28kHz時(shí)，纖維表面很光滑，附著物比較少.圖3（d）與圖3（c）相比，40kHz時(shí)，纖維表面很光滑，附著物比28kHz時(shí)少，纖維表面光滑程度與28kHz相當(dāng).這是由于隨著超聲波頻率的增大，連接纖維之間的膠質(zhì)受到破壞，使纖維附著物減少，變得光滑.

圖3 打成麻及不同頻率超聲波處理后的纖維結(jié)構(gòu)

分析試驗(yàn)結(jié)果可知，將超聲波用于H2O2處理亞麻纖維時(shí)，各因素的變化都不同，結(jié)合處理后纖維的白度，以及節(jié)約試劑，縮短時(shí)間，降低能耗等各方面因素，較好的方案是A2B1C3D2.即在溫度50℃，時(shí)間15min，頻率40kHz，H2O2濃度15%時(shí)，對纖維的處理效果相對較好.

圖3 打成麻及不同頻率超聲波處理后的纖維結(jié)構(gòu)

3 結(jié) 論

（1）超聲波用于H2O2處理亞麻纖維，纖維白度優(yōu)于用常規(guī)方法溫度較高時(shí)處理的纖維.使用超聲波以后，在常溫時(shí)的處理效果接近高溫、高濃度時(shí)的處理效果.

（2）將超聲波用于H2O2處理亞麻纖維時(shí)，較好的方案是A2B1C3D2.即溫度50℃，時(shí)間15min，頻率40kHz，H2O2濃度15%時(shí)，對纖維的處理效果相對較好.

（3）在這種處理下，纖維的性能有相對較好的改善.使用超聲波有效地解決了亞麻纖維漂白過程中時(shí)間長、能耗大、污染等問題.

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