亞麻粗紗高效短流程煮漂及染色工藝研究

亞麻粗紗高效短流程煮漂及染色工藝研究

亞洲纖維具有散濕、除濕、fast、抗霉菌、抗靜電、抗紫外等優(yōu)點(diǎn)，有著廣闊的市場(chǎng)前景。亞麻纖維的纖維素含量比棉纖維低，伴生物含量遠(yuǎn)高于棉纖維，且單纖維短，剛性較強(qiáng)，可紡性能差，紡紗工藝需對(duì)亞麻纖維半脫膠、半漂白。因此紡紗多采用半脫膠的束纖維紡紗工藝，其染色紗傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)流程通常為:原麻打成麻→配麻→分束→成條→5道并條→紡粗紗→煮練→漂白→細(xì)紗→烘干→絡(luò)筒→包裝→運(yùn)輸→染廠→倒筒→染前預(yù)處理→染色→烘干→絡(luò)筒。煮練和漂白工藝多按以下工藝流程進(jìn)行:亞麻粗紗→酸洗→煮練→亞氯酸鈉漂白→水洗→雙氧水漂白→水洗→脫氧→水洗。傳統(tǒng)工藝缺點(diǎn)是:流程長(zhǎng)，能耗高，水耗高，且大多采用含氯漂白制劑處理，但研究發(fā)現(xiàn)氯與次氯酸鹽等含氯漂白劑的漂白廢水中含有強(qiáng)烈致癌性的二惡英及AOX等有毒的有機(jī)氯化物，不利于環(huán)境保護(hù)。若采用生物酶前處理，對(duì)纖維強(qiáng)力損失遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)工藝，但對(duì)木質(zhì)素的去除率與傳統(tǒng)工藝相比還有很大差距，而且對(duì)果膠的去除率也沒有傳統(tǒng)工藝好，潤(rùn)濕性和麻皮去除情況與傳統(tǒng)前處理工藝相比均有一定差距。因此采用新型助劑、探索亞麻粗紗的無氯煮漂工藝、并進(jìn)行粗紗染色后再紡色紗勢(shì)在必行，即將工藝流程改為:粗紗→煮漂→染色→細(xì)紗(濕法)→烘干→絡(luò)筒→包裝，與傳統(tǒng)工藝相比可縮短工藝流程，減少水、電、汽及人工成本。本文研究關(guān)鍵是粗紗無氯煮漂一浴一步工藝及粗紗經(jīng)染色后能否適合后續(xù)紡細(xì)紗的要求。亞麻纖維中木質(zhì)素含量高達(dá)20%以上，在經(jīng)過漚麻以及亞麻紗的前處理之后，木質(zhì)素含量仍達(dá)5%以上，這要求亞麻纖維的煮漂試劑必須有較強(qiáng)的木質(zhì)素去除能力。本文采用行業(yè)廣泛用于棉型織物前處理的多功能煮練劑，該產(chǎn)品是集堿劑、固體氧化物、強(qiáng)力滲透劑、高效精練乳化劑、堿氧穩(wěn)定劑、螯合分散劑等多種助劑復(fù)配于一體的高效助劑，易溶，其0.1%水溶液的pH值為11.5±0.5，能與適量雙氧水共浴，協(xié)同作用于棉麻織物，起到去除蠟質(zhì)、果膠質(zhì)、色素、棉籽殼、木質(zhì)素和礦物鹽等雜質(zhì)的作用，應(yīng)用于亞麻打成麻處理，對(duì)木質(zhì)素起氧化作用，生成易溶于堿液的氧化木質(zhì)素。前期試驗(yàn)證明該多功能煮練劑對(duì)木質(zhì)素和其他麻雜的降解能力較強(qiáng)，能代替含氯漂白劑，且處理浴堿性低于傳統(tǒng)堿煮練工藝，有利于環(huán)保。本文選用該多合一高效助劑應(yīng)用于亞麻粗紗的煮漂處理，通過平行試驗(yàn)與正交試驗(yàn)相結(jié)合探討最佳工藝條件，并將煮漂后粗紗進(jìn)行染色和色紡，與傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)的染色紗質(zhì)量性能作對(duì)比，其各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)略高于傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)的同規(guī)格色紗。該研究成果應(yīng)用于生產(chǎn)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和深遠(yuǎn)的歷史意義，實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)和環(huán)境雙贏的目標(biāo)。1測(cè)試準(zhǔn)備1.1亞麻36nm色紗工藝+逐步染色工藝技術(shù)材料:亞麻粗紗(2.5Nm，原料為雨露打成麻、木質(zhì)素含量4.1%);亞麻36Nm色紗(傳統(tǒng)工藝紡制)，亞麻36Nm白紗(傳統(tǒng)工藝紡制)。藥品(均為工業(yè)品):30%雙氧水，多功能煮練劑，染料為B型活性紅B-2BF，純堿，食鹽。1.2酶度測(cè)試1000mm直尺;1/1000電子天平;IR-24P型紅外線染樣機(jī);H-24cf型耐洗色牢度儀;YG(B)-086型紗線測(cè)長(zhǎng)儀;5B-3B型CODcr快速測(cè)定儀;Y-571b型摩擦牢度儀;DatacolorSF-600型電腦測(cè)色儀;TS-X型常溫亞麻粗紗煮漂試樣機(jī);Y171B型纖維中段切取器;YG138型條干均勻度測(cè)試儀;YG029K型快速全自動(dòng)單紗強(qiáng)力儀。1.3多功能煮練劑亞麻粗紗→(50～60℃)溫水潤(rùn)洗→煮漂液(30%雙氧水Xg/L，多功能煮練劑Yg/L)→煮漂一浴(100℃、Zmin)→熱水洗(95℃，1次)→溫水洗(70～85℃1次)→冷水洗→烘干。1.4皂洗牢度測(cè)試1)CIE白度:用DatacolorSF-600型測(cè)色儀測(cè)試，光源為D65,10°視場(chǎng)。2)毛效按FZ/T01071—2008《紡織品毛細(xì)效應(yīng)試驗(yàn)方法》測(cè)試。3)表觀色深K/S值及顏色特征L、a、b值用電腦測(cè)色儀測(cè)試，D65光源、10°視場(chǎng)。4)皂洗牢度:按GB/T3921—2008《紡織品色牢度試驗(yàn)?zāi)驮硐蠢味取贩椒?測(cè)試。5)耐摩擦牢度:按GB/T3920—2008《紡織品色牢度試驗(yàn)?zāi)湍Σ辽味葴y(cè)試方法》測(cè)試。6)耐汗?jié)n色牢度:按GB/T3922—1995《紡織品耐汗?jié)n色牢度試驗(yàn)方法》測(cè)試。7)亞麻纖維長(zhǎng)度:按GB/T18147.3—2000《長(zhǎng)度試驗(yàn)方法》測(cè)試。8)亞麻紗強(qiáng)力:按GB/T3916—1997《紡織品卷裝紗單根紗線斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率測(cè)定》測(cè)試。9)粗紗的條干、粗細(xì)節(jié)、麻粒按GB/T3292.1—2008《紡織品紗線條干不勻測(cè)試法》測(cè)試。10)木質(zhì)素去除率測(cè)試:采用72%硫酸溶解麻試樣，使多糖、蛋白等物質(zhì)完全水解，剩余未能溶解的即為木質(zhì)素，經(jīng)過濾烘干、稱量計(jì)算出木質(zhì)素含量。2表面處理的試驗(yàn)與討論2.1新堿氧浴的工藝水平測(cè)試通過水平試驗(yàn)找出影響亞麻粗紗在100℃條件下煮漂效果的其他主要因素，如煮漂時(shí)間、雙氧水濃度、多功能精練劑用量的適宜范圍。2.1.1雙氧水質(zhì)量濃度對(duì)亞麻粗紗色度的影響試驗(yàn)工藝:亞麻粗紗→(50～60℃)溫水潤(rùn)洗→煮漂(100℃，60min)→熱水洗(95℃，1次)→溫水洗(70～85℃，1次)→冷水洗→烘干。試驗(yàn)配方:多功能煮練劑6g/L，浴比1∶10，改變雙氧水濃度進(jìn)行試驗(yàn)，其結(jié)果見表1。由表1可知:當(dāng)雙氧水(30%)質(zhì)量濃度從8g/L增大到32g/L，毛效(30min)均在14.5cm以上，均能滿足后續(xù)工藝要求;亞麻粗紗白度隨著雙氧水濃度增大而增加，當(dāng)雙氧水質(zhì)量濃度在16～20g/L范圍內(nèi)白度雖有增加，但增加幅度較小。綜合考慮，雙氧水(30%)質(zhì)量濃度范圍宜選在16～20g/L。2.1.2多功能煮練劑用量試驗(yàn)工藝:亞麻粗紗→(50～60℃)溫水潤(rùn)洗→煮漂(100℃，60min)→熱水洗(95℃，5min)→溫水洗(70～85℃，5min)→冷水洗→烘干。試驗(yàn)配方:雙氧水(30%)質(zhì)量濃度固定在18g/L，浴比為1∶10，改變多功能煮練劑用量進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果見表2。從表2數(shù)據(jù)看出:隨著多功能煮練劑質(zhì)量濃度從2g/L增加到14g/L，亞麻粗紗毛效(30min)均在11.9cm以上，符合后道工藝要求;白度隨著多功能煮練劑濃度的增大而增加，可推測(cè)該助劑中含有較高電位的過氧化物，對(duì)木質(zhì)素有較強(qiáng)的去除力，質(zhì)量濃度為6g/L后白度雖仍在增加，但增加較緩慢。綜合各項(xiàng)指標(biāo)和成本分析，將多功能煮練劑濃度范圍定為6～10g/L。2.1.3不同時(shí)間點(diǎn)雙氧水30%質(zhì)量濃度對(duì)多功能煮漂工藝的影響試驗(yàn)工藝:亞麻粗紗→(50～60℃)溫水潤(rùn)洗→煮漂(100℃)→熱水洗(95℃，5min)→溫水洗(70～85℃，5min)→冷水洗→烘干。試驗(yàn)配方:雙氧水(30%)質(zhì)量濃度固定在18g/L，多功能煮練劑質(zhì)量濃度固定在8g/L，浴比為1∶10，經(jīng)不同時(shí)間煮漂處理，結(jié)果見表3。從表3看出:煮漂時(shí)間從30min延長(zhǎng)到90min，毛效均能滿足要求;當(dāng)時(shí)間達(dá)到并超過40min后，白度明顯增加，超過60min后再延長(zhǎng)時(shí)間，白度、毛效增加不多。故將時(shí)間范圍定為40～60min。上述水平試驗(yàn)結(jié)果得出新型煮漂一浴工藝較適合的工藝條件為:雙氧水(30%)質(zhì)量濃度16～20g/L;多功能煮練劑的質(zhì)量濃度6～10g/L;時(shí)間40～60min。2.2正交試驗(yàn)與結(jié)果分析2.2.1雙氧水/全膜法工藝參數(shù)的確定根據(jù)平行試驗(yàn)結(jié)果建立L9(3)3正交試驗(yàn)因素水表，結(jié)合試驗(yàn)工藝:亞麻粗紗→(50～60℃)溫水潤(rùn)洗→煮漂(100℃，Zmin)→熱水洗(95℃，5min)→溫水洗(70～85℃，5min)→冷洗→烘干，進(jìn)行正交試驗(yàn)，結(jié)果見表4。通常亞麻粗紗中50mm以下纖維含量越少，纖維長(zhǎng)度的整齊度越高，離散值越小，越有利于紡高支紗。從表4可知:白度指標(biāo)的最佳工藝是A3B3C3，毛效指標(biāo)的最佳工藝是A2B2C3，短纖維率(低于50mm)的最佳方案是A2B1C1。顯然不同的指標(biāo)對(duì)應(yīng)的最佳方案不一致，必須綜合各項(xiàng)指標(biāo)分析得出最合理的方案。從A因素對(duì)白度、50mm以下纖維含量及毛效的影響來看，A因素對(duì)毛效的影響是最次要因素，對(duì)白度和50mm以下纖維含量的影響是第2主要因素，結(jié)合極差值考慮，A因素取A3較為合理。從B因素對(duì)白度、50mm以下纖維含量及毛效的影響來看，B因素對(duì)白度與50mm以下纖維含量的影響是最次要因素，按主次因素分析法B因素取B2較為合理;C因素對(duì)3項(xiàng)指標(biāo)均為主要影響因素，從毛效來看，C因素取任一水平均可以，故可得2個(gè)方案:方案1,A3B2C3，即時(shí)間為60min，雙氧水(30%)質(zhì)量濃度為18g/L、多功能煮練劑質(zhì)量濃度為10g/L;方案2,A3B2C1，即時(shí)間為60min、雙氧水(30%)質(zhì)量濃度為18g/L、多功能煮練劑濃度質(zhì)量為6g/L。2.2.2洗后去干工藝測(cè)試工藝程序和條件:亞麻粗紗(打成麻)→(50～60℃)溫水潤(rùn)洗→煮漂(100℃，方案1或方案2)→熱水洗(95℃，5min)→溫水洗(70～85℃，5min)→冷水洗(5min)→烘干→待測(cè)試。將方案1與方案2進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，結(jié)果見表5。從表5數(shù)據(jù)看，方案1和方案2的白度、毛效都高于傳統(tǒng)工藝，符合后續(xù)工藝要求;50mm以下的纖維含量分別為35.60%和34.87%，50～100mm纖維含量分別為33.23%和32.67%，其中方案1的束纖維長(zhǎng)度的整齊度較好，更符合后道紡細(xì)紗設(shè)備與工藝要求，故方案1較佳。3b型活性紅粗紗煮漂按優(yōu)化后工藝進(jìn)行生產(chǎn)放樣，選用中溫型活性染料染色，染色工藝曲線如圖1所示。染色配方:B型活性紅B-2BF2%(o.w.f)，促染劑食鹽25g/L。固色堿劑:純堿15g/L;浴比1∶10。皂洗:中性皂粉3g/L，浴比1∶10,95℃，10min。將染色粗紗紡成36Nm細(xì)紗，并與用傳統(tǒng)工藝紡成的36Nm的色紗質(zhì)量進(jìn)行對(duì)比。3.1色牢度對(duì)比以活性紅B-2BF為例，如表6所示。從表6看出，新工藝色紡紗與傳統(tǒng)染色紗各項(xiàng)色牢度相同，且都超過了GB18401—2010《國(guó)家紡織產(chǎn)品基本安全技術(shù)規(guī)范》要求。3.2傳統(tǒng)染色紗的顏色特征以活性紅B-2BF染色紗為例，新工藝色紡紗與傳統(tǒng)染色紗顏色特征指標(biāo)對(duì)比結(jié)果如表7所示。從表中數(shù)據(jù)看出，新工藝色紡細(xì)紗和傳統(tǒng)工藝染色細(xì)紗的染色顏色特征值相近，目測(cè)基本無色差。3.3纖維含量、長(zhǎng)度新工藝煮漂后的染色粗紗纖維長(zhǎng)度按GB/T18147.3—2000《長(zhǎng)度試驗(yàn)方法》測(cè)試，測(cè)得的纖維長(zhǎng)度分布質(zhì)量百分含量如圖2所示。從圖2看出:煮漂后直接染色的粗紗中，50mm以下纖維含量為34%，比傳統(tǒng)工藝的35.4%有所降低;纖維平均長(zhǎng)度為77.5mm，傳統(tǒng)工藝?yán)w維平均長(zhǎng)度為63.2mm，新工藝生產(chǎn)的粗紗平均長(zhǎng)度有所增加;粗紗煮漂、染色再紡制的色紗的束纖維的長(zhǎng)度整齊度較傳統(tǒng)工藝高，比傳統(tǒng)煮練、含氯漂白工藝方案生產(chǎn)的束纖維長(zhǎng)度整齊度更符合后道細(xì)紗設(shè)備生產(chǎn)工藝要求，為提高后道濕法紡制細(xì)紗的質(zhì)量和紡紗生產(chǎn)效率奠定了良好基礎(chǔ)。3.4亞麻織物的規(guī)格傳統(tǒng)工藝與新工藝同規(guī)格36Nm亞麻色紗的主要物理性能指標(biāo)測(cè)試結(jié)果見表8。從表8看出:煮漂一浴一步新工藝生產(chǎn)的粗麻紗再紡成的36Nm色紗的強(qiáng)力指標(biāo)比傳統(tǒng)工藝略高，色紗強(qiáng)力不勻率、色紗條干不勻率及粗節(jié)等紗線質(zhì)量指標(biāo)比傳統(tǒng)工藝略低，表明新工藝色紡細(xì)紗質(zhì)量?jī)?yōu)于傳統(tǒng)工藝;木質(zhì)素去除率略高于傳統(tǒng)工藝，細(xì)節(jié)數(shù)有所增多，但色紗的強(qiáng)力不勻率性能指標(biāo)優(yōu)于傳統(tǒng)工藝，因此細(xì)節(jié)數(shù)增多并不會(huì)影響后道織造工藝的實(shí)施，而且可增加布面的亞麻織物風(fēng)格;麻粒數(shù)明顯減少;細(xì)紗斷頭率也有明顯降低。由此可初步得出結(jié)論，新工藝生產(chǎn)的色細(xì)紗各項(xiàng)性能指標(biāo)完全能滿足后道織造工序需求。4亞麻色紗清潔生產(chǎn)工藝新工藝與照類型、生產(chǎn)技術(shù)管理水平相對(duì)較先進(jìn)的企業(yè)的平均生產(chǎn)用水、電、汽及污水排放數(shù)據(jù)計(jì)算作對(duì)比，各項(xiàng)指標(biāo)如表9所示?？煽闯?，粗紗煮漂一浴、染色新工藝在研究過程中，方案制定與染化藥劑選用堅(jiān)持生態(tài)、低碳的設(shè)計(jì)理念。亞麻粗紗采用無氯煮漂試劑，消除了有毒有害氣體ClO2的排放和有機(jī)鹵化物(AOX)的產(chǎn)生。與傳統(tǒng)工藝相比，減少了許多生產(chǎn)程序，降低了能耗，減少了污水排放，是較為理想的亞麻色紗清潔生產(chǎn)工藝。收集粗紗煮漂殘液測(cè)試污水的CODCr值，通過換算煮漂每千克亞麻粗紗產(chǎn)生CODCr約為44.1g。5工藝流程及設(shè)備落后于傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)的亞麻色紗1)采用亞麻粗紗煮漂一浴與粗紗染色色紡工藝生產(chǎn)的色紡細(xì)紗完全能夠滿足織造生產(chǎn)的要求，其色澤等特征指標(biāo)與傳統(tǒng)染色細(xì)紗相近，目測(cè)基本無色差，色牢度相同，超過了國(guó)家紡織產(chǎn)品安全技術(shù)規(guī)范要求。2)新工藝為無氯煮漂工藝，對(duì)環(huán)境、操作人員及設(shè)備無害，屬清潔生產(chǎn)工藝，該工藝生產(chǎn)1kg亞麻色紗，在粗紗煮漂過程中產(chǎn)生CODCr約為44.1g。3)采用新型的多功