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        黏土礦物在毛巾冷軋堆前處理中的應(yīng)用研究

        2019-06-21 05:53:48羅嘉威
        關(guān)鍵詞:雙氧水白度膨潤(rùn)土

        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(chē)(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)。

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