尤士華 白 冰 馬建偉

1. 青島奧洛思新材料有限公司(中國) 2. 青島大學 紡織服裝學院(中國)

亞麻纖維是一種韌皮纖維，在基于亞麻韌皮與木質(zhì)部之間的果膠層以束狀方式生長。由于亞麻纖維束與纖維束之間，韌皮部與木質(zhì)部之間存在果膠、半纖維素、木質(zhì)素等非纖維物質(zhì)，為獲取工藝纖維，必須首先破壞纖維與其他非纖維之間的黏結(jié)[1]。亞麻濕紡技術(shù)所用原料為工藝纖維，而不是單纖維。因為亞麻的單纖維長度只有17～25 mm，如果實施完全脫膠，纖維長度太短，其抱合長度不能滿足亞麻濕紡工藝要求。因此只能對亞麻實施部分脫膠，以制備出適宜紡紗的工藝纖維[2-3]。工藝纖維由若干根亞麻單纖維組成的纖維束構(gòu)成，是保留部分亞麻纖維束中果膠等非纖維性物質(zhì)的結(jié)果。在亞麻紡紗中將獲取工藝纖維的過程稱為脫膠或漂煮[4-5]。

針對亞麻常用的煮漂工藝有3種：主要采用亞氯酸鈉結(jié)合雙氧水的亞氧漂工藝；主要采用雙氧水的雙氧漂工藝；采用生物酶脫膠工藝。相對而言，亞氯漂工藝應(yīng)用廣泛，工藝成本相對比較低，紗線白度好，但存在上染率低、色澤委暗、纖維脆化、紗線和面料掉毛嚴重以及工藝過程不易控制等缺點。另外，由于紗線上殘留的氯化物過多，煮漂過程中容易有氯氣產(chǎn)生，對現(xiàn)場操作人員產(chǎn)生健康危害，同時污水中殘留大量的含氯化合物，給污水處理帶來負擔。雙氧漂工藝不采用亞氯酸鈉，具有生態(tài)環(huán)保的優(yōu)點，但煮漂后的紗線白度難以達到染色要求，上染率低。生物酶脫膠工藝是近年來的研究熱點，因所使用的生物酶的不同，對設(shè)備控制系統(tǒng)有不同的要求，相對前兩種工藝而言，生物酶脫膠工藝成本高且市場推廣有難度。

目前，在亞麻漂煮工藝中，為了提高漂煮效率，降低脫膠成本，多使用含氯助劑，如亞氯酸鈉、次氯酸鈉等助劑。由于含氯助劑會對環(huán)境造成危害，因此近年來無氯漂煮已成為業(yè)內(nèi)普遍關(guān)注的焦點[6]。林盼[7]研究了復(fù)配復(fù)合酶對亞麻纖維微觀結(jié)構(gòu)的影響。高樹珍和汪亮[8]以酸性纖維素酶處理亞麻紗為例，探討了高支亞麻紗的生產(chǎn)技術(shù)。但是，目前在亞麻無氯漂煮產(chǎn)業(yè)化方面，仍然存在助劑不配套和產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)不穩(wěn)定等諸多問題。尤其是亞麻原料因產(chǎn)地、品種和氣候影響等因素所導致的不穩(wěn)定性，更增加了亞麻紡紗品質(zhì)控制和煮漂工藝穩(wěn)定的難度。因此，在當前環(huán)保要求高，以及亞麻紡紗質(zhì)量要求高的趨勢下，進一步探討亞麻無氯低溫煮漂工藝具有重要的現(xiàn)實意義[9-10]。本研究采用復(fù)合酶初漂結(jié)合復(fù)漂助劑，開發(fā)一種針對亞麻纖維的新型低溫無氯煮漂方法，并對處理后亞麻紗線的各項性能進行測試和分析，探討該工藝相對于傳統(tǒng)亞氯漂工藝的優(yōu)勢，為亞麻紗線的無氯煮漂技術(shù)推廣提供一定參考價值。

1 試驗部分

1.1 材料與設(shè)備

原料：亞麻粗紗。

助劑：氫氧化鈉水溶液(質(zhì)量分數(shù)為30%)，雙氧水(質(zhì)量分數(shù)為27.5%)，兩者均為工業(yè)級。初漂酶助劑、復(fù)漂酶助劑、漂洗催化劑、溶脹劑、滲透促進劑、多功能前處理助劑等均由青島奧洛思新材料有限公司提供。

設(shè)備：立信FC-30EX型高溫高壓筒紗染色小樣機，YG029型全自動單紗強力儀，YQ-Z-48A型白度儀，Color-Eye 7000A型電子測色配色儀。

1.2 工藝流程

圖1 無氯低溫煮漂與亞氯漂工藝的處理時間與溫度對比

1.3 關(guān)鍵漂煮工藝設(shè)計

1.3.1 酸洗工藝設(shè)計

酸洗工藝過程可去除纖維中的雜質(zhì)，并使果膠類物質(zhì)水解、堿類物質(zhì)溶脹，從而減少漂煮工藝負擔。同時可去除纖維中的金屬離子以及可能使雙氧水分解的酶，防止后續(xù)漂白過程中對雙氧水的作用造成影響。傳統(tǒng)亞氯漂工藝和新型無氯低溫工藝的酸洗工藝配方如表1所示，其中傳統(tǒng)亞氯漂工藝采用硫酸和草酸，工藝升溫速率為1 ℃/min；新型無氯低溫工藝采用中和酸和漂洗催化劑580，工藝升溫速率為3 ℃/min。

表1 傳統(tǒng)亞氯漂工藝和新型無氯低溫工藝的酸洗工藝對比

1.3.2 中和工藝設(shè)計

中和工藝是為了中和酸洗過程中產(chǎn)生的氫離子，同時使纖維溶脹，為接下來的初漂復(fù)合生物酶提供反應(yīng)條件。在中和工藝過程中，含氮物質(zhì)在堿的作用下分解成氨基酸的鈉鹽而溶于水。部分小分子果膠在溶脹劑1530的作用下可水解成酸的鈉鹽和低聚糖。傳統(tǒng)亞氯漂工藝和新型無氯低溫工藝的中和工藝如表2所示，其中傳統(tǒng)亞氯漂工藝采用純堿，工藝升溫速率為1 ℃/min；新型無氯低溫工藝則采用純堿和溶脹劑1530，工藝升溫速率為3 ℃/min。

表2 傳統(tǒng)亞氯漂工藝和新型無氯低溫工藝的中和工藝對比

1.3.3 初漂工藝設(shè)計

表3為傳統(tǒng)亞氯漂工藝和新型無氯低溫工藝的初漂工藝對比。無氯低溫工藝的關(guān)鍵是篩選了具有良好專一性和環(huán)保性的復(fù)合酶助劑KF-6800E和KF-3001。該酶廣泛適用于亞麻、漢麻和棉麻混紡針織物或粗紗和筒紗初漂，有助于去除麻纖維上的纖維素、果膠、半纖維素、木質(zhì)素、脂蠟質(zhì)、含氮物質(zhì)以及色素等，并可賦予纖維優(yōu)異的光澤和手感。

表3 傳統(tǒng)亞氯漂工藝和新型無氯低溫工藝的初漂工藝對比

KF-6800E和KF-3001的最佳使用溫度為55～60 ℃，最佳pH值在7左右，初漂最佳時間為30～50 min，產(chǎn)生的泡沫量極低，且不含烷基酚聚氧乙烯醚類化合物(APEO)，最后產(chǎn)物僅為水和二氧化碳，環(huán)保性好。同時，漂洗催化劑KF-580可與復(fù)合生物酶產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，具有分散乳化、防止晶化沉淀的作用，以減少Ca、 Mg、 Fe等金屬離子可能產(chǎn)生的催化作用，從而減少可能對纖維造成的損傷。需要指出的是，生物酶處理技術(shù)對時間和溫度均有高度的依賴和敏感，在工藝執(zhí)行過程中，須對時間和溫度進行嚴格控制，才能保證成紗質(zhì)量。欲終止生物酶反應(yīng)，在后道的復(fù)漂工序中施以高溫和高堿即可。在未施以高溫和高堿前，生物酶均會對紗線產(chǎn)生不同程度的作用。

1.3.4 氧漂和水洗中和工藝設(shè)計

表4所示為傳統(tǒng)亞氯漂工藝和新型無氯低溫工藝的氧漂工藝對比。在傳統(tǒng)的亞氯漂工藝中，采用的化學藥劑主要包括片堿、純堿、雙氧水、螯合分散穩(wěn)定劑和乳化潤濕劑。雙氧水是二元酸，在受熱和日光照射條件下會很快分解。

表4 傳統(tǒng)亞氯漂工藝和新型無氯低溫工藝的氧漂工藝對比

在堿性條件下，過氧化氫離子能夠破壞天然色素，進一步分解木質(zhì)素。當堿性過強時，雙氧水易產(chǎn)生游離基從而降低漂白效果，而酸性環(huán)境和金屬離子的存在則會加速雙氧水的氧化分解，而且生成的過氧化氫離子減少，使雙氧水失去漂白作用，所以雙氧水漂白工藝中的pH值應(yīng)控制在10～11。新型無氯低溫工藝采用漂洗助劑KF-105/108、催化劑KF-580和多功能前處理助劑KF-103，這些氧漂助劑適用于亞麻，漢麻和棉麻混紡針織物或粗紗和筒紗的低溫無氯脫膠與精練漂白，能夠減少對纖維損傷并賦予織物優(yōu)異的白度和手感，同時產(chǎn)生的泡沫量極低，不含APEO，對環(huán)境友好。

在水洗中和工藝中，傳統(tǒng)的亞氯漂工藝的水洗需要4～6道，且需要在90、 80、 70、 60和50 ℃溫度條件下各洗一次。而新型無氯低溫工藝僅需2道水洗工序，其中80 ℃下水洗一次，加入0.5 g/L脫氧酶在50 ℃下再水洗一次即可，相較于傳統(tǒng)工藝既避免了大量用水，也節(jié)約了能源。

2 試驗結(jié)果分析

2.1 力學性能

根據(jù)GB/T 3916—1997《紡織品 卷裝紗 單根紗線斷裂強力和斷裂伸長率的測定》對兩種煮練漂白工藝處理的亞麻筒紗試樣進行拉伸性能測試，結(jié)果如表5所示。新型無氯低溫工藝練漂后的紗線，其內(nèi)外層紗線的強力更均勻，最小斷裂強力比傳統(tǒng)工藝處理的紗線高約50～200 cN，斷裂伸長率提高了20%，強力CV值、最小強力以及斷裂功都達到了烏斯特公報優(yōu)等紗的標準，遠高于傳統(tǒng)工藝處理的紗線。

2.2 紗線殘留雜質(zhì)含量

經(jīng)過兩種工藝處理后的亞麻紗線中的殘留物含量如表6所示。其中，紗線中殘留果膠的含量是利用分光光度法測試獲得，通過對比吸光度和透射比，表明新型無氯低溫工藝處理后的紗線果膠殘留略高于傳統(tǒng)工藝，內(nèi)層紗線相對果膠殘留多一些，因為在紗線內(nèi)層，不容易洗出。雖然采用傳統(tǒng)工藝可去除更多的果膠，但紗線的斷裂的力學性能會有所降低，斷裂伸長率低，紗線容易脆斷。另一方面，低溫無氯工藝漂煮的紗線中殘留化合物顯著減少，有利于環(huán)境保護。

表5 紗線拉伸性能測試結(jié)果

紗線中殘留氧過多，容易使紗線色澤萎暗，色牢度下降。采用0.1 g/L脫氧酶處理20 min后，測試殘留氧的去除效果。測試結(jié)果表明，傳統(tǒng)工藝煮漂后的紗線易殘留氧且難以去除，而新工藝殘留的氧容易去除。利用烘干稱重法分別測試了紗線處理前后的失重率。為了避免缸筒不同位置處因循環(huán)液流帶來的誤差，分別將紗線放置在缸筒的8個不同位置，取平均值進行評價。測試結(jié)果表明，低溫無氯工藝的失重率減少1.52%，意味著低溫無氯工藝對纖維素損傷更輕，果膠殘留適度。

表6 紗線殘留量測試結(jié)果

2.3 紗線吸濕性能和白度

表7所示為兩種工藝處理后亞麻紗線的外、中、內(nèi)層紗線的毛細效應(yīng)和白度測試結(jié)果。

表7 紗線毛細效應(yīng)和白度測試結(jié)果

其中根據(jù)FZ/T 01071—1999《紡織品毛細效應(yīng)試驗方法》測試標準對紗線毛細效應(yīng)進行測試，在D65光源下對試樣的CIE白度進行測試。結(jié)果表明，新型無氯低溫工藝煮漂的亞麻筒紗內(nèi)外各層的毛細效應(yīng)均顯著高于傳統(tǒng)工藝，亞麻筒紗內(nèi)外層白度均勻，達到染色標準。

2.4 紗線條干測試

根據(jù)GB/T 3292.1—2008《紡織品 紗線條干不勻試驗方法》對紗線條干進行測試，測試結(jié)果如表8所示。低溫無氯工藝漂煮紗線的柔順度、光澤度好，內(nèi)外層條干CV值小，條干CV值比傳統(tǒng)工藝低約2%，粗細節(jié)、棉結(jié)都有不同程度的改善。

表8 紗線條干測試結(jié)果

2.5 染色重現(xiàn)性的評測

采用Color-Eye 7000A型電子測色配色儀對紗線的染色性進行測試，測試結(jié)果由表9所示。結(jié)果表明，采用新型低溫無氯工藝煮漂的紗線染色色差小，色澤鮮艷度高，上染率比傳統(tǒng)工藝漂煮亞麻紗線提高26%～30%。

2.6 工藝成本核算

通過對兩種工藝進行成本測算結(jié)果表明，低溫無氯工藝的每噸紗用料成本比傳統(tǒng)工藝成本略高46.88元。但低溫無氯工藝用時節(jié)約1.0～1.5 h，用水節(jié)約2～3缸，省水量達30%。并且，低溫無氯工藝的漂煮處理溫度為80～85 ℃，而傳統(tǒng)工藝的處理溫度為95 ℃，可節(jié)約熱能30%左右。因此，低溫無氯工藝的綜合成本與傳統(tǒng)工藝相當或略低，符合目前節(jié)能減排的環(huán)保理念。另外，低溫無氯工藝所用藥劑均不含氯和APEO，對環(huán)境友好，紗上有害物質(zhì)殘留量顯著減少，滿足Oeko-Tex 100標準，有利于環(huán)境保護。

表9 紗線染色重現(xiàn)性測試結(jié)果

3 結(jié)論

本文開發(fā)了一種針對亞麻纖維的無氯低溫漂煮工藝，并對該工藝處理后的亞麻纖維進行了測試表征。無氯低溫漂煮工藝可減少對亞麻纖維的損傷，改善細紗條干均勻度，減少麻結(jié)的數(shù)量，并可減少粗紗內(nèi)外層差異，且染色性能提高盡管低溫無氯工藝的噸紗藥劑成本略高，但工藝時間縮短，用水減少，綜合成本與傳統(tǒng)亞氯漂工藝相當。而且，低溫無氯工藝對環(huán)境友好，紗上的有害物質(zhì)殘留量顯著減少，有利于環(huán)境保護和人體健康，具有很好的產(chǎn)業(yè)化推廣前景。