棕榈纤维双氧水漂白工艺探讨

Textile Dyeing and Finishing JournalVol.39 No.10Oct. 2017

棕榈纤维双氧水漂白工艺探讨

王　寒，吕海宁，马宇洁，方依婷，方菊君，朱　玉

（嘉兴学院南湖学院，浙江嘉兴　314001）

摘 要　采用正交试验的方式对棕榈纤维双氧水漂白工艺进行最优方案筛选，并对漂白后的纤维强力和白度进行测试，对棕榈纤维漂白前后的结构进行对比。结果表明：硅酸钠的用量和处理温度对纤维的白度和强力影响较大，当双氧水用量为4.5%、硅酸钠用量为0.35%、JFC用量为3%、处理温度为95 ℃、处理时间为50 min时，棕榈纤维的白度最好，强力及失重率损失最小。红外谱图表明：纤维的亲水性基团数量增多，亲水性增加；XRD图谱表明：处理前后棕榈纤维的结晶度变化不大，这说明漂白处理对棕榈纤维的性能影响较少，漂白效果较好。关键词　棕榈纤维；双氧水；正交试验；漂白

中图分类号：TS192　　文献标识码：A 　　文章编号： 1005-9350(2017)10-0005-04

Research on hydrogen peroxide bleaching process of palm fiber

WANG Han, LU Haining, MA Yujie, FANG Yinting, FANG Jujun, ZHU Yu(College of Nanhu, JiaXing University, Jiaxing 314001, China)

Abstract The optimum scheme of hydrogen peroxide bleaching for palm fiber was selected by the orthogonal test, and the strength and whiteness of bleached palm fibers were measured. The structures of palm fiber before and after bleaching were compared. The results showed that the amount of sodium silicate and the treatment temperature have great influence on the whiteness and the fibers strength. The bleached palm fiber presents superior whiteness and min-imal damage on strength and weight loss when the concentration of hydrogen peroxide and JFC are 4.5% and 3%, the treatment temperature is 95 ℃, and the treatment time is 50 min. IR spectra demonstrated the increasement of fibers hy-drophilic groups number, which implied the improvement of hydrophily. XRD spectrum showed that the degree of palm fiber crystallization before and after treatment changed slightly, which indicated the bleaching had no obvious effects on the palm fiber performances and it is an effective process.

Key words palm fiber; hydrogen peroxide solution; orthogonal test; bleaching

随着人们崇尚自然、回归自然的追求不断增长，天然纤维作为价廉质轻、物理机械性能优良、可自然降解的一类产品，具有良好的工业应用前景[1]。传统的纺织天然纤维如棉花、麻纤维、毛纤维和蚕丝等的使用已有非常久远的历史，尽管众多研究者不断采用物理、化学、生物等高新技术对传统的天然纤维进行改性处理以期发挥其优势，但是固有的局限性仍使得传统天然纤维不能完全满足人们对纺织材料舒适性、

投稿日期：2017-03-22

美观性、安全性和环保性的需求[2]，所以，开发新型的纺织用天然纤维已经成了发展纺织材料的一个主流趋势。

棕榈纤维作为一种新型纤维材料，纤维细小、分支多，硬度和强度大，具有舒适性、透气性、无污染、不受虫蛀等特点，深受人们的青睐。棕榈纤维加工成本低，性能优良且使用寿命长（至少8年），可用于手工艺品、轮船上的绳索、棕榈椅等制品。我国拥有

基金项目：嘉兴学院校重点大学生科研训练计划（SRT）项目（851716086）作者简介：王　寒（1995-），女，浙江宁波人，轻化工程专业。

通信作者：吕海宁（1980-），女，山东青岛人，纺织化学与染整工程专业博士。

·6·染整技术第39卷

丰富的棕榈植物资源，为我国棕榈制品的开发应用提供了有力的保障[3]。但是，目前对棕榈纤维的基础研究方向较其他天然纤维少且窄，同时，涉及到棕榈纤维性能研究的文献很少，主要集中在棕榈纤维的回弹性、耐腐性、形态结构、化学组成等方面。

西南大学张同华课题组对棕榈纤维的结构进行了表征，发现棕榈纤维的结晶度较低，主要由纤维素和木质素构成，横截面形状接近圆形，是由数百根棕榈单纤维缔合成的维管束，靠近中心位置有较大的导管，单纤维内部中空，维管束表面不光滑，被类似“鳞片”完全覆盖，存在较多孔洞，属于低强高伸纤维，回弹性好、吸湿性能优良[4-6]。因棕榈纤维具有不含糖分、不易蛀虫、不易霉变和被腐蚀也不会变脆以及自身具有多孔结构的特点，已经成功用于恢复水库岸边的植被；同时，棕榈纤维也在建筑和环境工程得到应用。在建筑工程中，水泥基棕榈纤维增强复合材料具有廉价、轻质和隔热的特点，可经受很大的应变而不会发生突然的脆性破坏，还具有防水、防表面开裂的功能。棕榈纤维具有良好的弹性、韧性且多孔，比表面积比和内部孔隙率较大，保水性能好，物理强度高，在环境工程中，经过一定的加工可以制作成过滤材料，成功用于废弃生物的净化处理[7]。

鉴于棕榈纤维多孔、质轻的结构，研究棕榈纤维在染整加工中的应用。Chen Changjie等[8]采用碱化和漂白两种方式处理棕榈纤维并对其性能进行了研究。本研究采用正交试验的方法，探讨影响棕榈纤维漂白的因素和最佳工艺条件。这对进一步研究棕榈纤维的染色性能及其在印染废水处理的应用有开拓性进展，有助于扩展棕榈纤维的应用范围，为将来棕榈纤维的发展打下基础。

1　试验

1.1　材料与仪器材料：棕榈纤维（云南宏村棕榈树上剥离的纤维）；过氧化氢（江苏强盛功能化学股份有限公司），硅酸钠（温州市化学用料厂），渗透剂JFC（嘉兴华晟助剂工业有限公司）。

仪器：TU-1905可见分光光度计（上海朗赋实业有限公司），DHC-9075A烘箱（上海天呈实验仪器制造有限公司），BS210S电子天平（北京多利斯天平有限公司），HH-8数显恒温水浴锅（江苏省金坛市荣华仪器制造有限公司），CS-600C/600CG白度仪（杭州彩谱科技有限公司），YG026MG纤维强力

测试仪（温州方圆仪器有限公司），NicoletiS10型红外光谱仪（美国Themo Nicolet公司），X’Pertpro型X-射线衍射仪（美国Panalytical公司）。1.2　漂白工艺利用双氧水对棕榈纤维进行漂白，从CIE白度、强力和残余量三个方面确定棕榈纤维漂白的最优方案。采用四水平五因子的正交试验，双氧水（30%）的用量分别为4.5%、5.0%、5.5%、6.0%（omf），硅酸钠的用量分别为0.35%、0.7%、1.0%、1.5%，浴比1∶50，渗透剂JFC的用量分别为0.5%、1.0%、2.0%、3.0%（omf），控制温度变量为80、90、95、100 ℃，控制时间变量为40、50、60、70 min。分别测定漂白后棕榈纤维白度、强力以及纤维残余量。1.3　测试1.3.1　纤维白度白度仪预热20 min后，用标准白板和标准色板校准，然后取纤维试样（不少于30 g）整齐排列，使其不透光，置于测试窗口，取三个不同部位测试，并记录数据。1.3.2　纤维强力从各纤维试样中抽取细度近似的单根纤维，在一定的预张力下，将纤维置入夹持器中，保证纤维位于上下夹持器的中间位置，然后启动仪器拉伸纤维直至纤维完全断裂，读取断裂强力（cN）。1.3.3　纤维残余率纤维试样漂白之前先用电子天平称重（mx），纤维试样漂白之后再用电子天平进行称重（my），并计算纤维的残余率=my/mx×100%。1.3.4　FT-IR将烘干的纤维样品与经过研磨烘干后的KBr粉末共研磨（m纤维/mKBr=1/50），压片成型后进行红外光谱测定，波长范围为400~4 000 cm-1，并对所得图谱进行相应的处理分析。1.3.5　XRD将棕榈纤维样品烘干剪碎成320目的粉末样品，取3 g左右，进行XRD测试，扫描角度范围:5~80°，得到相应的图谱。

2　结果与讨论

2.1　正交试验表1为氧漂工艺正交试验条件及结果，表2为氧漂工艺正交试验结果分析。

（omf）第10期王　寒，等：棕榈纤维双氧水漂白工艺探讨·7·

表1　氧漂工艺正交试验条件及结果

序号12345678910111213141516

A时间/min

40404040505050506060606070707070

B

30%双氧水用量/%

4.55.05.56.04.55.05.56.04.55.05.56.04.55.05.56.0

C温度/℃809510090958090100100908095901009580

D硅酸钠用量/%

1.000.351.500.701.500.701.000.350.701.500.351.000.351.000.701.50

E

渗透剂JFC用量/%

2.00.51.03.03.01.00.52.00.52.03.01.01.03.02.00.5

残余量/%86.7887.1476.5489.4270.1786.3676.5172.5971.1072.8985.8870.3081.4670.5678.2375.13

130.5063.66指标强力/cN76.39101.8667.80100.2454.1166.8459.9372.2173.2175.12160.1031.8361.43

CIE白度26.8422.7163.1622.7160.1426.3452.4426.8928.3564.9712.6357.5125.2070.3549.5545.55

表2　氧漂工艺正交试验结果分析

CIE白度

A

k1k2k3k4R因素主次

33.8641.4540.8747.6613.81

B35.1346.0944.4538.1710.96

C27.8447.4847.1941.3319.64

D51.7958.4631.7421.8636.60

E42.0641.4637.2643.055.79

A86.5763.2785.0763.9023.30

B66.2960.96104.5866.9943.63

强力/cN

C91.7579.5853.3174.1838.44

D42.0465.1792.7098.9056.86

E88.5678.6174.6756.9831.58

A84.9776.4175.0476.359.93

B77.3879.2479.2976.862.43

残余量/%

C83.5476.4672.780.0710.84

D76.0473.6881.2881.778.09

E77.6279.0177.4778.671.54

D>C>A>B>ED>B>C>E>AC>A>D>B>E

由表2可知，白度、强力和纤维残余量分析可以得到最佳试验方案为A4B2C2D2E4。采用处理时间为70 min、双氧水用量为5%（omf）、处理温度为95 ℃、硅酸钠用量为0.35%（omf）、JFC用量为3%（omf）的漂白工艺，得出棕榈纤维的白度为62.4，强力为102.6 cN，纤维残余量为84.35%。综合考虑，该处理工艺条件下，棕榈纤维各项性能指标表现优异。2.2　棕榈纤维结构表征2.2.1　红外光谱将未漂白和漂白过的棕榈纤维剪成碎末，做成KBr压片，进行红外谱图扫描，结果见图1。3 9003 4002 9002 4001 9001 400900400波数/cm-1

图1　未漂白和漂白棕榈纤维的FT-IR谱图

从图1可以看出[9]：3 420 cm-1左右处为—OH的伸缩振动吸收峰，2 920 cm-1左右处为C—H的伸缩振动吸收峰，1 620 cm-1左右处为C=O的伸缩

·8·染整技术第39卷

振动峰，1 380 cm-1左右处为C—H的弯曲振动吸收峰；1 320 cm-1处是O—H的面内弯曲振动产生的；1 060 cm-1附近的强吸收峰为C—O的伸缩振动和纤维中醚键的特征峰；895 cm-1为环状C—O—C不对称面外伸缩振动CH2(CH2OH)非平面摇摆振动产生的特征峰；680 cm-1附近的峰为羟基—OH面外变形振动。经过漂白后，—OH的伸缩振动峰面积变大，680 cm-1附近的峰强变大，其他特征峰的强度亦有所增大，说明漂白后的棕榈纤维醇羟基数量增多，吸湿性能得以改善。2.2.2　X-射线衍射X射线衍射仪可以用于测试纤维的晶态结构和晶区取向。将漂白和未漂白的棕榈纤维的XRD扫描谱图进行对比，通过纤维的衍射弧位相强度积分曲线，结果如图2 所示。

700600500度强400未漂白棕榈纤维

峰300漂白棕榈纤维

2001000

10

20

30

40

50

60

70

80

90

2θ/（°）

图2　未漂白和漂白的棕榈纤维的XRD谱图

由图2可以看出，棕榈纤维在5~80°的扫描范围内有三个衍射峰，其中在21.56°左右处的衍射峰强度最强，在18.68°左右处存在次强衍射峰，在29.54°左右处有一弱衍射峰；对比漂白和未漂白棕榈纤维的XRD曲线可以看出，棕榈纤维漂白前后结晶形态变化不大，这从侧面说明漂白加工工艺对棕榈纤维的性能影响不大，并未破坏其晶区结构。3　结论

采用双氧水漂白的工艺对棕榈纤维进行处理，可以得到具有较好白度、物理机械性能优良、微观形态变化不大的白色棕榈纤维。通过正交试验得出漂白的最佳工艺配方为：双氧水（30%）用量为4.5%，硅酸钠用量为0.35%（omf），JFC用量为3%（omf），处理温度为95 ℃，处理时间为50 min。参考文献：[1]ZHANG Tonghua,GUO Min,CHENG Lan,et al.Investigations on the structure and prop-erties of palm leaf sheath fiber [J].Cellu-lose,2015,22(2):1 039-1 051.[2]李晓龙.棕榈纤维的基本性能研究[D].重庆:西南大学,2012.[3]张同华,李晓龙,程　岚,等.棕榈纤维的性能及其应用现状[J].产业用纺织品,2010,28(6):35-38.刁均艳,潘志娟.黄麻、苎麻及棕榈纤维的聚集态结构与性能[J].苏州大学学报(工科版),2008,28(6):39-43.[4]CHENG Lan,ZHANG Tonghua,GUO Min,et al.Structural characteristics and properties of windmill palm leaf sheath fiber[J].Wood and Fiber Sci-ence,2014,46(2):270-279.[5]GUO J,LUA A C.Kinetic study on pyrolysis of ex-tracted oil palm fiber[J].Journal of Thermal Analy-sis and Calorimetry,2000,59:763-774.[6]OUMER A N,BACHTIAR D.Modeling and ex-perimental validation of tensile properties of sugar palm fiber reinforced high impact polystyrene com-posites[J].Fibers and Polymers,2014,15(2):334-339.[7]CHEN Changjie,CHEN Guicui,LI Xin,et al.The influence of chemical treatment on the mechan-ical properties of windmill palm fiber[J].Cellu-lose,2017,24:1 611-1 620.[8]倪春芳,吕海宁,饶丽仙,等.棕榈纤维的漂白及物理机械性能变化[J].染整技术,2016,38(11):31-33.The North Face开发出新的热能释放保温技术VF公司旗下属户外和运动产品类的最大品牌The North Face已经推出了一种新的合成绝缘材料，透过运动和体能锻炼可释放出多余的热量，以均衡保暖和透气性。推出Ventrix的热能释放技术已运用在2种款式，一种保温的Ventrix Jacket 夹克，具有耐久防水（durable water repellent，DWR）处理，另一个是连帽版的Ventrix Hoodie连帽衫。该技术具有雷射穿孔到绝缘层的特点，旨在扩大和释放热量，或收缩和蓄热保温，防止运动过热或出汗。（omf）