亚麻纱的前处理工艺

郁海楠，张小丽，孙佳琪，贾维妮，王雅琴，巫若子

（1.南通大学纺织服装学院，江苏南通 226019；2.南通市小象环保科技有限公司，江苏南通 226019；3.江苏华信亚麻纺织有限公司，江苏东台 224000；4.江门职业技术学院，广东江门 529030）

亚麻面料具有高度吸湿透气性、抗菌抑菌性、抗静电性、耐摩擦等优点，在家纺市场应用广泛，将亚麻与其他织物混纺，可以获得更多的附加价值［1］。我国作为世界第二大亚麻出口大国，亚麻产量位居前列，然而亚麻纱的白度却无法达到国际领先水平，且亚麻经过高温碱煮和漂白后质量损失过大，致使纤维受损，纺纱成布后易出现破洞，因此，研发一种既能高效漂白又能降低亚麻纱损伤的前处理工艺成为亟待解决的问题［2-3］。目前，亚麻脱胶方法主要有碱煮法、酶脱胶法和超声波法［4-5］。亚麻脱胶后的漂白有H2O2漂白、含氯漂白剂漂白、生物漂白等。传统纺织工业大都使用含氯漂白剂漂白，漂白剂主要是亚氯酸钠或次氯酸钠，漂白和脱木质素效果极好，但在漂白过程中会产生ClO2气体和有机氯化物，腐蚀设备、污染环境，且会对人体造成严重损害。H2O2漂白效果优良，且全程无污染，符合环保要求，是亚氯酸钠漂白的优化替代品［6］。生物漂白技术目前应用不广泛，尚处于研究阶段，这种漂白方法虽然环保，但菌种的培养过程繁琐，且在工业应用中还存在许多问题，只能作为预处理工艺［7-9］。本实验选用NaOH 和H2O2分别作为亚麻纱的脱胶和漂白助剂，探讨亚麻纱的前处理工艺。

1 实验

1.1 材料与仪器

材料：亚麻纱；亚硫酸钠（Na2SO3）、氢氧化钠（NaOH）、碳酸钠（Na2CO3）、焦磷酸钠（Na4P2O7）、硅酸钠（Na2SiO3）、过氧化氢（H2O2）（分析纯，上海润捷化学试剂有限公司），渗透剂JFC（化学纯，山东优索化工科技有限公司）。

仪器：YG（B）611-Ⅱ型日晒气候试验仪、WS-D d/o 白度仪（温州大荣纺织仪器有限公司），SHA-CⅡ恒温振荡水浴锅（金坛市华城开元实验仪器厂），DHG-9076A 电热恒温鼓风干燥箱（上海精宏实验设备有限公司），EL303 电子天平［梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司］，TH-5000 万能材料试验机（江都市天惠试验机械有限公司）。

1.2 碱脱胶工艺［10］

预酸处理→碱脱胶（JFC 2%，浴比1∶30，100 ℃）→热水（70 ℃）洗两次→酸洗（H2SO41.84 g/L，5 min）→水洗→脱水→烘干。

1.3 H2O2漂白工艺

脱胶后的亚麻烘24 h→过氧化氢漂白（JFC 适量，浴比1∶30）→冷水洗→酸洗（H2SO41.84 g/L，5 min）→水洗→脱水→烘干。

1.4 测试

脱胶率：亚麻原麻干重为m0，碱煮脱胶后干重为m1，脱胶率按下式计算：

白度：按照GB/T 17644—2008《纺织纤维白度色度试验方法》用白度测试仪进行测试，测试5 次，取平均值。

断裂强力：按照GB/T 3923.1—2013《纺织品 织物拉伸性能第1 部分：断裂强力和断裂伸长率的测定（条样法）》，利用万能材料试验机进行测试，设置隔距为30 cm，拉伸速率为100 mm/min。

耐日晒色牢度：按照GB/T 8427—2008《纺织品色牢度试验耐人造光色牢度：氙弧》，采用日晒气候试验仪进行测试，再与标准棉织物对照进行评级。

2 结果与讨论

2.1 脱胶工艺优化

2.1.1 NaOH 用量

利用纤维素不溶于水及耐碱的性能，NaOH 可与纤维上的天然杂质发生相当复杂的反应，从而将部分杂质去除。由图1 可知，随着NaOH 用量的增加，亚麻纱的白度和脱胶率先增大后减小，NaOH 用量为8 g/L 时达到最大。由于溶液中的OH-浓度增大，对果胶和木质素的水解能力增加，将胶质中的部分色素脱去；但同时会抑制Na2CO3水解，使未水解的CO32-与溶液中的金属离子形成沉淀，不利于脱胶。因此，NaOH用量选择8 g/L。

图1 NaOH 用量对脱胶效果的影响

2.1.2 Na2CO3用量

由图2 可知，随着Na2CO3用量的增大，白度和脱胶率先增大后减小，当用量为3 g/L 时达到最大。这是由于Na2CO3在溶液中发生了水解反应，溶液中的OH-增多，脱胶能力增强；但当CO32-浓度增大，生成的OH-过多抑制了CO32-水解，同时过量的CO32-可能会与亚麻纤维中的金属离子反应生成沉淀。综合考虑，Na2CO3用量选择3 g/L。

图2 Na2CO3用量对脱胶效果的影响

2.1.3 Na4P2O7用量

由图3 可以看出，随着Na4P2O7用量的增大，脱胶效果先增大后减小，过高与过低都不利于反应的进行。在煮炼液中加入Na4P2O7，可以降低碱液与亚麻纤维间的表面张力，增大煮炼液对亚麻纤维的渗透力，加速碱液对纤维组织的膨化，削弱胶质分子间以及胶质与纤维素间的结合力，促进胶质离解。此外，利用Na4P2O7的络合作用，与果胶酸钙、果胶酸镁中的钙、镁离子形成带负电荷胶粒的强力凝聚剂络合物，促进那些脱除而未及时溶解于溶液中的粒子迅速分散在煮炼液中，从而加速果胶的离解，同时防止溶于溶液的杂质再沉积到纤维上。综合考虑成本，Na4P2O7用量选择3 g/L。

图3 Na4P2O7用量对脱胶效果的影响

2.1.4 Na2SO3用量

Na2SO3可以使纤维上的木质素转化为木质素磺酸盐而去除，同时还可在一定程度上防止纤维被空气中的氧气氧化，起到一定的还原作用。由图4 可以看出，在Na2SO3用量为1～3 g/L 时，脱胶率和白度逐渐增大，且上升趋势明显，这说明Na2SO3与木质素发生反应生成木质素磺酸盐而溶于碱液中；继续增大Na2SO3用量，脱胶效果提高不明显。因此，优化Na2SO3用量为3 g/L。

图4 Na2SO3用量对脱胶效果的影响

2.1.5 Na2SiO3用量

由图5 可看出，随着Na2SiO3用量的提高，亚麻的脱胶率和白度均先增大后减小，当Na2SiO3用量达到2.5 g/L 时，脱胶率和白度达到最大。这主要是因为Na2SiO3可以吸附溶液中的金属离子，同时也能吸附其他杂质和色素，防止不溶性物质沉淀在纤维表面阻碍反应的进行；但当Na2SiO3用量过高时，形成“硅垢”沉积在纤维表面，使碱液无法顺利进入纤维内部。因此，优化Na2SiO3用量为2.5 g/L。

图5 Na2SiO3用量对脱胶效果的影响

2.1.6 脱胶时间

由图6 可知，随着脱胶时间的延长，脱胶率和白度均先增大后减小，并且脱胶率下降不明显。这主要是由于NaOH 渗入纤维需要一定的时间，随着时间的延长，NaOH 与纤维上的胶质起反应，生成物溶于溶液，且脱胶开始阶段，NaOH 浓度大，有利于反应速率的增大，因此白度提高明显，但当脱胶时间过长，煮炼液中胶质的溶出和渗入纤维达到动态平衡时，纤维表面会形成高分子凝胶，阻止钠离子等进入纤维内部起化学反应，使胶质较难去除，脱胶率变化不明显。综合考虑，优化脱胶时间为90 min。

图6 脱胶时间对脱胶效果的影响

2.2 H2O2漂白工艺［11］优化

在亚麻过氧化氢漂白中起主要作用的是HO2-，HO2-能破坏纤维色素以及木质素中的发色基团，以达到消色的目的。

2.2.1 H2O2用量

由图7 可知，白度随着H2O2用量的增加先增大后减小。这是因为初始阶段，H2O2不断产生HO2-，与纤维中的果胶、木质素等发生氧化反应，破坏发色基团，白度增加明显；但H2O2用量超过14 g/L 后，白度趋于稳定，这是由于亚麻纱中果胶和木质素的量逐渐下降，但下降幅度逐渐减小。为保证亚麻纱质量和较好地去除木质素，优化H2O2用量为14 g/L。

图7 H2O2用量对白度的影响

2.2.2 Na2CO3用量

由图8 可知，Na2CO3用量为0.5～1.5 g/L 时，纤维白度显著升高；当Na2CO3用量达到1.5 g/L 时，白度最大，为59.8。因为Na2CO3是弱电解质，在溶液中水解产生OH-（H2O2+OH-⇌HO2-+H2O），OH-浓度增大，溶液中HO2-增多，漂白效果变好。但Na2CO3用量继续增加时白度反而下降。这是由于溶液中的CO32-增多，与金属离子生成不溶性碳酸盐沉积在纤维表面，阻碍反应的进行，同时也阻碍了光线的反射，导致白度下降。综上所述，优化Na2CO3用量为1.5 g/L。

图8 Na2CO3用量对白度的影响

2.2.3 Na2SO3用量

Na2SO3用量对白度的影响见图9。

图9 Na2SO3用量对白度的影响

由图9 可以看出，随着Na2SO3用量的增加，白度先增加后降低，用量为0.5 g/L 时达到最大。这是由于Na2SO3可以脱去脱胶环节残留的木质素，使白度上升。继续增大Na2SO3用量，过量的Na2SO3与过氧化氢发生氧化还原反应，致使溶液中的过氧化氢减少，漂白作用降低，白度也就随之下降。综上所述，优化Na2SO3用量为0.5 g/L。

2.2.4 Na2SiO3用量

由图10 可知，随着Na2SiO3用量的增加，白度先急剧增加后缓慢下降，当Na2SiO3用量为3 g/L 时白度最高。白度上升是由于Na2SiO3水解促进了双氧水的分解，产生氧漂活性基吸附溶液中的金属离子和色素；白度下降可能是由于溶液中形成过多的Na2SiO3沉淀无法分散，这些沉淀相互聚集形成大而重的块状物聚积在纤维表面，阻碍了反应的进行。因此，优化Na2SiO3用量为3 g/L。

图10 Na2SiO3用量对白度的影响

2.2.5 温度和时间

H2O2的分解反应是一个动态平衡过程，反应物与生成物之间不断地相互转化，温度升高和降低都会影响到它们之间的转化速率，也就是直接影响到H2O2的分解速率。由图11、12 可知，随着漂白温度的升高和时间的延长，白度基本呈上升趋势。100 min 时白度最大，100 min 后白度增大不明显。而随着温度的升高，白度不断上升，因为温度升高，H2O2分解反应正向进行，溶液中的HO2-增多，且反应速率加快，促进HO2-对亚麻的漂白。综合考虑，优化氧漂温度和时间分别为100 ℃和100 min。

图11 温度对白度的影响

图12 时间对白度的影响

2.3 亚麻性能

由表1 可知，亚麻经过脱胶后，断裂强力显著提高，80 ℃漂白后断裂强力高于100 ℃，说明在漂白过程中，升高温度会对亚麻纤维造成损伤，但损伤不大。脱胶和漂白会降低亚麻的耐日晒色牢度。

表1 亚麻的断裂强力和耐日晒色牢度

3 结论

（1）亚麻脱胶的优化工艺：NaOH 8 g/L，Na2CO33 g/L，Na2SiO32.5 g/L，Na4P2O73 g/L，Na2SO33 g/L，温度100 ℃，时间90 min，浴比1∶30；脱胶亚麻漂白的优化工艺：Na2CO31.5 g/L，Na2SO30.5 g/L，Na2SiO33 g/L，H2O214 g/L，温度100 ℃，时间100 min，浴比1∶30。

（2）优化工艺处理后亚麻的断裂强力为33.39 N，耐日晒色牢度为5级。