CN101643998B - 一种对纺织品的处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种对纺织品的处理方法，它以纳米粉体为光催化剂，制备成光催化处理浴，加入到间歇式或连续式反应单元中，在连续通入空气或氧气，及波长为200～400nm的紫外光条件下，对纺织品生坯进光催化预处理，再进行温和条件下的常规一浴法处理，以实现对纺织品的退浆、练漂前处理。本发明以纳米材料光催化所产生的强氧化性自由基等活性物质为纺织品上浆料、天然杂质的预处理剂，故反应可在常温常压下开展，且光催化预处理液可多次重复使用，温和条件下湿态化学处理也避免了传统前处理工艺中大量化学品等的应用。因而本发明的纺织品生坯前处理技术可减少污染物产生和排放，且具有设备及工艺简单、高效和节能减排的特点。

Description

一种对纺织品的处理方法

技术领域

本发明涉及一种对纺织品生坯进行前处理的方法，属于纺织染整技术领域。

背景技术

纺织品的前处理是染整加工过程中的重要环节。通过前处理工序可有效去除天然纤维(如棉等)在生长过程中产生的共生杂质(如蜡质，果胶，无机盐，色素，木质素等)，合成纤维在纺丝、织造时所附带的油剂、油蜡，以及织物在织造过程中所上的各类浆料等，从而为纺织品的染色、印花、整理等后道工序提供质量良好的半制品[邬申鹄.棉及涤棉混纺织物的退浆：各种退浆方法的述评(一)[J].印染，1991，17(6)：55-59；邬申鹄.棉及涤棉混纺织物的退浆：各种退浆方法的述评(二)[J].印染，1992，18(1)：54-58；邬申鹄.棉及涤棉混纺织物的退浆：各种退浆方法的述评(三)[J].印染，1992，18(2)：57-60，51]。纺织品的前处理不良，是造成印染疵病的重要根源，同时也严重影响纺织品的风格及服用性能。因而前处理工序在纺织品的整个染整加工中，占有极其重要的地位，通常需经高温、大量水洗，而且在大量酸碱及各类助剂等的剧烈湿态化学处理作用下，才能达到前处理目的。

其中对市场份额大的棉型类纺织品，按处理对象其传统的前处理可分为退浆、煮练、漂白三部分内容，分别达到除去浆料，天然共生杂质和色素等作用。其中退浆和煮练又是这类织物前处理中的重要内容，织物上的绝大多数浆料及其它杂质都在这两步工艺中得到有效去除。而合纤类如涤纶纺织品，由于其含杂量少，通常前处理内容主要包含退浆、精炼，分别除去织物上浆料，油剂和油蜡等。到目前为止，纺织品的前处理中各类退浆方法主要有酸退浆、碱退浆、酶退浆、氧化退浆[如亚溴酸钠、次氯酸钠及过氧化物(过硫酸盐，过氧化氢)退浆]等[邬申鹄.棉及涤棉混纺织物的退浆：各种退浆方法的述评(一)[J].印染，1991，17(6)：55-59；邬申鹄.棉及涤棉混纺织物的退浆：各种退浆方法的述评(二)[J].印染，1992，18(1)：54-58；邬申鹄.棉及涤棉混纺织物的退浆：各种退浆方法的述评(三)[J].印染，1992，18(2)：57-60，51；曾琦.染整前处理中退浆工艺的探讨[J].纺织科学研究，2004，(03)：38-42]。其中较为典型的传统前处理工艺为退浆→煮练(精炼)→漂白三步法。此外，近年来为达到节能减排的目的，又推出了各种短流程前处理工艺，如退浆+煮漂碱氧一浴两步法工艺，退浆+常规漂白两步法工艺，退浆漂白汽蒸一步法工艺，冷轧堆一步法工艺，以及酶氧一步法工艺等[李剑池.印染行业节能减排实用技术.环境，2008，(S1)：138-139]。

然而在上述各种前处理方法及工艺中，尤其是棉型纺织品的传统前处理工艺，其前处理的一般原理是利用酸或强碱，以及/或氧化剂、渗透剂、精炼剂、螯合剂等化学品在高温(或低温长时间处理)条件下，通过溶胀、水解、氧化降解等作用提高浆料及各类杂质的水溶性，然后通过后道水洗达到去除目的。因而通常其工艺流程长，能耗、水耗高，产生大量强碱性或酸性废水，而且废水中含有浆料等各类化学品，污染物浓度高，对废水处理及环境保护都造成了较大压力。此外，近年来开发的各种生物酶退浆及煮练工艺，虽然在工艺控制、纤维品质保护、降低前处理工艺中化学品用量方面具有较大优势，但由于生物酶的专一性也限制了其使用范围(如目前无漂白酶)[邬申鹄.棉及涤棉混纺织物的退浆：各种退浆方法的述评(一)[J].印染，1991，17(6)：55-59；邬申鹄.棉及涤棉混纺织物的退浆：各种退浆方法的述评(二)[J].印染，1992，18(1)：54-58；邬申鹄.棉及涤棉混纺织物的退浆：各种退浆方法的述评(三)[J].印染，1992，18(2)：57-60，51；曾琦.染整前处理中退浆工艺的探讨[J].纺织科学研究，2004，(03)：38-42]。同时在棉型织物尤其是高支高密厚重织物前处理中，对棉籽壳、蜡质去除欠佳；较难用于PVA化学合成浆料的退浆工艺；在麻类织物的脱胶前处理时，仍需采用其它漂白剂[李海静顾Ju栋等.国内外棉织物生物酶精练技术[J].印染，2001，27(9)：38-40；徐谷仓.棉织物生物酶前处理工艺[J].印染，2002，28(12)：39-44]。其次生物酶的耐热性及活性稳定性也欠佳，不适用于连续式加工工艺，在实际应用时还需其它助剂配合，以及生物酶前处理的加工成本高等缺陷，限制了其在纺织品前处理中广泛应用。此外，生物酶处理后的废水依然排放量大，其BOD值高。因而研发绿色、环保、高效的纺织品前处理方法及工艺，在达到良好的退浆、煮练(精炼)、漂白的同时，缩短工艺流程，减少常规化学品的使用，实现节能降耗减排，一直是纺织印染行业关注的重点之一。

纳米材料作为新一代催化剂，以其独特的晶体结构、表面特性和高效催化性，近年来已倍受国内外重视，又特别是在纳米材料的光催化反应领域。纳米材料由于其价带上的电子(e^-)在光(尤其是紫外光)的照射下，受到激发后容易通过其禁带宽度而跃迁进入导带，从而在其价带和导带上分别产生带正电荷的空穴(h⁺)及带负电荷的电子(e^-)，并进一步在纳米材料表面形成大量的电子空穴对(e^-/h⁺)。其空穴(h⁺)可与纳米材料表面的H₂O作用，生成具有强氧化性的羟基自由基(·OH)；而具还原性的电子(e^-)则可直接还原吸附在纳米微粒表面的物质，或与吸附氧(O₂)作用，生成强氧化性的负氧离子自由基(·O₂ ^-)。因而，纳米材料光催化反应可产生绿色、生态的强氧化剂(如各种具强氧化性的自由基等)或还原剂(如具还原性的电子)，无需使用常规氧化还原剂就可有效氧化、还原降解吸附在其表面的有害有毒物质，并最终将难以降解的有机物分解为CO₂、H₂O和其它中间产物，起到除臭、杀菌、净化环境等作用，其在光触媒空气净化、生物医药、自清洁材料、废水处理等领域获得了广泛应用[纳米TiO2的光催化机理及其影响因素分析[J].微纳电子技术，2008，45(1)：P28-32；半导体纳米材料的光催化及其应用[J].精细化工，2000，17(8)：476-479.]。

以纳米材料光催化技术为基础，研发环保、生态型纺织品前处理方法及工艺，减少常规有毒有害化学品的大量使用，降低能源及水资源消耗等，无论对提高纺织品前处理效率，推行清洁生产，实现纺织印染企业的节能降耗减排都具有非常重要的意义。

发明内容

为了克服现有技术存在的不足，本发明提供一种设备及工艺简单，具节能减排和清洁生产特点，并能在较为温和的湿态化学处理条件下对纺织品实现退浆、煮炼、漂白的前处理方法。

实现本发明目的所采用的技术方案包括如下步骤：

(1)以纳米粉体为光催化剂，将预制的纳米粉体配成质量浓度为0.01～0.5g L^-1的分散水溶液，调节溶液的pH值为3～12；

(2)将上述溶液按浴比1∶1～100制备成光催化处理浴，加入到间歇式或连续式反应单元中，在温度为5～100℃，并连续通入空气或氧气，以及波长为200～400nm的紫外光条件下，对纺织品生坯进行3～60分钟的光催化处理。

所述的光催化剂纳米粉体为锐钛矿型的TiO₂、SiO₂、Al₂O₃或CaCO₃中的一种或它们的任意组合；或经复合、金属/非金属掺杂或金属表面沉积修饰后的上述纳米粉体中的一种或它们的任意组合。

在光催化处理浴中添加促进剂H₂O₂或Al³⁺；所述H₂O₂的用量为0.05～4.0g L^-1；所述Al³⁺的用量为2.0×10^-3～1.0×10^-2mol L^-1。

所述的紫外光以功率为5～500W的紫外灯为光源。

本发明技术方案可处理的纺织品生坯可为天然纤维素纤维、再生纤维素纤维、及合成纤维中的单组分纤维纺织品或其混纺、交织品；可为其机织物，针织物，非织造布或纱线。

将经光催化处理的纺织品生坯，按纺织品常规前处理工艺，在温和条件下进行湿态化学处理，完成对纺织品的前处理，其工艺条件为：按纺织品常规退、煮、漂一浴法前处理工艺配方中各组分的用量减为原用量的1/4～4/5；浴比为1∶5～50，处理温度为60～98℃，处理时间为20～120分钟。

与现有技术相比，本发明的显著优点是：由于采用纳米材料光催化对纺织品生坯进行预处理，并结合温和条件下的湿态化学处理工艺对纺织品施行前处理的技术方案，纳米材料在光、尤其是紫外光照射下，因价带电子发生跃迁而在纳米材料表面生成具有强氧化性的负氧离子自由基和羟基自由基；而且其生成的强氧化性自由基除在纳米催化剂表面发生作用外，也可能以某种形式进入溶液或纤维相，对纤维/织物上浆料、天然杂质产生氧化降解等作用，从而在随后的湿态化学处理中织物的前处理变得更为容易，有效达到退浆、煮练、漂白效果。因而，本发明在对纺织品生坯进行光催化预处理时，不需使用大量的传统化学品，以及大量的酸碱，其适应pH值范围广，可实现在常温常压下进行不同要求的预处理，而且其光催化处理液可多次重复使用；同时其随后的温和湿态化学处理，大大降低了常规前处理中各种化学品的应用，从而也减少了污染物的产生和排放，故本技术具有高效、节能降耗减排、设备和工艺简单、操作方便等显著优点，在纺织印染行业的清洁生产中具有非常广阔的应用前景。

附图说明

图1是本发明实施例提供的纳米材料光催化处理纺织品生坯的间歇式装置示意图；

图1中：1、电源接线(电源略)；2、间歇式反应器3、石英玻璃管；4、低压汞灯5、生坯纺织品；6、增氧装置。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

实施例1：

分别将纳米材料Al₂O₃、CaCO₃制备成质量浓度为0.15g L^-1的分散水溶液，并调节溶液pH至7；再按1∶50的浴比加入到反应装置中，分别作为待处理纺织品生坯的光催化预处理浴。

本实施例采用间歇式反应装置对纯棉梭织生坯织物(97gm^-2，含淀粉和聚丙烯酸酯类混合浆)进行纳米材料光催化预处理。参见附图1，在间歇式反应器2中，安装增氧装置6，采用增氧泵向剥色浴中不断通入空气或氧气；安装石英玻璃管3和低压汞灯4，本实施例以1只8W低压汞灯为紫外光源，电源接线1(电源未画出)接通低压汞灯，加入待处理的纯棉梭织生坯织物5，分别对其正反面分别进行各5min的室温催化处理。同时，以相同的工艺条件，在处理浴中不加入纳米催化剂为空白实验样品。

将光催化处理后的样品和空白实验样品在温和条件下进行一道湿态化学处理。其方法是依据常规一浴法配方，将各成分用量减半使用。本实施例参照的常规一浴法配方是：NaOH为4.0g/L；H₂O₂(30％)为2.5g/L；Na₂SiO₃为1.5g/L；JFC为1.0g/L；浴比为1∶30，温度为85℃，处理时间为60min。处理结束后织物经水洗、晾干、平衡24h后用于各项性能测试。

织物的毛细管效应(毛效，cm)参照FZ/T01071-1999《纺织品毛细效应试验方法测试》标准，以30min时试样上溶液的上升高度(cm)来表征。

织物的练减率(为退浆率及其它杂质去除率等的总和)测定时将处理前后的织物分别在105℃条件下干燥90min，并在干燥器中冷却平衡30min，然后称重，按下式计算织物的练减率：

式中：m₀为处理前织物生坯的质量，m₂为处理后织物的质量。

纺织品的经向拉伸断裂强力按照国标GB/T 3923.1-1997中的条样法进行测试，织物在空气中平衡24小时，精确修正边纱后在YG-026A型多功能电子织物强力机(常州第二纺织机械厂)上测定其拉伸断裂强力，纺织品强力损失率按下式公式计算：

式中：N₀为处理前织物生坯的拉伸断裂强力(N)；N₁为处理后织物的拉伸断裂强力。

处理后织物的白度(Wh)在WD-5型全自动白度仪(北京市测色仪器公司)上采用D65光源、10°视场测试，织物折叠8层，取3次的算术平均值。

表1是采用本实施例所述的方法对上述棉生坯织物进行前处理后的测试结果。

表1

由表1可以看出，与空白试验相比，经纳米材料Al₂O₃或CaCO₃参与的光催化预处理，棉织物的毛效提高了1倍左右，显示出较高的光催化活性。由纳米材料光催化产生的各种强氧化性活性物质，在对纤维表面浆料进行氧化分解的同时，也可能对棉织物上天然的伴生物杂质如蜡质、果胶、半纤维、木质素等产生了氧化降解作用，故在保持织物较高的练减率的同时，也从而提高了纤维的亲水性。此外，表1所示的测试结果也显示，各纳米材料光催化预处理后织物的强力损失可控制在较小范围内，同时织物具有较高的白度。因而纳米材料在常温常压下的光催化预处理可明显提高常规棉织物的退浆、煮练、漂白效果，减少化学药品的使用和缩短工艺流程，具节能减排效应。

实施例2：

选择纳米材料CaCO₃为光催化剂，其用量为0.1g L^-1，并在pH值为5以及浴比为1∶80的条件下，采用实施例1的方法对实施例1中所述棉生坯织物正反面分别进行各8min的室温催化处理，然后在温和条件下(配方同实施例1)经湿态化学处理40min(其中本实施例的空白试验为棉生坯织物不经纳米材料光催化预处理，直接进行常规一浴法退浆、煮练、漂白湿态化学处理)。其具体步骤和其它条件如实施例1所述。

表2是采用本实施例所述的方法对上述棉生坯织物进行前处理后的测试对比结果。

表2

由表2所示的数据可以看到，在本实施例条件下，本发明的前处理方法在用于棉织物的退浆、煮练、漂白前处理时，其总体效果可与常规一浴法相当；而且织物的毛细效应还略高于常规处理法，同时结合练减率看，织物上的浆料及纤维上有关伴随物杂质也去除得更为彻底。

此外，纳米光催化剂在催化反应结束时，其本身特性并不改变，因而，光催化阶段的溶液可重复利用，减少了常规前处理法的化学品的大量使用，以及污染物的排放，具有非常明显的清洁生产和节能减排特性。

实施例3：

选择纳米材料CaCO₃为光催化剂，其用量为0.1g L^-1，并在pH值为3.5，促进剂Al³⁺为6.0×10^-3mol L^-1，以及浴比为1∶80的条件下，采用实施例1的方法对实施例1中所述棉生坯织物正反面分别进行各8min的室温催化处理，然后在温和条件下(配方同实施例1)经湿态化学处理60min。其具体步骤和其它条件如实施例1所述。

表3是采用本实施例所述的方法对上述棉生坯织物进行前处理后的测试结果。

表3

表3数据显示，在本实施例条件下，加入微量促进剂Al³⁺对棉织物的退浆、煮练、漂白前处理，也可起到较为明显的提高作用，尤其织物的毛细效应改善更为明显。可能微量促进剂Al³⁺的加入，更有利于纤维上果胶、蜡质等杂质的去除。

实施例4：

采用市售稀土掺杂纳米TiO₂与CaCO₃经1∶1的质量配比复合后为光催化剂，其用量为0.1g L^-1，并在pH值为9.0，浴比为1∶40和温度为60℃的条件下，采用实施例1的方法对实施例1中所述棉生坯织物正反面分别进行各10min的催化处理，然后在温和条件下进行一道湿态化学处理，按常规一浴法配方，将各成分用量减为原来的1/4使用。所依据的常规一浴法配方是：NaOH为2.0g/L；30％H₂O₂为1.25g/L；Na₂SiO₃为0.75g/L；JFC为0.5g/L；浴比为1∶40，温度为70℃，处理时间为60min。其具体步骤和其它条件如实施例1所述。

表4是采用本实施例所述的方法对上述棉生坯织物进行前处理后的测试结果。

表4

表4数据显示，在较高预处理温度，以及碱性条件下的复合纳米光催化预处理对棉织物的退浆、煮练、漂白也可起到较为明显的作用，而且还可降低湿态化学处理配方中各组分用量及处理温度，在织物获得较好的毛细效应、退浆率及白度的同时，也可减少织物的强力损失。

实施例5：

分别以纳米材料TiO₂、Al₂O₃及CaCO₃为光催化剂，其用量为0.15g L^-1，在pH值为7的条件下，采用实施例1的方法，对涤纶生坯织物(45g/m²，含聚丙烯酸酯浆料)正反面进行各5min的室温催化处理。然后将光催化处理后的样品在温和条件下，按常规一浴法配方，将各成分用量减半使用。所依据的常规一浴法配方是：Na₂CO₃为4g/L  净洗剂209为0.125g/L；保险粉为0.1g/L，浴比为1∶50，温度为95℃～98℃，处理时间为60min。进行一道湿态化学处理(其中空白实验时织物不经光催化预处理，直接进行上述温和条件的湿态化学处理)。其具体步骤和其它条件如实施例1所述。

表5是采用本实施例所述的方法对涤纶生坯织物进行前处理后的测试结果。

表5

由表5所示的数据可以看到，与空白试验相比，采用不同类型的纳米材料对涤纶织物进行光催化预处理后，其退浆精炼效果都得到非常明显的提高，可与其常规一浴法退浆精炼后的效果(本实施例条件下常规一浴法中练减率为3.9％)相当。并且采用实施例中的方法对涤纶织物进行前处理后，织物的强力都出现不同程度的提高，且白度较好。

本发明采用纳米材料经光催化和/或光照本身所产生的强氧化性和高反应性的自由基等活性物质，对纤维/织物上的浆料大分子及天然的果胶、蜡质、木质素等杂质进行氧化降解或增强其水溶性，从而有效地对纺织品生坯的退浆、练漂起到预处理作用。由于光催化预处理在室温条件下进行，不需使用传统的还原剂、氧化剂、溶剂或其它助剂等，而且经预处理的织物可在更为温和的湿态化学条件下完成对织物的退浆、煮练、漂白一浴处理，减少各类化学品的使用及污染物排放，设备及工艺简单，流程短，具有非常显著的节能减排、清洁生产和生态环保等特点，因而其应用前景非常广阔。

Claims (4)

1.一种对纺织品的处理方法，其特征在于包括如下步骤：

(1)以纳米粉体为光催化剂，将预制的纳米粉体配成质量浓度为0.01～0.5g L^-1的分散水溶液，调节溶液的pH值为3～12；所述的光催化剂纳米粉体为锐钛矿型的TiO₂、SiO₂、Al₂O₃或CaCO₃中的一种或它们的任意组合；或经复合、金属/非金属掺杂或金属表面沉积修饰后的上述纳米粉体中的一种或它们的任意组合；

(2)将上述溶液按浴比1∶1～100制备成光催化处理浴，加入到间歇式或连续式反应单元中，在温度为5～100℃，并连续通入空气或氧气，以及波长为200～400nm的紫外光条件下，对纺织品生坯进行3～60分钟的光催化处理。

2.根据权利要求1所述的一种对纺织品的处理方法，其特征在于：在光催化处理浴中添加促进剂H₂O₂或Al³⁺；所述H₂O₂的用量为0.05～4.0g L^-1；所述Al³⁺的用量为2.0×10^-3～1.0×10^-2mol L^-1。

3.根据权利要求1所述的一种对纺织品的处理方法，其特征在于：所述的紫外光以功率为5～500W的紫外灯为光源。

4.根据权利要求1所述的一种对纺织品的处理方法，其特征在于：所述的纺织品为天然纤维素纤维、再生纤维素纤维、常规合成纤维中的单组分纤维纺织品或其混纺、交织品。

Images