制浆用废旧棉织物的脱色性能及其机制.pdf

第 44 卷 第 7 期2023 年 7 月纺 织 学 报Journal of Textile ResearchVol.44,No.7Jul.,2023DOI:10.13475/j.fzxb.20220202401制浆用废旧棉织物的脱色性能及其机制王 伟1,吴嘉欣1,张晓云1,张传杰1,2,3,宫兆庆3(1.青岛大学 纺织服装学院,山东 青岛 266071;2.青岛大学 威海创新研究院,山东 威海 264200;3.威海市织物功能助剂重点实验室,山东 威海 264500)摘 要 针对废旧棉织物制备棉浆粕中存在的能耗高和纤维素降解严重等问题,急需开发温和脱色技术实现清洁制浆。采用氢氧化钠-保险粉体系进行废旧棉织物的脱色处理,研究脱色过程中各因素的作用,以及脱色处理对棉织物结构与性能的影响,探究温和脱色机制。结果表明:氢氧化钠可以提升保险粉的稳定性,同时促进棉织物上的染料发生水解扩散到脱色液中;保险粉通过还原作用破坏织物上以及脱色液中染料的发色团,提升染料水解反应程度;在氢氧化钠和保险粉的协效作用下,脱色后棉织物上无染料残留,明度值从 16.52 提升至 70.00 以上;脱色处理过程中棉织物的化学结构和结晶结构几乎不受影响,纤维素分子质量及其分布变化不大,脱色棉织物断裂强力保留率在 98%以上,不影响后续制浆使用。关键词 废旧棉织物;脱色机制;氢氧化钠;保险粉;浆粕;温和脱色技术中图分类号:TS 102.9 文献标志码:A 收稿日期:2022-02-17 修回日期:2022-11-01基金项目:国家重点研发计划项目(2020YFC1910301)第一作者:王伟(1998),男,硕士生。主要研究方向为功能纤维及纺织品。通信作者:张传杰(1982),男,副教授,博士。主要研究方向为功能纤维及纺织品。E-mail:jcuse 。随着人们生活水平的提高和消费观念的转变,纺织品的使用周期不断缩短,由此产生了大量的废旧纺织品,造成了巨大的环境压力。随着“碳达峰、碳中和”国家战略的实施,废旧纺织品的回收利用越来越受到重视。棉织物在废旧纺织品中占的比重较大,且棉的供应一直受到“粮棉争地”矛盾的制约,因此,实现废旧棉织物的循环利用,既有生态价值又有经济效益。目前,废旧棉织物的循环利用以物理法为主,通过拆解、开松与高品质棉混纺成纱1-3,由此制成的纺织品档次低、品质差,且颜色和花型受限。若将废旧棉织物制成纺丝用浆粕,则可实现废旧棉织物的高值化利用,减少环境污染和资源浪费,缓解纺织纤维供需矛盾,应用前景广阔。棉浆粕的传统制备工艺采用高质量浓度氢氧化钠溶液(质量浓度100 g/L)和高温(160180)高压蒸煮,存在能耗高以及纤维素聚合度下降严重等问题,不适用于废旧棉织物制浆。采用废旧棉织物制浆,首先需要解决温和脱色问题。棉织物可采用氧化脱色4-5、还原脱色6-8,以及光催化脱色、臭氧脱色、超声波辅助脱色等工艺技术9-11。但是,目前的研究多集中于单色棉织物的脱色工艺方面,对脱色机制和脱色后织物的综合性能缺乏探究。本文采用工业上常用的氢氧化钠-保险粉体系对黑色棉织物进行脱色,通过正交试验确定最佳脱色工艺,并采用单因素试验探究氢氧化钠质量浓度、保险粉质量浓度、脱色温度和保险粉添加方式等因素在棉织物脱色过程中的作用。研究脱色前后棉织物的形貌和力学性能,以及脱色前后棉织物的化学结构、结晶结构、分子质量及其分布等。在此基础上,探究棉织物的脱色机制,为来源复杂和颜色多样的废旧棉织物制备棉浆粕提供理论参考。1 试验部分1.1 材料与仪器 材料:黑色纯棉机织物(经纬纱线密度均为10 tex,经纬密分别为 40、35 根/cm,幅宽为140 cm,活性染料染色,鲁丰织染有限公司);阔叶溶解浆粕(粘胶纤维纺丝用浆粕,新疆中泰纺织集团有限公司);氢氧化钠、保险粉(分析纯,国药集团化学试剂有限公司)。仪器:SHA-BA 型水浴恒温振荡器(常州讯生仪器有限公司);UV2700 型紫外-可见分光光度计(日本岛津株式会社);Is50 型傅里叶变换红外光 纺织学报第 44 卷谱仪(美国 Thermo Fisher 公司);Smart Lab SE 型 X射线衍射仪(日本理学株式会社);DVM6M 型超景深显微镜(德国徕卡公司);YG065 H-250/PC 型电子织物强力机(温州市大荣纺织仪器有限公司);1260 Infinity II HT 型凝胶渗透色谱仪(英国安捷伦公司);Datacolor 850 型电脑测色仪(美国 Datacolor公司)。1.2 棉织物的脱色处理 将黑色棉织物裁剪成20 cm 20 cm 的规格,备用;根据因素水平表(见表 1)设计正交试验,按照正交试验设定配方,采用浴比为1 15配制脱色溶液;将黑色棉织物浸泡在脱色溶液中,在试验规定的温度下振荡处理一定时间;采用蒸馏水(浴比为1 15)漂洗脱色织物直至中性,然后烘干留样。在正交试验的基础上,进行保险粉质量浓度、氢氧化钠质量浓度、脱色温度、保险粉添加方式对脱色效果的影响研究,探究黑色棉织物的最佳脱色工艺。表 1 棉织物脱色正交试验因素水平表Tab.1 Level table of orthogonal experimental factors fordecolorization of cotton fabrics水平A保险粉质量浓度/(gL-1)B氢氧化钠质量浓度/(gL-1)C脱色温度/D脱色时间/min1020403023406060366080901.3 棉织物脱色效果表征 采用 Datacolor 电脑测色仪,在 D65光源和 10视场条件下,测试脱色前后棉织物的明度值和K/S 值。依据脱色后棉织物的明度值作为判断脱色效果的依据,明度值越大脱色效果越好。1.4 脱色溶液的吸光度测定 按照试验设定的工艺对黑色棉织物进行脱色处理,每间隔 15 min 吸取脱色溶液,用蒸馏水快速稀释并冷却至室温,然后采用紫外-可见分光光度计测定溶液在波长为 300800 nm 范围的吸光度。1.5 棉织物的表面及截面形貌观察 采用超景深显微镜观察脱色前棉织物和不同脱色工艺处理后棉织物的表面和截面(石蜡法切片制样)形貌。1.6 棉织物的断裂强力测试 参照 GB/T 3923.12013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),采用电子织物强力机测试脱色前后棉织物经、纬向的断裂强力。织物规格为 5 cm25 cm,每块试样测试 10 次,取平均值。1.7 棉纤维的结构表征 将脱色前后的棉织物裁剪、研磨成粉末,干燥至质量恒定,备用。采用 KBr 压片法利用傅里叶变换红外光谱仪测试脱色前后棉织物的红外光谱,测试条件 为:扫 描 次 数 12,分 辨 率 4 cm-1,扫 描 范围4 000500 cm-1。采用 X 射线衍射仪测试脱色前后棉织物的结晶结构,测试条件为:管电流 40 mA,管电压 40 kV,扫描速度 5()/min,扫描范围 545。将阔叶溶解浆粕、未染色棉织物和最佳工艺脱色棉织物进行硝化改性,制成硝化纤维素12;然后采用凝胶渗透色谱仪测试 3 种纤维素的分子质量及其分布,测试条件:四氢呋喃为流动相,测试温度为40,流速为0.1 mL/min,进样量为200 L,色谱柱由标准聚苯乙烯校正。2 结果与讨论2.1 棉织物脱色的正交试验结果分析 以保险粉质量浓度、氢氧化钠质量浓度、脱色温度和脱色时间为试验因素,脱色织物的明度值为试验指标,进行棉织物脱色的正交试验,并采用直观分析法处理试验数据,结果见表 2。表 2 棉织物脱色的正交试验结果Tab.2 Orthogonal test results of decolorizationof cotton fabrics试验序号ABCD织物明度1020403017.282040606018.573060809048.204320609044.665340803054.866360406032.757620806061.928640409029.499660603043.66k128.0241.2926.5138.60k244.0934.3135.6337.75k345.0241.5454.9940.78R17.007.2028.483.03优选水平A3B3C3D3从表 1 可看出,各因素对脱色效果影响的主次顺序为:脱色温度、保险粉质量浓度、氢氧化钠质量浓度、脱色时间。试验设计范围内,黑色棉织物的最佳脱色工艺为:脱色温度 80,保险粉质量浓度6 g/L,氢氧化钠质量浓度 60 g/L,脱色时间90 min。671第 7 期王 伟 等:制浆用废旧棉织物的脱色性能及其机制 采用正交试验确定的最佳工艺对棉织物进行脱色处理,脱色棉织物的明度值从脱色前的 16.52 提升到70.00,增加了 3.24 倍。2.2 试验因素对脱色效果的影响和作用2.2.1 保险粉和氢氧化钠的影响 固定温度为 80,时间为 60 min,研究氢氧化钠质量浓度和保险粉质量浓度对棉织物脱色效果的影响,结果见图 1。可以看出,随着氢氧化钠质量浓度的增加,棉织物的脱色效果明显改善。不使用保险粉时,当氢氧化钠质量浓度从 10 g/L 增加到60 g/L,脱 色 棉 织 物 的 明 度 值 从 21.62 提 升 到45.67,增加了 1.1 倍。当氢氧化钠质量浓度增加到40 g/L 后,继续增加其质量浓度对脱色效果的提升作用减弱;特别是当脱色液中保险粉质量浓度较高时,继续增加氢氧化钠质量浓度,棉织物脱色效果提升不明显。图 1 氢氧化钠和保险粉质量浓度对脱色效果的影响Fig.1 Influence of concentrations of NaOH and hydrosulfiteon decolorization effect在氢氧化钠溶液中添加保险粉可显著提升脱色效果,当氢氧化钠质量浓度为 60 g/L 时,将保险粉质量浓度从 0 g/L 增加到 5 g/L,脱色棉织物的明度值从 45.67 提升到 64.02,增加了 40.18%。另外,达到相同脱色效果时,保险粉的使用可以显著减少氢氧化钠的用量。从图 1 可看出,脱色溶液中保险粉的质量浓度每增加1 g/L,氢氧化钠的质量浓度可减少 5 20 g/L。但是,当氢氧化钠质量浓度较低时,保险粉的脱色效果亦不太理想。综上所述,保险粉和氢氧化钠对棉织物的脱色有协效增强作用,单独使用一种脱色效果都不理想,2 种试剂需要按照比例添加使用,通常情况下氢氧化钠质量浓度为 3050 g/L,保险粉质量浓度为 35 g/L。固定温度为 80,分别采用 60 g/L 的氢氧化钠溶液和 6 g/L 的保险粉溶液对棉织物进行脱色,不同时间脱色棉织物的 K/S 值曲线和脱色溶液的吸光度曲线如图 2、3 所示。从图 2 可看出,氢氧化钠脱色棉织物上残留染料的最大吸收波长和脱色溶液中染料的最大吸收波长一致,均在 430、615 nm 处出现波峰;且随着脱色时间的延长,脱色棉织物的K/S 值逐渐降低,而脱色溶液的吸光度逐渐上升。由此推断,氢氧化钠可以水解棉织物上活性染料与棉纤维素之间的共价键,使染料从织物上转移到脱色溶液中,但并不破坏染料的发色基团。在氢氧化钠的作用下,随着反应时间的延长,脱色溶液中染料的浓度逐渐上升,直至与棉织物上染料达到水解脱色和重新上染平衡。由于氢氧化钠的质量浓度越高,对染料与棉纤维素之间共价键的水解作用越强,因此脱色效果越好。图 2 不同时间氢氧化钠脱色棉织物的 K/S 值曲线及其脱色溶液的吸光度曲线Fig.2 K/S value curves of cotton fabric(a)decolorized byNaOH and absorbance curves of decolorizationsolution(b)for different time periods从图 2 还可看出,随着脱色时间的延长,脱色棉织物 K/S 值曲线中 615 nm 处峰值的下降幅度大于430 nm 处;与此同时,脱色溶液中 615 nm 处吸光度的提升幅度大于 430 nm 处。由此表明,本文采用的771 纺织学报第 44 卷图 3 不同时间保险粉脱色棉织物的 K/S 值曲线及其脱色溶液的吸光度曲线Fig.3 K/S value curves of cotton fabric(a)decolorized byNa2S2O4and absorbance curves of decolorizationsolution(b)for different time periods黑色棉织物上含有活性基团不同的 2 种染料,且与棉织物形成的共价键的稳定性不同,其中最大吸收波长在 615 nm 处的染料,在氢氧化钠作用下更易发生水解。从图 3 可看出,保险粉脱色后棉织物的K/S 值显著下降,且 K/S 值曲线中未产生新的吸收峰;但脱色溶液的吸光度只在 430 nm 处出现吸收峰,且吸收峰强度非常弱。由此推断,单独采用保险粉对棉织物脱色时,保险粉直接与棉织物上的染料反应,破坏染料的发色体系达到脱色效果。但是,保险粉脱色棉织物在 430 nm 处的 K/S 值仍高于 7.0,表明单独使用保险粉的脱色效果不理想。从图 3(a)可看出,脱色时间为 15 min 时,脱色棉织物 K/S 值下降较多;但是继续延长脱色时间,脱色棉织物的 K/S 值几乎不再下降。由此表明,保险粉脱色的效率较高(和单独氢氧化钠脱色相比),15 min 内就基本完成了棉织物的脱色。从图 3(a)还可看出,脱色前棉织物 K/S 值曲线中615 nm处的峰值高于 430 nm 处,而脱色棉织物 K/S 值曲线中615 nm 处的峰值反而低于 430 nm 处。从图 3(b)可看出,随着脱色时间延长,脱色溶液中430 nm处的吸光度先增大后减小。由此表明,黑色棉织物上2 种染料发色基团的还原电位不一样,最大吸收波长在 615 nm 处的发色基团更易被保险粉还原。2.2.2 脱色温度的影响 固定氢氧化钠质量浓度为 40 g/L,时间为60 min,研究脱色温度对棉织物脱色效果的影响,结果见图 4。图 4 脱色温度对脱色效果的影响Fig.4 Influence of temperature on decolorization effect从图 4 可看出,脱色温度对棉织物的脱色效果有显著影响,当温度低于 80 时,即使保险粉质量浓度增加到 10 g/L,脱色效果亦不理想。随着温度升高棉织物的脱色效果显著提升,当保险粉质量浓度为 4 g/L 时,将温度从 60 升高到 80,脱色棉织物的 明 度 值 从 36.19 提 升 到 61.87,增 加 了70.96%。从图 6 还可看出,即使不添加保险粉,随着温度升高,棉织物的脱色效果亦显著提升,表明升高温度有利于促进染料在氢氧化钠溶液中的水解。由于保险粉在高温时易分解失效,保险粉和染料反应的还原温度通常控制在 60 以下。上述 2 种作用同时存在、相互制约,从综合作用的结果来看,升温更有利于棉织物的脱色。综上所述,脱色温度和氢氧化钠质量浓度、保险粉质量浓度 3 个因素之间存在相互促进和相互制约的关系。综合考虑各因素,在氢氧化钠-保险粉体系中,棉织物的脱色温度一般控制在 80 左右。2.2.3 保险粉添加方式的影响 固定温度为 80,氢氧化钠质量浓度为40 g/L,保险粉质量浓度为 4 g/L,分别采用一步法(溶液升温至 80 时加入全部保险粉)和二步法(80 时加入 1/2 保险粉,脱色 15 min 时再加入1/2 保险粉)对黑色棉织物进行脱色处理,研究保险粉的添加方式对棉织物脱色效果的影响。2 种保险871第 7 期王 伟 等:制浆用废旧棉织物的脱色性能及其机制 粉添加方式脱色处理后棉织物的 K/S 值曲线和脱色溶液的吸光度曲线如图 5、6 所示。图 5 一步法添加保险粉时脱色棉织物的 K/S 值曲线及其脱色溶液的吸光度曲线Fig.5 K/S value curves of decolorized cotton fabric(a)andabsorbance curve of decolorization solution(b)in one-step method for adding Na2S2O2从图 5(a)可看出,采用氢氧化钠-保险粉体系脱色棉织物的 K/S 值曲线中,430 nm 处的吸收峰消失;而单独使用氢氧化钠或保险粉脱色时,该染料较难去除。另外随着脱色时间延长,氢氧化钠-保险粉体系脱色棉织物 615 nm 处的 K/S 值降至 1.4 左右,脱色效果显著优于单独使用氢氧化钠或保险粉。从图 5(b)可看出,随着脱色时间延长,脱色溶液吸光度曲线中 615 nm 左右的吸收峰强度逐渐增加,但低于单独使用氢氧化钠脱色时溶液的吸收峰强度,且吸收波长发生红移(脱色时间为 30 min 时);另外脱色时间30 min 时,溶液吸光度曲线中 430 nm 处的吸收峰才出现,且吸收峰强度也低于单独使用氢氧化钠溶液时的吸收峰强度,表明 30 min 时脱色溶液中的保险粉已消耗完毕。由此可推断,采用氢氧化钠-保险粉体系脱色棉织物时,溶液中的氢氧化钠具有双重作用:一方面促进棉织物上活性染料发生水解,从织物上转移到图 6 二步法添加保险粉时脱色棉织物的 K/S 值曲线及其脱色溶液的吸光度曲线Fig.6 K/S value curves of decolorized cotton fabric(a)andabsorbance curves of decolorization solution(b)in two-step method for adding Na2S2O2脱色溶液中;另一方面,可提高保险粉的化学稳定性(消耗完毕的时间从不使用氢氧化钠时的不足15 min提高到 1530 min),使更多的保险粉与染料发生反应。与此同时,溶液中的保险粉也具有双重作用:一方面保险粉直接与棉织物上的染料发生反应,破坏染料的发色体系达到脱色效果;另一方面,保险粉与脱色溶液中的染料发生反应,降低脱色溶液中的染料浓度,破坏染料的水解、上染平衡,提升织物上染料水解反应的程度,增强脱色效果。从图 5(b)可看出,采用一步法添加保险粉时,脱色时间大于 15 min 后主要是氢氧化钠发挥作用,溶液中保险粉基本消耗完毕,因此采用二步法时,脱色开始时加入 1/2 保险粉,脱色 15 min 时再加入1/2保险粉。从图 6(b)可看出,采用二步法时,第2 次添加的保险粉主要与溶液中染料发生反应,显著降低脱色溶液中染料浓度,将染料的水解和上染平衡时间从一步法的 45 min 延长至 60 min,且平衡时脱色溶液在 615 nm 处的吸光度从一步法的 0.36971 纺织学报第 44 卷降低至 0.21,脱色织物上残留的染料量更少,提升了脱色效果。这是由于采用二步法时降低了保险粉的初始质量浓度,可以减少保险粉被氧化分解而浪费的量,使其与染料发生还原反应,因此,采用二步法脱色时间为 60 min 时,脱色棉织物明度值从一步法时的 62.31 提高至 70.62,此时脱色工艺最佳。2.3 织物的表面和截面形貌分析 固定脱色温度为 80,时间为 60 min,分别单独采用6 g/L 的保险粉溶液和60 g/L 的氢氧化钠溶液,制得 2 种脱色棉织物;采用最佳脱色工艺(脱色温度 80,保险粉质量浓度为 4 g/L(二步法),氢氧化钠质量浓度为 40 g/L,脱色时间为 60 min)制备脱色棉织物。采用超景深显微镜观察上述样品的表面和截面形貌,结果见图 7。图 7 脱色前后棉织物的表面和截面形貌Fig.7 Surface and cross-section morphologies of cottonfabrics before and after decolorization.(a)Cotton fabricbefore decolorization;(b)Na2S2O2decolorizedcotton fabric;(c)NaOH decolorized cotton fabric;(d)NaOH-Na2S2O2decolorized cotton fabric从图 7 可看出,脱色前棉织物为黑色,染料均匀分布在纱线表面和包裹在纱线内部的棉纤维上。保险粉脱色棉织物整体呈现亮黄色,仍有较多的染料残留,表明保险粉仅能将织物上的部分染料还原,破坏染料的发色基团,但是织物表面仍残留大量染料,不能满足制浆要求。氢氧化钠脱色棉织物整体呈现灰色,与脱色前织物相比,织物上的染料量减少,表明氢氧化钠有助于染料从织物上扩散到溶液中,但仍有较多的染料残留在纱线表面的棉纤维上。氢氧化钠-保险粉体系脱色棉织物整体洁白无色,纱线表面的棉纤维上几乎无染料残留,但是部分纱线交织处有少量染料残留,若将织物拆解、开松后再进行脱色处理,效果可能更佳。另外,从脱色织物的截面形貌来看,单独使用氢氧化钠或保险粉脱色处理,包裹在纱线内部的棉纤维上仍有较多的染料残留;而氢氧化钠-保险粉体系脱色处理后,包裹在纱线内部的棉纤维也比较白净。由此表明,采用氢氧化钠-保险粉脱色体系对棉织物进行脱色处理,可将染料从织物上剥离,脱色效果优异。2.4 织物的力学性能 若脱色后棉织物的强力发生明显下降,表明纤维分子链发生断裂,分子质量下降,影响后续制浆的分子质量调控。脱色前棉织物和最佳脱色工艺处理后的棉织物的断裂强力如图 8 所示。图 8 脱色前后棉织物的断裂强力Fig.8 Breaking strength of cotton fabrics beforeand after decolorization由图 8 可以看出,脱色后棉织物的断裂强力下降较 少,经 向 和 纬 向 断 裂 强 力 保 留 率 分 别 为98.33%和 98.46%。由此表明,采用氢氧化钠-保险粉体系在常压高温条件下对棉织物进行脱色处理,主要是织物上的染料发生各种物理和化学作用,而棉纤维的物理和化学结构受影响较小,因此,采用氢氧化钠-保险粉还原体系对棉织物进行脱色处理,081第 7 期王 伟 等:制浆用废旧棉织物的脱色性能及其机制 可以实现废旧棉织物的温和脱色,不影响后续的制浆使用。2.5 脱色前后织物中纤维的化学结构 图 9 为脱色前棉织物和不同处理工艺制备的脱色棉织物的红外光谱图。可以看出,脱色前样品的红外光谱图中,3 425 cm-1处有 1 个较宽的吸收峰,是棉纤维分子结构中的 OH 伸缩振动吸收峰和染料分子结构中的 NH 伸缩振动吸收峰共同作用的结果13。氢氧化钠-保险粉体系脱色样品的红外光谱图中,3 425 cm-1处的吸收峰变窄,表明脱色样品上染料含量很少,说明 NH 伸缩振动吸收峰消失。而仅采用保险粉和氢氧化钠处理时,脱色效果不佳,织物上仍有较多的染料残留,因此脱色样品的红外光谱中,3 425 cm-1处的吸收峰和脱色前样品相比差别不明显。图 9 脱色前后棉织物的红外光谱图Fig.9 Infrared spectra of cotton fabric beforeand after decolorization另外,1 060 和 1 020 cm-1处分别是棉纤维分子结构中的 CH 面内弯曲振动吸收峰和染料分子与棉纤维素分子形成的共价键 COR 的伸缩振动吸收峰,这 2 处吸收峰均较弱,但不同工艺脱色棉织物的红外光谱图中,2 处的吸收峰有较大差异。脱色前棉织物和保险粉脱色棉织物在这 2 处吸收峰高度一致,而氢氧化钠脱色棉织物,特别是氢氧化钠-保险粉体系脱色棉织物在 1 020 cm-1处的吸收峰明显减弱。由此表明,染料和棉织物形成的共价键在氢氧化钠作用下发生水解断裂,而在保险粉体系中比较稳定,但保险粉可以提高共价键在氢氧化钠溶液中水解作用的进行程度,该结论和各因素对棉织物脱色效果的影响规律相互印证。2.6 脱色前后织物中纤维的结晶结构 脱色前棉织物和氢氧化钠-保险粉体系最佳工艺脱色棉织物的 X 射线衍射谱图如图 10 所示。可以看出,脱色前后棉织物的衍射峰位置未发生变化,均为纤维素晶型结构:23.0处的高强度衍射峰为纤维素的(002)晶面衍射峰;15.2和 16.9处有2 个重叠的纤维素的(101)晶面衍射峰;34.7处较弱 的 衍 射 峰 为 纤 维 素 的(040)晶 面 衍 射峰14-15,但脱色后样品的衍射峰强度略有下降。由此表明,在氢氧化钠-保险粉体系脱色处理过程中,棉纤维的结晶区仅有少量受到破坏,大部分结晶区和结晶结构不受影响。从图 9、10 可看出,由于染料分布在棉纤维的非结晶区,采用氢氧化钠-保险粉体系对黑色棉织物进行脱色处理,可以实现染料的分离,而不影响棉纤维的化学结构和结晶结构,因此,脱色后棉织物的强力损失较小。图 10 脱色前后棉织物的 X 射线衍射谱图Fig.10 X-ray diffraction spectrum of cotton fabric beforeand after decolorization2.7 分子质量及其分布 阔叶溶解浆(1#)、未染色棉织物(2#)和氢氧化钠-保险粉体系最佳工艺脱色棉织物(3#)的分子质量及其分布见表 3。可以看出,脱色前后棉织物分子质量相差不大,表明氢氧化钠-保险粉体系对棉织物脱色过程中,纤维素只发生轻微降解,导致其分子质 量 分 布 稍 有 变 宽。与 粘 胶 纤 维 纺 丝 用 浆粕(1#)相比,脱色棉织物(3#)的分子质量分布更窄,可以满足纺丝的要求;但是脱色棉织物(3#)的分子质量偏高,还需要进行降解处理以调控分子质量,才能得到纺丝用棉浆粕。表 3 棉织物的分子质量及其分布Tab.3 Molecular weight and its distributionof cotton fabrics样品编号数均分子量/(gmol-1)黏均分子量/(gmol-1)重均分子量/(gmol-1)分散性(PD)1#636 4201 431 3481 656 7652.602#1 459 0682 957 0503 297 7622.263#1 399 3172 952 9433 190 4412.28181 纺织学报第 44 卷3 结 论 采用氢氧化钠-保险粉体系对黑色棉织物进行脱色处理,氢氧化钠和保险粉的协效增强作用使脱色效果显著提升。根据正交试验和单因素试验结果,黑色棉织物的最佳脱色工艺为:脱色温度 80,氢氧 化 钠 质 量 浓 度 40 g/L,保 险 粉 质 量 浓 度4 g/L(80 时加入 1/2 保险粉,脱色15 min后再加入1/2 保险粉),脱色时间 60 min;此工艺条件下处理后棉织物的明度值从 16.52 提升到 70.62,纱线表面的棉纤维和包裹在纱线内部的棉纤维上几乎都无染料残留。氢氧化钠通过促进活性染料与棉纤维素之间共价键的水解,将棉织物上染料转移到脱色溶液中;保险粉能够破坏染料的发色基团,导致染料褪色;氢氧化钠和保险粉在脱色溶液中同时存在时,可以相互促进上述 2 种作用机制,从而实现棉织物的脱色。脱色过程中,棉织物的化学结构和结晶结构几乎不受影响,分子质量及分子质量分布变化不大,脱色后棉织物的强力保留率在 98%以上。采用氢氧化钠-保险粉体系,在常压高温条件下对棉织物进行脱色处理,可以实现废旧棉织物的温和脱色,不影响后续的制浆使用。FZXB参考文献:1 JI J L,HAMOUDA H.Current status of 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FunctionalTextile Auxiliaries,Weihai,Shandong 264500,China)AbstractObjective It is urgent to adopt the mild decolorization technology for waste cotton fabrics to achieve cleanpulping to resolve the problems that the high consumptions of energy,as well as severe degradation of celluloseduring preparation of cotton pulp from waste cotton fabrics.Method Due to the violent reaction when decolorizing cotton fabric with oxidant,the breaking strength of thedecolorized cotton fabric is lost more,and the molecular chain is broken seriously.While the reaction whendecolorizing cotton fabric with reduct