黏土礦物在毛巾冷軋堆前處理中的應(yīng)用研究

陳 鎮(zhèn)，陽(yáng) 祺，羅嘉威，方 文

(湖南工程學(xué)院 生態(tài)紡織材料及染整新技術(shù)湖南省高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南湘潭 411104)

黏土礦物功能強(qiáng)大、綠色安全、價(jià)格較低，已成熟應(yīng)用于石化、建材、環(huán)保、食藥等領(lǐng)域[1-2]，本世紀(jì)開(kāi)始，逐漸在印染行業(yè)中嶄露頭角[3-4]，尤其是其在前處理加工中的應(yīng)用成為研究熱點(diǎn)，如德國(guó)拜耳公司研制的綠色氧漂助劑Tannex GEO及用于連續(xù)式漂白的Tannex REN A，河北科技大學(xué)研制的無(wú)機(jī)氧漂穩(wěn)定劑G-PR，上海德桑精細(xì)化工有限公司研制的前處理劑GreenStone G等[5-6]，研究表明[7-8]：(1)黏土礦物具有防止重金屬離子催化分解雙氧水和提供鎂源的作用；(2)具有獨(dú)特的活化功能，并可有效控制雙氧水的分解，其大致作用機(jī)理如下：

H2O2+OH-→HOO-+H2O

2HOO-+Mg2+→HOO-Mg-OOH

HOO-Mg-OOH+ CLAY→

CLAY [HOO-Mg-OOH] CLAY

CLAY [HOO-Mg-OOH] CLAY→HOO-(緩慢釋放)

HOO-+H2O2→HO-+HO0+HOO0

HOO0→O20

(3)黏土礦物本身優(yōu)秀的穩(wěn)定、吸濕、分散等性能，促進(jìn)了試劑與纖維的親密長(zhǎng)效作用，并有利于織物洗滌時(shí)脫落雜質(zhì)的均勻分散，減少反沾。

膨潤(rùn)土作為典型代表性黏土礦物，空間結(jié)構(gòu)為含水層狀硅酸鹽，單元層是中間O層、兩邊T層，其中，O層為八面體層，被Ca2+、Na+、Al3+等陽(yáng)離子占據(jù)[9-10]。因此，考慮到膨潤(rùn)土的結(jié)構(gòu)、組成等，本研究采用鹽酸進(jìn)行酸熱活化改性，通過(guò)鹽酸和膨潤(rùn)土作用，使層間的陽(yáng)離子與酸電離出來(lái)的H+置換，轉(zhuǎn)變?yōu)榭扇苄喳}溶出，增加孔洞數(shù)目，減弱層間鍵能，增大層間距，形成大比表面積的多孔活性物質(zhì)[11]；同時(shí)，清除膨潤(rùn)土結(jié)構(gòu)通道中的雜質(zhì)，增大孔道容積，有利于吸附質(zhì)分子的擴(kuò)散，使改性后的膨潤(rùn)土的化學(xué)活性和物理吸附性增強(qiáng)，活性大大增加，然后應(yīng)用于毛巾冷軋堆前處理，考察改性膨潤(rùn)土作為前處理氧漂助劑的性能。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)藥品及儀器

1.1.1 材料

純棉毛巾坯布(面密度：350g/m2，益陽(yáng)龍?jiān)醇徔椨邢薰咎峁?，膨潤(rùn)土(細(xì)度：400目，遼寧建平縣潤(rùn)營(yíng)礦業(yè)有限公司提供)。

1.1.2 藥品

氫氧化鈉、30%雙氧水、鹽酸、硅酸鈉 (均為分析純，上海國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)，非離子滲透劑DM-1230、非硅型氧漂穩(wěn)定劑DM-1404(均為工業(yè)級(jí)，廣東德美精細(xì)化工有限公司)。

1.1.3 主要儀器及設(shè)備

YG871型毛細(xì)管效應(yīng)測(cè)定儀(上海精密儀器儀表有限公司)、YG026H型多功能電子織物強(qiáng)力機(jī)(寧波紡織儀器廠)、WSB-Ⅱ白度儀(溫州儀器儀表有限公司)、Rapid P-Po電動(dòng)軋車(臺(tái)灣瑞比公司)，SHZ-88A型水浴恒溫振蕩器(太倉(cāng)市實(shí)驗(yàn)設(shè)備廠)。

1.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

1.2.1 膨潤(rùn)土的酸熱改性實(shí)驗(yàn)

表1 膨潤(rùn)土改性正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.2 改性膨潤(rùn)土在毛巾冷軋堆前處理中的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)

前處理液初始配方：

NaOH/(g·L-1) 40

H2O2/(g·L-1) 50

改性膨潤(rùn)土/(g·L-1) 4

DM-1230/(g·L-1) 2

浴比 1∶20

1.2.3 前處理液配方及工藝優(yōu)化實(shí)驗(yàn)

表2 前處理正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.4 橫向?qū)Ρ葘?shí)驗(yàn)

采用1.2.3優(yōu)化后的前處理工作液配方及工藝作為坯巾冷軋堆前處理的標(biāo)準(zhǔn)配方及工藝，對(duì)比改性膨潤(rùn)土與常用的雙氧水穩(wěn)定劑硅酸鈉、DM-1404、未改性膨潤(rùn)土及不加氧漂助劑的前處理效果。

1.3 測(cè)試與分析

(1)毛效：參照FZ/T 01071-2008《紡織品毛細(xì)效應(yīng)測(cè)試方法》測(cè)定。

(2)白度：參照GB/T 8424.2-2001《紡織品色牢度試驗(yàn)相對(duì)白度的儀器評(píng)定方法》測(cè)定。

(3)強(qiáng)力損失：用強(qiáng)降率來(lái)表示，參照GB/T3923-1997《紡織品 織物拉伸性能 第1部分：斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率的測(cè)定 條樣法》，測(cè)定織物的初始經(jīng)向斷裂強(qiáng)力F0和處理后的經(jīng)向斷裂強(qiáng)力F1，則：

2 結(jié)果與討論

2.1 膨潤(rùn)土的酸熱改性

根據(jù)1.2.1酸熱改性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及1.2.2改性膨潤(rùn)土的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)，測(cè)得結(jié)果如下頁(yè)表3，結(jié)果分析如表4、表5、表6。

表3 改性膨潤(rùn)土正交試驗(yàn)結(jié)果

從表3可以看出，采用經(jīng)過(guò)改性處理過(guò)的膨潤(rùn)土用于純棉毛巾坯布冷軋堆前處理，在相同工藝條件下，具有較好的前處理效果(未處理的坯巾白度值為39.9，毛效值0.4)，且不同的膨潤(rùn)土改性條件所對(duì)應(yīng)的前處理效果具有一定的差異。

從表4按照極差大小得到影響白度的主次因素及優(yōu)化工藝組合：改性時(shí)間影響最大，液固比次之，鹽酸摩爾濃度再次之，改性溫度影響最小，最佳工藝為A4B3C4D4。

表5 毛效正交結(jié)果分析

從表5按照極差大小得到影響毛效的主次因素及優(yōu)化工藝組合：改性時(shí)間影響最大，改性溫度次之，鹽酸摩爾濃度再次之，液固比影響最小，最佳工藝為：A1B2C1D4。

表6 強(qiáng)力損失正交結(jié)果分析

從表6按照極差大小得到影響強(qiáng)力損失的主次因素及優(yōu)化工藝組合：改性時(shí)間影響最大，液固比次之，鹽酸摩爾濃度再次之，改性溫度影響最小，最佳工藝為A1B3C3D4。

綜合考慮毛效、白度和強(qiáng)力，以及研究目的，確定具有最佳前處理效果的改性膨潤(rùn)土的改性條件為A1B3C3D4，即改性時(shí)間2h，改性溫度90℃，液固比5∶1，鹽酸摩爾濃度4mol/L。

經(jīng)該條件改性后的膨潤(rùn)土應(yīng)用于毛巾冷軋堆前處理后的效果為白度67.1%，毛效10.2cm/30min，強(qiáng)力損失10.7%。

2.2 冷軋堆前處理液及工藝優(yōu)化

根據(jù)1.2.3冷軋堆前處理液及工藝優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，測(cè)得結(jié)果如下表7，結(jié)果分析如表8，表9，表10。

表7 前處理液及工藝優(yōu)化實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表8 正交結(jié)果白度分析

根據(jù)表8，按照極差大小得到影響白度的主次因素及優(yōu)化工藝組合：堆置時(shí)間影響最大，氫氧化鈉質(zhì)量濃度次之，雙氧水質(zhì)量濃度同等于膨潤(rùn)土質(zhì)量濃度影響最小，最佳工藝為E1F1G1H2。

表9 正交結(jié)果毛效分析

根據(jù)表9，按照極差大小得到影響毛效的主次因素及優(yōu)化工藝組合：堆置時(shí)間影響最大，膨潤(rùn)土質(zhì)量濃度次之，雙氧水質(zhì)量濃度再次之，氫氧化鈉質(zhì)量濃度影響最小，最佳工藝為E2F1G1H2。

表10 正交結(jié)果強(qiáng)力損失分析

根據(jù)表10，按照極差大小得到影響強(qiáng)力損失的主次因素及優(yōu)化工藝組合：堆置時(shí)間影響最大，膨潤(rùn)土質(zhì)量濃度次之，氫氧化鈉質(zhì)量濃度再次之，雙氧水質(zhì)量濃度影響最小，最佳工藝為E1F2G3H1(H3)。

綜合考慮毛效、白度和強(qiáng)力，以及本次前處理的研究目的,確定前處理的優(yōu)化配方及工藝是E1F1G1H2，即氫氧化鈉質(zhì)量濃度40g/L，雙氧水質(zhì)量濃度50g/L，膨潤(rùn)土質(zhì)量濃度4g/L，堆置時(shí)間18h，該優(yōu)化條件下的改性膨潤(rùn)土應(yīng)用于純棉毛巾冷軋堆前處理中的效果為白度70.1%，毛效10.5cm/30min，強(qiáng)力損失9.6%。

2.3 與其他氧漂助劑的對(duì)比結(jié)果

根據(jù)1.2.4實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，改性膨潤(rùn)土與硅酸鈉、DM-1404、未改性膨潤(rùn)土及不加任何氧漂助劑的對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表11。

表11 其他氧漂助劑對(duì)比

從表11可以看出，采用改性膨潤(rùn)土與雙氧水穩(wěn)定劑硅酸鈉、DM-1404的坯巾前處理效果基本相當(dāng)，明顯優(yōu)于未改性膨潤(rùn)土及不加氧漂助劑的處理效果。綜上，可以認(rèn)為經(jīng)過(guò)改性的膨潤(rùn)土在純棉毛巾冷軋堆前處理應(yīng)用中起到了傳統(tǒng)氧漂助劑的功能作用；同時(shí)，膨潤(rùn)土本身具有價(jià)格成本優(yōu)勢(shì)，酸熱改性又簡(jiǎn)單易操作，且無(wú)硅垢產(chǎn)生而不影響設(shè)備運(yùn)行和織物手感，因此，改性膨潤(rùn)土可作為一種新型氧漂助劑用于坯巾的冷軋堆前處理。

3 結(jié)論

(1)黏土礦物膨潤(rùn)土經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單酸熱改性可作為氧漂助劑，用于純棉織物冷軋堆前處理。

(2)在本研究中，膨潤(rùn)土酸熱改性的優(yōu)化工藝為：改性時(shí)間2h，改性溫度90℃，液固比5∶1，鹽酸摩爾濃度4mol/L。

(3)改性膨潤(rùn)土用于毛巾冷軋堆前處理優(yōu)化配方及工藝條件為：氫氧化鈉質(zhì)量濃度40g/L，雙氧水質(zhì)量濃度50g/L，改性膨潤(rùn)土質(zhì)量濃度4g/L，非離子滲透劑DM-1230質(zhì)量濃度2 g/L，堆置時(shí)間18h，處理后的棉織物白度70.1%，毛效10.5cm/30min，強(qiáng)力損失9.6%，效果與傳統(tǒng)氧漂助劑基本相當(dāng)。