pH对过氧乙酸预处理亚麻短纤维性能的影响

高 洁，郭 红，王 馨，赵 波

[1.齐齐哈尔大学轻纺学院，黑龙江齐齐哈尔 161006；2.日华化学研发（上海）有限公司，上海 201620]

亚麻纤维是优良的纺织原料，其织物不仅吸湿透气性好，而且挺括自然、穿着凉爽[1-2]，深受消费者的追求及喜爱。亚麻短纤维是原料厂制取长麻时的下脚料，也是一种绿色的纺织纤维。短纤维以亚麻根梢部为主，含有大量的麻屑以及果胶、木质素等伴生物，因此，亚麻短纤维刚直、粗硬，抱合性及可纺性差，无法纺制高支纱，导致制成的亚麻面料附加值偏低。为了提高亚麻短纤维的可纺性，必须对其进行适当的化学处理，以除去部分胶质等杂质[3-4]。过氧乙酸是一种环保型助剂，同时又是一种氧化剂[5-6]。采用过氧乙酸预处理亚麻短纤维，具有酸洗和漂白的双重作用，从而降低其伴生物含量，增加柔软性和可纺性，以满足亚麻短纤维的成纱要求和织物的穿着服用性能[7]。过氧乙酸在预处理亚麻短纤维时，受热分解生成过氧化氢和醋酸，因此，pH是预处理工艺中一个值得研究的重要参数，对预处理后亚麻短纤维的综合性能有很大影响。预处理后的亚麻短纤维作为原料可以开拓亚麻针织市场，亚麻针织物能够克服织物容易折皱的不足，充分发挥亚麻纤维的风格和优良品质。在国际市场上，消费者非常喜欢亚麻针织物；而在国内市场上，亚麻针织物还属于发展阶段，亚麻T恤衫和提花织物等品种的需求量逐年增多。由于亚麻针织物的工艺流程短，生产灵活，适合小批量、多品种，可以提升亚麻短纤维这一天然原料的附加值。

1 实验

1.1 材料及试剂

亚麻短纤维（齐齐哈尔市金亚亚麻纺织有限公司），过氧乙酸（15%，天津市科密欧化学试剂有限公司），氢氧化钠、乙酸（分析纯，天津市凯通化学试剂有限公司）。

1.2 仪器

HH.S 精密恒温水浴锅（江苏金坛市医疗仪器厂），CT6021A 笔式pH 计（浙江坤宁进出口贸易有限公司），Y171D 纤维切片器（江苏常州第二纺织机械厂），101-2烘箱（上海飞龙仪表有限公司），BS223S电子天平（北京赛多利斯仪器系统有限公司），YQ-Z-48A 白度颜色测定仪（杭州轻通博科自动化科技有限公司），LLY-06ED电子单纤维强力仪（菜州市电子仪器有限公司）。

1.3 工艺要求

以往预处理工艺通常采用硫酸，但硫酸是一种强无机酸，对亚麻短纤维的损伤较大，且处理后的纤维较粗硬，手感和白度较差。采用过氧乙酸预处理后的亚麻短纤维则较柔软，且白度好、分裂度高，有利于提高亚麻短纤维的可纺性。纤维伴生物对亚麻短纤维的纺纱、织造以及染整加工具有较大的影响，但对亚麻风格的保持也起着一定的作用，所以，在保证加工的前提下要尽量减少伴生物的损失，突出其品种的特征；因此，预处理过程中要适当控制工艺条件。实验中选择氢氧化钠和乙酸进行酸碱性即pH调节。因为氢氧化钠碱性强，只需少量就可调节到所需的pH，且钠离子在后续的水洗中容易去除；而乙酸是过氧乙酸分解后的产物，用其进行pH调节误差较小。

2 结果与讨论

2.1 pH对失重率及分裂度的影响

用过氧乙酸预处理亚麻短纤维时，pH 是一个重要参数。一般认为，过氧乙酸的作用原理是过氧羟基（·OOH）的活性基团与色素的共轭体系发生反应，达到消色漂白的目的[8]。此外，有研究表明，过氧乙酸对木质素有较好的去除作用[9]，而对于亚麻短纤维来说，木质素的适当去除对后续的加工有利。实验过程中发现：pH 小于3 时，过氧乙酸的脱色性较差；而当pH增大到碱性时，会使过氧乙酸的分解速率过快，部分过氧乙酸未发生作用便已分解，对亚麻短纤维的白度提高没有意义，影响预处理效果。由于pH 对过氧乙酸的分解速率影响很大，所以在预处理的过程中，必须对过氧乙酸溶液的pH进行控制。过氧乙酸溶液的pH 处于酸性或接近中性时，过氧乙酸的生物降解性好，对设备的腐蚀性小，更重要的是可以减少对亚麻短纤维的损伤，故pH选择3～7。

由图1 可以看出，亚麻短纤维的失重率和分裂度随着pH 的变化趋势相似；当pH 小于5 时，失重率和分裂度均随着pH的增大而升高，且升高速率较快；当pH大于5时，失重率和分裂度下降较缓。当pH在3～5 时，溶液的酸性较强，过氧乙酸的分解速率较快，与亚麻短纤维的反应速率也较快，反应比较完全，纤维素大分子的甙键水解断裂，纤维的聚合度降低，水解作用由表及里地进行；另外，纤维中的果胶、木质素等非纤维素伴生物也被部分分解，使束状短纤维发生不同程度的分离，纤维变细，分裂度提高，纤维的失重率增加。当pH 在5～7 时，亚麻短纤维的失重率和分裂度缓慢下降，原因是先前溶解出的果胶等杂质又黏附到短纤维上，将短纤维重新黏结，导致短纤维的分离程度变小，短纤维较为粗硬。所以，pH=5 时，分裂度大，可纺性好；此时的短纤维杂质去除相对较多，失重率大，可满足短纤维的成纱质量要求。

图1 pH对失重率及分裂度的影响

2.2 pH对强力及白度的影响

由图2可以看出，亚麻短纤维的强力随着pH的增大呈现下降的趋势；而亚麻短纤维的白度变化与强力不同，当pH 小于5 时，随着pH 的增大，白度逐渐提高；当pH=5 时，亚麻短纤维的白度达到最大值，之后随着pH 的增大而下降，但是下降的速率稍缓慢。这是由于随着pH 逐渐增大，过氧乙酸对亚麻短纤维的损伤加大，导致纤维的强力下降，但由于pH一直处于近中性的范围，所以纤维还保持了较高的强力。而白度的提高是因为随着pH 的增加，过氧乙酸中的有效漂白成分过氧羟基（·OOH）活性基团的浓度增大，短纤维中的天然色素被分解消色，使得预处理后亚麻短纤维的白度明显提高；但当pH超过5之后，由于过氧乙酸的分解速率过快，有效成分过氧羟基（·OOH）活性基团没有充分发挥作用，白度反而降低。所以，pH=5时，强力适中，白度最大，可达到预处理的目的。

图2 pH对强力及白度的影响

2.3 pH对强度及伸长率的影响

由图3 可以看出，预处理pH 小于5 时，亚麻短纤维的强度和伸长率随着pH 的增大而减小，且减小速率较快；而当pH 在5～6 时，强度下降变缓慢，亚麻短纤维强度和伸长率的变化相对稳定；当pH大于6时，强度和伸长率快速下降。这是由于在过氧乙酸预处理的过程中，随着pH 的逐渐增大，过氧乙酸逐渐分解，部分木质素被去除且纤维素被降解，使得短纤维强度下降；同时，随着亚麻短纤维内部果胶、木质素去除量的增多，纤维之间黏结的胶质较少，则纤维变松，亚麻短纤维的强度和伸长率减小。所以，控制pH 为5，既可去除部分伴生物，又可保证强度和伸长率达到指标的要求，确保机械性能的稳定性。

图3 pH对强度及伸长率的影响

综合分析亚麻短纤维的失重率、分裂度、强力、白度、强度、伸长率性能指标，过氧乙酸预处理亚麻短纤维的最佳pH为5。

3 结论

采用过氧乙酸对亚麻短纤维进行预处理，不产生任何毒副作用，排放物可生物降解。主要工艺参数pH可控制在5，有利于保护短纤维的机械性能，此时，分裂度 1 015 Nm、白度 65.3%、失重率 12.8%、强力264.12 cN、强度21.19 cN/dtex、伸长率30.6%，可满足可纺性及综合性能指标，短纤维的柔软度和整齐度有较大改善，可纺性能与棉纤维接近，可在转杯纺及环锭纺设备上进行干纺加工。