亚麻无氯前处理工艺开发

尤士华 白 冰 马建伟

1. 青岛奥洛思新材料有限公司(中国) 2. 青岛大学 纺织服装学院(中国)

亚麻纤维是一种韧皮纤维，在基于亚麻韧皮与木质部之间的果胶层以束状方式生长。由于亚麻纤维束与纤维束之间，韧皮部与木质部之间存在果胶、半纤维素、木质素等非纤维物质，为获取工艺纤维，必须首先破坏纤维与其他非纤维之间的黏结[1]。亚麻湿纺技术所用原料为工艺纤维，而不是单纤维。因为亚麻的单纤维长度只有17～25 mm，如果实施完全脱胶，纤维长度太短，其抱合长度不能满足亚麻湿纺工艺要求。因此只能对亚麻实施部分脱胶，以制备出适宜纺纱的工艺纤维[2-3]。工艺纤维由若干根亚麻单纤维组成的纤维束构成，是保留部分亚麻纤维束中果胶等非纤维性物质的结果。在亚麻纺纱中将获取工艺纤维的过程称为脱胶或漂煮[4-5]。

针对亚麻常用的煮漂工艺有3种：主要采用亚氯酸钠结合双氧水的亚氧漂工艺；主要采用双氧水的双氧漂工艺；采用生物酶脱胶工艺。相对而言，亚氯漂工艺应用广泛，工艺成本相对比较低，纱线白度好，但存在上染率低、色泽委暗、纤维脆化、纱线和面料掉毛严重以及工艺过程不易控制等缺点。另外，由于纱线上残留的氯化物过多，煮漂过程中容易有氯气产生，对现场操作人员产生健康危害，同时污水中残留大量的含氯化合物，给污水处理带来负担。双氧漂工艺不采用亚氯酸钠，具有生态环保的优点，但煮漂后的纱线白度难以达到染色要求，上染率低。生物酶脱胶工艺是近年来的研究热点，因所使用的生物酶的不同，对设备控制系统有不同的要求，相对前两种工艺而言，生物酶脱胶工艺成本高且市场推广有难度。

目前，在亚麻漂煮工艺中，为了提高漂煮效率，降低脱胶成本，多使用含氯助剂，如亚氯酸钠、次氯酸钠等助剂。由于含氯助剂会对环境造成危害，因此近年来无氯漂煮已成为业内普遍关注的焦点[6]。林盼[7]研究了复配复合酶对亚麻纤维微观结构的影响。高树珍和汪亮[8]以酸性纤维素酶处理亚麻纱为例，探讨了高支亚麻纱的生产技术。但是，目前在亚麻无氯漂煮产业化方面，仍然存在助剂不配套和产业化生产不稳定等诸多问题。尤其是亚麻原料因产地、品种和气候影响等因素所导致的不稳定性，更增加了亚麻纺纱品质控制和煮漂工艺稳定的难度。因此，在当前环保要求高，以及亚麻纺纱质量要求高的趋势下，进一步探讨亚麻无氯低温煮漂工艺具有重要的现实意义[9-10]。本研究采用复合酶初漂结合复漂助剂，开发一种针对亚麻纤维的新型低温无氯煮漂方法，并对处理后亚麻纱线的各项性能进行测试和分析，探讨该工艺相对于传统亚氯漂工艺的优势，为亚麻纱线的无氯煮漂技术推广提供一定参考价值。

1 试验部分

1.1 材料与设备

原料：亚麻粗纱。

助剂：氢氧化钠水溶液(质量分数为30%)，双氧水(质量分数为27.5%)，两者均为工业级。初漂酶助剂、复漂酶助剂、漂洗催化剂、溶胀剂、渗透促进剂、多功能前处理助剂等均由青岛奥洛思新材料有限公司提供。

设备：立信FC-30EX型高温高压筒纱染色小样机，YG029型全自动单纱强力仪，YQ-Z-48A型白度仪，Color-Eye 7000A型电子测色配色仪。

1.2 工艺流程

图1 无氯低温煮漂与亚氯漂工艺的处理时间与温度对比

1.3 关键漂煮工艺设计

1.3.1 酸洗工艺设计

酸洗工艺过程可去除纤维中的杂质，并使果胶类物质水解、碱类物质溶胀，从而减少漂煮工艺负担。同时可去除纤维中的金属离子以及可能使双氧水分解的酶，防止后续漂白过程中对双氧水的作用造成影响。传统亚氯漂工艺和新型无氯低温工艺的酸洗工艺配方如表1所示，其中传统亚氯漂工艺采用硫酸和草酸，工艺升温速率为1 ℃/min；新型无氯低温工艺采用中和酸和漂洗催化剂580，工艺升温速率为3 ℃/min。

表1 传统亚氯漂工艺和新型无氯低温工艺的酸洗工艺对比

1.3.2 中和工艺设计

中和工艺是为了中和酸洗过程中产生的氢离子，同时使纤维溶胀，为接下来的初漂复合生物酶提供反应条件。在中和工艺过程中，含氮物质在碱的作用下分解成氨基酸的钠盐而溶于水。部分小分子果胶在溶胀剂1530的作用下可水解成酸的钠盐和低聚糖。传统亚氯漂工艺和新型无氯低温工艺的中和工艺如表2所示，其中传统亚氯漂工艺采用纯碱，工艺升温速率为1 ℃/min；新型无氯低温工艺则采用纯碱和溶胀剂1530，工艺升温速率为3 ℃/min。

表2 传统亚氯漂工艺和新型无氯低温工艺的中和工艺对比

1.3.3 初漂工艺设计

表3为传统亚氯漂工艺和新型无氯低温工艺的初漂工艺对比。无氯低温工艺的关键是筛选了具有良好专一性和环保性的复合酶助剂KF-6800E和KF-3001。该酶广泛适用于亚麻、汉麻和棉麻混纺针织物或粗纱和筒纱初漂，有助于去除麻纤维上的纤维素、果胶、半纤维素、木质素、脂蜡质、含氮物质以及色素等，并可赋予纤维优异的光泽和手感。

表3 传统亚氯漂工艺和新型无氯低温工艺的初漂工艺对比

KF-6800E和KF-3001的最佳使用温度为55～60 ℃，最佳pH值在7左右，初漂最佳时间为30～50 min，产生的泡沫量极低，且不含烷基酚聚氧乙烯醚类化合物(APEO)，最后产物仅为水和二氧化碳，环保性好。同时，漂洗催化剂KF-580可与复合生物酶产生协同效应，具有分散乳化、防止晶化沉淀的作用，以减少Ca、 Mg、 Fe等金属离子可能产生的催化作用，从而减少可能对纤维造成的损伤。需要指出的是，生物酶处理技术对时间和温度均有高度的依赖和敏感，在工艺执行过程中，须对时间和温度进行严格控制，才能保证成纱质量。欲终止生物酶反应，在后道的复漂工序中施以高温和高碱即可。在未施以高温和高碱前，生物酶均会对纱线产生不同程度的作用。

1.3.4 氧漂和水洗中和工艺设计

表4所示为传统亚氯漂工艺和新型无氯低温工艺的氧漂工艺对比。在传统的亚氯漂工艺中，采用的化学药剂主要包括片碱、纯碱、双氧水、螯合分散稳定剂和乳化润湿剂。双氧水是二元酸，在受热和日光照射条件下会很快分解。

表4 传统亚氯漂工艺和新型无氯低温工艺的氧漂工艺对比

在碱性条件下，过氧化氢离子能够破坏天然色素，进一步分解木质素。当碱性过强时，双氧水易产生游离基从而降低漂白效果，而酸性环境和金属离子的存在则会加速双氧水的氧化分解，而且生成的过氧化氢离子减少，使双氧水失去漂白作用，所以双氧水漂白工艺中的pH值应控制在10～11。新型无氯低温工艺采用漂洗助剂KF-105/108、催化剂KF-580和多功能前处理助剂KF-103，这些氧漂助剂适用于亚麻，汉麻和棉麻混纺针织物或粗纱和筒纱的低温无氯脱胶与精练漂白，能够减少对纤维损伤并赋予织物优异的白度和手感，同时产生的泡沫量极低，不含APEO，对环境友好。

在水洗中和工艺中，传统的亚氯漂工艺的水洗需要4～6道，且需要在90、 80、 70、 60和50 ℃温度条件下各洗一次。而新型无氯低温工艺仅需2道水洗工序，其中80 ℃下水洗一次，加入0.5 g/L脱氧酶在50 ℃下再水洗一次即可，相较于传统工艺既避免了大量用水，也节约了能源。

2 试验结果分析

2.1 力学性能

根据GB/T 3916—1997《纺织品 卷装纱 单根纱线断裂强力和断裂伸长率的测定》对两种煮练漂白工艺处理的亚麻筒纱试样进行拉伸性能测试，结果如表5所示。新型无氯低温工艺练漂后的纱线，其内外层纱线的强力更均匀，最小断裂强力比传统工艺处理的纱线高约50～200 cN，断裂伸长率提高了20%，强力CV值、最小强力以及断裂功都达到了乌斯特公报优等纱的标准，远高于传统工艺处理的纱线。

2.2 纱线残留杂质含量

经过两种工艺处理后的亚麻纱线中的残留物含量如表6所示。其中，纱线中残留果胶的含量是利用分光光度法测试获得，通过对比吸光度和透射比，表明新型无氯低温工艺处理后的纱线果胶残留略高于传统工艺，内层纱线相对果胶残留多一些，因为在纱线内层，不容易洗出。虽然采用传统工艺可去除更多的果胶，但纱线的断裂的力学性能会有所降低，断裂伸长率低，纱线容易脆断。另一方面，低温无氯工艺漂煮的纱线中残留化合物显著减少，有利于环境保护。

表5 纱线拉伸性能测试结果

纱线中残留氧过多，容易使纱线色泽萎暗，色牢度下降。采用0.1 g/L脱氧酶处理20 min后，测试残留氧的去除效果。测试结果表明，传统工艺煮漂后的纱线易残留氧且难以去除，而新工艺残留的氧容易去除。利用烘干称重法分别测试了纱线处理前后的失重率。为了避免缸筒不同位置处因循环液流带来的误差，分别将纱线放置在缸筒的8个不同位置，取平均值进行评价。测试结果表明，低温无氯工艺的失重率减少1.52%，意味着低温无氯工艺对纤维素损伤更轻，果胶残留适度。

表6 纱线残留量测试结果

2.3 纱线吸湿性能和白度

表7所示为两种工艺处理后亚麻纱线的外、中、内层纱线的毛细效应和白度测试结果。

表7 纱线毛细效应和白度测试结果

其中根据FZ/T 01071—1999《纺织品毛细效应试验方法》测试标准对纱线毛细效应进行测试，在D65光源下对试样的CIE白度进行测试。结果表明，新型无氯低温工艺煮漂的亚麻筒纱内外各层的毛细效应均显著高于传统工艺，亚麻筒纱内外层白度均匀，达到染色标准。

2.4 纱线条干测试

根据GB/T 3292.1—2008《纺织品 纱线条干不匀试验方法》对纱线条干进行测试，测试结果如表8所示。低温无氯工艺漂煮纱线的柔顺度、光泽度好，内外层条干CV值小，条干CV值比传统工艺低约2%，粗细节、棉结都有不同程度的改善。

表8 纱线条干测试结果

2.5 染色重现性的评测

采用Color-Eye 7000A型电子测色配色仪对纱线的染色性进行测试，测试结果由表9所示。结果表明，采用新型低温无氯工艺煮漂的纱线染色色差小，色泽鲜艳度高，上染率比传统工艺漂煮亚麻纱线提高26%～30%。

2.6 工艺成本核算

通过对两种工艺进行成本测算结果表明，低温无氯工艺的每吨纱用料成本比传统工艺成本略高46.88元。但低温无氯工艺用时节约1.0～1.5 h，用水节约2～3缸，省水量达30%。并且，低温无氯工艺的漂煮处理温度为80～85 ℃，而传统工艺的处理温度为95 ℃，可节约热能30%左右。因此，低温无氯工艺的综合成本与传统工艺相当或略低，符合目前节能减排的环保理念。另外，低温无氯工艺所用药剂均不含氯和APEO，对环境友好，纱上有害物质残留量显著减少，满足Oeko-Tex 100标准，有利于环境保护。

表9 纱线染色重现性测试结果

3 结论

本文开发了一种针对亚麻纤维的无氯低温漂煮工艺，并对该工艺处理后的亚麻纤维进行了测试表征。无氯低温漂煮工艺可减少对亚麻纤维的损伤，改善细纱条干均匀度，减少麻结的数量，并可减少粗纱内外层差异，且染色性能提高尽管低温无氯工艺的吨纱药剂成本略高，但工艺时间缩短，用水减少，综合成本与传统亚氯漂工艺相当。而且，低温无氯工艺对环境友好，纱上的有害物质残留量显著减少，有利于环境保护和人体健康，具有很好的产业化推广前景。