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废旧针织天丝面料的脱色工艺研究

2024-08-15 275 上传者：管理员

摘要：为了更有效地对废旧纺织品进行回收利用，并降低回收的工艺成本和对环境的影响，对废旧针织天丝面料进行组分分析，并选择采用H2O2溶液对面料进行脱色处理，通过单因素试验探究H2O2溶液体积分数、脱色温度和脱色时间对织物白度的影响，得出最优工艺。结果表明，优化后的废旧针织天丝面料脱色工艺为：H2O2溶液体积分数10%、脱色温度100℃、脱色时间60 min。

关键词：
废旧纺织品
污染行业
纺织废物
脱色工艺
针织天丝面料
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2018年，全球纺织品总生产量超过1亿t，随着全球纺织品需求量的不断增长，这个数字也在逐年增加[1-2]，这其中，73%的纺织废物将被焚烧或填埋，约12%将被回收，不到1%将用于生产新衣服[3]。由于纺织废物的大量积累和对环境有害的化学品的使用等多种因素，纺织业已成为全球第二大污染行业[2,4]。在我国，纺织品和服装的废弃量每年已超过百万吨，且呈一定的增长趋势。处理如此大量的废物对纺织业乃至各国来说是一个日益严重的问题，因此对废旧纺织品回收技术的研究迫在眉睫。

近年来，许多发达国家都陆续出台相关法律法规政策来规范和鼓励废旧纺织品回收再利用[5-6]。我国的相关部门也建立了纺织废弃物回收体系，比如出台政策、旧衣服回收、二手服装交易等，但相较于发达国家，我国尚处于回收再利用的早期阶段[7]。目前，废旧纺织品回收再利用方法主要有物理回收(机械破碎、二手交易)、化学回收(溶解)和能量回收(焚烧)[7-8]。其中化学回收是主要手段。本文以废旧针织天丝为原料，对回收的纺织品进行研究，在减少资源浪费和降低环境污染的同时，可以实现从纺织废弃物直接到纺织产品的快速生产制造，这简化了产品的生产加工周期，减少了用人成本。

然而回收再利用的第一大难题就是纺织品的脱色处理，这一道工序决定了后续再利用的发展。本文研究了废旧针织天丝面料的脱色工艺，采用单因素法分析影响废旧针织天丝织物脱色的因素，以找出最优的脱色方法，为后序工艺奠定基础。

1、试验

1.1试验材料与仪器

试验材料：废弃针织天丝面料。

药品试剂：质量分数为30%的H2O2(脱色剂)，成都市科隆化学品有限公司；NaOH颗粒，天津市大茂化学试剂厂。两种均为分析纯试剂。

试验仪器及设备：常熟市双杰测试仪器厂JJ623BC型电子天平，巩义市予华仪器有限责任公司DF-101S型电热恒温油浴锅和85-2型磁力搅拌器，天津市泰斯特仪器有限公司101-1A型电热恒温鼓风干燥箱，温州鹿东仪器厂WSB-3A型智能式数字白度计，澳大利亚Lambda Scientific公司7600型傅里叶变换红外光谱仪，日本理学株式会社SmartLab 9kW型X射线衍射分析仪。

1.2试验方法

1.2.1废旧针织天丝面料的预处理

废旧纺织品流动过程中会沾染大量污渍、微生物，极易对身体健康造成危害[9]。为了防止疾病传播，应当对废旧纺织品进行清洗消毒。常用于纺织品的主要有沸煮灭菌消毒、紫外线灭菌消毒、蒸汽灭菌消毒和消毒剂灭菌消毒。本文采用最绿色环保且低成本的沸煮灭菌消毒方法对废旧针织天丝面料进行30 min时长的清洗消毒。

1.2.2面料的脱色处理

采用H2O2溶液进行一浴一步法脱色[10]，浴比1∶40，配制1 mol/L的NaOH溶液调节脱色剂pH值为10，脱色完成后用去离子水充分冲洗，再烘干。通过单因素试验探究H2O2溶液体积分数、脱色温度和脱色时间对织物白度的影响。同一样品测定3次白度值，取平均值。经测定，脱色前织物白度为96.467。

1.3性能测试

1.3.1红外光谱(FTIR)测试

采用傅里叶变换红外光谱仪在4 000～650 cm-1波数范围测定面料脱色前后的红外光谱，并分析其化学结构。

1.3.2 X射线衍射(XRD)测试

采用X射线衍射仪对脱色前后的废旧针织天丝面料进行XRD分析，扫描速率为10(°)/min，扫描角度范围为10°～60°。

2、结果与分析

2.1测试结果分析

2.1.1红外光谱测试结果分析

废旧针织天丝面料脱色前后的FTIR测试结果如图1所示。由图1可知，脱色前后面料的红外光谱基本一致，分别在波数为3 300 cm-1附近、2 910 cm-1和1 625 cm-1附近出现了—OH、—CH2—和—C==O的伸缩振动峰，在1 344 cm-1和1 026 cm-1处分别出现了—C—C和—C—O—C的伸缩振动峰。

图1脱色前后面料的FTIR图

2.1.2 XRD测试结果分析

由图2可知，废旧针织天丝面料脱色前后的纤维素晶型基本没有发生变化，脱色前后的主要衍射峰位于2θ=12.0°，对应着米勒指数为(010)的纤维素Ⅲ型晶面的特征衍射峰，以及2θ=20.0°和21.5°，对应米勒指数为(110)和(020)的典型的纤维素Ⅱ型晶面的特征衍射峰。相对于纤维素Ⅲ型晶面的衍射峰，纤维素Ⅱ型晶面衍射峰占据更大优势，这反映了回收来的废旧针织天丝面料是多晶型再生纤维素织物。此外，由图2还可知，脱色前后面料的衍射峰形窄而集中，纤维素结晶度较高，衍射能力强。

图2脱色前后面料的XRD图

2.2脱色工艺的优化

2.2.1 H2O2溶液(30%)浓度

称取2 g废旧针织天丝面料，分别放入H2O2溶液体积分数为5%、7.5%、10%、12.5%、15%,pH=10，浴比为1∶40的溶液中，在100℃的恒温油浴锅中反应60 min，待反应完成，用去离子水充分冲洗样品后烘干。测得样品的白度值如图3所示。

由图3可知，当H2O2溶液体积分数为5%～10%时，随着溶液中H2O2体积分数的增大，H2O2在OH-作用下分解出大量过氧氢根HO2-，破坏了面料中的色素结构[11]，织物白度提升比较快；当H2O2溶液体积分数为10%～15%时，白度提升速度开始趋于平缓，基本没有增加，这是因为染料母体物质已经被完全破坏。

图3 H2O2溶液体积分数对白度的影响

2.2.2脱色温度

称取2 g废旧针织天丝面料，放入H2O2溶液体积分数为10%、pH=10、浴比为1∶40的溶液中，再分别放入80、90、100、110、120℃的恒温油浴锅中反应60 min，待反应完成，用去离子水充分冲洗样品后烘干。测得样品的白度值如图4所示。

图4脱色温度对白度的影响

由图4可知：在80～100℃之间，随着脱色温度的提高，H2O2分解速度加快，产生大量HO2-，使得织物的白度逐渐增大；而当脱色温度超过100℃时，由于织物中染料已完全被破坏，此时面料的白度变化较小。

2.2.3脱色时间

称取2 g废旧针织天丝面料，放入H2O2溶液体积分数为10%、pH=10、浴比为1∶40的溶液中，在100℃的恒温油浴锅中分别反应20、40、60、80、100 min，待反应完成，用去离子水充分冲洗样品后烘干。测得样品的白度值如图5所示。

由图5可知，在20～60 min脱色时间内，随着脱色时间的延长，HO2-逐渐分解，破坏面料上的染料母体，面料的白度逐渐增大；当脱色时间超过60 min后，H2O2基本分解完成，面料白度变化不大。

图5脱色时间对白度的影响

3、结语

(1)对脱色前后的废旧针织天丝面料进行了红外光谱测试，发现脱色前后织物的特征峰基本一致。对脱色前后的面料进行了XRD测试，发现该面料XRD图谱中有典型的纤维素Ⅱ型和Ⅲ型特征峰，衍射峰形窄而集中，纤维素结晶度较高，衍射能力强，是多晶型再生纤维素织物。

(2)采用H2O2溶液对废旧针织天丝面料进行脱色优化，在浴比为1∶40、pH=10的情况下，通过单因素法试验探究H2O2溶液体积分数、脱色温度和脱色时间对织物白度的影响，得出优化的脱色工艺为：H2O2溶液体积分数10%、脱色温度100℃、脱色时间60 min。