丝瓜络纤维的漂白防黄工艺

弓太生， 李 玲， 万蓬勃

(陕西科技大学 资源与环境学院， 陕西 西安 710021)

0 引言

丝瓜络是一年生攀援草本葫芦科植物丝瓜干燥成熟果实的维管束，由纵横交错的三维网状纤维组成，属于天然纤维.其可降解性能有利于环境保护，它的低成本及优良性能(无毒耐用、高透气、高吸水性、高强度等)为各种工业带来良好的经济效益.丝瓜络作为一种可再生资源被应用于各个行业，如：作为药材应用于临床医学[1,2]，作为吸附剂的载体应用于工业废水处理[3,4]，作为增强剂用于复合材料的制备[5-7]，作为空气滤清和水箱水垢去除材料[8]应用于汽车行业，作为厨房清洁、沐浴用品用于日常洗涤[9-11]，作为鞋垫、床垫、枕头、保健腰枕等用作日常保健品.其中，丝瓜络日常用品是丝瓜络最容易、最直接产生经济效益的一个发展方向，其亲水亲油的两亲结构、独特的多孔性物理结构和优良的机械强度为加工丝瓜络日常用品提供了良好的保证.

丝瓜络颜色较黄，在加工成日常用品时需将其漂白.现有漂白剂的种类很多，如：Cl、SO2、ClO2和H2O2等，其中Cl、SO2、ClO2作用存在易返黄、对环境污染大、成本高等问题，相对而言，H2O2漂白剂较为理想.但H2O2漂白后的丝瓜络放置一定时间后或经曝晒后，也会出现返黄现象，从而易使同一批产品在出库时颜色不一致，影响货物的质量.消费者购买后在使用过程中由于外界的湿热环境也会出现返黄现象，产品的美观性因而大打折扣，影响消费者心理预期及效用.如何使丝瓜络具有良好的白度且不易返黄是目前丝瓜络日用品加工企业亟待解决的问题.

漂白主要是通过化学品作用除去材料中的木质素或者改变木质素发色基团来实现的.H2O2的漂白作用主要是利用其电离的过氧氢根离子(HOO-)的氧化作用，改变木质素发色基团结构[12].其分解时产生H2O和O2，是一种环境友好型漂白剂.材料返黄的原因很多，样品中的一些金属离子(如Fe3+、Cu2+)对返黄有促进作用，过漂也易使样品返黄.防止返黄的方法是不过漂，同时还要消除金属离子的影响.已获知乙二胺四乙酸(EDTA)等助剂可以减少金属离子对返黄的影响.因此，本研究选用H2O2做漂白处理剂、EDTA做防黄处理剂对丝瓜络进行漂白防黄处理.通过对H2O2浓度、漂白时间、漂白温度、EDTA浸泡时间4因素进行L9(34)正交优化，得到良好的工艺处理方案，使产品具有较好的白度和较低的白度变化率，且生产成本较低.

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

材料：河南漯河华辉加工厂从国外引进的丝瓜络新品种“艾莱克”.

试剂：过氧化氢(30%)：分析纯，乙二胺四乙酸二钠(EDTA-二钠)：分析纯.

仪器：GT-7035-UA型耐黄变试验机，WS/SD d/o色度白度计，EL-B立式气动小轧车，干燥箱，恒温水浴锅，烧杯，电子天平等.

1.2 漂白防黄工艺设计

1.2.1 工艺流程

丝瓜络去皮、清洗→双氧水漂白→水洗→脱水→0.025 mol/L EDTA浸泡→轧车轧成片材→干燥→黄变处理→白度计检测黄变处理前后的白度.

1.2.2 正交试验设计

通过大量探索性试验，发现影响丝瓜络漂白防黄的主要因素为：H2O2浓度(w/w)、漂白时间、漂白温度、EDTA浸泡时间.每个因素采用3个水平，通过四因素三水平正交设计L9(34)，可得9种试验方案，每因素的水平变化如表1所示.

表1 漂白防黄正交因素水平表

1.3 性能测试

1.3.1 白度

用WS/SD d/o色度白度计，通过参照GB/T8424.2-2001《纺织品 色牢度试验 相对白度的仪器评定方法》测定材料的白度.

1.3.2 白度变化率

将轧车轧过干燥后的丝瓜络片材用GT-7035-UA型耐黄变试验机在50±2 ℃下处理12 h，通过黄变处理前后的白度计算白度变化率.白度变化率越高说明材料的返黄程度越严重.

(1)

式(1)中：K—白度变化率；W1—黄变处理前白度；W2—黄变处理后白度.

2 结果与分析

2.1 正交试验结果

以白度和白度变化率为衡量指标，表2为正交试验方案中各序号试验所得结果.

表2 测试结果

2.2 结果分析

表3 测试指标均值与极差

2.2.1 H2O2浓度对白度和白度变化率的影响

随着H2O2质量浓度的增大，丝瓜络白度逐渐增大，白度变化率减小(图1)，且当H2O2质量浓度由0.6%增加到1%时，变化较为明显，说明此阶段H2O2的电离程度强.当H2O2质量浓度由1%增加到1.4%时，变化较小，但依旧向有利方向变化.据文献报道[13]当H2O2用量较高时，漂白过程会产生二次氧化，生成了新的有色成分(甲氧基对醌)，使破坏的发色基团与新产生的发色基团所产生的效果相抵消，且过量的H2O2会对木质素、纤维素、半纤维素、碳水化合物等继续造成破坏.所以在H2O2漂白过程当中不能使用过量的H2O2，否则不但浪费药品，而且还会降低漂白效果.因此，结合试验结果和文献报道，取H2O2质量浓度为1.4%，综合考虑成本也可选择1%.

图1 H2O2浓度对白度及白度变化率的影响

2.2.2 漂白时间对白度和白度变化率的影响

随着H2O2处理时间的增长，白度有较大幅度的提高.且当处理时间超过1 h时，白度提升的同时还可以有效的降低白度变化率(图2).综合考虑白度及白度变化率，漂白时间选取1.5 h.

图2 漂白时间对白度及白度变化率的影响

2.2.3 漂白温度对白度和白度变化率的影响

从极差值可以看出温度是影响白度及白度变化率最主要的因素.随着温度的升高漂白效果显著提高，当漂白温度为80 ℃时，白度变化率有所下降(图3).由于丝瓜络纤维的强度较高，温度的提升可能会对强度有所影响，但其降低后的强度依然可以满足产品的需求.当温度为40 ℃时，尽管白度变化率较小，但白度值也较低，不能满足产品要求.因此，选取漂白温度为80 ℃.

图3 漂白温度对白度及白度变化率的影响

2.2.4 EDTA浸泡时间对白度和白度变化率的影响

当用0.025 mol/L EDTA浸泡时间由5 min增加到10 min时，白度变化率明显下降，但白度也有一定程度的下降；当浸泡时间由10 min增加到15 min时，虽然白度变化率降低很小，但白度增加较大(图4).因此，通过比较分析选EDTA处理时间为15 min.

图4 EDTA浸泡时间对白度及白度变化率的影响

2.3 验证实验

通过上述分析可得漂白防黄优化实验工艺为：H2O2质量浓度1.4%、漂白时间1.5 h、漂白温度80 ℃、EDTA浸泡时间15 min.正交实验中，通过比较黄变处理前后的白度，确定出最佳结果为5号实验，因此验证实验中选用正交分析最优工艺、实验最佳工艺及拟定对比试验工艺(H2O2质量浓度1.4%、漂白时间1 h、漂白温度80 ℃、EDTA浸泡时间15 min)进行二次试验，其实验结果如下：

表4 验证实验条件及测试结果

图5 验证试验方案比较

比较1号正交分析最优工艺和3号拟定对比试验工艺，可知：随着漂白时间的延长，白度有所下降，这可能是由于在H2O2浓度较高的状况下，延长漂白时间使漂白过程产生了二次氧化，生成了新的有色成分，使破坏的发色基团与新产生的发色基团所产生的效果相抵消，而导致白度下降.经黄变处理后，两组实验的白度值相差很小，且延长时间会减慢生产速度，增加生产成本.因此，3号工艺比1号工艺更佳.比较2号实验最佳工艺和3号拟定对比试验工艺，H2O2质量浓度提高时，白度有所提高，但经黄变处理后，白度下降较快，白度值低于H2O2质量浓度低的实验方案(图5).且浓度的增加会增加生产成本，漂白时间和EDTA浸泡时间的延长会降低生产效率，不利于企业的生产，因此选取2号试验最佳工艺作为最终的漂白防黄优化试验工艺.

上述正交分析中，随着EDTA处理时间的延长，白度变化率会变得较小与此处的验证实验有一定的出入，这可能一方面是由于H2O2浓度的不同，另一方面是由于材料白度越高、越易返黄.同时与仪器、操作、环境也有一定的关系.

3 结论

本文的研究目的在于确定丝瓜络日常用品的漂白防黄最佳工艺参数，通过L9(34)及验证实验，得出最佳工艺参数为：H2O2质量浓度1%、漂白时间1 h、漂白温度80 ℃、EDTA浸泡时间5 min，该处理条件下白度值较高，且白度变化率不大.整个操作所用设备及操作过程简单，药品成本低，耗时不长，优化后的工艺可用于工业化大生产.

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