纯棉无纺布低温近中性练漂体系构建及其工艺优化.pdf
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1、纯棉无纺布低温近中性练漂体系构建及其工艺优化印染(2024 No.1)纯棉无纺布低温近中性练漂体系构建及其工艺优化卢润1,肖鑫1,2,3,姜会钰1,2,3,徐操林4,李青1,2 1.武汉纺织大学 纺织与科学工程学院,湖北 武汉 430200;2.生物质纤维与生态染整湖北省重点实验室,武汉纺织大学,湖北 武汉 430200;3.湖北吉盛纺织科技股份有限公司,湖北 宜昌 443000;4.山东明福染业有限公司,山东 烟台 264000摘要:纯棉无纺布练漂在高温强碱中进行,能耗高、排污大、纤维损伤严重。针对该问题,试验构建了三种低温近中性练漂体系,通过对比三者练漂无纺布的颜色特征值、亲水性能和机械性
2、能,选出最优体系;采用XRD、FT-IR、SEM分析体系对棉纤维微观结构与形貌的影响;通过中心复合设计(CCD)优化该体系漂白工艺,并寻求影响织物白度(WI)的关键因素。研究表明:四乙酰乙二胺/过氧化氢(TAED/H2O2)体系练漂织物WI最高,亲水性优良,强力损伤最小(20%);练漂体系对棉纤维晶型结构与官能团无影响,能有效去除纤维表面杂质,保护纤维不受损伤。CCD结果显示,温度对WI影响最显著,其次是H2O2浓度与NaHCO3浓度;在最优条件下,得到的理论最优WI为90.38,比原布WI高39.32%。关键词:低温练漂;纯棉无纺布;过氧化氢活化剂;中心复合设计中图分类号:TS192.5文献
3、标志码:ADOI:10.3969/j.yinran.202401014Establishment of low-temperature and near-neutral system for bleaching andscouring of cotton non-woven fabrics and its process optimizationLU Run1,XIAO Xin1,2,3,JIANG Huiyu1,2,3,XU Caolin4,LI Qing1,21.College of Textile and Science Engineering,Wuhan Textile Univers
4、ity,Wuhan 430200,China;2.Hubei Provincial Key Laboratoryof Biomass Fiber and Ecological Dyeing and Finishing,Wuhan Textile University,Wuhan 430200,China;3.Hubei Jisheng TextileTechnology Co.,Ltd.,Yichang 443000,China;4.Shandong Mingfu Dyeing Co.,Ltd.,Yantai 264000,ChinaAbstract:The conventional blea
5、ching and scouring of cotton nonwoven fabrics is carried out under high-temperature and strong-alkali conditions,which has the problems of high energy consumption,large dischargeand severe fiber damage.To address the problems,three low-temperature and near-neutral bleaching andscouring systems are e
6、stablished.Chromatic values,mechanical properties and hydrophilic property of thetreated fabric are tested to select the best bleaching and scouring system.XRD、FT-IR、SEM are used to analysis the effects of above system on the microstructure and microtopography of the treated cotton fiber.Thebleachin
7、g process is optimized and the key factor influencing fabric s whiteness is explored by central composite design(CCD).Research results show that the fabric bleached by tetraacetylethylenediamine/hydrogen peroxide(TAED/H2O2)system displays the highest whiteness,excellent hydrophilicity and less stren
8、gth damage(20%).The effect of TAED/H2O2system on the crystal structure and surface functional groups of the bleachedfiber is negligible.Meanwhile,the impurities can be effectively removed from the fiber surface without obviousfiber damage after the treatment of TAED/H2O2system.The CCD results show t
9、hat the factors affecting WI arein the following order of significance:temperatureH2O2concentrationNaHCO3concentration.The best theoretical WI value of 90.38 can be obtained under the optimal conditions,which is 39.32%higher than that of theoriginal fabric.Key words:low-temperature bleaching and sco
10、uring;cotton non-woven fabric;hydrogen peroxide activator;central composite design近年来,以棉纤维为原材料的非织造布,在婴童护理、医疗卫生领域的需求量不断上升1。相比于传统织造布,非织造布成布时间短,节省了纺纱、织布等环节,节约了能耗与工时,减少了设备的使用2。然而,成熟棉纤维均含有一些非纤维素杂质,例如果胶、蜡质、棉籽壳和色素等,会降低棉纤维原有的洁白外观,并显著影响棉无纺布的吸水性3。因此,必须通过精练、漂白等前处理工序来去除棉纤维杂质,以改善其外观与应用性能。棉无纺布前处理在高温(95)、强碱(pH=111
11、2)、高浓度过氧化氢中进行,加工中需要大量能源将温度提高至近沸点,同时还需要大量的水洗涤无纺布收稿日期:2023-11-07;修回日期:2024-01-08基金项目:国家自然科学青年基金(52303062);生物质纤维与生态染整湖北省重点实验室开放课题(STRZ202303);湖北省科技厅重点研发计划(助企纾困及包保联类,2022BAD012)。作者简介:卢润(1999),女,硕士研究生,主要研究方向为低温前处理技术。E-mail:。通信作者:李青,博士,硕士研究生导师。E-mail:。15印染(2024 No.1)至中性,能耗与水耗较大。此外,高温强碱环境还会导致棉纤维产生潜在损伤4,降低无
12、纺布机械强力。因此,需要探寻一种节能节水的高效前处理工艺,以实现棉无纺布产业的可持续发展。低温漂白活化剂在业界得到了广泛关注5-6。活化剂能与过氧化氢在碱性条件下发生过水解反应,原位生成过氧酸,之后过氧酸再与纤维上的有色杂质发生氧化漂白反应。由于过氧酸的氧化还原电位高于过氧化氢7,从而降低了漂白温度。同时,过氧酸在漂白过程中会分解产生酸性物质,将漂白液pH降低至近中性8。因此,在过氧化氢漂白中加入活化剂可实现低温、近中性的高效漂白。目前,已有酰胺类、糖类、酰氧类等结构的漂白活化剂报道9-11。据此,本研究首先选择了有代表性的活化剂四乙酰基乙二胺(TAED)9、-D-葡萄糖五乙酸酯(PAG)10
13、、三乙酸甘油酯(GT)11(图1),通过对比三者漂白棉无纺布的颜色特征值、亲水性能、机械性能,筛选出低温练漂性能最优的活化剂。接着,采用XRD、FT-IR、SEM表征手段,分析低温练漂对棉纤维晶型结构、特征官能团和微观形貌的影响。最后,通过中心复合试验和数学建模优化漂白工艺,并通过方差分析明确影响织物白度的显著因素。G7 7$(?:3GG 3$*G+G*7图1三种活化剂的结构式Fig.1Structural formula of three activators1试验部分1.1材料、药品与仪器材料未脱漂的纯棉无纺布(面密度67.85 g/m2)药品四乙酰基乙二胺(纯度92%),-D-葡萄糖五乙
14、酸酯(纯度98%),三乙酸甘油酯(纯度98.5%),非离子渗透剂(工业级),30%H2O2,EDTA-2Na,NaHCO3,NaOH仪器SF400型测色配色仪(美国Datacolor公司),E44.104微机控制电子万能试验机美特斯工业系统(中国)有限公司,PW-100-012飞纳台式扫描电镜(荷兰Phenom公司),Ultima IV X型射线衍射仪(日本Rigaku公司),FTIR-650型傅里叶变换红外光谱仪(中国天津港东科技发展有限公司),OCA15EC接触角测试仪(德国Dataphysics公司)1.2试验方法1.2.1漂白工艺选用 NaOH/H2O2、TAED/H2O2、PAG/H
15、2O2、GT/H2O2四种体系在恒温水浴条件下对纯棉无纺布进行漂白。参照文献确定了 TAED9、PAG10、GT11三种活化剂与H2O2的物质的量之比分别为1.0 2.0、1.0 4.0、1.0 2.4。按照表1配制漂白溶液,浴比1 50,将织物完全浸渍于漂白液中。漂白结束后,依次经过冷水洗3 min、70 热水洗3 min、冷水冲洗、自然晾干等工序。以上四种体系分别命名为N-H、T-H、P-H、G-H,原布与四种体系处理的织物分别命名为F-1、F-2、F-3、F-4、F-5。表1各体系的漂白工艺条件Table 1Bleaching process conditions of each sys
16、tem工艺处方c(H2O2)/(mmolL-1)c(TAED)/(mmolL-1)c(PAG)/(mmolL-1)c(GT)/(mmolL-1)c(NaOH)/(mmolL-1)c(NaHCO3)/(mmolL-1)(渗透剂)/(gL-1)(EDTA-2Na)/(gL-1)漂白时间/min漂白温度/N-H60-10-226095T-H6030-30226070P-H60-15-30226070G-H60-25-302260701.2.2中心复合设计采用中心复合设计,讨论H2O2浓度(A)、NaHCO3浓度(B)、漂白温度(C)三种因素对样品白度(WI)的影响。漂白溶液配方如表2所示,漂白方法参
17、考1.2.1节。表2中心复合设计的试验变量和设计水平Table 2Experimental variables and design levels of the centercomposite design(CCD)水平-101因素A(H2O2浓度)/(mmolL-1)16.3630507083.64B(NaHCO3浓度)/(mmolL-1)16.3630507083.64C(漂白温度)/44.7755708595.231.3测试方法1.3.1颜色特征采用SF400型测配色系统测量纯棉无纺布的WI与颜色三刺激值(X、Y、Z)。织物黄度(YI)根据式(1)计算。YI=100(1-0.847Z/Y
18、)(1)1.3.2机械性能参照GB/T 24218.32010 纺织品 非织造布试验16纯棉无纺布低温近中性练漂体系构建及其工艺优化印染(2024 No.1)方法 第3部分:断裂强力和断裂伸长率的测定(条样法)测量棉无纺布的断裂强力及断裂伸长率。其中,样品纵向为机器输出方向,横向为布匹幅宽方向。1.3.3亲水性能参照AATCC 792010 纺织品吸水性 测试棉无纺布的水滴铺展时间。参照GB/T 24218.62010 纺织品 非织造布试验方法 第6部分:吸收性的测定 测试棉无纺布的吸水量,按照式(2)计算液体吸收量。参照AATCC 1972011测试棉无纺布30 min的毛细效应。使用OCA
19、15EC接触角测试仪测试棉无纺布的水接触角。液体吸收量=(mn-mk)/mk100%(2)式中:mk为调湿后样品质量(g),mn为吸液后样品质量(g)。1.3.4结构表征采用PW-100-012飞纳台式扫描电镜观察漂白前后的纯棉无纺布的微观形貌。采用FTIR-650型傅里叶变换红外光谱仪对漂白前后的纯棉无纺布进行表征,扫描波长范围4 000500 cm-1,扫描次数32次,分辨率16 cm-1。采用X射线衍射仪测试漂白前后的纯棉无纺布的X射线衍射光谱,扫描范围为1080,扫描速度为10/min,电压和电流值分别为40 kV和40 mA。此外,采用Origin软件进行XRD分析,通过高斯拟合计算
20、峰位置(2)和半高宽()。根据公式(3)(6)计算结晶度、晶粒尺寸(D)、位错密度()和微观应力()12。结晶度=AcAc+Aa100%(3)D=kcos(4)=1D2(5)=4tan(6)式中:Ac为结晶峰面积,Aa为非结晶峰面积,k为形状因子(通常取0.9);为X射线波长。2结果与讨论2.1三种活化剂的练漂性能2.1.1漂白性能图2所示为不同体系的漂白结果。从图2可以看出,经过传统高温练漂后,织物F-2的 WI 由 64.87 升至 85.91,YI 由 20.29 降为 10.75。在H2O2用量相同的条件下,加入活化剂后,F-3、F-4的WI均进一步提升,YI则持续降低。此外,F-3的
21、WI值优于F-4和F-5。由此推测,在本试验条件下,T-H体系生成的过氧乙酸最多。P-H和G-H体系产出的过氧乙酸较少,可能是因为PAG与GT均为酰氧基活化剂,其中的羰基碳原子在碱性条件下更容易水解生成乙酸,抑制了过氧化氢电离成过羟基阴离子(HO2-),因而不利于过水解反应的进行10-11。):,4(:,E K)4(1)K)4 图4织物的断裂强力(a)和断裂伸长率(b)Fig.4Breaking strength(a)and elongation at break(b)of fabrics2.1.3亲水性能当纯棉无纺布用作洗脸巾、口水巾等洗护产品时,则要求其具有良好的亲水性。表3所示为织物的亲
22、水性能。表3织物的亲水性能Table 3Hydrophilic properties of fabrics样品F-1F-2F-3F-4F-5水滴铺展时间/s60604.500.9121.229.6060芯吸高度/cm000.950.250.850.150.400.20液体吸收量/%144371 437572 008851 623681 52868接触角/()138.7118.068.179.091.7如表3所示,原布F-1的水滴铺展时间超过60 s,芯吸高度为0 cm,表明原布润湿性能差,这是因为原布上含有蜡质、棉籽壳等疏水杂质。经过N-H和G-H体系处理后,水滴在织物F-2和F-5上的铺展时
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- 纯棉 无纺布 低温 中性 练漂 体系 构建 及其 工艺 优化
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