弓太生， 李 玲， 萬蓬勃

(陜西科技大學 資源與環(huán)境學院， 陜西 西安 710021)

0 引言

絲瓜絡(luò)是一年生攀援草本葫蘆科植物絲瓜干燥成熟果實的維管束，由縱橫交錯的三維網(wǎng)狀纖維組成，屬于天然纖維.其可降解性能有利于環(huán)境保護，它的低成本及優(yōu)良性能(無毒耐用、高透氣、高吸水性、高強度等)為各種工業(yè)帶來良好的經(jīng)濟效益.絲瓜絡(luò)作為一種可再生資源被應用于各個行業(yè)，如：作為藥材應用于臨床醫(yī)學[1,2]，作為吸附劑的載體應用于工業(yè)廢水處理[3,4]，作為增強劑用于復合材料的制備[5-7]，作為空氣濾清和水箱水垢去除材料[8]應用于汽車行業(yè)，作為廚房清潔、沐浴用品用于日常洗滌[9-11]，作為鞋墊、床墊、枕頭、保健腰枕等用作日常保健品.其中，絲瓜絡(luò)日常用品是絲瓜絡(luò)最容易、最直接產(chǎn)生經(jīng)濟效益的一個發(fā)展方向，其親水親油的兩親結(jié)構(gòu)、獨特的多孔性物理結(jié)構(gòu)和優(yōu)良的機械強度為加工絲瓜絡(luò)日常用品提供了良好的保證.

絲瓜絡(luò)顏色較黃，在加工成日常用品時需將其漂白.現(xiàn)有漂白劑的種類很多，如：Cl、SO2、ClO2和H2O2等，其中Cl、SO2、ClO2作用存在易返黃、對環(huán)境污染大、成本高等問題，相對而言，H2O2漂白劑較為理想.但H2O2漂白后的絲瓜絡(luò)放置一定時間后或經(jīng)曝曬后，也會出現(xiàn)返黃現(xiàn)象，從而易使同一批產(chǎn)品在出庫時顏色不一致，影響貨物的質(zhì)量.消費者購買后在使用過程中由于外界的濕熱環(huán)境也會出現(xiàn)返黃現(xiàn)象，產(chǎn)品的美觀性因而大打折扣，影響消費者心理預期及效用.如何使絲瓜絡(luò)具有良好的白度且不易返黃是目前絲瓜絡(luò)日用品加工企業(yè)亟待解決的問題.

漂白主要是通過化學品作用除去材料中的木質(zhì)素或者改變木質(zhì)素發(fā)色基團來實現(xiàn)的.H2O2的漂白作用主要是利用其電離的過氧氫根離子(HOO-)的氧化作用，改變木質(zhì)素發(fā)色基團結(jié)構(gòu)[12].其分解時產(chǎn)生H2O和O2，是一種環(huán)境友好型漂白劑.材料返黃的原因很多，樣品中的一些金屬離子(如Fe3+、Cu2+)對返黃有促進作用，過漂也易使樣品返黃.防止返黃的方法是不過漂，同時還要消除金屬離子的影響.已獲知乙二胺四乙酸(EDTA)等助劑可以減少金屬離子對返黃的影響.因此，本研究選用H2O2做漂白處理劑、EDTA做防黃處理劑對絲瓜絡(luò)進行漂白防黃處理.通過對H2O2濃度、漂白時間、漂白溫度、EDTA浸泡時間4因素進行L9(34)正交優(yōu)化，得到良好的工藝處理方案，使產(chǎn)品具有較好的白度和較低的白度變化率，且生產(chǎn)成本較低.

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

材料：河南漯河華輝加工廠從國外引進的絲瓜絡(luò)新品種“艾萊克”.

試劑：過氧化氫(30%)：分析純，乙二胺四乙酸二鈉(EDTA-二鈉)：分析純.

儀器：GT-7035-UA型耐黃變試驗機，WS/SD d/o色度白度計，EL-B立式氣動小軋車，干燥箱，恒溫水浴鍋，燒杯，電子天平等.

1.2 漂白防黃工藝設(shè)計

1.2.1 工藝流程

絲瓜絡(luò)去皮、清洗→雙氧水漂白→水洗→脫水→0.025 mol/L EDTA浸泡→軋車軋成片材→干燥→黃變處理→白度計檢測黃變處理前后的白度.

1.2.2 正交試驗設(shè)計

通過大量探索性試驗，發(fā)現(xiàn)影響絲瓜絡(luò)漂白防黃的主要因素為：H2O2濃度(w/w)、漂白時間、漂白溫度、EDTA浸泡時間.每個因素采用3個水平，通過四因素三水平正交設(shè)計L9(34)，可得9種試驗方案，每因素的水平變化如表1所示.

表1 漂白防黃正交因素水平表

1.3 性能測試

1.3.1 白度

用WS/SD d/o色度白度計，通過參照GB/T8424.2-2001《紡織品 色牢度試驗 相對白度的儀器評定方法》測定材料的白度.

1.3.2 白度變化率

將軋車軋過干燥后的絲瓜絡(luò)片材用GT-7035-UA型耐黃變試驗機在50±2 ℃下處理12 h，通過黃變處理前后的白度計算白度變化率.白度變化率越高說明材料的返黃程度越嚴重.

(1)

式(1)中：K—白度變化率；W1—黃變處理前白度；W2—黃變處理后白度.

2 結(jié)果與分析

2.1 正交試驗結(jié)果

以白度和白度變化率為衡量指標，表2為正交試驗方案中各序號試驗所得結(jié)果.

表2 測試結(jié)果

2.2 結(jié)果分析

表3 測試指標均值與極差

2.2.1 H2O2濃度對白度和白度變化率的影響

隨著H2O2質(zhì)量濃度的增大，絲瓜絡(luò)白度逐漸增大，白度變化率減小(圖1)，且當H2O2質(zhì)量濃度由0.6%增加到1%時，變化較為明顯，說明此階段H2O2的電離程度強.當H2O2質(zhì)量濃度由1%增加到1.4%時，變化較小，但依舊向有利方向變化.據(jù)文獻報道[13]當H2O2用量較高時，漂白過程會產(chǎn)生二次氧化，生成了新的有色成分(甲氧基對醌)，使破壞的發(fā)色基團與新產(chǎn)生的發(fā)色基團所產(chǎn)生的效果相抵消，且過量的H2O2會對木質(zhì)素、纖維素、半纖維素、碳水化合物等繼續(xù)造成破壞.所以在H2O2漂白過程當中不能使用過量的H2O2，否則不但浪費藥品，而且還會降低漂白效果.因此，結(jié)合試驗結(jié)果和文獻報道，取H2O2質(zhì)量濃度為1.4%，綜合考慮成本也可選擇1%.

圖1 H2O2濃度對白度及白度變化率的影響

2.2.2 漂白時間對白度和白度變化率的影響

隨著H2O2處理時間的增長，白度有較大幅度的提高.且當處理時間超過1 h時，白度提升的同時還可以有效的降低白度變化率(圖2).綜合考慮白度及白度變化率，漂白時間選取1.5 h.

圖2 漂白時間對白度及白度變化率的影響

2.2.3 漂白溫度對白度和白度變化率的影響

從極差值可以看出溫度是影響白度及白度變化率最主要的因素.隨著溫度的升高漂白效果顯著提高，當漂白溫度為80 ℃時，白度變化率有所下降(圖3).由于絲瓜絡(luò)纖維的強度較高，溫度的提升可能會對強度有所影響，但其降低后的強度依然可以滿足產(chǎn)品的需求.當溫度為40 ℃時，盡管白度變化率較小，但白度值也較低，不能滿足產(chǎn)品要求.因此，選取漂白溫度為80 ℃.

圖3 漂白溫度對白度及白度變化率的影響

2.2.4 EDTA浸泡時間對白度和白度變化率的影響

當用0.025 mol/L EDTA浸泡時間由5 min增加到10 min時，白度變化率明顯下降，但白度也有一定程度的下降；當浸泡時間由10 min增加到15 min時，雖然白度變化率降低很小，但白度增加較大(圖4).因此，通過比較分析選EDTA處理時間為15 min.

圖4 EDTA浸泡時間對白度及白度變化率的影響

2.3 驗證實驗

通過上述分析可得漂白防黃優(yōu)化實驗工藝為：H2O2質(zhì)量濃度1.4%、漂白時間1.5 h、漂白溫度80 ℃、EDTA浸泡時間15 min.正交實驗中，通過比較黃變處理前后的白度，確定出最佳結(jié)果為5號實驗，因此驗證實驗中選用正交分析最優(yōu)工藝、實驗最佳工藝及擬定對比試驗工藝(H2O2質(zhì)量濃度1.4%、漂白時間1 h、漂白溫度80 ℃、EDTA浸泡時間15 min)進行二次試驗，其實驗結(jié)果如下：

表4 驗證實驗條件及測試結(jié)果

圖5 驗證試驗方案比較

比較1號正交分析最優(yōu)工藝和3號擬定對比試驗工藝，可知：隨著漂白時間的延長，白度有所下降，這可能是由于在H2O2濃度較高的狀況下，延長漂白時間使漂白過程產(chǎn)生了二次氧化，生成了新的有色成分，使破壞的發(fā)色基團與新產(chǎn)生的發(fā)色基團所產(chǎn)生的效果相抵消，而導致白度下降.經(jīng)黃變處理后，兩組實驗的白度值相差很小，且延長時間會減慢生產(chǎn)速度，增加生產(chǎn)成本.因此，3號工藝比1號工藝更佳.比較2號實驗最佳工藝和3號擬定對比試驗工藝，H2O2質(zhì)量濃度提高時，白度有所提高，但經(jīng)黃變處理后，白度下降較快，白度值低于H2O2質(zhì)量濃度低的實驗方案(圖5).且濃度的增加會增加生產(chǎn)成本，漂白時間和EDTA浸泡時間的延長會降低生產(chǎn)效率，不利于企業(yè)的生產(chǎn)，因此選取2號試驗最佳工藝作為最終的漂白防黃優(yōu)化試驗工藝.

上述正交分析中，隨著EDTA處理時間的延長，白度變化率會變得較小與此處的驗證實驗有一定的出入，這可能一方面是由于H2O2濃度的不同，另一方面是由于材料白度越高、越易返黃.同時與儀器、操作、環(huán)境也有一定的關(guān)系.

3 結(jié)論

本文的研究目的在于確定絲瓜絡(luò)日常用品的漂白防黃最佳工藝參數(shù)，通過L9(34)及驗證實驗，得出最佳工藝參數(shù)為：H2O2質(zhì)量濃度1%、漂白時間1 h、漂白溫度80 ℃、EDTA浸泡時間5 min，該處理條件下白度值較高，且白度變化率不大.整個操作所用設(shè)備及操作過程簡單，藥品成本低，耗時不長，優(yōu)化后的工藝可用于工業(yè)化大生產(chǎn).

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