牛仔服裝p H值超標問題探討

田 磊,何正磊,劉 柳,易長海1,,*

(1.廣東省均安牛仔服裝研究院,廣東順德528329; 2.武漢紡織大學,湖北武漢430073; 3.廣東華紡紡織品檢測技術服務中心,廣東順德528329)

牛仔服裝p H值超標問題探討

田 磊1,3,何正磊2,劉 柳2,易長海1,2,*

(1.廣東省均安牛仔服裝研究院,廣東順德528329; 2.武漢紡織大學,湖北武漢430073; 3.廣東華紡紡織品檢測技術服務中心,廣東順德528329)

探討了檸檬酸、醋酸、磷酸二氫銨、氯化銨和碳酸鈉、燒堿、氨水作為酸堿中和劑對牛仔服裝進行處理時的濃度、溫度、時間工藝,并結合中和前后牛仔服裝的物理性能和工業應用的成本等實際問題進行分析探討。結果表明:純棉、滌/棉牛仔較適宜的酸性中和劑是檸檬酸與氯化銨,處理條件分別為濃度0.6 g/L、時間4 min、溫度25℃和濃度1 g/L、時間4 min、溫度25℃;較適宜的堿性中和劑是碳酸鈉,處理條件為濃度0.6 g/L、時間6 min、溫度35℃。

牛仔服裝;p H值超標;中和試劑

人類的皮膚正常呈弱酸性,p H值介于5.5～6.5,有利于防止細菌的入侵[1]。紡織品在偏堿性(p H值過高)條件下會對皮膚產生刺激和腐蝕作用,引發皮膚炎癥,且細菌、病菌繁殖生長較快,對人體有害;而酸性過度(p H值過低)在儲存中易造成損壞。為提高服裝安全性,美國、日本、歐盟等國家地區對紡織品中安全項目均作出了嚴格規定,而p H值也被列為紡織品必檢安全項目之一,同時p H值也成為紡織品領域主要的技術壁壘之一。為規范紡織品生產、提高紡織品質量、減少我國紡織品在國際貿易中遭遇的技術壁壘,2011年8月1日實施的GB 18401-2010《國家紡織產品基本安全技術規范》對紡織品p H值作出了相應要求,明確規定A類產品p H值需控制在4.0～7.5之間,B類產品p H值至少應控制在4.0～8.5之間,C類產品可放寬至4.0～9.0,超出范圍均判定不合格[2]。牛仔服裝行業標準FZ/T 81006-2007的規定相比之下更加嚴格,具體如表1所示。

表1 FZ/T 81006中牛仔服裝p H限定范圍

牛仔服裝的p H超標主要原因在于各個生產工藝環節對p H值控制不嚴格,目前有效的解決辦法是對服裝成品進行中和,本文對牛仔服裝p H超標的原因、中和試劑和處理條件進行了系統的探討。

1 實驗部分

1.1 材料和儀器

牛仔面料:純棉和滌棉(順德區盛紡龍紡織有限公司)。

試劑:檸檬酸,磷酸二氫銨,醋酸,氯化銨,無水碳酸鈉,氫氧化鈉,氨水等(分析純,廣州化學試劑廠)。

儀器:PHB-4 p H計(杭州齊威儀器有限公司), CMT6503電子織物強力儀(深圳市新三思材料檢測有限公司),M008E型落錘式織物撕裂儀(美國錫萊亞太拉斯國際集團),YB571-Ⅱ色牢度摩擦儀(溫州大榮紡織儀器有限公司)。

1.2 實驗步驟

(1)p H值超標樣品的制備,并測試其各項物理性能。

(2)對酸超標樣品用碳酸鈉、燒堿、氨水溶液和對堿超標樣品用檸檬酸、氯化銨、磷酸二氫銨和醋酸溶液分別進行中和處理,探討處理時間、溫度、濃度工藝對中和效果的影響。

(3)測試最佳工藝中和后面料的物理性能。

1.3 性能測試

(1)p H值測試參照GB/T7573-2009《紡織品水萃取液p H值的測定》進行。

(2)織物強力按照GB/T 3923.2-2013《紡織品織物拉伸性能 第二部分:斷裂強力的測定 抓樣法》進行測試。

(3)撕破性能測試參照GB/T 3917.1-2009《紡織品 織物撕破性能 第1部分:沖擊擺錘法撕破強力的測定 》等進行。

2 結果與分析

2.1 牛仔服裝pH值超標的原因

牛仔服裝工藝復雜,生產過程中化學處理工序較多,如纖維生產、漿染、印花、洗水等,這些工藝過程均可能導致牛仔服裝p H值超標。

2.1.1 纖維生產

牛仔布起源至今已經流行了150多年,其纖維原料早已突破純棉的傳統,多種多樣的再生纖維與合成纖維被應用到牛仔面料中,這些纖維在生產中有時需要調節紡絲液或處理液的p H值。如制備聚丙烯腈的主要溶劑二甲基亞砜的水溶液呈堿性,對皮膚有強烈的滲透性[3];制備再生蛋白質纖維時要用堿溶酸沉工藝提取蛋白質原液[4];黏膠纖維濕法紡絲中制膠工序需要將漿粕與堿液作用生成堿纖維素,紡絲工序需要進行酸浴,后處理時還需要利用氫氧化鈉脫硫[5]等,這些纖維在后處理中若水洗不充分則有可能對牛仔服裝的p H值帶來影響。

2.1.2 染色

染色根據工藝不同主要分為[6]:(1)直接染料染色,可溶于水,在中性鹽或弱堿性鹽中直接染著纖維素纖維。(2)活性染料染色,在堿性條件下,能與纖維素纖維等發生化學反應,染色堅牢。(3)還原染料染色,分子中含有羰基,需在堿性條件下經還原劑還原成羥基鈉鹽,才能溶解于水后染在纖維上,經過氧化,再回復成不溶性染料,如靛藍染色。上述的染色工藝在牛仔服裝中均可能出現,都可能留下牛仔服裝p H值超標的隱患。

2.1.3 牛仔面料后處理

牛仔面料的退漿、煮練、漂白、絲光等后處理工藝一般都在堿性條件下進行。經過退漿以后已經去除了牛仔面料的大部分漿料和部分天然雜質,但其中大部分天然雜質如蠟狀物質、果膠物質、含氮物質等仍殘留在織物上,會影響以后的染色、印花加工,為了使織物具有一定的吸水性,便于印染過程中染料的吸附、擴散,需要將織物在高溫的堿液中煮練以去除這些雜質[7]。目前煮練和絲光的主要用劑是燒堿。

2.1.4 牛仔服裝洗水

洗水是牛仔服裝獨特的工藝環節,是區別于其他服裝紡織品的主要工藝環節,主要有普洗、酵素洗、石磨洗、漂洗、雪花洗、手擦、馬騮、貓須、碧紋洗和化學洗等。這些洗水工藝大多都對p H值有所要求,甚至有的直接使用強堿助劑洗水來達到褪色的目的(如化學洗);這些工藝環節之后一般都有清洗流程,但在成衣洗水過程中,服裝是浸泡在酸性或堿性溶液之中的,一些纖維會大量吸酸或吸堿,而成衣的清洗較為困難,所以如果清洗不充分,會使服裝的p H值超標[8]。

從以上可看出對牛仔服裝p H值產生影響的大多數原因都是生產工藝本身,此外還有一些影響較小但卻不能忽略的原因,如生產用水的使用、生產工藝管理、半成品與成品的儲存環境與儲存方式等也需要在實際應用中進行考慮。

2.2 牛仔服裝成品pH值超標改善方案

牛仔服裝樣品的p H值超標情況如表2。

表2 超標牛仔服裝樣品的p H值

2.2.1 p H值堿超標改善工藝

選取檸檬酸、磷酸二氫銨、氯化銨和醋酸作為酸性中和劑,在不同的濃度、溫度與時間條件下處理堿超標牛仔服裝樣品,探討最佳工藝條件。

(1) 濃度

圖1 酸性中和劑中和濃度的影響

測試在1～6 g/L的6個不同濃度條件下(檸檬酸與醋酸另測0.4、0.6和0.8 g/L)的中和效果,對比處理后p H值最接近7.0時的中和濃度,測試結果圖1所示。由圖1可知,檸檬酸中和濃度高于3 g/L時布樣p H值會低于4,氯化銨、醋酸與磷酸二氫銨對布樣處理后的p H值在這一濃度區間內介于5.5～7.5之間;純棉布樣與滌棉混紡布樣在試驗中沒有表現出明顯差異。結果表明,經處理后p H值最接近7.0的各試劑濃度分別為檸檬酸0.6 g/L、磷酸二氫銨1 g/L、氯化銨1 g/L、醋酸0.6 g/L。

(2) 溫度

圖2 酸性中和劑中和溫度的影響

測試在25～65℃間的5種溫度條件下的中和效果,對比處理后p H最接近7.0時的中和溫度,如圖2所示。由圖2可知,各個中和劑處理后的布樣p H值大多隨著中和溫度的升高而降低,可能溫度的升高使原本殘留在布面上氫氧根離子更易于分離到溶液中與氫離子中和,使多余的氫離子得以更好的滲透到織物中。純棉布樣與滌棉混紡布樣在試驗中沒有表現出明顯差異。結果表明,檸檬酸、醋酸在25℃中和時布樣p H值最接近7.0,而磷酸二氫銨、氯化銨在25～45℃最接近7.0,提升溫度對后兩者中和效果的影響不明顯,因此選用25℃。

(3) 時間

圖3 酸性中和劑中和時間的影響

測試在2～10 min間的5種時間條件下中和效果,對比處理后p H最接近7.0時的中和時間,如圖3所示。由圖3可知,檸檬酸、氯化銨與磷酸二氫銨的布樣p H值沒有隨時間變化表現出明顯波動規律,僅醋酸處理的布樣p H值隨著處理時間的延長略有降低,可能是醋酸中和時產生的乙酸鈉鹽阻礙其進一步滲透織物從而導致中和效率較低。純棉布樣與滌棉混紡布樣在試驗中沒有表現出明顯差異。結果表明,處理后布樣p H值最接近7.0的各中和劑中和時間分別為檸檬酸4 min,磷酸二氫銨4 min,氯化銨4 min,醋酸8 min。

2.2.2 p H值酸超標改善工藝

選取碳酸鈉、燒堿和氨水作為堿性中和劑,以同樣的方式處理酸超標牛仔服裝樣品,探討中和濃度、溫度與時間的最佳工藝條件。

(1) 濃度

圖4 堿性中和劑中和濃度的影響

如圖4所示,碳酸鈉與燒堿的濃度單位是氨水的1/10,但經前二者處理后的布面p H值隨濃度上升的速度遠大于氨水;燒堿濃度大于400 mg/L后,布樣p H值大于7.5堿超標,整體表現與三種中和劑的堿性強弱成一定比例。純棉布樣與滌棉混紡布樣在試驗中沒有表現出明顯差異。結果表明,布樣p H值最接近7.0的中和劑濃度分別為碳酸鈉600 mg/L,燒堿400 mg/L,氨水6 g/L。

(2) 溫度

圖5 堿性中和劑中和溫度的影響

如圖5所示,燒堿處理時溫度稍高于室溫(25℃)布樣便有了堿超標的危險,很不穩定。而氨水處理后的布樣p H值基本沒有隨著溫度的上升而變化,在圖中近乎一條水平線,可能是溫度的升高導致氨水的揮發加劇,致使氨水溶液堿性降低。純棉布樣與滌棉混紡布樣在試驗中沒有表現出明顯差異。結果表明,布樣p H值最接近7.0時的中和劑中和溫度分別為碳酸鈉35℃,燒堿25℃,氨水25～65℃,基于中和效率選用25℃。

(3) 時間

圖6 堿性中和劑中和時間的影響

如圖6所示,燒堿中和時間超過2 min時布面p H值高于7.5,表現很不穩定。氨水表現接近水平線,其對時間的敏感性很低。碳酸鈉處理后p H值較為穩定,適度的調節了布樣的p H值,沒有堿超標的風險。純棉布樣與滌棉混紡布樣在試驗中沒有表現出明顯差異。結果表明,經處理后布樣p H值最接近7.0時的中和劑中和時間分別為碳酸鈉6 min,燒堿2 min,氨水2～10 min,基于中和效率選用2 min。

2.3 最佳處理工藝方法

2.3.1 工業應用成本比較

如表3所示,當樣品p H達到或較接近7.0時各試劑對應的中和濃度、溫度與時間等中和工藝可知酸性中和劑中醋酸較于其他酸性中和劑需要更多的時間,消耗量與檸檬酸相比也沒有優勢。醋酸是有刺激性氣味的有機弱酸,長期接觸對人體皮膚和呼吸道有一定的刺激作用,經其中和后織物有異味不達標的可能,而其揮發性使得中和時尤其在熱水浴時中和液的p H值不穩定,無法較準確的控制p H的調節范圍,從而降低中和效率。用醋酸中和紡織品上的燒堿和純堿時會形成乙酸鈉鹽,乙酸鈉鹽會對纖維外部的乙酸形成緩沖,使中和不徹底。而產生的乙酸鈉鹽將導致牛仔織物手感變硬,長期殘留還有可能在熱處理或長時間儲存時產生還原堿化合物,影響織物色澤[9],因此不選用醋酸。

對比表3中檸檬酸、磷酸二氫銨與氯化銨的數據得出,在相同中和時間和中和溫度下檸檬酸的消耗量將近磷酸二氫銨和氯化銨的一半。且采用檸檬酸或檸檬酸鹽類作助洗劑可迅速沉淀金屬離子,防止污染物重新附著在織物上,使污垢和灰分散懸浮,改善中和產品的性能[10]。而磷酸二氫氨與氯化銨達到相同的中和效果時的工藝條件相同,但售價卻相差巨大,因此初步選擇檸檬酸和氯化銨作為酸性中和劑。

試驗中的堿性中和劑碳酸鈉、燒堿和氨水三者的中和工藝最大的差異是濃度。由表3可知,氨水需要在6 g/L的濃度下才能將酸超標樣品的p H值調節到7.0,在使用成本上遠大于另兩種中和劑。氨水易揮發,在調節p H的穩定性和運輸儲存的成本上與醋酸有著類似的缺陷,因此不選用氨水。表3顯示碳酸鈉與燒堿調節酸超標牛仔樣品p H達到7.0時的使用成本接近。盡管碳酸鈉的中和時間與中和溫度要求均高于燒堿,但從圖5與圖6可看出,燒堿并不穩定,只要中和時間或中和溫度稍稍產生變化都有中和織物p H堿超標的可能,難以控制準確的p H調節范圍。因此仍然選擇中和溫度與中和時間要求略高但穩定的碳酸鈉作為堿性中和劑。

2.3.2 中和處理后織物的物理性能

如表4分別測試檸檬酸、氯化銨與碳酸鈉在各自最佳中和工藝下處理p H超標牛仔服裝樣品前后織物的各項物理性能。酸性中和劑中檸檬酸與氯化銨在處理工藝成本與效率相近的情況下對牛仔服裝物理性能的影響是幾乎相同的,在皂洗色牢度上,經過檸檬酸中和后的牛仔織物皂洗色牢度有輕微提升,而在耐酸汗漬色牢度上牛仔織物經氯化銨中和后降低了半級。因此檸檬酸在對牛仔織物的色牢度的綜合影響上略好于氯化銨,但在對牛仔服裝織物的斷裂強力和撕裂強力的影響上二者沒有差異。試驗中碳酸鈉除了在幾個色牢度的測試中表現出了誤差允許范圍內的變化外基本上對牛仔織物的物理性沒有影響。

3 結論

(1)牛仔服裝生產工藝環節多,工序長,化學處理較多,其p H值超標的潛在原因較多,相對于通過更改工藝而言,對牛仔成衣進行積極的中和才是目前較實際的解決辦法。

(2)醋酸和磷酸二氫銨因為揮發性或使用成本高等原因不適于用作牛仔服裝的酸性中和劑,而檸檬酸與氯化銨均可用作p H超標的牛仔服裝的酸性中和劑,且在對牛仔面料的色牢度的影響上檸檬酸可能比 氯化銨略占優勢。

表3 中和劑最佳中和工藝及成本對比

表4 不同中和劑對牛仔面料物理性能的影響

(3)氫氧化鈉與氨水因不穩定以及對人體有害等原因不適于用作牛仔服裝的堿性中和劑,而碳酸鈉可用作p H超標的牛仔服裝的堿性中和劑,其中和濃度、溫度與時間等工藝要求不高,且表現穩定,可調節牛仔服裝p H值至理想范圍。

(4)選擇的酸堿中和劑對牛仔服裝的中和處理沒有因純棉或滌/棉的差異而產生不同影響。

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[5]何麗莉.粘膠纖維連續紡絲工藝原理分析[J].科學之友, 2012,(8):14.

[6]中國紡織網.染整分類與命名[N/OL].中國紡織網,2012-08-01.[2015-01-26].http://info.texnet.com.cn/content/ 2012-08-01/407855.html.

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[8]于 楓.牛仔服裝成衣染色的應用與進展[J].檢驗檢疫科學,2001,11(5):21.

[9]紡織品染整加工用的固體無味有機酸劑:中國, CN101302711A[P].2008-11-12.

[10]醫學教育網.檸檬酸主要用途[N/OL].醫學教育網,2012-10-08.[2015-01-26].http://www.med66.com/new/ 201210/jj201210089103.shtml.

Study on the p H Value Exceeded Standard of Jeans

TIAN Lei1,3,HE Zheng-lei2,LIU Liu2,YI Chang-hai1,2,*
(1.Guangdong Jun'an Jeans Research Institute,Shun'de 528329,China; 2.Wuhan Textile University,Wuhan 430073,China; 3.Guangdong Huafang Textile Testing Service Center,Shun'de 528329,China)

The concentration,temperature and time of citric acid,ethylic acid,phosphorus,acid two ammonium hydrogen,ammonium chloride and sodium carbonate,sodium hydroxide,ammonium hydroxide which as a ueutralization reagent used to washing jeans were studied.Compared with the physical properties of jeans and the cost of reagent in industrial application,the results showed that citric acid and ammonium chloride was the best acidic neutralization reagent for jeans of pure cotton and polyester/cotton.The optimal process conditions were the citric acid of 0.6 g/L,time of 4 min,temperature of 25℃and the ammonium chloride of 1 g/L, time of 4 min,temperature of 25℃.The alkaline neutralization reagent was sodium carbonate,and the optimal process conditions were 0.6 g/L,time of 6 min and temperature of 35℃.

jeans;p H value exceeded;neutralization reagent

TS190.92

:A

:1673-0356(2015)03-0032-05

2015-01-26

田 磊(1983-),男,工程師,主要從事于牛仔產業技術開發和紡織品檢測工作,E-mail:181820213@qq.com。

*通信作者:易長海(1968-),男,教授,研究方向為纖維材料改性與服裝面料功能化,以及牛仔服裝清潔化與智能化生產及裝備,E-mail:751067874@qq.com。