黏土矿物在毛巾冷轧堆前处理中的应用研究

陈 镇，阳 祺，罗嘉威，方 文

(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)

黏土矿物功能强大、绿色安全、价格较低，已成熟应用于石化、建材、环保、食药等领域[1-2]，本世纪开始，逐渐在印染行业中崭露头角[3-4]，尤其是其在前处理加工中的应用成为研究热点，如德国拜耳公司研制的绿色氧漂助剂Tannex GEO及用于连续式漂白的Tannex REN A，河北科技大学研制的无机氧漂稳定剂G-PR，上海德桑精细化工有限公司研制的前处理剂GreenStone G等[5-6]，研究表明[7-8]：(1)黏土矿物具有防止重金属离子催化分解双氧水和提供镁源的作用；(2)具有独特的活化功能，并可有效控制双氧水的分解，其大致作用机理如下：

H2O2+OH-→HOO-+H2O

2HOO-+Mg2+→HOO-Mg-OOH

HOO-Mg-OOH+ CLAY→

CLAY [HOO-Mg-OOH] CLAY

CLAY [HOO-Mg-OOH] CLAY→HOO-(缓慢释放)

HOO-+H2O2→HO-+HO0+HOO0

HOO0→O20

(3)黏土矿物本身优秀的稳定、吸湿、分散等性能，促进了试剂与纤维的亲密长效作用，并有利于织物洗涤时脱落杂质的均匀分散，减少反沾。

膨润土作为典型代表性黏土矿物，空间结构为含水层状硅酸盐，单元层是中间O层、两边T层，其中，O层为八面体层，被Ca2+、Na+、Al3+等阳离子占据[9-10]。因此，考虑到膨润土的结构、组成等，本研究采用盐酸进行酸热活化改性，通过盐酸和膨润土作用，使层间的阳离子与酸电离出来的H+置换，转变为可溶性盐溶出，增加孔洞数目，减弱层间键能，增大层间距，形成大比表面积的多孔活性物质[11]；同时，清除膨润土结构通道中的杂质，增大孔道容积，有利于吸附质分子的扩散，使改性后的膨润土的化学活性和物理吸附性增强，活性大大增加，然后应用于毛巾冷轧堆前处理，考察改性膨润土作为前处理氧漂助剂的性能。

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(面密度：350g/m2，益阳龙源纺织有限公司提供)，膨润土(细度：400目，辽宁建平县润营矿业有限公司提供)。

1.1.2 药品

氢氧化钠、30%双氧水、盐酸、硅酸钠 (均为分析纯，上海国药集团化学试剂有限公司)，非离子渗透剂DM-1230、非硅型氧漂稳定剂DM-1404(均为工业级，广东德美精细化工有限公司)。

1.1.3 主要仪器及设备

YG871型毛细管效应测定仪(上海精密仪器仪表有限公司)、YG026H型多功能电子织物强力机(宁波纺织仪器厂)、WSB-Ⅱ白度仪(温州仪器仪表有限公司)、Rapid P-Po电动轧车(台湾瑞比公司)，SHZ-88A型水浴恒温振荡器(太仓市实验设备厂)。

1.2 实验内容

1.2.1 膨润土的酸热改性实验

表1 膨润土改性正交实验设计

1.2.2 改性膨润土在毛巾冷轧堆前处理中的应用实验

前处理液初始配方：

NaOH/(g·L-1) 40

H2O2/(g·L-1) 50

改性膨润土/(g·L-1) 4

DM-1230/(g·L-1) 2

浴比 1∶20

1.2.3 前处理液配方及工艺优化实验

表2 前处理正交实验设计

1.2.4 横向对比实验

采用1.2.3优化后的前处理工作液配方及工艺作为坯巾冷轧堆前处理的标准配方及工艺，对比改性膨润土与常用的双氧水稳定剂硅酸钠、DM-1404、未改性膨润土及不加氧漂助剂的前处理效果。

1.3 测试与分析

(1)毛效：参照FZ/T 01071-2008《纺织品毛细效应测试方法》测定。

(2)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。

(3)强力损失：用强降率来表示，参照GB/T3923-1997《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：

2 结果与讨论

2.1 膨润土的酸热改性

根据1.2.1酸热改性实验设计及1.2.2改性膨润土的应用实验，测得结果如下页表3，结果分析如表4、表5、表6。

表3 改性膨润土正交试验结果

从表3可以看出，采用经过改性处理过的膨润土用于纯棉毛巾坯布冷轧堆前处理，在相同工艺条件下，具有较好的前处理效果(未处理的坯巾白度值为39.9，毛效值0.4)，且不同的膨润土改性条件所对应的前处理效果具有一定的差异。

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，液固比次之，盐酸摩尔浓度再次之，改性温度影响最小，最佳工艺为A4B3C4D4。

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，改性温度次之，盐酸摩尔浓度再次之，液固比影响最小，最佳工艺为：A1B2C1D4。

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，液固比次之，盐酸摩尔浓度再次之，改性温度影响最小，最佳工艺为A1B3C3D4。

综合考虑毛效、白度和强力，以及研究目的，确定具有最佳前处理效果的改性膨润土的改性条件为A1B3C3D4，即改性时间2h，改性温度90℃，液固比5∶1，盐酸摩尔浓度4mol/L。

经该条件改性后的膨润土应用于毛巾冷轧堆前处理后的效果为白度67.1%，毛效10.2cm/30min，强力损失10.7%。

2.2 冷轧堆前处理液及工艺优化

根据1.2.3冷轧堆前处理液及工艺优化实验设计，测得结果如下表7，结果分析如表8，表9，表10。

表7 前处理液及工艺优化实验结果

表8 正交结果白度分析

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：堆置时间影响最大，氢氧化钠质量浓度次之，双氧水质量浓度同等于膨润土质量浓度影响最小，最佳工艺为E1F1G1H2。

表9 正交结果毛效分析

根据表9，按照极差大小得到影响毛效的主次因素及优化工艺组合：堆置时间影响最大，膨润土质量浓度次之，双氧水质量浓度再次之，氢氧化钠质量浓度影响最小，最佳工艺为E2F1G1H2。

表10 正交结果强力损失分析

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：堆置时间影响最大，膨润土质量浓度次之，氢氧化钠质量浓度再次之，双氧水质量浓度影响最小，最佳工艺为E1F2G3H1(H3)。

综合考虑毛效、白度和强力，以及本次前处理的研究目的,确定前处理的优化配方及工艺是E1F1G1H2，即氢氧化钠质量浓度40g/L，双氧水质量浓度50g/L，膨润土质量浓度4g/L，堆置时间18h，该优化条件下的改性膨润土应用于纯棉毛巾冷轧堆前处理中的效果为白度70.1%，毛效10.5cm/30min，强力损失9.6%。

2.3 与其他氧漂助剂的对比结果

根据1.2.4实验设计，改性膨润土与硅酸钠、DM-1404、未改性膨润土及不加任何氧漂助剂的对比实验结果如表11。

表11 其他氧漂助剂对比

从表11可以看出，采用改性膨润土与双氧水稳定剂硅酸钠、DM-1404的坯巾前处理效果基本相当，明显优于未改性膨润土及不加氧漂助剂的处理效果。综上，可以认为经过改性的膨润土在纯棉毛巾冷轧堆前处理应用中起到了传统氧漂助剂的功能作用；同时，膨润土本身具有价格成本优势，酸热改性又简单易操作，且无硅垢产生而不影响设备运行和织物手感，因此，改性膨润土可作为一种新型氧漂助剂用于坯巾的冷轧堆前处理。

3 结论

(1)黏土矿物膨润土经过简单酸热改性可作为氧漂助剂，用于纯棉织物冷轧堆前处理。

(2)在本研究中，膨润土酸热改性的优化工艺为：改性时间2h，改性温度90℃，液固比5∶1，盐酸摩尔浓度4mol/L。

(3)改性膨润土用于毛巾冷轧堆前处理优化配方及工艺条件为：氢氧化钠质量浓度40g/L，双氧水质量浓度50g/L，改性膨润土质量浓度4g/L，非离子渗透剂DM-1230质量浓度2 g/L，堆置时间18h，处理后的棉织物白度70.1%，毛效10.5cm/30min，强力损失9.6%，效果与传统氧漂助剂基本相当。