金属蛋白助剂在大豆蛋白纤维过氧化氢漂白中的应用研究

黄柯柯，王雪燕

(西安工程大学纺织与材料学院，陕西西安 710048)



金属蛋白助剂在大豆蛋白纤维过氧化氢漂白中的应用研究

黄柯柯，王雪燕

(西安工程大学纺织与材料学院，陕西西安 710048)

探讨了金属蛋白助剂质量的浓度、过氧化氢质量浓度、硅酸钠等其它助剂质量浓度及漂白温度、漂白时间等因素对大豆蛋白纤维漂白效果的影响，确定出了金属蛋白助剂在过氧化氢漂白大豆蛋白纤维应用中的最佳催化漂白工艺，其为：金属蛋白助剂为2g/L，30%过氧化氢为15ml/L，硅酸钠为6g/L，精练剂为0.13g/L，在75℃下保温处理60min。并评价催化漂白新工艺的效果。结果表明，加入适量金属蛋白助剂可以提高过氧化氢对大豆蛋白纤维漂白的白度，并且提高纤维的保水率，但与未处理纤维相比，催化漂白新工艺处理的纤维强力降低了4.25%，断裂伸长率增加17.65%。

大豆蛋白纤维 过氧化氢 金属蛋白助剂 漂白 催化

0 前言

大豆蛋白纤维本身带有米黄色，较难漂白[1]。近年来，许多研究人员对大豆蛋白纤维的漂白工艺进行了各种尝试，如采用亚铁离子选择性吸附催化过氧化氢漂白或采用过乙酸漂白，其中，过乙酸漂白效果优于其他漂白方法[2-5]。苏州大学研究人员利用过氧化氢和TAED合成的过醋酸对大豆蛋白纤维进行漂白，白度可达到80%[6]，漂白效果非常好，但TAED螯合金属后，其生物降解性极差，已被欧盟法规禁止使用。河南纺织高等专科学校的工作者采用7g/L～9g/L过醋酸在60℃～70℃下漂白大豆/涤纶混纺纤维40min，可获得79.3的白度[7]。虽然漂白效果较好，但过醋酸的易分解性(受热、重金属离子、pH值均可引起过醋酸分解)以及对大豆肽键的部分断裂作用使其应用受到限制[8-9]。采用氧漂法白度普遍比还原漂高，而且白度稳定性好，但纤维失重率较大。采用过氧化氢在高温碱性条件下漂白，纤维中蛋白质水解流失较多。采用亚漂时，亚氯酸钠漂白剂对大豆纤维中的蛋白质起氧化和氯化作用，会使蛋白质流失更多[10-11]。本文将自制的金属蛋白助剂应用于大豆蛋白纤维过氧化氢漂白中，以提高大豆蛋白纤维的漂白白度，实现金属蛋白助剂的低温催化漂白。

1 试验

1.1 材料、药品和仪器

织物：未处理的大豆蛋白散纤维

药品：30%过氧化氢(分析纯，天津市富宇精细化工有限公司)，硅酸钠(分析纯，天津市恒兴化学试剂制造有限公司)，精练剂(分析纯，广东省德美化工有限公司)，金属蛋白助剂(自制)

仪器：HHS-24型电热恒温水浴锅(上海东星建材实验设备有限公司)，WHL-25A型台式电热恒温干燥箱(天津市泰斯特仪器有限公司)，FA1004型电子天平(上海良平仪器仪表有限公司)，WSB-3A智能式数字白度计(宁波纺织仪器厂)，HD021N电子单纱强力仪(南通宏大实验仪器有限公司)

1.2 漂白工艺

金属蛋白助剂催化漂白工艺：在漂浴中加入一定量的金属蛋白助剂、过氧化氢、硅酸钠、精练剂、渗透剂，在适宜的温度下处理一定的时间。

传统漂白工艺：在75℃、浴比30:1下，加入30%过氧化氢15mL/L，精练剂0.13g/L，渗透剂JFC 1g/L，调节pH至10.5，处理10min后加入2g/L的硅酸钠，继续保温处理40min。

1.3 测试

白度：采用WSB-3A智能式白度计测量纤维的白度，在测量时将散纤维缠绕在硬纸板上，并且尽量使散纤维整齐一致地朝一个方向缠绕。测量三次求其平均值，即为散纤维的白度。

强力：试样夹距为500mm，拉伸速度为500m/min；再将纱线试样固定在南通宏大HD021N电子单纱强力仪，每组测试15次，取其平均值。

保水率：纱线保水率的测试方法为：称取0.5g样品并置于约200mL的蒸馏水中，浸泡2h后取出，放入离心机(转速为2500rpm)中脱水5分钟取出样品，称重，记为W1。将脱水的试样放入恒温干燥箱中烘干，烘干后称取质量，记为W0。纱线保水率按式2-1计算。

(2-1)

2 结果与讨论

2.1 催化漂白新工艺优化

2.1.1 金属蛋白助剂用量优化

按照1.2催化漂白工艺对大豆蛋白散纤维进行漂白处理，固定过氧化氢的用量为10mL/L，硅酸钠用量为1g/L，精练剂为1g/L，60℃下保温60min，只改变金属蛋白助剂的用量，处理后测定漂白纤维的白度，结果见图1。

从图1中可以看出，随着金属蛋白助剂用量的增加，白度也在逐渐提高，当金属蛋白助剂用量为2.00g/L时，白度达到最高，但是当金属蛋白助剂的用量超过2g/L时，白度反而随着金属蛋白助剂用量的增加而降低。没有加入金属蛋白助剂进行漂白的样品，其白度比未漂白的纤维白度有所提高，将此样品与其它加入金属蛋白助剂的样品进行对比，说明金属蛋白助剂对大豆蛋白纤维的漂白效果具有一定的有利作用。这是因为金属离子促使过氧化氢分解产生活泼的羟自由基，羟自由基作用于色素结构，使色素的发色系统遭到破坏，从而使纤维的白度提高。但是金属离子的浓度过高，则会使过氧化氢产生无效分解，对纤维造成损伤。同时金属离子吸附在纤维上，影响纤维的白度。综上所述，金属蛋白助剂的最佳用量确定为2.00g/L。

图1 金属蛋白助剂用量对漂白效果的影响

注：未漂白的大豆蛋白纤维的白度为50.5%。

2.1.2 过氧化氢用量优化

按照1.2催化漂白工艺对大豆蛋白散纤维进行漂白处理，固定金属蛋白助剂用量为2g/L，硅酸钠用量为1g/L，精练剂为1g/L，60℃下保温60min，只改变过氧化氢的用量，处理后测定漂白纤维的白度，结果见下页图2。

从图2中可以看出，随着过氧化氢用量的增加，白度逐渐提高，当过氧化氢的量达到15mL/L时白度达到最高值，但是当过氧化氢的用量超过15mL/L后，白度反而有所降低。其可能的原因是增大过氧化氢用量，漂白的有效成分增多，有效破坏色素，白度提高。但是过氧化氢用量太大，纤维上吸附的过氧化氢达到饱和，同时纤维的损伤增大，导致白度有所降低。综上所述，过氧化氢的最佳用量确定为15mL/L。

图2 过氧化氢用量对漂白效果的影响

2.1.3 硅酸钠用量优化

按照1.2催化漂白工艺对大豆蛋白散纤维进行漂白处理，固定金属蛋白助剂用量为2g/L，过氧化氢的用量为15mL/L，精练剂为1g/L，60℃下保温60min，只改变硅酸钠的用量，处理后测定漂白纤维的白度，结果见图3。

图3 硅酸钠用量对漂白效果的影响

从图3中可以看出，随着硅酸钠用量的增加，白度逐渐提高，当硅酸钠的用量达到6g/L时，白度达到最高值，但是当过氧化氢用量超过6g/L时，白度反而随着硅酸钠用量的增加而降低。没有加入硅酸钠的样品，其白度相比于其它样品较低，这是因为硅酸钠在过氧化氢漂白中有双重作用，其本身为碱性助剂，有利于过氧化氢电离出有效漂白成分HO2-，同时硅酸钠能吸附漂液中的金属离子，起到稳定过氧化氢分解，促进过氧化氢有效漂白，提高织物白度的作用。综上所述，硅酸钠的最佳用量确定为6g/L。

2.1.4 精练剂用量优化

按照1.2催化漂白工艺对大豆蛋白散纤维进行漂白处理，固定金属蛋白助剂用量为2g/L，过氧化氢的用量为15mL/L，硅酸钠的用量为6g/L，在温度为75℃下处理60min，只改变精练剂的用量，处理后测定漂白纤维的白度，结果见图4。

从图4中可以看出，随着精练剂用量的增加，白度也在缓慢提高。由于精练剂是采用德美化工的多功能精练剂，其为碱剂、非离子表面活性剂及其他特殊化合物的复配物，具有碱剂、精练、过氧化氢稳定等多项功能。精练剂作为表面活性剂，还具有分散、乳化、润湿渗透、悬浮等多种表面活性作用，所以精练剂在漂白过程中起到一定的作用。综上所述，精练剂的用量确定为0.13g/L。

图4 精练剂用量对漂白效果的影响

2.1.5 漂白温度优化

按照1.2催化漂白工艺对大豆蛋白散纤维进行漂白处理，固定金属蛋白助剂用量为2g/L，过氧化氢的用量为15mL/L，硅酸钠的用量为6g/L，精练剂用量为0.13g/L，时间为60min，只改变漂白温度，处理后测定漂白纤维的白度，结果见表1。

表1 漂白温度对漂白效果的影响

从表1中可以看出，随着漂白温度的升高，纤维白度增加，因为温度的升高会加速过氧化氢的分解，漂白速率增大从而织物的白度提高。但是处理温度越高，纤维漂白后的质量也越来越低，失重率越来越大，对纤维的损伤也越来越大。在选择最佳温度时，需要综合考虑纤维漂白白度和损伤程度，因此，最佳漂白温度确定为75℃。

2.1.6 加碱前时间(t1)对漂白效果的影响

按照1.2催化漂白工艺对大豆蛋白散纤维进行漂白处理，固定金属蛋白助剂用量为2g/L，过氧化氢的用量为15mL/L，硅酸钠的用量为6g/L，精练剂用量为0.13g/L，漂白温度为75℃，只改变加碱前时间，处理后测定漂白纤维的白度，结果见图5。

图5 加碱前时间(t1)对漂白效果的影响

从图5中可以看出，同时加入过氧化氢和硅酸钠，样品的白度没有先用过氧化氢处理一段时间后再加入硅酸钠的样品的白度高。当加碱前的时间超过10min时，白度的变化趋于平缓。综上所述，最佳加碱前时间确定为10min。

2.1.7 加碱后时间(t2)对漂白效果影响

按照1.2催化漂白工艺对大豆蛋白散纤维进行漂白处理，固定金属蛋白助剂用量为2g/L，过氧化氢的用量为15ml/L，硅酸钠的用量为6g/L，精练剂用量为0.13g/L，漂白温度为75℃，加碱前时间为10min，只改变加碱后时间，处理后测定漂白纤维的白度，结果见图6。

图6 加碱后时间(t2)对漂白效果的影响

从图6中可以看出，随着漂白时间的延长，白度逐渐提高，当时间为50min时，白度达到最高值。但是当时间超过50min时，白度有小幅度的下降，可能的原因是过氧化氢随着时间的延长，分解率达到平衡，纤维损伤增大、泛黄，故织物的白度变化不大，而且耗时太多不利于新工艺的推广使用。综上所述，最佳加碱后时间确定为50min。

2.2 催化漂白新工艺的应用效果评定

采用催化漂白工艺和传统漂白工艺处理纱线，其应用效果有所不同，具体情况见表2。

表2 催化漂白新工艺应用效果

从表2中可以看出，采用催化漂白处理的纱线，其保水率要高于传统漂白处理的纱线，说明采用催化漂白工艺处理的样品的吸湿性好。这可能是处理后的纤维微结构发生变化，无定形区增大，纤维氧化产生亲水性基团，使其吸水性增大。催化漂白后的大豆蛋白纤维断裂强力相比于原纱和未加金属蛋白助剂的大豆蛋白纤维有所降低，伸长率增大，这是因为在漂白过程中过氧化氢和金属蛋白助剂对大豆蛋白纤维有损伤，使得纱线断裂强力下降。

3 结论

(1)优化出了金属蛋白催化剂在过氧化氢漂白大豆蛋白纤维应用中的最佳工艺条件：金属蛋白助剂用量为2g/L，30%过氧化氢的用量为15ml/L，精练剂用量为0.13g/L，在75℃下保温处理10min后，加入6g/L的硅酸钠，继续在75℃下保温处理50min。

(2)采用催化漂白处理后的大豆蛋白纤维，保水率增大，强力下降，伸长率增加。

[1] 卢海兵.棉大豆蛋白复合纤维织物与纯棉织物性能对比[J].棉纺织技术,2013,41(11):30-32.

[2] 涂贵荣,王红卫,王苏.大豆蛋白纤维仿丝绸织物染整工艺探讨[J].印染,2001,27(11):15-16.

[3] 李景川,王雪燕.大豆蛋白织物的催化漂白[J].西安工程科技学院学报,2002,16(3):218-221.

[4] 李景川,王雪燕.大豆蛋白织物的选择性漂白[J].印染,2002,28(8):8-10.

[5] 郑敏,钱大成,刑刚.大豆蛋白纤维新型漂白工艺研究[J].印染助剂,2008,25(4):23-26.

[6] 赵建平,唐人成,王祥荣,等.大豆蛋白用过氧化氢/四乙酰乙二胺活化体系漂白[J].丝绸,2003(11):32-36.

[7] 李晓春,王宏.大豆/涤纶混纺织物过醋酸漂白工艺研究[J].纺织学报,2002,23(4):59-60.

[8] 王宏,李晓春,田恬.过氧乙酸对大豆蛋白纤维织物漂白工艺的探讨[J].印染助剂,2002,19(6):39-41.

[9] 刘夺奎,董振礼,臧海英,等.大豆蛋白纤维过醋酸漂白研究[J].印染,2003,29(2):10-12.

[10]沈加加,罗晓菊.大豆蛋白纤维过氧化尿素漂白[J].印染,2006,18:20-22.

[11]唐人成,宗平,王均华,等.氧化和还原漂白对大豆纤维结构性能的影响[J].印染,2004,30(11):1-6.

Application of Metal Protein Additives in Hydrogen Peroxide Bleaching of Soybean Protein Fiber

HUANGKe-ke,WANGXue-yan

(School of Textile and Materials,Xi’an Polytechnic University,Xi’an 710048)

The effects of additive concentrations such as the concentration of metal protein additive,the concentration of hydrogen peroxide,the concentration of sodium silicate and others,bleaching temperature and time and other factors on the bleaching of soybean protein fiber were discussed. The optimal catalytic bleaching process was determined when metal protein additive was applied to hydrogen peroxide bleaching of soybean protein fiber,the optimum process was that metal protein additive was 2g/L,30% hydrogen peroxide was 15ml/L,sodium silicate was 6g/L and scouring agent was 0.13g/L,incubated at 75℃ for 60min. And the effectiveness of the new catalytic bleaching technology was evaluated. The results showed that adding suitable amount of metal protein additive could improve the whiteness of hydrogen peroxide bleaching of soybean protein fiber and increase the water retention of fiber,but compared with the untreated fibers,the fiber strength treated by new technology was reduced by 4.25% and the elongation at break increased by 17.65%.

soybean protein fiber hydrogen peroxide metal protein additive bleaching catalysis

2017-01-03

黄柯柯(1992-)，女，硕士研究生，研究方向：纺织品化学加工新材料、新工艺的理论及应用。

王雪燕(1963-)，女，教授，硕士生导师。

TS190.2

A

1008-5580(2017)02-0111-05