CN113322694A - 一种纤维素基纺织品活性氧梯度原纤空隙预氧化前处理方法 - Google Patents

一种纤维素基纺织品活性氧梯度原纤空隙预氧化前处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种纤维素基纺织品活性氧梯度原纤空隙预氧化前处理方法，将纺织品放入浸渍液中浸渍，并进行臭氧处理，然后热水洗、冷水洗、烘干。本发明中使用低浓度活性氧在纤维素纤维中构建梯度原纤空隙结构以增强其对水的渗透性，进而便于下一步染色工序。

Description

一种纤维素基纺织品活性氧梯度原纤空隙预氧化前处理方法
技术领域
本发明属于纺织品预氧化处理方法领域，特别涉及一种纤维素基纺织品活性氧梯度原纤空隙预氧化前处理方法。
背景技术
棉纤维是应用范围最广，最受广大消费者欢迎的天然纤维素纤维，其具备良好的吸湿透气性能。但天然棉纤维有油脂、果胶、蜡质等伴生物，在加工过程中容易沾染油渍等杂质，且为了提高织造过程中效率及坯布质量，常常使用淀粉、PVA浆料等物质进行上浆，这些杂质的存在大大影响了棉织物后续染色整理加工及使用，因此一般在染整加工前都需要对棉织物进行前处理。传统棉织物前处理一般在高温、强碱条件下进行，这对棉织物损伤极大，并且有能化学助剂用量大、能耗高、耗水量多、污染大等缺点。近年来，国际上对环境质量恶化与生态平衡失调关注密切，特别是水资源短缺和水环境污染问题引起了人民的广泛关注。印染企业的污染问题也成为了当前纺织印染行业发展的瓶颈。因此，寻求一种高效环保的前处理方法代替传统纤维素基纺织品前处理工艺意义重大。
臭氧具有较高氧化电势2.07V、无副作用、且室温下活泼，反应条件温和、耗水少且不使用有害化学物质等特点在纺织品前处理中显示出优良的绿色生态结果。臭氧在棉织物前处理中的主要作用是辅助精炼和漂白。臭氧的强氧化性臭氧的强氧化性会使棉织物上的蜡质酯键断裂，并且可以切断果胶的分子链，将其从纤维上去除。此外，棉纤维上的天然色素也会受到臭氧的影响，在臭氧的高氧化电位下，色素的显色基团会被破坏从而达到消色效果。臭氧的氧化性能是非选择性的，在处理杂质的同时也会破坏纤维素，造成棉织物强力下降。张杰等将臭氧应用到棉织物的退浆、煮练中，并对未处理坯布进行臭氧处理。结果表明，臭氧可以有效地去除坯布上的浆料，但远没有达到碱退浆的效果。此外，在漂白方面，经过传统工艺退浆的棉织物经臭氧处理后白度可以达到过氧化氢漂白的效果，但强力有一定损伤。Benli等通过超声波辅助臭氧进行棉织物前处理，与传统工艺处理相比，缩短了处理时间，在织物白度和毛效上效果相近，但强力略有损伤。
CN108914543A公开了棉织物双氧水、臭氧退煮漂一浴法前处理方法，其简化缩短了传统棉织物前处理流程，提高了生产效率。但双氧水本身具有强氧化性，且其极易分解，处理不当，易对纤维织物造成一定的损伤。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种纤维素基纺织品活性氧梯度原纤空隙预氧化前处理方法，克服现有技术前处理工艺流程长、处理温度高、耗水量多、污染大、生产效率差等缺陷。
本发明的一种纤维素基纺织品预氧化处理方法，包括：
将纺织品放入浸渍液中浸渍，并进行臭氧处理(使用臭氧发生器制造臭氧处理样品)，然后热水洗、冷水洗、烘干。
上述制备方法的优选方式如下：
所述纺织品指广义上的纺织品。具体为棉织物、棉纱线、棉混纺织物、棉混纺纱线、棉包芯纱、纤维素基皮层包芯纱中的一种或几种。
所述浸渍液为水，pH＝6-8。
所述浸渍液pH使用1M H2SO4或1M NaOH调节pH值。
所述浸渍并进行臭氧处理具体为：浸渍温度为10-30℃；浴比为1:5-1:20；浸渍时间为10-30min；臭氧气体流量为0.5-1.5L/min，臭氧浓度为0.5-1.5wt％。
所述热水洗为采用60-80℃水洗涤。
所述冷水洗：采用常温冷水洗涤。
本发明的一种染色的纤维素基纺织品，将所述预氧化处理的纤维素基纺织品进行染色。
本发明创新性的使用低浓度活性氧在纤维素纤维中构建梯度原纤空隙结构以增强纤维素纤维的水渗透性。活性氧包括氧的一电子还原产物超氧阴离子(O2·-)、二电子还原产物过氧化氢(H2O2)、三电子还原产物羟基自由基(·OH)，具有超高的氧化性。尤其以臭氧为代表，具有高水溶性，低成本，环保等优势。活性氧对材料的活化不停留在材料的表面，还渗透到材料的内部。它通过氧化反应转化纤维素纤维中葡萄糖的伯羟基和仲羟基，形成更多的亲水羧基。同时，活性氧可促进糖苷键的裂解，使得高结晶的纤维素纤维表面出现仍然连续的原纤空隙。这些空隙与原本的纤维素纤维形成纳米梯度结构，有利于水分子的快速传导，进而加快渗透。本技术的可实现精准控制活性氧的浓度，在渗透缸里施加超低含量活性氧即可达到构建原纤空隙纳米梯度结构的目的。高浓度活性氧会导致糖苷键的完全裂解和纤维素纤维的完全原纤化，致使纤维脱落。
有益效果
(1)使用本发明的技术方案，可以大幅提高纤维素纤维的浸润性。所形成的原纤空隙纳米梯度结构可以极大增加纤维素纤维的渗透速率，更利于后续染整加工，极大降低了能耗和提高了生产效率，符合国家低碳制造的发展方向。
(2)本发明提出的的纤维素基纺织品活性氧梯度原纤空隙预氧化技术大大简化了传统退浆、煮练和漂白前处理工艺，缩短工艺流程，提高生产效率。此外本发明活性氧预处理方法较传统退、煮、漂工艺避免了大量助剂的使用，处理温度为室温条件，且浸渍液pH接近中性6-8，避免了的强碱处理，可显著减轻后续水处理负担，大幅度节水节能，显著减轻了对环境的影响。
(3)本发明方法使用低浓度活性氧在纤维素纤维中构建梯度原纤空隙结构以增强其对水的渗透性，进而便于下一步染色工序。本发明可以精确控制活性氧的浓度，在浸渍缸里施加超低含量活性氧即可达到构建原纤空隙纳米梯度结构的目的。本发明提出的技术方案，可以大幅提高纤维素纤维的浸润性。
附图说明
图1为活性氧导致糖苷键断裂的反应机理；
图2为活性氧生成羧基和羰基的反应机理；
图3为不同活性氧含量时所得Lyocell纤维的原纤化程度。通活性氧时间分别为a)10分钟；b)20分钟；c)30分钟；d)45分钟。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
原料：牛仔经纱为30支Lyocell纤维/T400涡流包芯纱。棉织物(纯白半漂粗纹斜布，135g/m2，广东前进牛仔布有限公司)。
试剂：染料为靛蓝染料(粒装，工业级)；烧碱、保险粉(分析纯)
K/S值：将处理后的试样折叠4层(不透光)，采用测色配色仪测定织物K/S和L值，测定试样4处不同位置，取平均值。
织物耐摩擦色牢度：参照GB/T 3920-2008《纺织品色牢度实验耐摩擦色牢度》测定评级。
芯吸效应：按照FZ/T 01071—2008《纺织品毛细效应试验方法》,采用毛细管效应测定仪测量试样的的毛细高度。测3次，取平均值。
白度：根据GB/T 8424.2—2001《纺织品色牢度试验相对白度的仪器评定方法》测试。
织物强力：根据GB/T 3923.1—1997《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》测定。
纱线根据GB/T 3916—2013《纺织品卷装纱单根纱线断裂强力和断裂伸长率的测定》，采用YG021DL型电子单纱强力机测试单纱强伸性能。
实施例1
将Lyocell/T400涡流包芯纱在浸渍液中浸渍，期间使用臭氧发生器制造臭氧处理样品，臭氧气体流量为1L/min，臭氧浓度为1.5wt％，浸渍液pH为7.8(采用1M NaOH调节，使浸渍液水的pH值为7.8)，浸渍温度为25℃，浸渍时间为分别为10min，20min，30min和45min。浸渍结束后，对包芯纱进行热水洗、冷水洗、烘干处理。测试不同浸渍时间后样品的SEM，如图3所示。测试试样处理前后的芯吸高度、强力。进一步对处理前后纱线进行染色，具体染色流程为：准确称取靛蓝染料用量2％(o.w.f)，烧2g/L，保险粉2.5g/L，浴比1:20，加入染杯，加入去离子水溶解，震荡水浴以充分溶解染料助剂。染浴升温至50℃。
分别取5g处理前后纱线放入染杯中，染色10分钟，空气氧化10分钟，皂洗(皂粉4g/L，碳酸钠3g/L，(93±2)℃皂煮20min，浴比1:50。)、水洗、烘干。测试染后试样K/S值、干/湿摩擦牢度。具体结果见表1。
通过SEM表征可以发现，在通臭氧10分钟，温度25℃时，Lyocell纤维表面出现明显的原纤结构，但由于活性氧含量过低，糖苷键解离程度不足，浮游的原纤没有被有效去除。进一步提高臭氧含量至20分钟，可以发现，此时的氧化能力已经足够去除纤维表面松散的原纤，所形成的纤维致密，并且在纤维表面形成由连续微原纤构成的空隙结构。这种独特空隙结构与原本的Lyocell纤维形成纳米梯度结构，有利于水分子的渗透和快速传导。在通活性氧30分钟时，由于氧化能力过强，Lyocell纤维结构发生解离，原纤化现象显著，无法形成包芯纱结构。进一步提高臭氧含量至45分钟，Lyocell纤维则完全解离为微原纤。
表1活性氧处理时间对涡流纺包芯纱各项性能的影响
Figure BDA0003156139740000041
经活性氧梯度原纤空隙预氧化处理前，涡流纺包芯纱的芯吸高度为0.8cm，纱线白度为72.2，单纱断裂强度为18.7cN/tex。活性氧处理20min后纱线的芯吸高度为2.5cm，白度为81.3，单纱断裂强度为17.87cN/tex。染色后纱线K/S值为6.73，干摩擦牢度4，湿摩擦牢度3级。活性氧氧化去除纤维表面松散的原纤，形成的纤维致密，并且在纤维表面形成由连续微原纤构成的空隙结构。这种独特空隙结构与原本纤维素纤维形成纳米梯度结构，有利于水分子的渗透和快速传导，大大增强了纤维的毛细效应，提高了纱线的白度，且对纱线的强力损失没有明显影响。此外，活性氧梯度原纤空隙预氧化处理后，染料隐色体在纤维表面吸附更加均匀，染料向纤维内部扩散更充分，纤维表面浮色减少，染色牢度更高，染色更加均匀，染色效果显著。
实施例2
将棉针织物在浸渍液中浸渍，期间使用臭氧发生器制造臭氧处理样品，臭氧气体流量为1L/min，臭氧浓度为1.5wt％，浸渍液pH为7.8(采用1M NaOH调节，使浸渍液水的pH值为7.8)，浸渍温度为25℃，浸渍时间为20min。浸渍结束后，对棉织物进行热水洗、冷水洗、烘干处理。测试棉织物处理前后的毛效、白度及强力。进一步对处理前后棉织物进行染色，具体染色流程为：准确称取靛蓝染料用量3％(o.w.f)，烧碱3g/L，保险粉3g/L，浴比1:20，加入染杯，加入去离子水溶解，震荡水浴以充分溶解染料助剂。染浴升温至50℃。
分别取5g处理前后棉针织物放入染杯中，染色10分钟，空气氧化10分钟，皂洗(皂粉4g/L，碳酸钠3g/L，(93±2)℃皂煮20min，浴比1:50。)、水洗、烘干。测试染后布样K/S值、干/湿摩擦牢度。
经活性氧梯度原纤空隙预氧化处理前，棉织物的毛细管效应为13.2cm/30min，织物白度为82，织物强力为93N，染色K/S值为10.25，干摩擦牢度4，湿摩擦牢度3级。处理后棉织物的毛细管效应为15.5cm/30min，织物白度为91，织物强力为90.2N，强力损失3％。染色K/S值为13.12，干摩擦牢度4-5，湿摩擦牢度3-4级。活性氧氧化去除纤维表面松散的原纤，形成的纤维致密，并且在纤维表面形成由连续微原纤构成的空隙结构。这种独特空隙结构与原本纤维素纤维形成纳米梯度结构，有利于水分子的渗透和快速传导，大大增强了纤维的毛细效应，提高了织物的白度，且对织物的强力损失没有明显影响。此外，活性氧梯度原纤空隙预氧化处理后，染料隐色体在纤维表面吸附更加均匀，染料向纤维内部扩散更充分，纤维表面浮色减少，染色牢度更高，染色更加均匀，染色效果显著。
对比例1
棉针织物采用传统的碱退浆、精炼剂和双氧水漂白三步法进行前处理：
工艺流程：
棉针织物浸轧氢氧化钠退浆液(氢氧化钠10g/L，温度65℃，精炼剂3g/L，亚硫酸钠1.5g/L，轧液率105％)后于100℃汽蒸30min，热水洗，水洗后浸轧氢氧化钠煮练液(氢氧化钠15g/L，非离子表面活性剂脂肪醇聚氧乙烯醚3g/L，温度65℃，精炼剂3g/L，亚硫酸钠1.5g/L，轧液率105％)然后100℃汽蒸30min，热水洗，水洗后，浸轧双氧水漂白液(30％双氧水5g/L，氢氧化钠5g/L，温度85℃，氧漂稳定剂2g/L，润湿剂2g/L)，100℃汽蒸30min，酸洗(醋酸5-10g/L，温度45℃中和至pH＝7)，热水洗、温水洗、水洗后烘干。测试棉针织物处理前后的毛效、白度及强力。进一步对处理前后棉织物进行染色，具体染色流程为：准确称取靛蓝染料用量3％(o.w.f)，烧碱3g/L，保险粉3g/L，浴比1:20，加入染杯，加入去离子水溶解，震荡水浴以充分溶解染料助剂。染浴升温至50℃。
分别取5g处理前后棉针织物放入染杯中，染色10分钟，空气氧化10分钟，皂洗(皂粉4g/L，碳酸钠3g/L，(93±2)℃皂煮20min，浴比1:50。)、水洗、烘干。测试染后布样K/S值、干/湿摩擦牢度。
实施效果：经上述处理后棉织物的毛细管效应为13.5cm/30min，织物白度为90，织物强力为84.2N。染色K/S值为11.07，干摩擦牢度4，湿摩擦牢度3级。
对比例2
工艺流程：
棉针织物先在浸渍液中浸渍(浸渍液组成：30％双氧水用量1.0g/L，阴离子表面活性剂十二烷基磺酸钠2.0g/L，浸渍液pH＝7。温度40℃，浸渍时间20min)。然后在臭氧分为中处理，该氛围由臭氧和空气组成，其中臭氧浓度为0.5g/L，处理时间为20min，处理温度为25℃。处理后进行热水洗和冷水洗最后烘干。
进一步对处理前后棉织物进行染色，具体染色流程为：准确称取靛蓝染料用量3％(o.w.f)，烧碱3g/L，保险粉3g/L，浴比1:20，加入染杯，加入去离子水溶解，震荡水浴以充分溶解染料助剂。染浴升温至50℃。
分别取5g处理前后棉针织物放入染杯中，染色10分钟，空气氧化10分钟，皂洗(皂粉4g/L，碳酸钠3g/L，(93±2)℃皂煮20min，浴比1:50。)、水洗、烘干。测试染后布样K/S值、干/湿摩擦牢度。
实施效果：经上述处理后棉织物的毛细管效应为14.3cm/30min，织物白度为90.5，织物强力为88.6N。染色K/S值为12.76，干摩擦牢度4，湿摩擦牢度3级。

Claims (7)

1.一种纤维素基纺织品预氧化处理方法，包括：
将纺织品放入浸渍液中浸渍，并进行臭氧处理，然后热水洗、冷水洗、烘干。
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述纺织品为棉织物、棉纱线、棉混纺织物、棉混纺纱线、棉包芯纱、纤维素基皮层包芯纱中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述浸渍液为水，pH＝6-8。
4.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述浸渍液pH使用1M H2SO4或1M NaOH调节pH值。
5.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述浸渍并进行臭氧处理具体为：浸渍温度为10-30℃；浴比为1:5-1:20；浸渍时间为10-30min；臭氧气体流量为0.5-1.5L/min，臭氧浓度为0.5-1.5wt％。
6.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述热水洗为采用60-80℃水洗涤。
7.一种染色的纤维素基纺织品，其特征在于，将权利要求1所述预氧化处理的纤维素基纺织品进行染色。
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