棉织物抗菌免烫多功能整理二艺研究
朱平，吕海宁，王炳，隋淑英 (青岛大学，山东青岛 266071)
原载：《染整技术》2003/4期p1-4
摘要 研究壳聚糖与多元羧酸混合对棉织物进行整理的工艺条件，分析其混合比及整理工艺条件对整理效果的影响。就整理后棉织物的免烫性能和白度而言，壳聚糖与丁烷四羧酸要优于与柠檬酸混合整理，但后者成本要低。壳聚糖与多元羧酸混合对棉织物整理具有无甲醛释放、抗菌免烫多功能效果，是一种较理想的绿色整理工艺。
关键词：壳聚糖;丁烷四羧酸:柠檬酸;抗菌免烫整理
中图分类号:T5195.55 文献标识码:A 文章编号:1005-9350(2003)04-0001-04
壳聚糖是白色无定型、半透明、略有珍珠色泽的固体，在稀酸中，壳聚糖主链会缓慢水解，溶液的粘度逐渐降低。因制备工艺条件和需求的不同，壳聚糖相对分子量也从数十万至数百万不等，脱乙酰度由60%至100%不等。脱乙酰度和平均分子量是其两项主要性能指标。壳聚糖资源丰富、生物可降解、吸收性能好、安全无毒，因此应用研究十分活跃[1]。
近几年来，也有不少利用壳聚糖及其衍生物作为纺织染整助剂的报道[2]。我们研究了壳聚糖与丁烷四羧酸及柠檬酸对棉织物的整理工艺，开发出了绿色抗菌免烫多功能棉织物。
1 实验与结果
1·1 实验材料及药品、仪器
实验材料及药品:织物采用经退浆、煮练、漂白后的21×21 60×50纯棉布(青岛装饰布总厂);壳聚糖 (脱乙酰度85%左右，分子量约8万-10万，青岛海汇生物工程有限公司)，壳聚糖醋酸溶液(1%)粘度为120×10-3Pa·s(20℃);丁烷四羧酸(BTCA，工业品);柠檬酸(CA，CP);次磷酸钠(AR);润湿剂JFC(I业品)等。
实验及测试仪器:实验小轧车;烘箱;LFY-l织物折皱回复性测试仪;撕破强力测试仪等。
1·2 测试标准及方法
织物的折皱回复角、撕破强力及抑菌性能分别
按AATCC Test Method 66-1998、GB3919-83、AATCC100-1999标准进行。
1·3 实验与结果
1·3·1 壳聚糖与丁烷四羧酸同浴多功能整理
1·3·1·1 不同混合比对免烫效果的影响
用1%的醋酸溶解CTA配成3%的壳聚糖溶液，以不同比例与BTCA混合，总量为1OOg/L，NaH2P02 40g/l，对织物进行整理。工艺流程:
浸轧(二浸二轧，轧余率100%)→预烘(80℃ 5min) →焙烘(160℃ 3min)实验结果见表1。
表l CTA与BTCA不同混合比的%晌
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CAT(3%) :BTCA |
折皱回复角(°) |
撕破强力(cN) |
|||
|
W |
T |
W+T |
W |
T |
|
|
3︰1 2.5︰1 2︰1 1.5︰1 1︰1 1︰1.5 1︰2 l︰2.5 1︰3 |
109 108 112 125 131 132 128 127 127 |
107 112 117 119 133 133 126 128 139 |
216 220 229 244 264 265 254 255 266 |
1180 1305 1202 1186 1139 1040 1020 960 1020 |
1236 1220 1150 1136 1172 980 960 868 760 |
由表l可以看出，随整理液中BTCA浓度的增大，织物的折皱回复角增大，但强力损伤的程度也越大，综合比较，CTA溶液与BTCA的比例为1:l时，免烫效果较好。
1·3·1·2 焙烘温度对免烫效果的影响
CTA溶液与BTCA混合比为l:l，NaH2PO2(40g/l)
为催化剂对织物进行整理，分别在150℃和160℃焙烘3min，170℃、180℃和190℃焙烘1.5min，其他条件同1·3，1·1，实验结果见表2。
表2 不同焙烘温度的影晌
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焙烘温度（℃） |
折皱回复角（°） |
撕破强力（cN） |
|||
|
W |
T |
W+T |
W |
T |
|
|
l50 160 170 l80 190 |
114 126 240 130 127 257 129 128 257 138 131 269 139 138 277 |
1330 1384 1268 1264 944 1198 972 960 964 818 |
|||
由表2可以看出，随着焙烘温度的升高，折皱回复角逐渐增大，撕破强力逐渐降低。焙烘温度为160℃时综合效果较好。
1·3·1·3 焙烘时间对免烫效果的影响
CTA溶液与BTCA混合比为l:l，NaH2PO2(40g/l)为催化剂对织物进行整理，在160℃下分别焙烘60s、90s、120s、150s、180s，其他条件同
1·3·1·1，实验结果见表3。
表3 不同焙烘时间的影晌
|
焙烘温度（℃） |
折皱回复角（°） |
撕破强力（cN） |
|||
|
W |
T |
W+T |
W |
T |
|
|
60 90 120 150 180 |
85 115 119 129 131 |
80 106 120 125 129 |
165 221 239 254 260 |
1412 1370 1139 1119 1096 |
1480 1346 1072 1052 1008 |
由表3可以看出，焙烘时间愈长，织物的折皱回复角愈大，织物的强力愈低。焙烘时间在150-180s时各项指标较好。
1·3·2 壳聚糖与柠檬酸同浴多功能整理
1·3，2·1 不同混合比对免烫效果的影响
用1%的醋酸溶解壳聚糖，配成3%的壳聚糖溶液，将其与柠檬酸混合，总量为lOOg/L，NaH2PO2(40g/l)作催化剂，整理工艺条件同1·3·1·1，实验结果见表4。
表4 CTA与CA不同;昆合比的彤p向
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CAT(3%) ︰CA |
折皱回复角（°） |
撕破强力（cN） |
|||
|
W |
T |
W+T |
W |
T |
|
|
3︰1 2.5︰1 2︰1 1.5︰1 1︰1 1︰1.5 1︰2 l︰2.5 1︰3 |
104 93 112 115 113 122 122 119 120 |
113 94 107 113 123 123 120 129 121 |
217 187 219 228 236 245 242 248 241 |
1452 1212 1104 1610 1350 1274 1268 1152 1104 |
1372 1114 1130 1314 1214 1086 1030 980 1100 |
由表4可以看出，随整理液中柠檬酸浓度的增大，织物的折皱回复角增大，综合考虑弹性和强力，壳聚糖溶液与柠檬酸的比例为1:1.5时性能较好。
1·3·2·2 焙烘温度对免烫效果的影响
壳聚糖溶液与柠檬酸比例为1:1.5，NaH2PO2(40g/l)作催化剂对织物进行整理，分别在150℃和160℃焙烘3min，170℃、180℃和190℃焙烘1.5min，其他条件同1·3·1·1，实验结果见表5。
表5 不同焙烘温度的影响
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焙烘温度（℃） |
折皱回复角（°） |
撕破强力（cN） |
|||
|
W |
T |
W+T |
W |
T |
|
|
150 160 170 180 190 |
108 122 133 139 146 |
111 123 134 138 135 |
220 245 267 277 281 |
1338 1274 1020 1012 786 |
1368 1068 952 918 706 |
由表5可以看出，焙烘温度愈高，织物折皱回复性愈好，撕破强力愈低。温度太高，织物泛黄严重。焙烘温度为160℃，3min和l70℃，1.5min时可以取得较好的效果。
1·3·2·3 焙烘时间对免烫效果的影响
壳聚糖溶液与柠檬酸比为1:1.5，NaH2PO2(40g/l)作催化剂对织物进行整理，分别在160℃下分别焙烘60s、90s、120s、150s、180s，其他条件同1·3·1·1，实验结果见表6。
由表6可以看出，焙烘时间愈长，免烫效果愈
好，强力损失愈严重，同时织物泛黄的程度愈严重。焙烘时间为120一150s时较好。
表6 不同焙烘时间的影晌
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焙烘温度（℃） |
折皱回复角（°） |
撕破强力（cN） |
|||
|
W |
T |
W+T |
W |
T |
|
|
60 90 120 150 180 |
ll4 ll8 l20 l27 l34 |
ll0 ll7 l23 l3l l34 |
224 235 243 258 268 |
1342 1302 1142 1082 960 |
1406 1332 1020 1096 888 |
1·3·3 壳聚糖与多元羧酸整理织物的抑菌性
在美国加州大学戴维斯分校纺织实验室测试了整理织物的抑菌性。测试菌种为大肠杆菌(E-Coli)，水洗条件按美国AATCC Test Method 61-1996进行，实验结果见表7。
表7 整理织物的抑菌性 (抑菌率，%)
|
水洗次数 |
0 |
1 |
5 |
10 |
20 |
30 |
50 |
|
CTA+BTCA |
100 |
91 |
87 |
55 |
77 |
76 |
62 |
|
CTA+CA |
100 |
90 |
88 |
82 |
80 |
72 |
61 |
2 讨论
壳聚糖与多元羧酸混合对棉织物进行整理时，在焙烘过程中，多元羧酸与纤维素大分子发生酰化反应，也与壳聚糖的烃基发生酯化反应，从而通过分子间的酰键与织物和壳聚糖发生交联。游离羧酸的羧基也会与壳聚糖的氨基形成酰胺键，这些酯键和酰胺键使壳聚糖牢固地固着在织物上。壳聚糖在整理浴配方中所占比例愈大，织物的强力损失愈小。多元羧酸比例愈大，强力损失越大，交联反应越充分。但同时酸对纤维素及壳聚糖分子中甙键的水解起催化作用，也造成织物的强力下降。BTCA有四个羧基，与纤维素及壳聚糖至少有三官能团交联，故而免烫效果较好。而CA是一个三官能团羧酸，当CA分子中间的羧基发生酰化后，酰化的CA分子不
能形成另一环酐中间体，因而不能进一步酰化形成第二个酰键(只有当一个端羧基被酰化时，CA分子才能在二者之间形成有效的交联)，且CA分子中的烃基妨碍了CA与棉纤维和壳聚糖的酰化，因此，CA的交联效果不如BTCA。
壳聚糖与多元羧酸混合所占比例越大，其折皱回复效果越不明显，这也可能归因于整理浴中壳聚糖数量的增加，使整理浴的粘度增加，这样阻止了反应剂分子渗透进人纤维，因而降低了交联反应的程度。
织物用整理剂进行整理后，不可避免地要产生强力损失，但损失要有一定限度，通常强力保持要求在60%以上。如果强力损失过大，则织物服用性能受到影响，就失去了对它们进行整理的意义。壳聚糖加入到整理浴配方中，对织物的免烫效果影响不显著，但对织物的物理机械性能有明显的改善，抑制了多元羧酸整理对织物撕破强度的损伤。
NaH2PO2是已知的有效的催化剂，但其成本较高，且在大多数硫化染料和某些活性染料中，还会引起一些色泽变化。
一定条件下，焙烘温度愈高，焙烘时间愈长，织物的折皱回复性愈大。多元羧酸分子有较大的可及度。多元羧酸与壳聚糖混合整理后，织物白度明显下降。CA泛黄程度大于BTCA，可能与CA羟基的存在有关。
3 结论
3·I CAT与BTCA混合对棉织物整理可以获得抗菌免烫多功能整理效果。CAT与BTCA比例为1:1时，NaH2PO2 (40g/L)作催化剂，160℃焙烘150-180s，可获得较好的免烫性能。
3·2 CAT与CA混合对棉织物整理同样可以获得抗菌免烫多功能整理效果。CAT与CA混合比例为1:1，5时，NaH2PO2(40g/L)作催化剂，160-170℃焙烘120-150s，可获得较好的免烫性能。
3·3 CAT与BTCA和CA以同样比例混合，BTCA整理织物的免烫效果比CA好，且泛黄程度较小。但BTCA成本较高。
3·4 CAT与BTCA和CA混合整理棉织物，可以获得较好的抗菌防臭性，水洗50次后织物的抑菌率仍可达60%以上。
3·5 从环保和经济两方面考虑，CAT与BTCA和CA混合整理获得抗菌免烫多功能棉织物，是一种比较理想的绿色整理工艺。
4 参考文献
[1]Majeti N.V.Ravi Kumar.A review Of Chitin and Chitosan applications[J].Reactive & Functional Polymers，2000(46):1-27
[2]高燕，李效玉.甲壳素及其衍生物在纺织工业中的应用[J]纺织科学研究，1998(3):7-10
(3)王蔚，陈建勇等.壳聚糖在纺织品抗菌整理中的应用研究[J]浙江丝绸工学院学报，1996(6):1-5
(4)叶金蠢.壳聚糖在纺织品染整加工中的应用[J]丝绸技术，1999(7):22-28
(5)关立平，陈维梁.羊毛壳聚糖处理及缩绒性能研究[J]毛纺科技，1999(3):41-45
(收稿日期 2003-02-24)