許志忠, 申寶平

(1.河南工程學(xué)院 材料與化學(xué)工程系，河南 鄭州 450007；2.焦作市聯(lián)盟衛(wèi)生材料有限公司，河南 焦作454150)

棉織物前處理包括退漿、煮練、漂白等過程，前處理的效果直接影響織物后續(xù)的染色、印花、整理等染整生產(chǎn)加工，所以棉織物前處理是棉織物染整加工的關(guān)鍵步驟[1].傳統(tǒng)的棉織物前處理生產(chǎn)工藝主要使用氫氧化鈉為主要的前處理劑，使棉纖維所含的果膠、木質(zhì)素、蠟質(zhì)等雜質(zhì)在熱的氫氧化鈉溶液中發(fā)生溶脹，然后通過機(jī)械作用去除.但是，棉織物前處理過程中氫氧化鈉的用量較大，處理不當(dāng)容易對(duì)織物的機(jī)械性能造成一定的損傷，印染廢水凈化過程的難度也較大[2].

清棉師Scolase100T是由多種生物復(fù)合酶和螯合分散劑組合而成的陰離子型產(chǎn)品，外觀呈淡橘黃色顆粒狀，易溶于50～60 ℃的水，其1%水溶液的pH值為11～12.在高溫條件下，它與過氧化氫協(xié)同作用，能有效分解纖維素纖維的雜質(zhì)(果膠質(zhì)、蠟質(zhì)、灰分以及其他有機(jī)物)，使雜質(zhì)迅速降解溶于熱水或被去除[3].本試驗(yàn)采用上海市紡織科學(xué)研究院化學(xué)工程中心研制的高效綠色前處理助劑清棉師Scolase100T作為棉織物前處理助劑，通過正交試驗(yàn)對(duì)其與氫氧化鈉對(duì)棉織物的前處理效果進(jìn)行了比較.

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)材料

純棉織物：純棉機(jī)織物平紋坯布，256*256根/10 cm，紗支為27.8 tex(坯布經(jīng)向拉伸強(qiáng)力為477.6 N).

化學(xué)藥品：過氧化氫、氫氧化鈉、硅酸鈉(均為分析純)；清棉師Scolase100T、滲透劑JFC、洗滌劑(均為工業(yè)品).

試驗(yàn)儀器：HH-S電子恒溫水浴鍋(河南)，F(xiàn)A2004電子天平(上海)，SBD—1B織物白度測(cè)定儀(浙江)，HD026N織物強(qiáng)力測(cè)定儀(江蘇).

1.2 試驗(yàn)方法

在染杯內(nèi)加入一定量的水，按工藝處方依次加入硅酸鈉、氫氧化鈉(或清棉師)、滲透劑JFC和過氧化氫，然后放入織物，控制升溫速率，約50 min，將前處理溶液從55 ℃加熱到100 ℃，再恒溫至規(guī)定的處理時(shí)間.在加熱過程中要不斷翻動(dòng)織物，不可將織物長久地露在前處理液面以外，然后經(jīng)熱水洗、皂洗、熱水洗、冷水洗和晾干，最后測(cè)定織物的白度、失重率、毛效和拉伸強(qiáng)力.

1.3 測(cè)試方法

根據(jù)生產(chǎn)過程中對(duì)前處理半成品的要求，測(cè)試不同前處理?xiàng)l件下織物的有關(guān)性能，從而評(píng)定工藝條件的合理性，測(cè)試的主要項(xiàng)目有織物白度指數(shù)、織物失重率、織物毛細(xì)管效應(yīng)和織物拉伸強(qiáng)力.

1.4 正交試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)的理論和方法是在解決實(shí)際問題的過程中形成和發(fā)展起來的科學(xué)手段，正交試驗(yàn)結(jié)合直觀分析與方差分析，可以找出最佳的工藝條件和最顯著的影響因素.為了確定氫氧化鈉和清棉師分別作為煮練劑的最佳前處理工藝條件，根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際主要的影響因素，選定了前處理工藝中的過氧化氫、氫氧化鈉(或清棉師)、硅酸鈉、滲透劑和時(shí)間作為試驗(yàn)因素，各因素取4個(gè)水平，選用L16(45)正交表進(jìn)行正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)[4].

分別用氫氧化鈉和清棉師作為退漿、煮練劑，選定了5個(gè)因素、4個(gè)水平的正交試驗(yàn)方案，設(shè)計(jì)的因素、水平方案如表1和表2所示.

表1 氫氧化鈉作為前處理助劑的因素、水平方案(浴比1∶20，織物10 g)Tab.1 Orthogonal test design of NaOH as pretreatment agent

表2 清棉師作為前處理助劑的因素、水平方案(浴比1∶20，織物10 g)Tab.2 Orthogonal test design of Scolase100T as pretreatment agent

2 結(jié)果與討論

2.1 以氫氧化鈉作為前處理助劑的試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)設(shè)計(jì)的正交試驗(yàn)方案，以氫氧化鈉作為前處理助劑的試驗(yàn)結(jié)果如表3、表4和表5所示.

表3 氫氧化鈉作為前處理劑的正交試驗(yàn)結(jié)果Tab.3 Orthogonal test results of NaOH as pretreatment agent

續(xù)表3

表4 方差分析Tab.4 The analysis of variance

表5 因子主次順序Tab.5 The order of factor

根據(jù)表3、表4和表5的試驗(yàn)結(jié)果，綜合分析得到：第一，影響白度的因素由大到小依次為過氧化氫、時(shí)間、硅酸鈉、JFC和氫氧化鈉；影響毛效的因素由大到小依次為JFC、硅酸鈉、過氧化氫、時(shí)間和氫氧化鈉；影響強(qiáng)力的因素由大到小依次為過氧化氫、氫氧化鈉、硅酸鈉、時(shí)間和JFC；影響失重率的因素由大到小依次為硅酸鈉、氫氧化鈉、JFC、時(shí)間和過氧化氫.第二，隨著過氧化氫用量的增加，織物的白度增加，毛效變化不大，強(qiáng)力下降，失重率基本不變化；隨著氫氧化鈉用量的增加，織物的白度、毛效和失重率變化不大，而強(qiáng)力下降；隨著硅酸鈉用量的增加，織物的白度、毛效和失重率變化不大，強(qiáng)力增加；隨著時(shí)間的延長，織物的白度、毛效、強(qiáng)力和失重率均變化不大.第三，除JFC影響毛效接近較顯著水平(*)外，其他各因素的顯著性F值均達(dá)不到較顯著的Fα臨界值水平(2.49).第四，綜合考慮各因素的影響，采用過氧化氫4 g/L、氫氧化鈉6 g/L、硅酸鈉9 g/L、滲透劑JFC1g/L和時(shí)間為100 min的工藝作為最佳工藝.

2.2 以清棉師作為前處理助劑的試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)設(shè)計(jì)的正交試驗(yàn)方案，以清棉師作為前處理助劑的試驗(yàn)結(jié)果如表6、表7和表8所示.

表6 清棉師作為前處理劑的正交試驗(yàn)結(jié)果Tab.6 Orthogonal test results of Scolase100T as pretreatment agent

表7 方差分析Tab.7 The analysis of variance

表8 因子主次順序Tab.8 The order of factor

同樣，根據(jù)表6、表7和表8的試驗(yàn)結(jié)果，綜合分析得到：第一，影響白度的因素由大到小依次為過氧化氫、硅酸鈉、時(shí)間、JFC和清棉師；影響毛效的因素由大到小依次為過氧化氫、JFC、清棉師、時(shí)間和硅酸鈉；影響強(qiáng)力的因素由大到小依次為JFC、過氧化氫、時(shí)間、硅酸鈉和清棉師；影響失重率的因素由大到小依次為清棉師、時(shí)間、硅酸鈉、過氧化氫和JFC.第二，隨著過氧化氫用量的增加，織物的白度增加，強(qiáng)力下降，毛效和失重率變化不大；隨著清棉師用量的增加，織物的白度增加，強(qiáng)力、毛效和失重率變化不大；隨著硅酸鈉用量的增加，織物的白度增加，強(qiáng)力、毛效和失重率變化不大；JFC用量的變化對(duì)各指標(biāo)影響不大；隨著時(shí)間的延長，織物的白度和失重率增加，毛效和強(qiáng)力變化不大.第三，除過氧化氫影響毛效達(dá)到較顯著水平(*)外，其他各因素的顯著性F值均沒有達(dá)到較顯著的Fα臨界值水平(2.49)，所以過氧化氫是最重要的影響因素.第四，綜合考慮各因素的影響，采用過氧化氫6 g/L、清棉師2 g/L、硅酸鈉7 g/L、JFC 3 g/L和時(shí)間為80 min的工藝作為最佳工藝.

表9 最佳工藝方案Tab.9 The best pretreatment process

根據(jù)表3和表6試驗(yàn)結(jié)果的平均值，通過比較可知，清棉師作為煮練劑的工藝，織物的白度略高于氫氧化鈉作為煮練劑的工藝，織物的強(qiáng)力和重量損失也很小.清棉師作為煮練劑的工藝在減少強(qiáng)力和重量損失方面有著顯著的優(yōu)勢(shì).

2.3 工藝方案的驗(yàn)證

將正交試驗(yàn)所得到織物的白度、毛效、強(qiáng)力和失重率試驗(yàn)數(shù)據(jù)，經(jīng)過進(jìn)行極值、極差與方差大小的分析，比較了各因素對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)影響的程度，確定了最佳工藝方案，如表9所示.對(duì)確定的工藝方案進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，平行試驗(yàn)3次所得結(jié)果如表10所示.

表10 最佳工藝方案的驗(yàn)證結(jié)果Tab.10 The results of best pretreatment process

通過試驗(yàn)驗(yàn)證，氫氧化鈉和清棉師作為煮練劑都能起到去除果膠質(zhì)、木質(zhì)素和蠟狀物質(zhì)的目的.經(jīng)氫氧化鈉煮練的織物白度低，強(qiáng)力和重量損失較大；經(jīng)清棉師煮練的織物白度略高，強(qiáng)力和重量損失較小，處理時(shí)間較短，處理液的起始pH值為11，排放的廢水pH值為8.4，接近中性，污染較少.

3 結(jié)論

(1)在棉織物前處理煮漂溶液中，氫氧化鈉和清棉師均是良好的煮練劑，都能夠去除果膠質(zhì)、木質(zhì)素、蠟狀物質(zhì)、灰分以及其他有機(jī)物.

(2) 隨著氫氧化鈉用量的增加，織物的白度、毛效和失重率變化不大，但強(qiáng)力下降；隨著清棉師用量的增加，織物的白度增加，強(qiáng)力、毛效和失重率變化不大.

(3)清棉師與過氧化氫的協(xié)同效應(yīng)較好，二者主要控制過氧化氫的影響；氫氧化鈉與過氧化氫的協(xié)同作用不好，二者的影響均要控制，才能使工藝穩(wěn)定.

(4)清棉師作為煮練劑可減少生產(chǎn)環(huán)境中的空氣污染，工藝條件溫和，處理液的起始pH值為11，排放的廢水pH值為8.3，接近中性，有利于廢水治理.

(5)清棉師作為煮練劑的工藝在減少強(qiáng)力和重量損失方面有著顯著的優(yōu)勢(shì)，適用于棉織物，有著良好的應(yīng)用推廣價(jià)值.

參考文獻(xiàn)：

[1] 王菊生. 染整工藝原理[M].北京: 紡織工業(yè)出版社，1990:78-84.

[2] 趙濤. 染整工藝學(xué)[M].北京: 中國紡織出版社，2005:121-125.

[3] 程廷偉, 張影, 王琳. Scolase100T用于滌棉煮漂—浴法工藝[J].印染，2004,30(23):19-20.

[4] 丁正生. 概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)應(yīng)用[M].西安: 西北工業(yè)大學(xué)出版社，2003:59-63.