第三章漂白课件.ppt
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1、1,Chapter 3Bleaching,3-13-23-33-43-53-6,IntroductionBleaching with hydrogen peroxideBleaching with sodium hypochloriteBleaching with sodium chloriteBleaching with other bleaching agentsUse of fluorescent whitening agents,2,3-1 Introduction,3.1.1 漂白的目的漂白的目的是去除天然色素,赋予棉布以必要的白度,同时棉布上残留的其它杂质也可以进一步被去除,使棉布
2、的润湿性能有所提高。二、常用的漂白剂 还原性如保险粉、亚硫酸氢钠等;缺点:白度不稳定即氧化复色等。漂白剂 氧化性如次氯酸钠、双氧水、亚氯酸钠等; 缺点:存在着环境污染问题等,3,3.1.2 加工对象, 合成纤维不含色素,一般不进行漂白, 羊毛织物和蚕丝织物,除了漂白产品外,通常也不,需要进行专门的漂白处理, 漂白加工的主要对象是棉及棉型织物,4,3.1.3对漂白的要求: 白度高, 白度稳定性好(泛黄指数YI), 吸水性好(毛细管效应) 纤维损伤小(碱煮强力) 经济,3-2 Bleaching with hydrogen peroxide,Formula: H2O2 HOOHMolecular
3、weight: 342 H2O2 2 H2O + O2Hydrogen peroxide is an effective bleaching agentfor both natural and synthetic fibers.- Economy- Ecology- Efficiency5,6,3.2.1 过氧化氢溶液的性质和漂白原理3.2.1.1 过氧化氢溶液的性质,表 3-1 商品过氧化氢溶液的基本物理性质,7, 纯过氧化氢极不稳定,浓度高于65%,温度稍高,时,与有机物接触很容易引起爆炸。, 染整厂通常所用的过氧化氢溶液的浓度为3035%,左右的商品。, 由于过氧化氢在碱性条件下极易分解
4、,但在弱酸性条件下比较稳定,所以商品过氧化氢都加有酸类作稳定剂。,8,过氧化氢的性质不稳定,在放置过程中发生分解,释放出氧气。,2 H2O2,2 H2O +,O2,过氧化氢是一种弱二元酸,在水溶液中按下式电离:,H2O2,H+,+,HO2-,H+,HO2-,+ O22-,9,HO2-是一种亲核试剂,具有引发过氧化氢形成游离基和氧的作用。,H2O2也可能发生自身分解,这个反应需要很高的活化能,OH,HOOH,2,HO2,+,HO2- + H2O2,OH + OH-,H2O +,HO2- + H2O2,OH- + O2,H2O +,O2-,HO2- + H2O2,OH +,有高铁离子存在时,则可被
5、HO2-还原成亚铁离子:,O2H,Fe2+ +,Fe3+ + HO2-,储存方式: 复杂结构的酶、有棱角的固体物质、以至玻璃容器、纤维和胶体等固体表面(特别是表面比较粗糙的物体),都具有加速过氧化氢分解的作用,所以过氧化氢必须在纯铝、不锈钢、陶瓷或塑料容器中储存和处理。,11,12,13,表 3-2 铜、铁和铬离子对 H2O2 分解的催化作用,14,过氧化氢除了具有氧化剂的性质外,遇到比它更强的氧化剂时,则又具有还原剂的性质。,例如在酸性溶液中,与高锰酸钾可发生如下反应:,2 MnSO4 + K2SO4 + 8 H2O + 5 O2,2 KMnO4 + 5 H2O2 + 3 H2SO4,3.2
6、.1.2 漂白原理 Bleaching mechanismThe actual mechanism by which bleaching occurs is notfully understood but it is generally agreed that the firststage is an ionisation to form perhydroxyl ions (HO2-):,The formation of the active perhydroxyl ions (过羟基离子)is favoured by alkaline condition and so mosthydroge
7、n peroxide bleaching is carried out under theseconditions.15,H2O2 + OH-,H2O,HO2- +,16,H2O2漂白原理,17,HO2-不稳定,按下式分解成氢氧根离子和初生态氧:,生成的“活性氧”与色素发色团的双键发生反应,产生消色作用:,OH-,+,HO2-,O,chromophore,oxirane,diol,18,所以HO2- (过羟基离子)是进行漂白的主要成分。此外,HO2-引发H2O2分解生成的HO2、HO等游离,基也可以破坏色素的结构而具有漂白作用。,值得注意的是:双氧水在漂白过程中除了对天然色素有破坏作用外,同时
8、也会使纤维素氧化而受损,因此在漂白过程中要有效地控制双氧水的分解速率,通常在漂液中要加入一定量的稳定剂如硅酸钠等。,20, 重金属离子能迅速将H2O2分解产生O2, 一方面使H2O2失去漂白作用,增加H2O2消耗;另一方面如果O2渗透到织物内部,在高温强碱条件下,将使,纤维素发生严重降解。,因此,铜、铁屑等的存在可能使棉布产生破洞。, 形成的各种游离基, 特别是活性高的HO,对色素,有破坏作用的同时,可能使纤维素也受到损伤。,3.2.1.3 纤维的氧化损伤和稳定剂的作用,21,稳定剂, 在漂液中要加入一定量的稳定剂,稳定剂的作用,是阻止重金属离子对H2O2的催化分解,在总的漂,白时间内保持较高
9、的氧化能力而进行有效的漂白,不致浪费有效成分和过度损伤纤维。, 通常棉纤维漂白常用硅酸钠和其它非硅酸盐稳定剂如无机磷酸盐、有机螯合剂、蛋白质降解产物和有机多元膦酸盐等;对于羊毛等蛋白质纤维,可选用焦磷酸钠做稳定剂。,3.2.2 过氧化氢漂白方式及工艺,漂白方式: 浸漂 淋漂 轧卷漂 轧蒸漂,浸漂 淋漂属于间歇式和绳状加工方式,轧卷漂属于半连续式平幅加工,轧蒸漂是连续加工 (应用最多),工艺流程: 浸轧漂液汽蒸水洗,连续汽蒸漂白法,轧余率 织物上带的液体重量与织物本身重量的百分比。 准确的说法是经过浆槽带上溶液后,经过轧棍轧过后布面上带的溶液重量和浸轧前原来织物重量的百分比。 A 浸轧前织物重;
10、B浸轧后织物重 轧余率=(B-A)/A 100%。如:织物原重100克,经过两次浸轧后,重180克,轧余率为80%。,24,3.2.2.1 pH值的影响,在适当的条件下,过氧化氢既能稳定分解出有效成分,又能在总的漂白时间内保持较高的氧化能力,获得最佳的漂白白度和最小的纤维损伤。,25,图3-1 H2O2漂液pH值对织物白度的影响,whiteness 表示物质表面白色的程度,以白色含有量的百分率表示,26,图3-2 H2O2漂液pH值对织物强力的影响,27,图3-3 H2O2漂液pH值对纤维聚合度的影响,28,图3-4 H2O2漂液pH值对H2O2漂液分解率的影响,H值: 19,29,综合H2O
11、2漂液pH值对织物白度、纤维强度、纤维聚合度以及H2O2漂液分解率的影响,过氧化氢,H值控制在910比较合适。,如果加入稳定剂,漂液的pH值可以适当提高一,些,以提高漂白速度。,一般棉布漂白pH值控制在1011之间。,30,3.2.2.2 温度和浓度及时间的影响,The time, temperature and concentration of peroxideused vary depending on the process used in peroxidebleaching. Continuous, batch, and pad/batch process can,all be use
12、d in peroxide bleaching.,1.漂白液的温度,双氧水在室温条件下,漂白速率度比较缓慢,需要长时间漂白。为了提高漂白速度,可以采取在高温条件下进行漂白,一般在90100之间进行。 漂白温度和漂白效果关系很大,提高漂白温度,能够提高H2O2的分解率,使漂白的有效成分(HO2)相应增加,从而提高了织物的白度,但对棉纤维的损伤却不大。当温度为90100时,双氧水分解率达90%,白度最高,而当温度为60时,分解率仅有50%左右。,近年来双氧水漂白技术已经发展到采用高温高压汽蒸法,温度为130140,时间仅用12min,使用前提是漂液应具有良好的润湿渗透性,漂白效果才能均匀。,2.漂
13、白时间 在H2O2漂白中,漂白时间和漂白温度是密切相关、互相制约的,一般来讲,温度高时所需时间短;反之温度低时,所需时间就长。在生产中,若采用冷轧堆漂白工艺,则在2030的温度范围内应堆置在10h以上,一般为16h24h。若采用汽蒸工艺,漂白时间只需1h,若人为的再延长时间,反而会使白度下降。因为棉纤维在高温碱性条件下长时间停留会逐渐泛黄。,3.漂液的浓度 双氧水的使用浓度一般应以既能达到满意的白度和去杂的效果,又能保证使纤维受损最小为原则。从实验中可知,当H2O2的浓度小于5g/L时,随着双氧水浓度的增加,白度也逐渐增加。当双氧水浓度超过6g/L时,白度不但不再继续提高,反而使纤维的聚合度有
14、所下降。 因此,在实际生产中要根据织物品种、煮练情况(重煮轻漂,轻煮重漂)、加工要求和设备等多方面情况来确定双氧水的浓度。煮练效果差、白度要求高的,双氧水浓度应高些;反之,双氧水浓度可低些。 一般情况下,双氧水的浓度应为26g/L(双氧水以100%计)。,冷轧堆工艺 (cold pad-batch process), 室温条件下浸轧工作液,打卷后室温下堆置1224h;, 为了防止布面风干,布卷要用塑料薄膜等材料包裹; 保持布卷在堆置期间一直缓缓转动,以免布卷上部溶液,向下部滴渗而造成处理不均匀;, 将汽蒸堆置改为室温堆置,极大地节约了能源和设备的,投资,占地面积小;, 适合于小批量和多品种的加
15、工要求;, 工作液中化学药剂的浓度比汽蒸的要高。,3.2.2.3 稳定剂,稳定剂的作用主要是阻止催化剂(金属离子)的催化作用,减少双氧水的无效分解,充分利用双氧水,并尽可能减少对纤维的损伤,稳定剂用量多过,白度不佳,双氧水分解率70%为最佳,需要钙、镁离子的参与,可使用硬水,水玻璃(硅酸钠),组分Na2O和SiO2有不同的分子比,漂白用1:3.3,硅酸钠作用原理:可吸附重金属离子和杂质, 使催化剂被屏蔽而失去活性,硅酸钠提供碱性,+ 氢氧化钠,PH1011,硅酸钠与双氧水用量之比为21,产生硅垢,粘附设备,清洁困难,沾污织物,缺点,擦伤织物、影响手感,稳定性好,白度佳,使用方便,价格便宜,可调
16、节溶液的PH值,优点,37,在使用过程中,硅酸盐会沉积在纤维和设备上,导致织物手感发硬、造成染色和印花的病疵以及设备必须定期清洗等问题。“硅垢”,为避免上述问题的发生,可采用非硅稳定剂。如:无机磷酸盐、有机多元膦酸盐和有机稳定剂,通过吸附或与重金属离子发生络合实现稳定作用。,非硅类稳定剂,稳定作用机理主要是吸附作用和与重金属离子的络合作用,使重金属离子失去催化双氧水的活性,磷酸氢二钠、磷酸三钠、焦磷酸钠、六偏磷酸钠 、乙烯二胺四醋酸钠(EDTA),48,3.3.1 次氯酸钠溶液的性质和漂白原理,过去曾大量使用漂白粉(次氯酸钙Ca(ClO)2),现在取而代之的是稳定的次氯酸钠(NaOCl),3.
17、3.1.1 次氯酸钠溶液的性质,商品次氯酸钠溶液为无色(黄色)溶液,含有约,150g/L (12.5%)的有效氯,pH值为11.5。在溶液中,有碱存在以防止水解。,3-3 Bleaching with sodium hypochlorite,49,次氯酸钠具有较强的氧化能力,为弱酸强碱盐,在水中发生水解,溶液呈碱性:,NaOCl + HOH,NaOH + HOCl,在酸性条件下不稳定,发生如下反应:,NaOCl,+,2 HCl,NaCl,+,H2O + Cl2,Cl2 + H2O次氯酸又可按下式电离:HOCl,HOCl + H+ + Cl-H+ + ClO-,50,次氯酸钠溶液的组成随pH值的
18、改变而变化,表 3-4 次氯酸钠溶液在不同 pH 值下的成分,53,3.3.1.2 漂白的有效成分,从次氯酸钠溶液的氧化还原电位来看,次氯酸钠是一个强氧化剂。,图 3-7 漂白剂的氧化还原电位,54,碱性条件下:主要是NaClO中性条件下:NaClO+HClO 弱酸性条件下:主要是HClO 溶液PH4时:HClO + Cl2,次氯酸钠漂白作用比较复杂,笼统地说,HOCl和Cl2是漂白的有效成分,在不同条件下,有效成分细分为:,55,3.3.1.3 漂白剂与天然色素的反应,棉纤维中天然色素的化学结构尚不清楚,根据有机色素结构,推断棉色素中含有共轭双键的化合物,具有可移动的电子。在漂白时,色素结构
19、中的部分双键得到饱和,使原有共轭双键体系中断,电子的移动范围变小,天然色素的发色体系遭到破坏而消色,达到漂白目的。,3.3.1.4 纤维素的降解棉纤维用NaOCl漂白时,不仅天然色素会消色,纤维素也会发生降解,而且其它杂质也会发生不同的化学反应。例如:HOCl在纤维素上放出氧,同时生成HCl:,+ HCl,O,HOCl + Cellulose,Cellulose,研究发现:杂质和纤维素的氧化速率存在差异杂质的氧化比纤维素的氧化速率快利用这个速度差,可达到保护纤维、破坏色素的目的57,次氯酸钠漂白方式及工艺,工艺流程:水洗轧漂堆置水洗酸洗堆置水洗脱氯水洗,工艺条件:次氯酸钠浓度(有效率,g/L)
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