膨潤土的改性及在棉織物堿氧一浴法前處理中的應(yīng)用

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(1.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；2.蘇州大學(xué)紡織與服裝工程學(xué)院，江蘇蘇州　215006；3.廣東德美精細(xì)化工股份有限公司，廣東順德　528305)

H2O2是最常用的前處理漂白劑，其主要作用機(jī)理為：H2O2在堿性條件下分解出HOO·，與棉纖維天然色素中的共軛雙鍵發(fā)生加成反應(yīng)，破壞其發(fā)色體系而消色漂白。H2O2在放置過程中會逐漸分解，在堿性條件下穩(wěn)定性更差，同時(shí)，溶液中的銅、鐵、錳、鎳等金屬離子雜質(zhì)會催化加速雙氧水的分解[1-2]，因此，在使用H2O2漂白時(shí)，需配合雙氧水穩(wěn)定劑使用[3]。

本世紀(jì)初，粘土礦物開始在印染助劑行業(yè)中嶄露頭角，如德國拜耳公司及先邦化學(xué)(上海)公司研制的漂白助劑Tannex RENA、Tannex GEO，上海德桑精細(xì)化工有限公司研制的前處理劑GreenStone G等[4-5]，對粘土礦物的研究和應(yīng)用表明，其協(xié)同作用機(jī)理為[6-7]：a)粘土礦物所特有的離子交換吸附功能及晶體結(jié)構(gòu)使其能吸附溶液中的重金屬離子，降低H2O2的分解速率；b)粘土礦物本身的富鎂性使其所攜帶的Mg2+能與HOO·結(jié)合，起到緩釋的作用；c)粘土礦物的特殊空間結(jié)構(gòu)還能起到固載、保護(hù)雙氧水的功能。

膨潤土作為一種綠色、安全、環(huán)保的代表性層狀硅酸鹽粘土礦物，結(jié)構(gòu)單元層是中間為O層，兩邊為T層，其中，O層為八面體層，由Al3+、Mg2+等陽離子占據(jù)[8-9]，作為一種含鎂粘土礦物，本研究將對其通過酸改性，純化其空間結(jié)構(gòu)、強(qiáng)化其交換及吸附性能，考察其作為氧漂穩(wěn)定劑用于純棉織物前處理的性能。

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(平方米質(zhì)量350 g/m2，益陽龍?jiān)醇徔椨邢薰?，膨潤土(細(xì)度：250～300目，遼寧建平縣潤營礦業(yè)有限公司)。

1.1.2藥品

氫氧化鈉、過氧化氫、鹽酸、硅酸鈉(分析純，天津科密歐化學(xué)試劑有限公司)，非離子滲透劑DM-1230、精練劑DM-1361、氧漂穩(wěn)定劑DM-1403(工業(yè)級，廣東德美精細(xì)化工有限公司)。

1.1.3儀器

毛細(xì)效應(yīng)測定儀TG871(上海美譜達(dá)儀器有限公司)，YG026H型多功能電子織物強(qiáng)力機(jī)(寧波紡織儀器廠)，WSD-Ⅲ全自動(dòng)型白度儀(上海通顯機(jī)電設(shè)備有限公司)，JJ-1型電熱恒溫水浴鍋(上海普瑞賽斯儀器有限公司)，XY系列精密電子天平(常州市幸運(yùn)電子設(shè)備有限公司)。

1.2　實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

1.2.1膨潤土的酸改性實(shí)驗(yàn)

表1　膨潤土改性正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.2改性膨潤土在堿氧一浴法前處理中的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)

前處理液初始配方：

NaOH/(g/L)30

H2O2/(g/L)15

非離子滲透劑DM-1230/(g/L)1

精練劑DM-1361/(g/L)0.5

改性膨潤土/(g/L)2

浴比1∶50

1.2.3前處理液配方及工藝優(yōu)化實(shí)驗(yàn)

表2　前處理正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.4橫向?qū)Ρ葘?shí)驗(yàn)

采用1.2.3優(yōu)化后的前處理液配方及工藝對坯布進(jìn)行堿氧一浴前處理，對比改性膨潤土與常用的雙氧水穩(wěn)定劑硅酸鈉、DM-1403及未改性膨潤土、不加雙氧水穩(wěn)定劑的前處理效果。

1.3　分析與測試

a)毛效：參照FZ/T 01071—2008《紡織品毛細(xì)效應(yīng)測試方法》測定。

b)白度：參照GB/T 8424.2—2001《紡織品色牢度試驗(yàn)相對白度的儀器評定方法》測定。

c)強(qiáng)力損失：用強(qiáng)降率來表示，參照GB/T 3923—1997《紡織品 織物拉伸性能 第1部分：斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長率的測定 條樣法》，測定織物的初始經(jīng)向斷裂強(qiáng)力F0和處理后的經(jīng)向斷裂強(qiáng)力F1，則：

d)手感：采用5級評價(jià)法，將織物放在暗箱內(nèi)，通過“搓、捏、摸、抓”等，評定織物的滑爽、軟糯、豐滿、彈性等手感特征，1級最差，5級最好。

2　結(jié)果與討論

2.1　膨潤土的改性實(shí)驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)1.2.1酸改性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及1.2.2改性膨潤土的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見表3，結(jié)果分析見表4、表5、表6。

表3　改性膨潤土正交試驗(yàn)結(jié)果

表4　白度正交結(jié)果分析

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，其次為液固比，再次為改性溫度，鹽酸濃度影響最小，最佳工藝為A1B2C4D4。

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，其次為液固比，再次為鹽酸濃度，改性溫度影響最小，最佳工藝為A2B2C4D4。

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，其次為液固比，再次為鹽酸濃度，改性溫度影響最小，與毛效的影響主次因素相同，最佳工藝為A3B2C2D1。

綜合毛效、白度和強(qiáng)力損失，確定膨潤土改性的優(yōu)化條件為A2B2C4D4，即改性時(shí)間4 h，改性溫度80 ℃，液固比5∶1，鹽酸濃度4 mol/L；在該條件下的改性膨潤土用于前處理的效果:白度76.5，毛效12.2 cm，強(qiáng)力損失12.6%。

2.2　堿氧一浴法前處理液及工藝優(yōu)化

根據(jù)1.2.3堿氧一浴前處理液配方及工藝優(yōu)化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，結(jié)果見表7，結(jié)果分析見表8，9，10。

表7　正交實(shí)驗(yàn)

表8　白度正交結(jié)果分析

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：前處理溫度和改性膨潤土用量的影響最大，前處理時(shí)間次之，燒堿用量和雙氧水用量的影響相對小，最佳工藝為E2F4G4H4I1。

表9　毛效正交結(jié)果分析

根據(jù)表10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：改性膨潤土影響最大，前處理溫度影響次之，再燒堿用量，雙氧水用量和前處理時(shí)間影響較小，最佳工藝為E4F3G3H3I2。

表10　強(qiáng)力損失正交結(jié)果分析

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：前處理溫度和改性膨潤土用量影響最大，雙氧水次之，燒堿用量與前處理時(shí)間影響接近，前處理時(shí)間影響更小，與毛效的影響主次因素比較相似，最佳工藝為E3F2G3H2I2。

綜合考慮毛效、白度和強(qiáng)力，確定前處理的優(yōu)化配方及工藝是E3F2G3H3I2，即燒堿26 g/L，雙氧水14 g/L，改性膨潤土2 g/L，前處理時(shí)間70 min，前處理溫度85 ℃；在該條件下的前處理效果：白度81.4，毛效12.1 cm，強(qiáng)力損失9.9%。

2.3　與其他雙氧水穩(wěn)定劑的對比

根據(jù)1.2.4實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，硅酸鈉、DM-1403、改性膨潤土、未改性膨潤土及不加任何氧漂穩(wěn)定劑的對比實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表11所示。

表11　與其他雙氧水穩(wěn)定劑的對比

從表11可以看出，改性后的膨潤土與硅酸鈉、DM-1403相比較，手感相似，白度、毛效基本接近，強(qiáng)力損失更小；同時(shí)，與未改性膨潤土對比，其性能均有顯著提升，說明通過鹽酸改性作用，優(yōu)化了膨潤土的空間結(jié)構(gòu)，增大了層間距，提高了其離子交換性能，有效抑制了溶液中重金屬離子的催化分解破壞，并通過對H2O2、HOO·的固載與緩釋等協(xié)同作用，保證了H2O2的分解穩(wěn)定性，提升了漂白效果。

3　結(jié)　論

a) 改性膨潤土粘土礦物可作為雙氧水穩(wěn)定劑用于純棉織物堿氧一浴法前處理。

b) 在本研究中，鹽酸膨潤土改性的優(yōu)化工藝為：改性時(shí)間4 h，改性溫度80 ℃，液固比5∶1，鹽酸濃度4 mol/L；該工藝下的膨潤土效果為白度76.5，毛效12.2 cm/30 min，強(qiáng)力損失12.6%。

c) 采用改性膨潤土進(jìn)行堿氧一浴法前處理的優(yōu)化配方及工藝為：燒堿26 g/L，雙氧水14 g/L，非離子滲透劑DM-1230 1g/L，精煉劑DM-1361 0.5g/L，改性膨潤土2 g/L，浴比1∶50，前處理溫度85 ℃，前處理時(shí)間70 min；該條件下，處理后的織物白度81.4，毛效12.1 cm/30 min，強(qiáng)力損失9.9%。

d) 與其他雙氧水穩(wěn)定劑相比，改性膨潤土的應(yīng)用效果基本相近，并具有安全、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。