棉织物等离子体预处理后的前处理工艺研究9-63

冯仑仑¹ 王雪燕¹ 庄小雄² 李维¹ 方虹天³ 陈晓娇¹ 庞明军¹1. 西安工程大学纺织与材料学院 2. 中国纺织科学研究院 3. 绍兴中国纺织科学研究院江南分院

原载：第九届全国染整前处理学术讨论会论文集；474-479

【摘要】文章对常压空气等离子体预处理后的棉织物进行碱氧一浴前处理工艺研究，通过研究得知，经常压等离子体预处理的织物碱氧一浴前处理即节约了化学助剂的用量，又节省了水、电、汽的用量，而且达到了传统前处理的效果。

【关键词】常压空气等离子体；棉织物；前处理；碱氧一浴

传统的纺织染整生产主要以水为介质对纺织品进行湿加工，其耗能、耗水量极大，同时排放大量的污水，引起环境污染^［^1-3^］。近年来，国际上对环境质量的恶化与生态平衡的失调十分关切，特别是水资源短缺和水环境污染问题引起了人们的深切关注^［³^］。印染企业的污染问题成为当前印染行业发展的瓶颈。寻求一种环保清洁的前处理工艺无疑是印染行业的发展趋势。

最新的研究表明，应用常压空气等离子体技术对纺织品进行前处理，显示出了优良的绿色生态结果。由于等离子体处理为干式加工，它能根据需要在纤维表面引起某种官能团或引发交联、接枝、聚合等一系列反应，使纤维表面化学性能及物理形态发生变化，改善纤维使用性能，并可赋予纤维一些新的功能，提高产品档次和附加值。因此，等离子体技术是一种快速、简便、节水、节能、无公害的处理工艺，可为清洁生产开拓出一条新途径^［³^］。

1 实验部分

1.1 实验材料

棉坯布规格：经纬密463×406根/10 cm、克重156.8 g/m²、纱支60S×60S、厚度0.268 mm

1.2 实验仪器

常压空气等离子体处理设备（中科院与中纺院研制）

1.3 实验工艺流程

（1）等离子体工艺

坯布→常压等离子体处理→碱氧一浴→水洗→晾干→测试

（2）传统工艺

坯布→退煮→氧漂→水洗→晾干→测试

1.4 实验工艺处方

（1）常压空气等离子体处理工艺经过大量的实验研究，获取了较好的等离子体处理工艺参数。

功率：12kW（三组）、处理时间：2.4 min、放电电流强度：10A（三组）

（2）等离子体碱氧一浴前处理工艺

NaOH 0～15 g/L

30%H₂O₂0～15 g/L

Na₂SiO₃ 0～10 g/L

精练剂TF-123 0～10 g/L

浴比 1∶5～1∶30

时间 10～60 min

温度 50～90℃

（3）传统前处理工艺

NaOH 45 g/L

30%H₂O₂12 g/L

Na₂SiO₃10 g/L

精练剂TF-1238 g/L

浴比 1∶10

时间 90 min

温度 100℃

1.5 测试

1.5.1 毛细管效应^［⁵^］

根据FZ/T01071-1999要求，用30 cm×5 cm（经×纬）的布条，测定30 min后，水面上升的最低高度，单位，cm。

1.5.2 退浆等级^［⁴^］

采用德国TEGEWA退浆率比色卡对织物进行退浆等级的评定，比色卡共分9级，1级最差，9级最好，一般达到7级以上可认为退浆率良好。

1.5.3 断裂强力^［⁵^］

根据GB/T3923.1-1997要求，用30 cm×5 cm（经×纬）和30 cm×5 cm（纬×经）的布条在电子强力仪上对织物进行断裂强力测试。

2 结果与讨论

基于常压等离子体技术的应用，对后续碱氧一浴前处理工艺进行较为详细的研究，获取化学药剂的最佳用量及较优的处理温度、时间等工艺参数。

2.1 NaOH用量的优选

按照1.4常压等离子体工艺对全棉坯布处理，按照1.3工艺流程进行加工，碱氧一浴中改变NaOH的用量，研究NaOH用量对退浆等级的影响，测试结果如图1所示。

图1 NaOH用量对退浆等级的影响

注：双氧水8 g/L、硅酸钠5 g/L、精练剂5 g/L、浴比1：20、60℃×30 min

由图1可以看出，随着氢氧化钠用量的增加，退浆等级也在增大。经等离子体预处理后的织物在相同的处理工艺下，退浆等级明显高于未经等离子体处理的织物。当氢氧化钠用量在8 g/L时，等离子体预处理后的织物退浆等级达到了7级以上，说明退浆效果良好。所以选定氢氧化钠的最佳用量为8～10 g/L。

2.2 精练剂TF-123用量的优选

精练剂是前处理必不可少的化学助剂，在煮练过程中对天然杂质有很好的软化、分解等作用，可以很好的去除织物上的天然杂质。碱氧一浴中改变精练剂的用量，测试处理后织物的退浆等级结果如图2所示。

图2 精练剂TF-123用量对退浆等级的影响

注：氢氧化钠8 g/L、双氧水8 g/L、硅酸钠5 g/L、浴比1∶20、60 ℃×30 min

由图3可知，精练剂对织物退浆等级的影响不明显，但同样还是经等离子体预处理后的织物退浆等级高于未处理的织物。当精练剂用量为4 g/L时，退浆等级最大，故精练剂TF-123的最佳用量为4～6 g/L。

2.4 H₂O₂用量的优选

改变双氧水的用量，测试处理后织物的退浆等级结果如图3所示。

图3 双氧水用量对退浆等级的影响

注：氢氧化钠8 g/L、精练剂4 g/L、硅酸钠5 g/L、浴比1：20、60℃×30 min

从图3可以看出，随着双氧水用量的增加，退浆等级整体趋于下降。当双氧水用量为6 g/L时，退浆等级最大。故确定了双氧水的最佳用量为6～8 g/L。

2.5 Na₂SiO₃用量的优选

稳定剂硅酸钠在碱氧一浴中可以减缓双氧水的无效分解，提高双氧水的利用率。其他工艺条件不变，改变硅酸钠的用量，测试处理后织物的退浆等级，结果如图4所示。

图4 硅酸钠用量对退浆等级的影响

注：氢氧化钠8 g/L、精练剂4 g/L、双氧水6 g/L、浴比1：20、60 ℃×30 min

由图4可以看出，硅酸钠的用量对退浆等级的影响不很明显，当硅酸钠用量为6 g/L时，退浆等级最大。故选择硅酸钠的最佳用量为4～6 g/L。

2.6 浴比的优选

浴比的大小直接关系到前处理效果的好坏。改变前处理浴比，测试处理后织物的退浆等级，结果如表1所示。

表1 碱氧一浴浴比对退浆等级的影响

浴比		1∶5	1∶10	1∶15	1∶20	1∶30
退浆等	等离子体处理	7.2	7.8	7.0	6.3	6.8
级（级）	未经等离子体处理	6.8	6.3	5.9	5.6	6.8

注：氢氧化钠8 g/L、精练剂4 g/L、双氧水6 g/L、硅酸钠6 g/L、60℃×30 min

由表1可知，碱氧一浴浴比为1∶10时，经等离子体预处理的织物其退浆等级最大。故选定浴比为1∶10。

2.7 处理温度的优选

作为前处理很关键的因素之一，处理温度的选择尤为重要。将等离子体预处理后的织物进行碱氧一浴处理，改变处理的温度，测试处理后织物的退浆等级，结果见表2所示。

表2 碱氧一浴处理温度对处理效果的影响

温度（℃）	50	60	70	80	90
退浆等	6.3	6.8	8.1	7.9	8.8
级（级）	3.9	6.1	7.1	6.8	8.2

注：氢氧化钠8 g/L、精练剂4 g/L、双氧水6 g/L、硅酸钠6 g/L、浴比1∶10、30 min

由上表可知，当处理温度为70℃时，退浆等级达到了8.1级，处理效果良好，随着处理温度的升高，退浆等级增加幅度不大，故综合考虑选择处理温度70℃。

2.8 处理时间的优选

同样作为前处理很关键的因素之一，处理时间的选择很重要。将等离子体预处理后的织物进行碱氧一浴处理，改变处理的时间，测试处理后织物的退浆等级，结果见表3所示。

表3 碱氧一浴处理时间对处理效果的影响

时间（min）		10	20	30	40	50
退浆等	等离子体处理	7.1	6.3	7.6	8.8	8.8
级（级）	未经等离子体处理	6.4	6.5	5.9	7	8.2

注：氢氧化钠8 g/L、精练剂4 g/L、双氧水6 g/L、硅酸钠6g/L、浴比1∶10、70 ℃

由表3可以看出，当碱氧一浴40 min时，退浆等级达最高，故选择碱氧一浴处理时间为40 min。

综上所述，确定了经常压等离子体预处理后的全棉坯布碱氧一浴前处理最佳工艺条件为：氢氧化钠8～10 g/L、精练剂TF-123 4～6 g/L、双氧水6～8 g/L、硅酸钠4～6 g/L、浴比1∶10、温度70 ℃、时间40 min。

3 测试结果

表4 织物综合测试结果

工艺	等离子体工艺	传统工艺
毛效（cm）	12.5	8.6
退浆等级（级）	8.8	8.4
白度（%）	77.6	80.3
断裂强力经	664.6	626.8
（N）纬	635.4	586.8

4 结论

实验表明：经过常压空气等离子体预处理的织物碱氧一浴前处理比传统工艺的烧碱、精练剂、双氧水用量明显少；温度低；时间短，处理效果明效。是一种值得关注的前处理工艺。

参考文献：

［1］陈杰瑢.等离子体清洁技术-在纺织印染中的应用［M］.北京：中国纺织出版社，2005

［2］宋心远，沈煜如．新型染整技术［M］.北京：中国纺织出版社，1999：20-30．

［3］裴晋昌.低温等离子体物理化学基础及其应用（三）［J］.印染，2005，31（13）：41-44．

［4］赵红阳.超声波在棉织物生物酶前处理中的应用研究［D］.东华大学论文.2006

［5］金咸镶主编.染整工艺实验［M］.北京：纺织工业出版社.1982