在氧漂体系中过氧化氢分解速率对漂白棉织物性能的影响

刘建平

（常州纺织服装职业技术学院，常州市新型纺织材料重点实验室，江苏常州 213164）

漂白是棉布前处理加工中非常重要的工序之一，目的是为了获得满意白度的棉布，过氧化氢是漂白工艺中最常用的漂白剂[1]。过氧化氢分解及漂白机理如下所示[2]：

（1）过氧化氢在室温、无碱条件下缓慢分解：

（2）过氧化氢在碱性条件下分解很快：

在碱性高温条件下，O2、HO·、H2O2·使纤维素纤维降解，以致棉纤维脆损。

（3）可变价金属离子（如Fe3+）催化过氧化氢分解：

由上述化学反应可知，过氧化氢在漂白时发生三种消耗：（1）分解生成合适质量浓度的HOO-，破坏织物中色素结构；（2）产生O2和大量HOO-，使纤维素大分子降解；（3）被一些细小的颗粒、有棱角的物质，特别是 Cu、Fe、Mn 等金属离子催化分解生成 O2和HO·，引起纤维素大分子的降解[3]。在酸性条件下，氧漂液中的过氧化氢稳定而不分解出HOO-，无漂白作用。但随着氧漂液pH 的增大或者氧漂液温度的升高，过氧化氢的分解速率加快，生成HOO-而破坏色素结构，产生漂白作用。如不控制过氧化氢分解速率，则生成大量的HOO-，不但浪费过氧化氢，而且会导致棉布白度下降，甚至发生脆损。为了保持氧漂液中合适的HOO-质量浓度，不仅要控制好氧漂液中的过氧化氢质量浓度、碱度和温度，而且应加入氧漂稳定剂，络合可变价金属离子，控制过氧化氢的分解速率[4-5]。目前还不能测定氧漂液中的HOO-质量浓度，只能通过测试漂白棉布的性能或测试过氧化氢的分解速率，找出过氧化氢合适的分解速率曲线，从而保证氧漂液中的HOO-质量浓度在合适的范围[6-7]。

1 实验

1.1 材料和仪器

织物：纯棉坯布（20 tex×16 tex,128 根/10 cm×64根/10 cm）。药品：氢氧化钠、乙酸、30%过氧化氢、高锰酸钾、98%硫酸（江苏强盛功能化学股份有限公司），精炼剂、氧漂稳定剂（自制）。

仪器：FY电子天平（常州市幸运电子设备有限公司），JY-24小样染色机（靖江市华夏科技有限公司），101A-3E 电热鼓风干燥箱（上海实验仪器厂有限公司），酸式滴定管、移液管（金坛新航仪器厂），DCSF600PLUS测色配色仪（美国），YG026-250型织物强力试验仪（温州方圆纺织仪器厂）。

1.2 煮炼工艺

精炼剂5 g/L，氢氧化钠20 g/L，浴比1∶50，坯布→95 ℃煮炼45 min→热水洗（95 ℃，二次）→冷水洗（一次）→烘干待用。

1.3 氧漂工艺

在 5 只 250 mL 烧杯中，分别加入 100 mL 水，加入30%氢氧化钠溶液或乙酸、氧漂稳定剂并搅拌均匀后，加入30%过氧化氢和热水稀释至200 mL，平行配制工作液5 份。水浴锅温度升至一定温度，将配好的漂液5份放入水浴锅，按浴比为1∶30放入煮炼后的棉布，在一定温度下放置1 h。取出棉布，热水洗、冷水洗，烘干。

1.4 测试

1.4.1 过氧化氢分解率

过氧化氢分解率测定原理依据以下化学反应方程式：

在棉布氧漂过程中，第一份测定起始过氧化氢质量浓度a，15、30、45、60 min 后分别测定第二份、第三份、第四份和第五份的过氧化氢质量浓度b、c、d、e。用移液管吸取漂液5 mL加入250 mL三角烧瓶中，再加入6 mol/L 的硫酸溶液5 mL 并摇匀，再加蒸馏水90 mL。用0.02 mol/L 的高锰酸钾标准溶液滴定至粉红色在30 s 内不退色为终点。记录耗用的高锰酸钾标准溶液毫升数（V），过氧化氢质量浓度（g/L）=0.34V。

1.4.2 织物毛效

氧漂后的棉布沿经向剪取长20 cm、宽5 cm 布条两条，悬挂于水平竿上，下设一容器注水，当布条浸入水中1 cm时开始计时，观察30 min水痕上升高度，测三次取平均值。

1.4.3 织物白度

棉布经氧漂后折叠4层，用测色配色仪在棉布不同的位置上测4次白度值，取平均值。

1.4.4 织物强力损失

参照GB/T 3923.1—1997《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）》。将漂白布的毛边抽掉，最后布的宽度为5 cm，用型织物强力试验仪测定。

2 结果与讨论

2.1 漂液pH对漂白棉织物性能的影响

配制5 份不同pH 的氧漂液，过氧化氢5 g/L、氧漂稳定剂7 g/L、氧漂液温度90 ℃，加入煮炼后的棉布氧漂1 h。在氧漂过程中，测试了氧漂液中过氧化氢质量浓度，绘制了过氧化氢分解速率曲线，如图1所示。棉布氧漂1 h后，对漂白棉布测试了毛效、白度和强力损失，结果如表1所示。

图1 漂液pH对过氧化氢分解率的影响

表1 漂液pH对漂白棉织物性能的影响

由图1可知，随着氧漂液pH的增大，过氧化氢分解速率加快，获得了不同的过氧化氢分解速率曲线。由表1可知，棉布经不同氧漂液pH漂白，棉布毛效基本不变。过氧化氢在酸性下没有漂白作用，随着氧漂液pH 的增大，棉布白度从低到高，pH=11 时，棉布白度最高，然后又降低。随着氧漂液pH的增大，棉布强力损失从大到小，到pH=7～11时，棉布强力损失最小，然后又增加。从以上结果分析得出，当氧漂液pH=11时，过氧化氢分解速率比较合适。原因是棉布毛效主要取决于棉布的煮炼，氧漂能进一步去除棉布上残留的杂质，使棉布毛效有所提高。过氧化氢在酸性条件下比较稳定，不易分解出HOO-，棉纤维中的色素结构不会被破坏，因此没有漂白作用。酸能使棉纤维中的1,4-苷键水解，导致棉布强力损失。随着氧漂液pH 增大，过氧化氢分解速率加快，释放出的HOO-破坏棉纤维中的色素结构，产生漂白作用。但是，过氧化氢分解速率太快，释放出HOO-质量浓度超过某一值时，HOO-主要氧化棉纤维，使棉布强力损失增加而白度降低。

2.2 漂液温度对漂白棉织物性能的影响

配制5份不同温度的氧漂液，过氧化氢5 g/L、氧漂稳定剂7 g/L、氧漂液pH=11，加入煮炼后的棉布氧漂1 h。在氧漂过程中，测试了氧漂液中过氧化氢质量浓度，绘制了过氧化氢分解速率曲线，如图2所示。棉布氧漂1 h后，对漂白棉布测试了毛效、白度和强力损失，结果如表2所示。

图2 漂液温度对过氧化氢分解率的影响

表2 漂液温度对漂白棉织物性能的影响

由图2可知，随着氧漂液温度的升高，过氧化氢分解速率加快，获得了不同的过氧化氢分解速率曲线。由表2可知，过氧化氢在低温下漂白作用小，随着氧漂液温度的升高，棉布白度增大，到90 ℃以后，棉布白度最高，95 ℃时棉布强力损失稍有增大。从以上结果分析得出，当氧漂液温度为90 ℃时，过氧化氢分解速率比较合适。原因是过氧化氢在低温下比较稳定，分解出的HOO-少，棉纤维中的色素结构被破坏较少，因此漂白作用低。随着氧漂液温度的升高，过氧化氢分解速率加快，释放出大量HOO-破坏棉纤维中的色素结构，产生漂白作用。氧漂液温度升到95 ℃时过氧化氢分解速率过快，释放出过量HOO-，部分氧化棉纤维，使棉布强力损失增加而白度降低。

2.3 氧漂稳定剂用量对漂白棉织物性能的影响

配制5份不同质量浓度氧漂稳定剂的氧漂液，过氧化氢5 g/L、氧漂液pH=11、漂液温度90 ℃，加入煮炼后的棉布氧漂1 h。在氧漂过程中，测试了氧漂液中过氧化氢质量浓度，绘制了过氧化氢分解速率曲线，如图3所示。棉布氧漂1 h后，对漂白棉布测试了毛效、白度和强力损失，结果如表3所示。

图3 氧漂稳定剂用量对过氧化氢分解率的影响

表3 氧漂稳定剂用量对漂白棉织物性能的影响

由图3可知，随着氧漂液中氧漂稳定剂质量浓度的增大，过氧化氢分解速率减慢，获得了不同的过氧化氢分解速率曲线。由表3可知，过氧化氢在氧漂稳定剂质量浓度低时，漂白作用小；氧漂稳定剂质量浓度增大，漂白作用提高；氧漂稳定剂为7 g/L 时，棉布白度最高，然后又降低。棉布强力损失随着氧漂稳定剂质量浓度的增大而减小。从以上结果分析得出，当氧漂稳定剂为7 g/L时，过氧化氢分解速率比较合适。原因是过氧化氢在氧漂稳定剂质量浓度低时，易分解出大量HOO-，主要氧化棉纤维，使棉布强力损失增加而白度降低。在氧漂稳定剂质量浓度过高时，过氧化氢稳定不易分解出HOO-，漂白作用小。氧漂稳定剂主要由二乙烯三胺五甲叉磷酸和硫酸镁组成，它不仅能吸附过氧化氢，控制过氧化氢的分解速率，还能络合可变价金属离子，防止过氧化氢分解产生HO·，使纤维素纤维降解，以致棉纤维脆损。

2.4 过氧化氢用量对漂白棉织物性能的影响

配制5份不同质量浓度过氧化氢的氧漂液，氧漂稳定剂7 g/L、氧漂液pH＝11、漂液温度90 ℃，加入煮炼后的棉布氧漂1 h。在氧漂过程中，测试了氧漂液中过氧化氢质量浓度，绘制了过氧化氢分解速率曲线，如图4所示。棉布氧漂1 h后，对漂白棉布测试了毛效、白度和强力损失，结果如表4所示。

图4 过氧化氢用量对过氧化氢分解率的影响

表4 过氧化氢用量对漂白棉织物性能的影响

由图4可知，随着氧漂液中过氧化氢质量浓度增大，过氧化氢分解速率加快，获得了不同的过氧化氢分解速率曲线。由表4可知，过氧化氢质量浓度低时，漂白作用小，过氧化氢质量浓度增大，漂白作用提高；当氧漂稳定剂为5 g/L时，棉布白度最高，过氧化氢质量浓度进一步增加，棉布白度降低并且强力损失显著增加。从以上结果分析得出，当氧漂稳定剂为5 g/L时，过氧化氢分解速率比较合适。原因是过氧化氢质量浓度低时，分解出少量HOO-，不足以完全破坏棉纤维中色素结构，使漂白棉布白度偏低；过氧化氢质量浓度过高时，氧漂稳定剂用量不足，过氧化氢分解速率加快，释放出大量HOO-氧化棉纤维，使棉布强力损失增加而白度降低。另外，过氧化氢质量浓度高，即使过氧化氢保持原来的分解速率，氧漂起始时的HOO-质量浓度超过合适质量浓度，氧化棉纤维，使棉布强力损失增加而白度降低。这证明氧漂液中的过氧化氢起始质量浓度不同，过氧化氢的合适分解速率也不同。由于氧漂起始时过氧化氢质量浓度高，为了使氧漂液中HOO-质量浓度合适，要控制过氧化氢的分解速率较慢；但随着氧漂的进行，氧漂液中过氧化氢质量浓度降低，过氧化氢分解速率变慢，特别是氧漂1 h后，过氧化氢分解速率很慢，此时，氧漂液中的过氧化氢只残留10%。

3 结论

（1）氧漂液pH=11、氧漂液温度90 ℃、氧漂稳定剂7 g/L、过氧化氢5 g/L时，获得了合适的过氧化氢分解速率曲线，氧漂1 h 后氧漂液中过氧化氢残留10%，漂白棉布的毛效11.0 cm/30 min、白度78.1、经向强力损失5.3%和纬向强力损失5.1%。

（2）根据棉布中色素量的情况，确定氧漂液中过氧化氢起始质量浓度，为了得到氧漂液中合适的HOO-质量浓度，优选出相应的过氧化氢合适分解速率曲线，保证漂白效率和漂白棉布毛效、白度和强力损失的指标值。

（3）氧漂结束时，氧漂液中过氧化氢残留率接近0%，在保证氧漂液中合适的HOO-质量浓度前提下，为了提高过氧化氢的利用率，需要开发新型的氧漂稳定剂，使氧漂初始阶段过氧化氢分解缓慢，氧漂后期过氧化氢分解速率加快。

（4）在氧漂生产中，把合适的过氧化氢分解速率曲线存入电脑中，在线检测氧漂液中过氧化氢质量浓度，绘制过氧化氢分解速率曲线。如果两曲线重合，能保证漂白棉布的质量；如果两曲线不重合，可从影响过氧化氢分解速率的因素中查找原因。