膨润土的改性及在棉织物碱氧一浴法前处理中的应用
2018-07-10，，，，
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(1.湖南工程学院生态纺织材料及染整新技术湖南省高校重点实验室，湖南湘潭 411104；2.苏州大学纺织与服装工程学院，江苏苏州 215006；3.广东德美精细化工股份有限公司，广东顺德 528305)
H2O2是最常用的前处理漂白剂，其主要作用机理为：H2O2在碱性条件下分解出HOO·，与棉纤维天然色素中的共轭双键发生加成反应，破坏其发色体系而消色漂白。H2O2在放置过程中会逐渐分解，在碱性条件下稳定性更差，同时，溶液中的铜、铁、锰、镍等金属离子杂质会催化加速双氧水的分解[1-2]，因此，在使用H2O2漂白时，需配合双氧水稳定剂使用[3]。
本世纪初，粘土矿物开始在印染助剂行业中崭露头角，如德国拜耳公司及先邦化学(上海)公司研制的漂白助剂Tannex RENA、Tannex GEO，上海德桑精细化工有限公司研制的前处理剂GreenStone G等[4-5]，对粘土矿物的研究和应用表明，其协同作用机理为[6-7]：a)粘土矿物所特有的离子交换吸附功能及晶体结构使其能吸附溶液中的重金属离子，降低H2O2的分解速率；b)粘土矿物本身的富镁性使其所携带的Mg2+能与HOO·结合，起到缓释的作用；c)粘土矿物的特殊空间结构还能起到固载、保护双氧水的功能。
膨润土作为一种绿色、安全、环保的代表性层状硅酸盐粘土矿物，结构单元层是中间为O层，两边为T层，其中，O层为八面体层，由Al3+、Mg2+等阳离子占据[8-9]，作为一种含镁粘土矿物，本研究将对其通过酸改性，纯化其空间结构、强化其交换及吸附性能，考察其作为氧漂稳定剂用于纯棉织物前处理的性能。
1 实验部分
1.1 实验药品及仪器
1.1.1材料
纯棉毛巾坯布(平方米质量350 g/m2，益阳龙源纺织有限公司)，膨润土(细度：250～300目，辽宁建平县润营矿业有限公司)。
1.1.2药品
氢氧化钠、过氧化氢、盐酸、硅酸钠(分析纯，天津科密欧化学试剂有限公司)，非离子渗透剂DM-1230、精练剂DM-1361、氧漂稳定剂DM-1403(工业级，广东德美精细化工有限公司)。
1.1.3仪器
毛细效应测定仪TG871(上海美谱达仪器有限公司)，YG026H型多功能电子织物强力机(宁波纺织仪器厂)，WSD-Ⅲ全自动型白度仪(上海通显机电设备有限公司)，JJ-1型电热恒温水浴锅(上海普瑞赛斯仪器有限公司)，XY系列精密电子天平(常州市幸运电子设备有限公司)。
1.2 实验内容
1.2.1膨润土的酸改性实验
表1 膨润土改性正交实验设计
1.2.2改性膨润土在碱氧一浴法前处理中的应用实验
前处理液初始配方：
NaOH/(g/L)30
H2O2/(g/L)15
非离子渗透剂DM-1230/(g/L)1
精练剂DM-1361/(g/L)0.5
改性膨润土/(g/L)2
浴比1∶50
1.2.3前处理液配方及工艺优化实验
表2 前处理正交试验设计
1.2.4横向对比实验
采用1.2.3优化后的前处理液配方及工艺对坯布进行碱氧一浴前处理，对比改性膨润土与常用的双氧水稳定剂硅酸钠、DM-1403及未改性膨润土、不加双氧水稳定剂的前处理效果。
1.3 分析与测试
a)毛效：参照FZ/T 01071—2008《纺织品毛细效应测试方法》测定。
b)白度：参照GB/T 8424.2—2001《纺织品色牢度试验相对白度的仪器评定方法》测定。
c)强力损失：用强降率来表示，参照GB/T 3923—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》，测定织物的初始经向断裂强力F0和处理后的经向断裂强力F1，则：
d)手感：采用5级评价法，将织物放在暗箱内，通过“搓、捏、摸、抓”等，评定织物的滑爽、软糯、丰满、弹性等手感特征，1级最差，5级最好。
2 结果与讨论
2.1 膨润土的改性实验结果
根据1.2.1酸改性实验设计及1.2.2改性膨润土的应用实验，结果见表3，结果分析见表4、表5、表6。
表3 改性膨润土正交试验结果
表4 白度正交结果分析
从表4按照极差大小得到影响白度的主次因素及优化工艺组合：改性时间影响最大，其次为液固比，再次为改性温度，盐酸浓度影响最小，最佳工艺为A1B2C4D4。
表5 毛效正交结果分析
从表5按照极差大小得到影响毛效的主次因素及优化工艺组合：改性时间影响最大，其次为液固比，再次为盐酸浓度，改性温度影响最小，最佳工艺为A2B2C4D4。
表6 强力损失正交结果分析
从表6按照极差大小得到影响强力损失的主次因素及优化工艺组合：改性时间影响最大，其次为液固比，再次为盐酸浓度，改性温度影响最小，与毛效的影响主次因素相同，最佳工艺为A3B2C2D1。
综合毛效、白度和强力损失，确定膨润土改性的优化条件为A2B2C4D4，即改性时间4 h，改性温度80 ℃，液固比5∶1，盐酸浓度4 mol/L；在该条件下的改性膨润土用于前处理的效果:白度76.5，毛效12.2 cm，强力损失12.6%。
2.2 碱氧一浴法前处理液及工艺优化
根据1.2.3碱氧一浴前处理液配方及工艺优化实验设计，结果见表7，结果分析见表8，9，10。
表7 正交实验
表8 白度正交结果分析
根据表8按照极差大小得到影响白度的主次因素及优化工艺组合：前处理温度和改性膨润土用量的影响最大，前处理时间次之，烧碱用量和双氧水用量的影响相对小，最佳工艺为E2F4G4H4I1。
表9 毛效正交结果分析
根据表10按照极差大小得到影响毛效的主次因素及优化工艺组合：改性膨润土影响最大，前处理温度影响次之，再烧碱用量，双氧水用量和前处理时间影响较小，最佳工艺为E4F3G3H3I2。
表10 强力损失正交结果分析
根据表10，按照极差大小得到影响强力损失的主次因素及优化工艺组合：前处理温度和改性膨润土用量影响最大，双氧水次之，烧碱用量与前处理时间影响接近，前处理时间影响更小，与毛效的影响主次因素比较相似，最佳工艺为E3F2G3H2I2。
综合考虑毛效、白度和强力，确定前处理的优化配方及工艺是E3F2G3H3I2，即烧碱26 g/L，双氧水14 g/L，改性膨润土2 g/L，前处理时间70 min，前处理温度85 ℃；在该条件下的前处理效果：白度81.4，毛效12.1 cm，强力损失9.9%。
2.3 与其他双氧水稳定剂的对比
根据1.2.4实验设计，硅酸钠、DM-1403、改性膨润土、未改性膨润土及不加任何氧漂稳定剂的对比实验结果如表11所示。
表11 与其他双氧水稳定剂的对比
从表11可以看出，改性后的膨润土与硅酸钠、DM-1403相比较，手感相似，白度、毛效基本接近，强力损失更小；同时，与未改性膨润土对比，其性能均有显著提升，说明通过盐酸改性作用，优化了膨润土的空间结构，增大了层间距，提高了其离子交换性能，有效抑制了溶液中重金属离子的催化分解破坏，并通过对H2O2、HOO·的固载与缓释等协同作用，保证了H2O2的分解稳定性，提升了漂白效果。
3 结 论
a) 改性膨润土粘土矿物可作为双氧水稳定剂用于纯棉织物碱氧一浴法前处理。
b) 在本研究中，盐酸膨润土改性的优化工艺为：改性时间4 h，改性温度80 ℃，液固比5∶1，盐酸浓度4 mol/L；该工艺下的膨润土效果为白度76.5，毛效12.2 cm/30 min，强力损失12.6%。
c) 采用改性膨润土进行碱氧一浴法前处理的优化配方及工艺为：烧碱26 g/L，双氧水14 g/L，非离子渗透剂DM-1230 1g/L，精炼剂DM-1361 0.5g/L，改性膨润土2 g/L，浴比1∶50，前处理温度85 ℃，前处理时间70 min；该条件下，处理后的织物白度81.4，毛效12.1 cm/30 min，强力损失9.9%。
d) 与其他双氧水稳定剂相比，改性膨润土的应用效果基本相近，并具有安全、环保等优点。
