棉低温练漂的研发与应用

棉低温练漂的研发与应用1，回顾棉纤维上含有0.4-1.2%的果胶质、0.4-1.2%的蜡质、1.0-1.9%的蛋白质、0.7-1.6%的灰分及少量的色素等天然杂质，称之为棉纤维的天然共生物。

这些杂质主要存在于棉纤维的角质层和初生胞壁中。

它们的存在使棉具有疏水性，阻碍了染料的渗透和扩散。

加之纺纱时进行上浆，人为地施加了浆料、抗静电剂和润滑剂。

在染整时必须将杂质、浆料、油剂通过退浆、煮练、漂白三道工序予以去除，以保证棉的润湿、渗透性和白度，为后续染色、印花、整理创造必要条件。

由于当前的浆料品种很多，有淀粉、变性淀粉、丙烯酸酯、变性种子胶、海藻酸钠、CMC、PVA等复配成上浆剂。

各厂选用品种差异很大，配方不一，增加了退浆的难度。

特别是PVA，即使退浆率达到95%，残留的5%PVA仍然会导致染色不匀，产生色花。

各种浆料最好的退浆剂是双氧水。

用生物酶退浆，效率高，但因有专一性，只对特定的浆料有效，对其它浆料则一无效能。

棉漂白有次氯酸钠、双氧水和亚氯酸钠三种，以亚氯酸钠漂白白度最佳，但分解物二氧化氯毒性很大、腐蚀设备严重。

碱性次氯酸钠漂白白度最差，且不能与煮练同浴进行。

双氧水漂白白度居中。

用双氧水漂白，可将退浆、煮练、漂白三工序合而为一。

在传统煮练工艺中，以烧碱作为蛋白质、果胶、油蜡的水解剂和皂化剂，再用表面化活性剂将分解物乳化和分散而从棉纤维上去除。

但这些反应都必须在高温下进行，同时双氧水的漂白作用也要在95℃以上才发挥。

低温时，双氧水分解出的有效成分很慢。

因此传统工艺都是在100℃，甚至135℃的高温高压设备中进行，练漂时间60-90 min，耗用蒸汽量很大，1吨棉针织品约需蒸汽5-6吨，占整个染整用汽量的60%左右。

因此出现了低温冷轧堆练漂工艺，它是棉织物浸轧高浓度烧碱、双氧水、和表面活性剂溶液，轧后打卷，冷堆16-24 h，利用浓度高、反应时间长来达到反应的目的，但分解出来的杂质牢固地附在织物上，非用高温强力洗涤不可。

因此练漂质量达不到中、高档产品的要求，使用受到限制。

传统工艺因使用烧碱，它会与纤维素反应生成纤维素钠，不易从纤维上洗下来，练漂后必须反复用水洗涤，耗水量很大，练漂用水量约占整个染整用水量的50%左右，也相应地增加了污水排放量。

节约用水，减少排污量，节约能源消耗已成为全球的共识，因此低温练漂工艺已成为当今研究的热点和重点，但迄今未见三合一低温退煮漂工艺的研究报告和专利报道。

从现有的研究报道来看，进行低温煮练和低温漂白其研究路线不外是生物酶和化学方法两大类。

使用生物酶进行退浆、煮练和漂白可在60-80℃进行，pH=5-6,能在30-60 min完成，关键是选用酶制剂。

用淀粉酶进行退浆已使用数十年，但对复合浆料却困难重重，只能去除特定浆料而无法去除其它浆料，使用脂肪酶、果胶酶、蛋白酶、纤维素酶、半纤维素酶去除共生物也基本可行。

因此单独用酶进行煮练已在个别工厂进行生产。

使用过氧化酶（漆酶）、产生双氧水的基质如过硫酸盐，再配以肟类化合物进行漂白，还达不到白度要求，只能用于染色后的去除浮色，中国专利申请号03118780.3用酶煮练后再用双氧水于110℃漂白40-50 min；中国专利ZL0218527.5用双氧水、烧碱在95℃预处理90 min，再用生物酶处理，可以达到练漂要求，但都是二浴法，未达到节约能源的目的。

也有用双氧水与生物酶同浴于98℃处理60min的工艺{见邰文峰等《印染助剂》22（2），22-24，2005}，仍未达到低温的目的。

使用果胶裂解酶与过醋酸一起进行55℃练漂，能获得仅62.5%白度(见PCT.Iwt,Appl.WO2003062810,A1 9 Jan.2003),白度显然较差。

用碱性果胶酶与双氧水活化剂Biocat，在双氧水存在下进行练漂，获得与传统工艺相同的白度{见Sheth,Geeta,W.Colourage(印度)52（11），49-52，2005}，这是利用活化剂使双氧水漂白降温，但仍未达到退浆同浴进行的目的。

用生物酶进行练漂可能于不久的将来有较大突破，达到退煮漂一步法低温工艺。

化学法进行退煮漂一步法还未见报道。

有资料报道用焦磷酸钠、六偏磷酸钠、硅酸钠与双氧水进行室温漂白，然后再经乳化剂将纤维上的油蜡乳化去除，但此法漂白时间较长，又增加了一道高温乳化，{见Das,TK.Text,DyerPrinting,15(99),25-30,1982},也有用松油、过氯乙烯、表面活性剂、烧碱、双氧水和硅酸钠于室温下进行练漂，使用的药剂用量极高，且有有机吸附氯（AOX）问题。

也有报道使用过氯乙烯乳液、二氯异氰酸酯（作活化剂）于60℃进行亚氯酸钠漂白，可减少二氧化氯的形成{见Venkatraj,R.,Indian J.Text.Res.,12(2),88-92 1987}.但前二种药品都有AOX问题，且过氯乙烯已被禁用。

使用双氧水漂白活化剂，可以使双氧水的分解温度降低，而使能发挥漂白作用的有效分解率提高，从而降低双氧水漂白温度。

活化剂已经使用于洗涤剂多年，美国99%的洗衣粉都加有过硫酸钠（分解出双氧水的物质）和活化剂，能使洗衣机洗衣服时保持白色织物的白度和防止有色衣服对它的沾污。

虽然被研究的活化剂有数十种，但使用最多的是NOBS（壬酰氧苯磺酸盐）及TAED（四乙酰乙二胺）。

USP.6743761(2004.6.11)将NOBS与等摩尔比的双氧水一起在烧碱和表面活性剂存在下，与淀粉酶联合使用进行棉纤维70℃退浆与漂白，获得与传统工艺相同的白度和退浆率。

USP.6830591(2004.12.14)又使用TAED或NOBS于55-80℃进行棉的双氧水漂白，但此法中NOBS及TAED活化剂用量高达2g/L（温度越低则用量越高），而活化剂的价格较贵，增加了加工成本。

2，本低温练漂法的基本原理要实现低温练漂必须分别实现低温煮练和低温漂白。

也就是能在低温时去除棉纤维上的共生物、色素和浆料。

2.1,低温煮练的基本原理生物酶煮练和烧碱煮练都是将共生物水解。

前者是生物催化反应，后者是化学水解。

化学水解反应的速度取决于反应温度、反应物的浓度和催化剂的使用。

一般地说，反应温度相差10℃，其反应速率相差2-3倍，要达到相同的水解率，在低10℃的条件下反应，时间要延长2-3倍。

提高反应物浓度也能提高反应速度，取决于它是几级反应，若是一级化学反应，反应速率与反应物的摩尔浓度成正比。

催化剂可以大大提高反应速率，取决于使用的催化剂的催化效率，选择优异的催化剂就可以降低反应温度。

煮练时烧碱本身就是催化剂。

冷轧堆煮练工艺就是利用提高反应物浓度和延长反应时间耒完成的。

除了化学水解反应去除共生物的方法外，还有溶剂法去除共生物的方法。

这种方法称为溶剂煮练法，在古老的教科书中（杜燕荪：棉练漂学）就有介绍三氯乙烯或四氯化碳进行溶剂煮练的方法，实际上就是干洗。

在亚氯酸钠漂白时，加入过氯乙烯可降低漂白温度（Venkatraj,R.,IndianJ.Text.Res.,12(2),88-92,1987）至60℃，说明溶剂有助于提高反应速率。

我们在开发低温煮练时受到启发，选用了环保的溶剂(无AOX,不污染坏境、易生物降解)与碱剂混合的方法进行低温煮练而获得成功。

低温煮练的基本原理是：煮练时共生物的水解反应是可逆反应，反应速率取决于反应物的浓度和生成物的浓度，若生成物积聚的浓度高时，反应速度降低，甚至逆反应增加。

因此，及时将生成物去除，既有利于水解反应的进行，又可提高水解反应的速度。

现在我们使用溶剂将水解反应产物萃取去除，使反应有利于生成水解物的方向进行，从而提高反应速率，使水解反应(煮练)可降低温度。

同时，有机溶剂也能直接萃取棉脂、棉蜡，提高纤维的亲水性。

这便是本发明的基本原理。

,2.2,低温漂白的基本原理双氧水漂白的机理至今还没有定论，有的说是游离基，有的说是过氢氧负离子，众说纷纭，但有一点是肯定的，双氧水分解产物很复杂，其中真正起漂白作用的有效成分是一部分或相当少的部分，大部分是无效分解。

因此提高有效分解率就可以使双氧水的利用率大大提高，也可以使漂白温度降低，甚至在室温下进行漂白。

有人发现过醋酸漂白，其利用率比双氧水高，因为过醋酸的漂白活化能比双氧水低而氧化电位则比双氧水高，这说明了它可以在较低温度下活化，可低温漂白，而氧化能力却高于双氧水(何中琴译，”纺织品漂白”，印染译丛，No.5,8-10,2000,Textile Horizons,1998,30-31,)。

因此将羧酸(酰氯或酸酐)接枝到含氧、含氮、含硫的原子上(被接的化合物称为离基)，其生成的化合物可使双氧水的有效分解率提高，活化能降低。

这类化合物称为双氧水活化剂。

它在双氧水存在下生成过酰基化合物(过羧酸)，同时分离出离基。

因过羧酸的漂白活化能低，分解物中含发生漂白作用的成分多则使双氧水的有效利用率高于双氧水而起到漂白活化作用。

同时能使漂白温度降低。

若过羧酸的碳原子数小于8的，生成的过羧酸能溶解于水中，不易吸附到纤维上，使纤维表面上过羧酸浓度与溶液中相同，其双氧水活化效率较小，漂白白度较差。

如TAED。

这种活化剂称为亲水性活化剂。

若过羧酸的碳原子数大于8，因其过羧酸不溶于水而易被纤维吸附而使纤维表面浓度高于溶液，其双氧水活化效率高，漂白白度较高。

这种活化剂称为疏水性活化剂，如NOBS。

用醋酐与乙二胺（用作离基）反应生成四乙酰乙二胺(TAED)。

TAED与等mol双氧水反应生成过醋酸，过醋酸的活性比双氧水大，加速了漂白。

同时释放出离基乙二胺。

NOBS也是这样，在双氧水作用后生成过壬酸与离基苯酚磺酸。

它们的反应式如下：TAED己被确定为无毒性、无过敏性、无诱变性的产品，生物降解后形成二氧化碳、水、氨和硝酸盐，在生物降解时，检测不出乙二胺。

(JSDC.,5/6月，154-155,1999,刘昌龄译，印染译丛，No.5 ，1-3,2000)NOBS现在研究最多是这酰类活化剂，酰类活化剂因选用的离基不同而种类繁多,品种达数十种。

其中最受关注的是羧酸与己内酰胺(离基)的缩合物。

接在离基上的羧酸可以是非离子的羧酸，也可以是具有阴离子基团的羧酸，也可以是具有阳离子基团(如季铵盐)的羧酸。

后者因具阳离子基团而提高了其对具负电荷纤维表靣的静电吸附力，从而提高了其双氧水活化效率，而被特别重视。

其代表性产品是N[4-(三乙基铵甲撑基苯酰基)]己内酰胺氯化物(N-[4-triethylammoniomethyl]-benzoyl]capolactam chloride,TEBCC),它既是酰基活化剂，又是阳离子型活化剂,被发现是效果极佳的活化剂,与N0BS对比，活化能力更强，可用于冷轧堆漂练，时间可缩短到4-6小时，白度比常规24小时还好，与TEBCC效果相似的阳离子型活化剂还有TMHCTS[6-(NNN三甲基铵甲基)己酰基己内酰胺对甲苯磺酸(6-NNNtrimethylammonio)hexanoylcaprolacam p-toluenesulfonate的简称]。