超声波在亚麻纤维漂白工艺中的应用

李蓬玲，郭 嫣，张北波

（西安工程大学 纺织与材料学院，陕西 西安710048）

亚麻纤维属于绿色环保纤维，具有卫生性能好、吸湿散热快、透气滑爽等特性［1－2］.但亚麻纤维的木质素、半纤维素等含量高，结晶度和取向度高，因此，打成麻在漂白处理中化学试剂耗量大，造成一定的环境污染［3－4］.通过各种物理和化学方法改善亚麻纤维或织物性能的研究成为热点.国内外有关研究表明，近代物理技术［5］如超声波、等离子体、微波、磁场等逐渐应用在染整加工的各个方面，从而达到缩短加工时间、节约能源、提高产品质量的目的.近年来，超声波大量应用于退浆、煮练、漂白等工艺，通过超声波的空化作用，使化学试剂和织物（或纤维）接触充分，增大了纤维吸附化学试剂的比表面积，提高反应速率，并取得了一定的成果［6］.本文通过正交工艺设计研究亚麻纤维在不同的超声波频率、温度、时间、H2O2浓度条件下纤维结构、白度、物理性能的变化，在保证亚麻纤维可纺性前提下，降低亚麻纤维漂白过程中化学试剂的用量，减少了环境污染.

1 实 验

1.1 材料及仪器

（1）材料 亚麻纤维（新疆伊犁天一实业有限责任公司生产的20号打成麻）、H2O2、硅酸钠、稳定剂SOF、pH试纸.

（2）仪器 超声波设备（深圳市劲泰超声波设备有限公司，频率28kHz和40kHz）、Y171型切断器、电子天平、YG001N型电子单纤维强力仪（江苏南通宏大）、Y331N捻度计思维士电脑测色仪（思维士科技公司）、KYKY2800B型扫描电镜.

1.2 测试指标

1.2.1 纤维长度 纤维长度的测量采用中断切断称重法［7］；拉伸性能测试采用南通宏大YG001N型电子单纤维强力仪.每次实验100根，测2次，共测200根，夹持长度10mm，拉伸速度10mm／min.

1.2.2 分裂度与柔软度 分裂度测试采用中断切断称重法测纤维细度［7］；

柔软度测试：取一定量纤维，用Y331N捻度计对纤维试样进行加捻，夹持长度100mm直至断裂，记录捻度值，精确到0.01g称重［8］.

1.2.3 白度测试与纤维纵截面微观结构测试 白度测试采用科技公司生产的思维士电脑测色仪测试纤维白度；纤维纵截面微观结构测试采用KYKY2800B型扫描电镜［9］.

1.3 实验工艺

实验工艺流程：打成麻→漂白→水洗→脱水→晾干［10］.在漂白工艺中，温度、时间、超声波频率、H2O2浓度依实验方案而定，浴比为1∶20.水洗：将纤维放入筛网中用清水冲洗直至pH试纸显示中性.晾干：将纤维样本阴干后，置于65%相对湿度下调湿24h.

1.4 确定实验方案

对亚麻纤维进行漂白处理时，合理控制处理的程度是处理的关键，而漂白条件的变化对纤维的性能和漂白状况影响最为显著.故选取了温度A、时间B、超声波频率C、H2O2浓度D作为正交试验的4个因子，每个因子选取3个水平.通过四因素三水平的正交设计L9（34），可获得9种实验方案（见表1），分别采用这些实验方案对亚麻纤维进行漂白处理.

表1 漂白处理方案实验表

2 结果与讨论

2.1 试样及性能

表2 20号打成麻物理机械性能

处理前亚麻纤维的各项性能指标见表2.从表2可以看出，20号打成麻主体长度较长，强度大，纤维初始模量大，纤维离散也比较大，柔软度差.

2.2 处理后的亚麻纤维物理机械性能

处理后亚麻纤维的物理机械性能见表3.从表3可以看出，超声波应用于亚麻漂白的时，亚麻纤维的纤维长度、断裂强度、分裂度均达到了纺纱的要求，且柔软度得到了提高.亚麻纤维漂白的工艺中各因素的极差值见表4.由表4可以看出，超声波不是影响亚麻纤维物理性能的主要因素，但它起着重要的辅助作用.超声波会产生空化作用使溶液剧烈振动，溶液和纤维发生猛烈的撞击，溶液的温度会骤然升高，这样加速了溶质的溶解，加速化学反应，缩短反应时间.

表3 处理后亚麻纤维的物理机械性能

表4 各因素的极差值

2.3 纤维白度

处理后纤维的白度如图1所示.从图1可以看出，在超声波作用下经H2O2处理之后纤维的白度差异比较大.温度一定时，用超声波处理后，纤维的白度好，且温度越高，白度越好.各因素对白度的影响如图2所示.从图2可以看出，超声波作用下经H2O2处理后，纤维白度胜过用常规方法处理的纤维.在温度50℃，时间15min，10%H2O2处理的情况下，纤维的白度就可以接近温度80℃，时间30min，15%H2O2处理的效果.说明使用超声波对纤维进行漂白，纤维的白度有所提高.这是由于超声波促进了试剂与纤维的作用，更有利于H2O2的氧化作用，进而产生了有利于漂白的作用.

图1 处理后纤维的白度

图2 各因素对白度的影响

2.4 处理后纤维纵向微观结构变化

采用KYKY2800B型扫描电镜观察纤维纵截面结构变化.在温度为50℃，时间15min，10%H2O2，不同超声波频率的处理条件下，采用KYKY2800B型扫描电镜观察麻纤维纵向结构变化，如图3所示.由图3（a）可以看出，打成麻纵向有条纹，表面裂节多且有较多的附着物，比较粗糙.从图3（b）可以看出，附着物减少，纤维表面比处理前光滑.图3（c）与图3（b）相比，28kHz时，纤维表面很光滑，附着物比较少.图3（d）与图3（c）相比，40kHz时，纤维表面很光滑，附着物比28kHz时少，纤维表面光滑程度与28kHz相当.这是由于随着超声波频率的增大，连接纤维之间的胶质受到破坏，使纤维附着物减少，变得光滑.

图3 打成麻及不同频率超声波处理后的纤维结构

分析试验结果可知，将超声波用于H2O2处理亚麻纤维时，各因素的变化都不同，结合处理后纤维的白度，以及节约试剂，缩短时间，降低能耗等各方面因素，较好的方案是A2B1C3D2.即在温度50℃，时间15min，频率40kHz，H2O2浓度15%时，对纤维的处理效果相对较好.

图3 打成麻及不同频率超声波处理后的纤维结构

3 结 论

（1）超声波用于H2O2处理亚麻纤维，纤维白度优于用常规方法温度较高时处理的纤维.使用超声波以后，在常温时的处理效果接近高温、高浓度时的处理效果.

（2）将超声波用于H2O2处理亚麻纤维时，较好的方案是A2B1C3D2.即温度50℃，时间15min，频率40kHz，H2O2浓度15%时，对纤维的处理效果相对较好.

（3）在这种处理下，纤维的性能有相对较好的改善.使用超声波有效地解决了亚麻纤维漂白过程中时间长、能耗大、污染等问题.

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