摘 要: 針對苧麻傳統(tǒng)氧漂工藝中堿性強、織物損傷嚴重等問題，制備了甘油-亞鐵絡合物G-Fe2+水溶液，將其用于苧麻織物近中性的氧漂工藝。通過測試不同催化劑用量和漂白溫度對雙氧水的分解率及苧麻織物氧漂效果，明確了甘油-亞鐵絡合物G-Fe2+對雙氧水的催化作用。采用單因素和響應面試驗研究了不同工藝對苧麻漂白效果的影響。結果表明：甘油-亞鐵絡合物G-Fe2+能夠高效催化雙氧水；漂白效果優(yōu)化工藝條件為漂白溫度90℃，漂浴pH值5~6，甘油-亞鐵絡合物G-Fe2+質量濃度0.6g/L，漂白時間50min；優(yōu)化工藝處理的苧麻織物白度為82.47，斷裂強力為514.26N，白度較原苧麻織物提高22.27%，強力較傳統(tǒng)處理工藝提高10.03%。
關鍵詞:亞鐵絡合物；近中性漂白；雙氧水；催化；苧麻織物
苧麻作為重要的紡織原料具有良好的吸濕、透氣、抗菌等特性，苧麻纖維中含有大量伴生的色素和膠質，必須通過漂白和脫膠后才能加工為紡織品[1-2]。目前廣泛應用的苧麻漂白工藝是基于高溫、濃堿的雙氧水漂白兼脫膠工藝，但這會導致織物損傷嚴重和污水處理困難等問題[3]。
曹機良等研究認為活化劑DECOBS可以有效降低漂白溫度，何鎧君等發(fā)現(xiàn)四乙酰乙二胺可以在弱堿性條件下漂白羊毛，唐文君等采用N-[4-（三乙基銨甲撐）苯?；鵠己內酰胺氯化物降低棉織物軋漂時間，使織物獲得滿意的白度[4-6]。采用雙氧水有機活化劑可以降低漂白溫度或減少漂浴中的堿用量，然而有機活化劑存在對織物親和力低、水溶性差等問題，導致苧麻織物難以達到較好的白度[7]。同時，有機催化劑成本高、使用不便等問題也限制了其應用和發(fā)展[8]。
近年來，金屬配合物類催化劑受到越來越多的關注[9]；該類催化劑可高效催化雙氧水分解，將其應用于漂白工藝中不僅可以降低漂白溫度，還能夠使織物獲得很好的白度，且與傳統(tǒng)漂白工藝相比，織物強力損失更低[10-11]。目前對于在中性條件下進行漂白的報道相對較少，且對于金屬配合物催化雙氧水漂白機制的研究分析不夠深入[12]。大多數(shù)催化劑合成工藝復雜，制備周期長，生產成本高，開發(fā)高效、低廉的金屬配合物催化劑仍存在較大的挑戰(zhàn)[13]。
亞鐵-過氧化氫體系用于苧麻漂白不僅可以催化雙氧水分解，還能夠起到良好的脫膠效果，但亞鐵離子對過氧化氫的催化效率過高，不適用于織物漂白[14]。如果通過羥基或羧基化合物對亞鐵離子進行絡合形成配位化合物，部分屏蔽亞鐵離子的催化活性位點，則可以控制其對雙氧水的催化能力。本研究制備了一種甘油-亞鐵絡合物，探究其對雙氧水催化的影響規(guī)律，以降低苧麻生產過程中的能源消耗，減輕污水處理的負擔。
1 試驗部分
1.1 織物、藥品及儀器設備
苧麻平紋機織物經紗緯紗線密度均為14.5tex，經密524根/10cm，緯密264根/10cm。
采用的藥品包括脂肪醇聚氧乙烯醚（AEO-7）、羥基亞乙基二膦酸（HEDP）、七水合硫酸亞鐵、甘油（丙三醇）、雙氧水（質量分數(shù)30%）、高錳酸鉀、氫氧化鈉、濃硫酸、鹽酸（分析純）。
儀器有L-24A型振蕩水浴鍋、PB-10型酸度計、DataColor-400型全新自動測配色儀、YG541D型萬能強力機和JSM-IT500A型掃描電子顯微鏡。
1.2 試驗方法
1.2.1 甘油-亞鐵絡合物的合成
按照1∶2的摩爾比分別稱取0.417g七水合硫酸亞鐵（1.5mmol）和0.276g甘油（3mmol），將甘油溶于180mL的去離子水中后用稀鹽酸調節(jié)溶液pH值至2~3，向溶液中充氮排氧后迅速加入七水合硫酸亞鐵并密封防止亞鐵被氧化，然后充分振蕩溶解后，將混合液置于80℃振蕩水浴鍋反應30min，再用稀氫氧化鈉溶液調節(jié)溶液pH值至3~4之間，再置于80℃振蕩水浴鍋反應30min，即成功制得甘油-亞鐵絡合物G-Fe2+水溶液。
1.2.2 雙氧水分解率的測定
根據(jù)AATCC102—2007《高錳酸鉀滴定法測定過氧化氫》制備高錳酸鉀標準滴定液。漂液處理工藝：總液量20mL，10g/L的AEO-7，10g/L的H2O2，0.3g/L~1g/L甘油-亞鐵絡合物G-Fe2+水溶液（干重），漂白溫度50℃~90℃，漂液pH值為5，漂白時間60min。
在100mL的錐形瓶中加濃硫酸（3mol/L）10mL和漂液5mL，用高錳酸鉀（0.04mol/L）溶液滴定混合溶液，當溶液出現(xiàn)淺粉色且半分鐘內不褪色即為終點，記錄消耗的高錳酸鉀溶液體積，平行滴定3次，取平均值。其中，雙氧水分解率=（V0－V1/V0）×100%，V0為漂白前滴定雙氧水消耗的高錳酸鉀體積（mL），V1為漂白后滴定剩余雙氧水消耗的高錳酸鉀體積（mL）。
1.2.3 響應面漂白試驗工藝
在單因素試驗的基礎上，以溫度（A）、時間（B）和甘油-亞鐵絡合物G-Fe2+的濃度（C）為自變量，根據(jù)Central Composite Design（CCD）模型中心復合試驗設計原理，以綜合評分白度（Y1）、強力（Y2）為響應值，進行三因素三水平響應面試驗，優(yōu)化甘油-亞鐵絡合物G-Fe2+催化苧麻織物的氧漂工藝。
漂白工藝：將苧麻織物剪成30cm×6cm，根據(jù)漂白工作液配方配制好工作液，投入待漂白的苧麻坯布，控制漂浴pH值為5~6，漂白溫度50℃~90℃，漂白時間50min~70min。漂白完成后先冷水洗再用80℃熱水清洗，然后用含有3g/L的保險粉溶液洗滌3min，再冷熱水交替淋洗1次。
1.3 性能測試
1.3.1 織物白度測試
將苧麻織物用熨斗燙平，冷卻后對折兩次，用Data Color-400型全新自動測配色儀按照GB/T8424.2—2001《紡織品色牢度試驗相對白度的儀器評定方法》測試織物白度，每塊試樣測試4個不同位置，取平均值。
1.3.2 織物強力測試
按照GB/T3923.1—2013《紡織品織物拉伸性能第l部分：斷裂強力和斷裂伸長率的測定（條樣法）》，將不同漂白工藝處理后的待測織物按經緯方向裁剪成50mm×200mm的試樣，在YG541D型萬能強力機上測定苧麻織物的斷裂強力。
1.3.3 掃描電鏡測試
將未漂白和傳統(tǒng)工藝及優(yōu)化后工藝漂白的苧麻織物在60℃干燥6h后噴金，用JSM-IT500A型掃描電子顯微鏡觀察織物微觀形貌，測試加速電壓10kV，放大1000倍。
2 結果與討論
2.1 雙氧水催化分解試驗
2.1.1 G-Fe2+濃度對雙氧水分解率的影響
為了探究甘油-亞鐵絡合物G-Fe2+用量對漂白時織物白度的影響，測定85℃、pH值5~6時不同用量甘油-亞鐵絡合物G-Fe2+條件下雙氧水的分解率，結果如圖1所示。由圖1可知，雙氧水在85℃、pH值為5~6、不加入甘油-亞鐵絡合物G-Fe2+處理60min的過程中雙氧水分解率幾乎不變，可見在該條件下雙氧水幾乎不具有氧化漂白能力。加入甘油-亞鐵絡合物G-Fe2+后能明顯提高雙氧水的分解率，且其分解率隨其用量提高而增大，甘油-亞鐵絡合物G-Fe2+對雙氧水的催化分解能力顯著且可控。當甘油-亞鐵絡合物G-Fe2+質量濃度達到1g/L時，雙氧水分解速率過快，與純亞鐵離子催化效果相當。說明甘油-亞鐵絡合物G-Fe2+濃度過高或者純亞鐵離子催化雙氧水會導致過氧化氫分解率過高，不利于整個漂白過程中雙氧水的有效利用，且可能對纖維造成較大的強力損傷。甘油-亞鐵絡合物G-Fe2+用量較低時對雙氧水的催化效果較差，無法有效漂白織物。因此甘油-亞鐵絡合物G-Fe2+質量濃度選擇0.5g/L。
圖1 甘油-亞鐵絡合物 G-Fe2+濃度對雙氧水分解率的影響
2.1.2 溫度對雙氧水分解率的影響
為了探究不同溫度對織物白度的影響，測定了甘油-亞鐵絡合物G-Fe2+質量濃度為0.5g/L、漂浴pH值為5~6時的不同漂白溫度條件下雙氧水分解率，結果如圖2所示。
圖2 漂白溫度對雙氧水分解率的影響
由圖2可知，在pH值5~6、甘油-亞鐵絡合物G-Fe2+質量濃度0.5g/L處理60min的過程中雙氧水分解率隨處理溫度升高而增大，可從31.34%（50℃）增加至82.09%（90℃），且溫度越高分解速率越快，達到漂白終點時，雙氧水分解率最高，可見溫度是催化雙氧水分解的敏感因素。當處理溫度為50℃時，體系提供的能量低于雙氧水分解反應所需的活化能，導致其分解率僅為31.34%。綜合雙氧水分解速度和分解率，為了更有效利用雙氧水并達到較好的苧麻織物漂白效果，在甘油-亞鐵絡合物G-Fe2+的催化下，漂白溫度不宜低于85℃。
2.2 響應面試驗結果分析
根據(jù)CCD試驗設計原理，在單因素試驗的基礎上，以溫度（A）、時間（B）和甘油-亞鐵絡合物G-Fe2+的濃度（C）三個因素為自變量，白度Y1和強力分別為響應值，進行三因素三水平的響應面分析試驗，見表1。
表1 響應面試驗因素及水平表
2.2.1 白度為響應值的模型建立
白度為響應值的響應面試驗設計及結果見表2。白度為響應值的回歸模型方差分析表見表3。
表2 白度為響應值的響應面試驗設計及結果
表3 白度為響應值的回歸模型方差分析表
由表3可知，模型的P值＜0.05，表明該模型差異顯著，漂白溫度對苧麻漂白的白度具有顯著意義。失擬項的F值（5.26）和P值（0.0712）說明試驗誤差小，可信度高，可用該回歸方程進行試驗分析。由F值檢驗可知，三因素對苧麻白度的影響順序為：A>B>C。
圖3為各因素間的交互作用對苧麻白度的三維響應面圖。三維響應面圖中響應面坡度的陡峭程度反應該因素對苧麻白度的影響程度。響應面越陡峭，說明影響程度越大；越平緩，影響程度越小，等高線圖呈橢圓形，表明因素間交互作用顯著，呈圓形則不顯著。綜合以上并結合圖3進行分析可以得出：單因素對苧麻白度的影響大小順序為A>B>C，因素交互作用中AB因素之間的交互作用顯著（P＜0.05），AC、BC因素之間的交互作用不顯著。其中因素C對苧麻白度的影響程度最低，可能是因為響應面試驗中G-Fe2+的濃度選擇范圍處于最優(yōu)范圍內，所以響應面試驗中單因素C對苧麻白度影響程度最低。
圖3 三個因素之間交互作用對苧麻白度的三維響應面圖
2.2.2 強力為響應值的模型建立
強力為響應值的響應面試驗設計及結果見表4。強力為響應值的回歸模型方差分析表見表5。
表4 強力為響應值的響應面試驗設計及結果
表5 強力為響應值的回歸模型方差分析表
由表5可知，模型的P值＜0.05，表明該模型差異顯著，甘油-亞鐵絡合物G-Fe2+濃度對苧麻漂白的強力具有顯著意義。失擬項的F值（1.03）和P值（B>A。
圖4為各因素間的交互作用對苧麻強力的三維響應面圖。分析圖4可以得出：單因素對苧麻強力的影響大小順序為C>B>A，AB、AC、BC因素之間的交互作用不顯著。其中單因素對苧麻織物白度和強力的影響規(guī)律相反，所以在優(yōu)化苧麻的漂白工藝時需要兼顧織物的白度和強力，在不破壞織物強力的情況下盡可能提高織物白度，故選擇漂白最優(yōu)的工藝為溫度90℃，pH值5~6，甘油-亞鐵絡合物G-Fe2+濃度0.6g/L，漂白時間50min。
圖4 三個因素之間交互作用對苧麻強力的三維響應面圖
2.3 漂白工藝對比
根據(jù)響應面試驗結果，綜合織物白度和強力，優(yōu)化后漂白工藝：浴比1∶20，10g/L的AEO-7，10g/L的雙氧水，甘油-亞鐵絡合物G-Fe2+質量濃度0.6g/L，溫度90℃，pH值5~6，漂白時間50min。
傳統(tǒng)工藝：浴比1∶20，10g/L的AEO-7，10g/L雙氧水，1g/L的HEDP，溫度100℃，pH值11，漂白時間50min。
將優(yōu)化漂白工藝與傳統(tǒng)工藝處理后的苧麻織物、未經處理的苧麻原樣表面微觀形貌進行對比，掃描電鏡結果如圖5所示。
圖5 不同工藝漂白前后苧麻織物的 SEM 照片（1000倍）
由圖5可知，未處理的苧麻織物纖維表面被一層膠質包裹且有凸起，傳統(tǒng)工藝處理后的苧麻織物纖維有一定的脫膠效果，但織物縫隙間仍有膠質黏結，膠質去除不徹底。最優(yōu)工藝處理后的苧麻織物表面光潔，無明顯刻蝕，纖維間隙清晰可見。經傳統(tǒng)工藝和優(yōu)化工藝處理后的苧麻纖維表面均未見刻蝕痕跡，證明漂白工藝可靠。測試結果表明：未處理的苧麻織物白度67.45，斷裂強力474.14N；傳統(tǒng)工藝處理的苧麻織物白度80.33，斷裂強力467.40N；優(yōu)化工藝處理的苧麻織物白度82.47，斷裂強力514.26N。
綜合分析，優(yōu)化工藝比傳統(tǒng)工藝處理后的織物白度略有提升，這是由于傳統(tǒng)工藝未充分去除纖維表面膠質與其他雜質，纖維表面光潔度差；并且傳統(tǒng)工藝處理的苧麻纖維表面附著的膠質使纖維之間接觸面積減小，纖維間抱合力較差，因此當優(yōu)化工藝充分去除了苧麻纖維表面的雜質后，織物的斷裂強力較傳統(tǒng)工藝處理的苧麻織物提升了10.03%，較未處理的苧麻織物提升了8.46%。
3 結論
（1）甘油-亞鐵絡合物G-Fe2+能夠高效催化雙氧水，其漂白效果優(yōu)化工藝條件為漂白溫度90℃，漂浴pH值在5~6，甘油-亞鐵絡合物G-Fe2+質量濃度0.6g/L，漂白時間50min。漂白后，織物白度較原苧麻織物提高22.27%，強力較傳統(tǒng)處理工藝提高10.03%。
（2）通過CCD響應面設計試驗方法分析發(fā)現(xiàn)，影響漂白后苧麻織物白度的單因素重要性為：溫度＞時間＞甘油-亞鐵絡合物G-Fe2+濃度；說明漂白效果的提升主要依賴溫度升高對催化劑滲透性的促進；影響漂白后苧麻織物強力的單因素重要性為：甘油-亞鐵絡合物G-Fe2+濃度＞時間＞溫度；說明苧麻織物強力提升的關鍵因素是膠質與雜質的脫除率帶來纖維表面光潔度的提升。
（3）苧麻纖維表面膠質與雜質的脫除效果對白度的影響不顯著，但漂白脫膠后纖維的光滑程度對織物強力具有顯著影響。
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文章摘自:張雨萌，徐舒穎，夏虎，楊志秋，權衡，衛(wèi)增峰．基于甘油-亞鐵絡合物的苧麻織物氧漂工藝研究[J/OL]．棉紡織技術.https://link.cnki.net/urlid/61.1132.ts.20250217.1903.004。
