王雪燕，王 壮，李钰颖，李 明，张利军

(西安工程大学 纺织科学与工程学院，陕西 西安 710048)

0 前言

染整加工过程中需要消耗大量的化学药品、水和能量，如：织物传统双氧水漂白需要在90℃以上高温和pH值10～11高碱反应体系中进行，由此带来耗能大、污染大、纤维损伤大及漂白成本提高的问题；而且印染废水中含有严重的色度污染；染色织物去浮色后处理通常需要在高温下进行，也存在耗水量大、耗能大和污染大的问题。水、能源、环境是人们赖以生存的三大要素。染整传统加工带来的问题与当今社会提倡的节能减排、提质增效、为企业带来更好的经济效益和保护我们生存环境的要求相违背。针对传统染整加工耗水量大、耗能大和污染大的问题，近年来国内外许多染整工作者都在致力于研究节能减排的绿色染整助剂和染整新工艺[1-2]。

由于催化剂能够有效降低反应活化能，降低加工温度，达到节能减排的目的。基于以上背景及想法，我们课题组制备一种金属配合物OMC，将其作为双氧水催化剂，构建一种双氧水/金属配合物OMC新体系。利用金属配合物OMC有效催化双氧水分解，释放出能破坏色素结构的高活性自由基的特点，评价该体系应用于棉织物低温漂白、破坏染色废水中染料结构和去除染色织物上浮色的效果，目的是开发出能够有效降低漂白温度、有效降低废水色度污染和有效去除染色织物上浮色的新技术，降低染整加工过程中能耗和污染，以符合绿色染整发展的趋势。

1 实验部分

1.1 材料、药品和仪器

材料：纯棉坯布规格：经纱19.68tex，纬纱16.40tex，经纱283根/10cm，纬纱272根/10cm。

药品：酸性蓝BGA、活性元青B133等活性染料( 工业品，上海科华染料有限公司)，金属配合物OMC ( 自制)，碳酸钠( 分析纯，天津市恒兴化工试剂制造有限公司)，30% 双氧水( 分析纯，天津市富宇精细化工有限公司)，多功能精练剂DM-1337(工业品，广东省德美化工有限公司)。

仪器：DSDB-1 型数字白度仪( 温州鹿东仪器厂)，UV-1900PC型紫外可见分光光度(上海AOE翱艺仪器有限公司)，HS型高温程控染样机(通宏大实验仪器有限公司)，X-Rite Colori7爱色丽测色配色仪(上海嘉恩科技有限公司)，HD 026N电子织物强力仪(南通宏大实验仪器有限公司)。

1.2 棉织物练漂一浴工艺

(1)低温练漂

30%H2O2(ml/L) 10

硅酸钠(g/L) 4

DM-1337精练剂(g/L) 2

渗透剂JFC 1

金属配合物OMC (g/L) 2

浴比 30∶1

温度(℃) 70

时间(min) 60

(2)高温练漂

30%H2O2(ml/L) 10

硅酸钠 7

NaOH(g/L) 2

DM-1337精练剂(g/L) 2

透剂JFC 1

温度(℃) 90

时间(min) 60

浴比 30∶1

(3)低温漂白残液再应用试验

在双氧水/金属配合物OMC体系低温漂白一次残液中，添加不同用量的30% 双氧水，对棉坯布进行低温漂白，同时做对比试验，即直接向清水中添加相同用量的双氧水，相同工艺漂白棉织物，比较催化漂白残液和清水体系漂白织物的白度。

1.3 双氧水/金属配合物OMC体系对染料废水的脱色试验

配制酸性蓝BGA染液0.1g/ L，作为模拟废染液，在其内加入30% 双氧水6mL/L，金属配合物OMC 2g/L，在80℃脱色处理15min，测定脱色率，并与只加双氧水和只加金属配合物OMC的脱色效果进行比较。

1.4 染色织物去浮色工艺

(1)双氧水/金属配合物OMC体系去浮色工艺

活性元青B133和活性红3BSN染色棉织物去浮色工艺：在60℃条件下，H2O2用量为2mL/L，金属配合物OMC用量2g/L，处理5min后，加入1g/L的 Na2SiO3，处理10min后，进行充分水洗。其余活性染料染色棉织物去浮色工艺为：70℃条件下，H2O2用量为3mL/L，金属蛋白配合物OMC用量2g/L，处理5min后，加入2g/L的 Na2SiO3，处理10min后，进行充分水洗。

(2)传统皂洗去浮色工艺

活性染料染色织物投入到含有纯碱2g/L和皂片2g/L的皂洗溶液中，浴比30:1，95℃皂煮处理10min。

1.5 测试指标

1.5.1 双氧水分解率测试

准确量取5 mL漂液于锥形瓶中，再取10mL浓度为3mol/L的硫酸溶液与之混合、摇匀，用KMnO4标准溶液滴定，当待测溶液突然变为红色，并且在半分钟内不消失，滴定完成。记录滴定所消耗的KMnO4的体积，测定3次，取平均值。采用KMnO4法测定H2O2分解率的原理是基于反应式1，H2O2分解率用式2计算。

2KMnO4+5H2O2+3H2SO4=2MnO2+5O2↑+8H2O (1)

(2)

其中：V-漂前 5 mL 漂液消耗的KMnO4的体积，单位：mL;

Vx-不同漂白时间时，5 mL漂液消耗的KMnO4的体积，单位：mL。

1.5.2 白度测试

采用DSDB-1 型数字白度仪测定不同条件处理棉织物的白度，测定4次，取平均值。

1.5.3 毛效测试

把待测布剪成 25 cm(经向)×5 cm(纬向)的布条，测量30min时，织物上水分上升的最低高度，单位：cm/30min。

1.5.4 断裂强力测试

用HD 026N电子织物强力仪，按GB/T3923.1-1997《纺织品织物拉伸性能第1部分:断裂强力和断裂伸长率的测定条样法》测定各种处理棉织物经向、纬向的断裂强力，测定4 次，取平均值。再以坯布断裂强力为基准，计算出不同工艺漂白织物的断裂强力损失率。

1.5.5 脱色率测试

用UV-1900PC紫外可见分光光度计测定模拟废染液脱色前后在最大吸收波长下的吸光度值，脱色率(R)按式3计算:

(3)

式中：Ai—脱色后染液稀释n倍后的吸光度；A0—脱色前染液稀释m倍后的吸光度。

1.5.6 去浮色残液色度值测试

用UV/V-1900型紫外可见分光光度计测试活性染料染色棉织物去浮色后残液的吸光度A值，用于表示去浮色残液色度值，A值小，表明去浮色残液色度浅。

1.5.7 防沾色效果测试

将染色布与同质量的白布缝合(针距为2cm～3cm)后放入去浮色溶液中，分别按照不同工艺方法去浮色，然后取出布样，用 60℃热水冲洗一次，再用冷水洗两次，取出布样拆开缝合线，晾干后，分别测试传统皂洗工艺去浮色后白布的K/S0值与双氧水/金属配合物OMC体系去浮色后白布的K/S1值，按公式4计算防沾污系数C[3]。C>0表示双氧水/金属配合物OMC体系去浮色有防沾色效果，C值越大，防沾色效果越好；C≤0 表示无防沾色效果。

(4)

1.5.8 浮色去除程度的测试

采用X-Rite Colori7 测色仪，10°视野，D65光源，测定织物染色深度K/S值，试样折叠3层，任取4个点，取平均值。分别测定染色织物浮色去前后的表观染色深度K/S值，然后计算其差值△K/S，用△K/S表征浮色去除程度，△K/S大，表示浮色去除程度高。

△K/S=(K/S)1-(K/S)2

(5)

1.5.9 耐皂洗色牢度测定

按照GB/T3921-2008 《纺织品 色牢度 耐洗色牢度实验 方法3》测试，然后采用“GB/T 250-2008 评定变色用灰色样卡” 和“GB/T 251-2008 评定沾色用灰色样卡”分别评定变色与沾色牢度等级。

1.5.10 耐摩擦色牢度测定

按照GB/T 3920-2008《纺织品色牢度试验耐摩擦色牢度》测试，随后采用“GB/T 251-2008 评定沾色用灰色样卡”评级。

2 结果与讨论

2.1 金属配合物OMC对双氧水分解速率的影响

分别采用1.2(1)双氧水/金属配合物OMC体系低温漂白工艺、相同条件下双氧水/无金属配合物漂白体系及按1.2(2)传统高温工艺漂白棉织物，按照1.5.1方法测定不同工艺漂白过程液中双氧水的分解速率，结果见图1。

图1 不同工艺漂白对双氧水分解速率的影响

由图1看出，随着漂白处理时间的延长，双氧水分解率增大，但在相同漂白时间下，70℃不加金属配合物，双氧水分解率最低；加金属配合物后，相同温度下，双氧水分解率显著提高。说明金属配合物在低温环境下可以有效催化双氧水分解。升高温度，有利于提高双氧水分解速率，传统高温漂白，双氧水分解率最高。虽然双氧水/金属配合物OMC体系70℃低温漂白双氧水分解率低于高温90℃传统漂白，但双氧水/金属配合物OMC体系70℃漂白棉织物白度与90℃高温漂白棉织物的白度相当[4-6]，说明加入金属蛋白配合物后，双氧水无效分解少于传统漂白。

2.2 双氧水/金属配合物OMC体系在棉织物低温漂白中的应用效果

2.2.1 双氧水/金属配合物OMC体系低温漂白效果

按1.2(1)和1.2(2)工艺对棉织物进行漂白，然后测试漂白织物的白度、毛效和断裂强力损失率，结果见表1。

表1 双氧水/金属配合物OMC体系低温漂白效果

由表1可以看出，双氧水/金属配合物OMC体系70℃低温漂白棉织物的白度与传统高温漂白织物的白度相当，毛效稍低于传统漂白织物，但是低温漂白织物断裂强力保留率明显高于传统漂白织物。说明双氧水/金属配合物OMC体系能实现双氧水低温漂白，减少漂白过程对棉织物的损伤，符合节能环保加工要求。

2.2.2 双氧水/金属配合物OMC体系漂白残液再应用效果

按照1.2(3)工艺漂白棉织物，测定双氧水/金属配合物OMC体系漂白残液再应用效果，结果见表2。

表2 双氧水/金属配合物OMC体系漂白残液中双氧水补加量对棉织物白度的影响

双氧水补加量mL/L白度(%)漂白残液清水047.129.68254.7420.73458.4121.31664.8623.07867.1223.29

由表2看出，随着双氧水用量增加，无论采用漂白残液配制漂白液，还是采用清水配制漂白液，漂白织物的白度均增大。但采用残液漂白棉织物的白度比清水漂白织物的白度高得多，这是由于清水中只有双氧水，没有碱和催化剂，不利于双氧水分解，而双氧水/金属配合物OMC体系漂白残液中残留一定量的双氧水、硅酸钠和金属配合物，将有利于促进双氧水分解，显著提升漂白效果。可见双氧水/金属配合物OMC体系漂白残液可以再应用，从而达到资源有效利用、节水、减排的效果[7]。

2.3 双氧水/金属配合物OMC体系在染料废水脱色的应用效果

按照1.3工艺对染料废水进行脱色，计算脱色率，结果见表3。

表3 不同工艺处理对染料废水脱色率的影响

由表3看出，在废染液中只加金属配合物无脱色效果，只加双氧水不能达到良好的脱色效果，而将双氧水/金属配合物体系应用于废染液脱色，脱色率达到94%，脱色率显著提高。表明金属配合物OMC能催化双氧水分解，产生羟基自由基等高活性性质点，破坏染料分子结构，进而达到染料废水脱色的效果[8-9]。

2.4 双氧水/金属配合物OMC体系在染色织物去浮色的应用

分别按照1.4(1)和1.4(2)工艺对不同种类活性染料染色棉织物进行去浮色处理，测定处理织物的浮色去除效果和色牢度，结果见表4。

表4 双氧水/金属配合物OMC体系对染色棉织物的去浮色效果

由表4看出，活性染料染色棉织物采用双氧水/金属配合物OMC体系新工艺去浮色，浮色去除程度高于传统皂洗工艺(除活性蓝KN-R之外)；白布的防沾色系数均为正值，表明该工艺去浮色脱落的染料对织物沾污明显小于传统皂洗去浮色工艺；同时新工艺去浮色残液色度值均低于传统皂洗后处理工艺，而且新工艺去浮色处理织物的耐摩擦色牢度以及耐洗色牢度达到传统皂洗工艺，甚至优于传统皂洗工艺的效果[10]。说明在适当浓度的双氧水/金属配合物OMC体系和较低温度条件下，金属配合物能够有效催化双氧水分解产生活泼羟自由基等高活性物质，从而有效破坏织物表面浮色结构及有效降低去浮色残液的色度，并防止脱落染料对白布及染色织物的沾色。可以通过控制去浮色工艺条件，有效保证产品色牢度，而尽量不破坏或者少破坏与织物牢固结合的染料。该去浮色新工艺相对于传统皂洗工艺，可降低处理温度，减少废水色度污染，保证染色产品色牢度。可见双氧水/金属配合物OMC体系去浮色新工艺是一种节能减污的去浮色好方法，有望取代传统高温去浮色后处理工艺。

3 结论

(1)双氧水/金属配合物OMC催化新体系能够有效催化双氧水分解，实现双氧水70℃低温漂白，并减少纤维损伤，获得节能减排、提升产品品质的效果。

(2)双氧水/金属配合物OMC催化新体系可应用于染料废水脱色工艺中，有效破坏染料结构，达到良好的脱色效果。

(3)双氧水/金属配合物OMC催化新体系还可应用于染色织物去浮色工艺中，有效去除织物上浮色，显著降低染色废水色度污染及减少去浮色脱落染料对织物的沾色。