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科技创新

聚多元羧酸对棉织物免烫整理的应用研究

聚多元羧酸对棉织物免烫整理的应用研究
引言
 近年来,随着大众生活水平的不断提高,环保和健康意识的日益增长,人们对衣着的观念相应地发生了很大的变化。追求回归自然,崇尚天然纤维,向往服饰外观自然、穿着舒适和料理方便,因此全棉服装又受到了广大消费者的青睐。为了克服全棉服装在服用过程中易起皱、洗后需熨的缺陷,免烫或“洗可穿”整理已成为其重要的后整理加工工艺。目前,国内外广泛使用的整理剂或多或少地含有对人体有害、且污染环境的物质甲醛,这与人们的意愿相违背。开发无甲醛整理剂来取代传统的有害整理剂,已成为必然的发展趋势。
 国内外近年来对无甲醛整理剂研究很多,如环氧树脂、双羟乙基砜等和最近研究开发的多元羧酸无甲醛整理剂。多元羧酸用于棉织物的防皱整理可追溯至60年代初期,但直到90年代初Welch等人研究出用磷酸盐作为多元羧酸和纤维素分子酯化反应的催化剂,才使得多元羧酸作为无甲醛防皱(免烫)整理剂取得了突破性的发展[1]。在众多的多元羧酸整理剂的研究中,人们的注意力主要集中在以丁烷四羧酸(BTCA)、柠檬酸(CA)和马来酸(MA)为代表的小分子多元羧酸上[2],其中以BTCA的整理效果最好。但由于BTCA的价格相对比较昂贵,使其在工业上大规模推广受到限制。而其它多元羧酸整理效果又不甚满意,也没能广泛使用。目前,聚合多元羧酸以其分子量和分子链上的羧基数可以调节控制,而且原料成本相对比较低等特点越来越被人们所重视。本文将以聚马来酸酐(PMA)、柠檬酸为整理剂,对纯棉织物进行免整理,以获得满意的整理效果。
1.理论部分
1.1多元羧酸的防皱原理
 一般认为,多元羧酸及聚多元羧酸因具有多个官能团,可以和两个以上的纤维素分子长链中的羟基发生酯化反应,在分子间形成交联。D.Lammermann[3]等人进一步研究的结果表明:多元羧酸与纤维素的酯化反应是通过酸酐这一中间产物来完成的。在含磷的碱金属盐催化下,其催化反应处理分三个阶段进行,其反应历程如下所示。
即多元羧酸形成酸酐后,可与特定的磷酸盐催化剂反应而生成酰化磷酸盐,然后这个中间产物再与纤维素交联,并重新释放出催化剂。聚马来酸酐在分子链上也可形成许多酸酐,能与纤维素分子链成酯,这样在织物表面形成交联网络,限制了纤维素大分子间在外力作用下产生相对位移,从而使棉织物具有较好的抗皱性能。
1.2PMA的合成原理
 以马来酸酐为主要单体、水为介质,在适当的反应条件下以过氧化物作引发剂,通过溶液聚合可得到聚马来酸酐水溶液。
2.实验及其结果与讨论
2.1实验材料及药品
织物:21×21、108×58纯棉纱卡
 药品:马来酸酐(MA)、柠檬酸(CA)、次亚磷酸钠、磷酸钠、磷酸氢二钠、异丙醇、过硫酸铵、过氧化苯甲酰等。
2.1PMA的合成
PMA的合成参照陆等[4]所使用的方法进行,其合成产品的含固量为15%、相对分子量为640左右。
2.3PMA免烫整理工艺的探讨
 在多元羧酸中,使用丁烷四羧酸(BTCA)对纯棉织物进行免烫整理的研究报告较多。由于PMA具有与BTCA的结构相类似的特点,因此在进行免烫整理时,以BTCA的整理工艺为参照点,对免烫整理工艺中的焙烘温度、焙烘时间、催化剂及PMA用量等因素进行了优化组合,本实验确定的各因素的用量水平如表1所示。
表1PMA免烫整理实验的四因素三水平值
注:*处的百分用量是指相对溶液的重量而言。
为了提高工作效率,实验时选用了L9(34)正交表来进行,其试验条件组合及其免烫整理试样的测试结果如下表所示。
注:10#为空白试样,11#是将空白试样在190℃处理3分钟。
分别以干弹回复角、断裂强力保留率、增重率为指标进行正交统计分析,其测试和计算、分析结果分别列于表2、表3。
表3PMA免烫整理试样各项指标统计值
注:1.Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、分别为该因子,三水平指标值之和T=(Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ)
2.离差=(Ⅰ/3-T/9)2+(Ⅱ/3-T/9)2+(Ⅲ/3-T/9)2
由表3统计计算结果可知:在PMA免烫整理工艺中,对织物弹性回复角和强度影响最大的是焙烘温度和焙烘时间,整理剂的用量对增重率有较大的影响,催化剂用量对各项指标的影响不太明显。综合考虑,PMA免烫整理较理想的工艺条件为:
 整理剂用量:8%;焙烘时间:60s;添加剂用量:2%;
 催化剂用量:4%;浴比:1:20;焙烘温度:180℃
 二浸二轧(轧液率76—80%);预烘:85℃×5min。
 在实验过程中,为了验正该工艺的的可靠性,对纯棉织物进行了重现性试验,免烫整理样品的测试结果如表4所示。
表4PMA免烫整理工艺重现性实验结果
注:A为WRA(°),B为断强保留率(%),C为增重率(%)。。
通过多次重演性实验,在此工艺条件下对纯棉织物进行免烫整理,其整理样品的WRA值为:243.5、断强保留率可达到69%。
3.结论
聚多元羧酸类免烫整理剂即PMA是一种无甲醛、环保型的新一代免烫整理剂,和以BTCA为主体的免烫整理剂相比,其成本价格可以降低20%左右。使用PMA整理剂在适当的条件下,对棉织物进行免烫整理可获得良好的整理效果,其WRA值可达到243.5、断强保留率在69%以上。
参考文献
1.张济邦。多元羧酸BTCA免烫整理现状和发展趋势,印染,1999,(5):42
2.Wolch.用多元羧酸进行无甲醛耐久压烫整理,印染助剂,1995:37
3.D.Lammcrmann,MelliandToxtilber,1992,73(3),105-107
4.陆必泰等,PMA无醛防皱整理剂的合成及应用工艺研究,4RBCjq


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