低温练漂剂WXP-102的研制及其推广

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论文字数:35222 论文编号:sb2022021719153743646 日期:2022-02-22 来源:硕博论文网
本文是一篇工程硕士论文,笔者认为随着温度升高和加入低温练漂剂 WXP-102,过氧化氢分解速率显著提高,而且 WXP-102 对提高过氧化氢分解速率影响更大;同时升高温度,过氧化氢释放出的羟自由基会增加。在低温练漂 WXP-102/H2O2 体系中,加入适量二甲基亚砜 DMSO 后,练漂体系中羟自由基含量会降低,练漂织物的白度也会降低,说明羟自由基是练漂的一个有效成分,但由于练漂体系反应复杂,羟自由基不是唯一的有效练漂活性成分。

第 1 章 绪论

1.1 课题研究背景
纯棉机织物上含有大量浆料及 6~10%的杂质,这些浆料和杂质不仅影响了织物的吸湿透气性能、服用性能和外观,而且影响织物印染的效果及最终产品的质量;因此在染整加工过程中,必须对坯布进行前处理,否则坯布上的浆料和杂质会粘污印染工作液,阻碍染料及整理液向纤维内部渗透。此过程中需要耗用大量的碱及化学药剂,而且处理温度高、工序长,由此带来污染大、能耗高和生产效率低以及织物强力损伤增大的隐患,这些问题与当今社会提倡的节能减排、提质增效以及保护我们的生态环境理念相矛盾[1-2]。
在当前社会积极推进生态文明建设和确保纺织印染行业可持续发展的大背景下,特别是随着国家新的环保法律法规的出台,传统的前处理浸轧生产工艺受到很大地挑战。因此,为了适应当今社会发展的要求,需要研发环保型高效前处理助剂以及与之相配套的前处理工艺。
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1.2 传统棉及混纺织物练漂前处理方法及存在问题
传统纯棉机织物前处理是在高浓强碱、含磷以及难于生物降解的表面活性剂前处理工作溶液中,于 98~100℃甚至更高温度下进行;虽然传统分步前处理浸轧工艺质量稳定,但是存在劳动强度高、能耗高、药剂污染物排放量大等问题[3-4]。
虽然目前有较成熟的冷轧堆前处理工艺,其为坯布室温浸轧处理药剂,然后室温堆置 24 小时或以上,通常不用汽蒸,或再经短时汽蒸,最后再充分水洗,此工艺适于小批量生产,可大大降低能耗。但是仍然存在碱剂用量大、处理时间较长、劳动强度高和工作效率低等问题[5-6]。
为了提高生产效率,缩短加工时间,通过一步或二步来完成传统退煮漂三步工序,必然要强化工艺,提高烧碱和过氧化氢的浓度,但由此会带来纤维损伤和环境污染增大的问题。为了既要保证练漂效果,又要保证产品质量,同时达到节能减排,需要研发高效精练助剂、多功能生物酶和过氧化氢漂白促进剂等前处理相关配套药剂。因此,多年来,高效环保型前处理助剂一直是国内外研究者的热点研究课题[7-9]。
王雪燕等[14-15]利用生物质蛋白物质与过渡金属铜盐在碱性条件下制备了一种生物质类金属螯合物,将其作为氧漂低温催化剂,加入棉织物浸渍氧漂工作液中,结果表明,生物质类金属螯合物/过氧化氢体系低温 70℃漂白棉织物的白度与传统高温 90℃工艺处理效果相当,而且织物损强力保留率较高,而且织物损伤明显降低和碱剂用量大大减少。师文钊[16]等采用生物质类金属螯合物催化剂和精练剂 DM-1337 联合对纯棉毛巾织物进行低温练漂一浴法前处理,探讨了催化剂、多功能精练剂 DM-1337、过氧化氢用量及处理温度和时间等对毛巾处理效果的影响。结果表明,过氧化氢/生物质类金属螯合物体系低温一浴法处理毛巾的白度为 78.6%,沉降时间为 6.8s,与传统高温前处理效果相当;并且处理织物的强力损失率较传统工艺降低 11.6%。
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第 2 章 理论部分

2.1 精练剂的要求及其作用原理
精练剂的组分结构与性能对纺织品的前处理加工效果有着很大的影响,其影响织物的加工质量和工作效率,练漂剂在精练过程中,降低前处理液的表面张力,帮助精练液快速渗透进入棉织物内部,通过协同效应对棉织物上的浆料、果胶和棉籽壳的降解物进行分散、增溶而去除[29-33]。
精练剂的应用性质与其表面活性剂结构上的亲水基和亲油基有关、以及它们的相对位置和数量、亲油基团结构中的分支程度等有关,即使相同 HLB 值的乳化剂,其结构不同,乳化洗涤性能也存在很大的差异,了解表面活性剂的特点、基本性能以及其作用原理对纺织品染整加工的理论和实践具有重要意义[34-36]。
2.1.1 精练剂的环保性
精练剂的环保性与微生物活性、生物毒性累积、生物降解发生条件和土壤的吸收程度等因素有关。由不同类型表面活性剂制备的精练剂,其环保性与否,通常情况下取决于组分离子型和分子结构[37]。直链碳氢链比带有支链的生物降解性能好;非离子表面活性剂的聚氧乙烯链越长,越难生物降解;糖苷及其衍生物表面活性剂的烷基越长,毒性越小;含有芳烃疏水基类表面活性剂比仅有脂肪链类更难于生物降解。随着人们环保意识的增强,除了要考虑表面活性剂的应用性能之外,还必须考虑其对环境的影响和生物的可降解性[38-40]。
2.1.2 精练剂的低泡性
在前处理设备的转动过程中促使织物与导布轮以及织物间相互摩擦、挤压,使杂质变得松散,同时加热前处理设备内的精练溶液,使其与膨胀的织物间的杂质充分结合,以便剥离、溶解织物上的杂质,最终杂质分散溶解在练漂液中,但是精练剂产生的泡沫会造成原料浪费和使已练漂干净的布料上反沾,因此,需要开发低泡精练剂,评价其泡沫的“发泡力”和“泡沫稳定性”是很重要的[41]。
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2.2 氧漂的作用原理
2.2.1 过氧化氢漂白原理
因为过氧化氢分解活化能高,在酸性低温条件下分解速率很慢;当过氧化氢在碱性条件下与棉织物的天然色素及杂质的漂白反应是非常复杂的,产生的产物很多,大部分研究者认为,过氧化氢分子在碱性条件下按式(2- 2)分解。
2.2.2 有机酰类低温氧漂活化剂及其漂白原理
有机类漂白活化剂含有氮酰基或氧酰基,活化剂酰胺基中碳正离子吸电子性较强,容易被亲核试剂进攻。在漂白过程中该类活化剂可以与过氧氢根阴离子反应生成比过氧化氢氧化性能更强的过氧酸,能够在较低的温度下漂白纤维素基质织物,实现低温有效漂白[53]。
(1)非离子酰胺基类活化剂
在碱性条件下,四乙酰乙二胺(TAED)与过氧化氢生成具有更强漂白活性的过氧酸,过氧酸进一步释放出羟自由基。TAED 活化过氧化氢的反应,如式(2- 5)所示:
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烷酰基中碳原子个数以 6~8 个为宜,随着碳原子数目增大,使织物上的过氧酸浓度增大,氧漂效果提高;但碳链过长容易形成胶束和二酰基过氧化物,具有潜在爆炸性的二酰基过氧化物是 NOBS 的主要缺点。此外,因 NOBS 含酯基,在强酸或强碱环境中会水解成无漂白活性的壬酸或其壬酸盐;当 NOBS 浓度较高时,生成酸性很强的4-羟基苯磺酸,从而使体系中 pH 值降低,抑制过氧氢负离子的生成,阻止反应的进一步进行[59]。
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第 3 章 实验部分..............................................17
3.1 主要实验材料、药剂和仪器........................................... 17
3.1.1 实验材料..................................................17
3.1.2 实验药剂............................................17
第 4 章 结果与讨论..............................25
4.1 精练剂组成优选................................................. 25
4.1.1 不同种类渗透剂的基本性质.........................................25
4.1.2 不同种类渗透剂的耐碱性能...........................................25
第 5 章 结 论........................49

第 4 章 结果与讨论

4.1 精练剂组成优选
4.1.1 不同种类渗透剂的基本性质
通常低温练漂剂主要由氧漂促进剂、稳定剂及配套的精练剂组成,而精练剂起到润湿、乳化、分散和洗涤等重要作用。精练剂通常由渗透剂、乳化洗涤剂、助洗剂等复配组成,其中渗透剂的作用是使织物快速被处理药剂润湿渗透;众所周知,棉及其混纺织物练漂前处理通常在强碱条件下进行的,虽然棉及混纺织物浸轧前处理工作液氢氧化钠浓度一般在 10~40 g·L-1,然而采用高位槽配制工作液时,致使工作液中氢氧化钠浓度较高,因此,对练漂剂的耐碱性就有一定要求,本实验希望练漂剂耐碱性在80 g·L-1以上,且在较大的 pH 范围内都具有良好的渗透性能,以保证产品质量稳定;目前耐碱效果好的低温练漂剂多为含磷元素和芳香烃类表面活性剂,其排放的污水会导致水体富营养化,生物毒性大和生物降解性较差,破坏生态环境。因此,本实验将选用无磷的绿色环保表面活性剂等原料来复配练漂剂。
该实验选择了五种表面活性剂,分别为弱萘表面活性剂 CLD-310、格尔伯特醇醚类 SKYIN70B、异构醇醚硫酸脂 OAS60、烷基磺酸盐 STS65 和异构十醇聚氧乙烯醚XP-50,通过目测其外观和按照 3.3.1 方法测其含固量,结果见表 4-1。
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第 5 章 结论
(1)通过对弱萘表面活性剂(CLD-310)、格尔伯特醇醚类(SKYIN70B)、异构醇醚硫酸脂(OAS60)、烷基磺酸盐(STS65)和异构十醇聚氧乙烯醚(XP-50)五种表面活性剂进行耐碱外观稳定性测试和耐碱渗透性能研究,制备出一种耐碱渗透剂S-O(SKYIN70B:OAS60 = 3:7),并将其与 AEO-9、FMES、元明粉复配,优化出精练剂 WXP-101 的配方:SKYIN70B 为 5.00%,OAS60 为 11.67%,AEO-9 为 22.22%,FMES为 55.56%,元明粉 5.55%。
(2)将自制精练剂 WXP-101 与氧漂催化剂 WXP-100、氧漂稳定剂 CST(硅酸钠:葡萄糖酸钠=7:3)、羧甲基纤维素钠 JL-1200 进行复配,优选出低温练漂剂 WXP-102的配方:JL-1200 为 8.70%,CST 为 30.43%,WXP-100 为 8.70%,WXP-101 为 52.17%,并测定其含固量为 43.3%。
(3)以处理后织物 CIE 白度、毛效和强力保留率为指标,优化出低温练漂剂WXP-102 低温练漂连续浸轧工艺为:低温练漂剂 WXP-102 用量为 40 g·L-1,氢氧化钠为 4 g·L-1,28%过氧化氢用量为 45 ml·L-1,汽蒸温度为 80~90℃,汽蒸时间为 60 min。
(4)自制低温练漂剂 WXP-102 的临界胶束浓度较高温精练剂 MJ-223B 和低温精练剂 MJ-206 助剂高,但是不能单纯依靠其临界胶束浓度来评价其应用效果好坏,需对其实际应用效果进行对比。研究结果表明,自制低温练漂剂 WXP-102 相对于市场应用的低温精练剂 MJ-206 在白度值、毛效和退浆率有一些优势;在强力保留率略差于市场上的低温精练剂 MJ-206。虽然 WXP-102 低温练漂(退煮漂一步法)效果还达不到传统高温练漂(退煮-漂二步法)效果,可适当增加 WXP-102 或过氧化氢用量来提高练漂效果,低温一步练漂浸轧工艺具有显著的节能高效优势,值得进一步探究。
(5)在室温碱性条件下,H2O2、WXP-100/H2O2、MJ-206/H2O2 和 WXP-102/H2O2体系对桑色素的脱色速率基本符合准一级动力学模型,脱色体系中助剂成分以及含量不同致使过氧化氢分解速率不同,造成桑色素脱色速率不一样,在室温碱性条件下,低温练漂剂 WXP-102 和 MJ-206 能抑制过氧化氢分解,稳定过氧化氢,使桑色素脱色速率低于过氧化氢空白体系;高温精练剂 MJ-223B 和氧漂催化剂 WXP-100 对过氧化氢分解有促进作用,使桑色素脱色速率高于过氧化氢空白体系,可能是因为 MJ-206 和WXP-102 为混合物,其助剂中含有过氧化氢的稳定剂,同时在其用量不大的情况下(1g·L-1)以及温度较低的情况下,其所含催化剂的催化性能不能很好发挥作用,抑制过氧化氢分解的性能。因此,在室温配制练漂液过程中,低温练漂剂 WXP-102 和 MJ-206能避免过氧化氢的过早过快分解,提高过氧化氢利用率。
参考文献(略)


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