柠檬酸-乙二醛在棉织物防皱整理中的应用研究yd11014

于志财，杜建功，何华玲  河北科技大学，河北石家庄050018

收稿日期：2008-08-05

作者简介：于志财(1983-)，男，硕士研究生，从事纺织印染助剂的研究与开发

原载：染整技术2009/3；14-16,24

 

    【摘要】采用柠檬酸与乙二醛混合反应，使乙二醛与柠檬酸上的羟基发生反应形成新的交联剂，然后对棉织物进行防皱整理。分析了混合整理剂的用量、硝酸钠的用量、焙烘温度和时间等因素对整理效果的影响，并最终确定了整理工艺的最佳条件。

    【关键词】防皱整理；柠檬酸；无甲醛；强力保留率

【中图分类号】TSl95.55  文献标识码：A  文章编号：1005-9350(2009)03-0014-03

 

    长期以来，棉织物的防皱整理剂主要使用N-羟甲基化合物，但存在甲醛释放的问题。多元羧酸作为一种无甲醛防皱整理剂，已受到普遍关注。其中，柠檬酸作为一种多元酸防皱整理剂，与其它多元酸相比，因其价格低廉、毒性低等优点受到人们的广泛关注。但是柠檬酸的缺点是整理后织物的折皱回复角与2D树脂相比较小，而且在焙烘后织物泛黄比较严重，这些缺点限制了柠檬酸在棉织物防皱整理中广泛应用[1-3]。

    乙二醛也是一种无甲醛整理剂，能够提高棉织物的折皱回复角，但是低浓度的乙二醛会对棉织物造成很大的强力损失，并且价格比较高[5-10]。但乙二醛的醛基比较活泼，在一定的条件下可以与柠檬酸上的羟基发生反应，产生新的交联剂用于防皱整理。这样不但能够降低柠檬酸上的羟基在焙烘时引起的泛黄程度，还可以大幅度提高织物的折皱回复角。

    本实验拟讨论乙二醛-柠檬酸作为混合交联剂对棉织物进行防皱整理。分析了多种因素对棉织物防皱整理工艺及其他性能的影响，并测试织物的耐洗性能。

1  试验

1-1  材料、药品及仪器

    材料：经退煮漂的斜纹棉机织物，规格为50tex×62.5 tex，500根/dm×240根／dm

    药品：柠檬酸、乙二醛、硝酸钠、次亚磷酸钠、氯化镁(MgCl2·6H20)，均为分析纯；JFC（工业级)。

    仪器：ZBD型白度仪，YG026A型电子织物强力机，YG(B)54lD-I型全自动数字式织物折皱弹性仪。

1-2  实验方法

1-2-1  反应机理

    乙二醛的两个醛基是个强极性基团，碳显较强的正电性，因而易与亲核试剂反应，而柠檬酸中羟基上的氧具有孤对电子，有较强的亲核性，氧以及孤对电子进攻羰基碳形成半缩醛，或进一步反应形成缩醛。这样柠檬酸上的羟基与乙二醛反应会形成一种新的交联剂。

1-2-2  柠檬酸-乙二醛整理剂的制备

    分别称取一定质量的柠檬酸与乙二醛(柠檬酸与乙二醛的摩尔比为4:1)，置于50℃的恒温水浴锅中，进行4 h的反应，使反应充分，即得到柠檬酸-乙二醛的交联剂。

1-2-3  工艺流程

    浸轧工作[自制的柠檬酸-乙二醛无甲醛整理剂(41.9％)，硝酸钠0～4 g／L]→浸轧(二浸二轧，轧余率80％)→预烘(100℃，3min)→焙烘。

1-3  测试方法

    断裂强力：按GB／T3923.1-1997法测试：折皱回复角(T+W)：按CB／T3819—1997法测试；白度：采用白度仪测试。

2  结果与讨论

2-1  催化剂的选择

表1  不同催化剂对整理织物性能的影响

试验编号

催化剂名称

回复角（°）

白度

强力/N

强力保留率%

1

硝酸钠

208

78.4

834

58

2

次亚磷酸钠

199

59.2

904

63

3

氯化镁

205

72.8

36.5

26

4

柠檬酸钠

190

79.0

914

64

5

多聚磷酸钠

182

77.3

949

67

    注：交联剂用量为6％、JFC 0.2％、焙烘温度为160℃、焙烘时间为90 s

    由表1可以看出，使用次亚磷酸钠整理后织物的强力保留率较高，但是白度较差。次亚磷酸钠的价格较高，而且作为含磷催化剂，对环境是有污染的，因此不考虑使用次亚磷酸钠作为催化剂。使用氯化镁后织物的折皱回复角较高，但是强力损失严重，仅剩26％，故不可使用。使用柠檬酸钠和多聚磷酸钠时，整理后织物的强力保留率和白度均较好，但是回复角太低，无法达到理想的防皱效果，所以也不能采用。使用硝酸钠时，强力保留率稍低，但是整理后织物的防皱效果和白度均较好。所以采用硝酸钠作为整理剂的催化剂。

2-2  整理剂用量对织物性能的影响

表2 不同用量的整理剂对整理织物性能的影响

整理剂%

断裂强力/N

断裂保留率%

折皱回复角（°）

白度

0

1428

100.0

125

81.9

3

923

64.6

168

79.8

5

850

59.5

196

79.6

6

830

58.1

201

79.4

7

816

57.1

206

79.0

8

810

56.7

216

78.8

9

808

56.6

214

78.6

10

806

56.5

212

78.5

    注：催化剂用量为2％、JFC  0.2％、焙烘温度为160℃、焙烘时间为150 s

    由表2可以看出，在整理剂用量为3％～8％时，随着整理剂用量的增加，棉织物的折皱回复角得到了明显的提高，整理织物的断强保留率和白度有所下降。这是因为合成的混合整理剂可与棉纤维大分子上的羟基发生酯化和醚化反应，在纤维内部形成网状交联结构，阻碍大分子间的相对滑动，从而提高织物的折皱回复角。同时由于共价交联，使纤维受外力后均匀分配外力的能力下降，易造成应力集中，大分子链更容易断裂，因而断裂强力下降。其用量超过8％后，折皱回复角增加变小，原因可能是因为过量的整理剂会有一部分沉积在被整理织物表面，表面树脂过多使弹性略有下降。综合考虑，整理剂的最佳用量以8％为宜。

2-3  催化剂的用量对织物性能的影响

表3  催化剂的用量对织物性能的影响

硝酸钠%

断裂强力/N

断裂保留率%

折皱回复角（°）

白度

0

840

58.8

205

79.8

2

810

56.7

220

78.8

3

798

55.9

222

78.4

4

790

55.3

224

77.4

5

800

56.0

221

75.2

    注：交联剂用量为8％、JFC O.2％、焙烘温度为160℃、焙烘时间为150 s

    由表3可以看出，随着硝酸钠用量的增加，整理织物的的折皱回复角提高，当用量达到4％时达到最大值，此后再增加催化剂的用量，折皱回复角几乎维持最大值不再增加，而强力保留率却有所增加，这是因为硝酸钠在焙烘过程中，能释放出碱性物质，以中和多元酸高温时释放出的酸，减轻了对织物的损伤。白度随着催化剂用量的增加而下降，主要原冈是因为整理剂中的乙二醛与硝酸钠在焙烘过程中会产生泛黄。通过综合考虑各项性能，硝酸钠的用量以3％为宜。

2-4  焙烘温度对织物性能的影响

表4  焙烘温度对织物的影响

焙烘温度℃

断裂强力/N

断裂保留率%

折皱回复角（°）

白度

-

1428

100.0

125

81.9

150

860

60.2

201

80.0

160

810

56.7

219

78.7

170

780

54.6

220

73.2

180

747

52.3

224

62.4

    注：交联剂用量为8％、JFC  0.2％、催化剂用量为3％、焙烘时间为150 s

    由表4可以看出，随着焙烘温度的升高，织物的折皱回复角提高，但断裂强力和白度下降。但在160℃时白度还是很不错的，比单独使用柠檬酸的白度要白(单独使用柠檬酸的白度为77)。白度的变化趋势为：随着温度的升高白度下降，160℃时，白度开始下降，说明高温条件对于织物的泛黄起到促进作用，尤其当温度到达180℃时，织物白度值很低。除高温使纤维素氧化带来织物白度的下降外，由于硝酸钠是含氮催化剂，造成温度较高时织物产生泛黄。综合各项性能，焙烘温度以160℃为宜。

2-5  焙烘时间对织物性能的影响

表5  焙烘时间对织物性能的影响

焙烘时间s

断裂强力/N

断裂保留率%

折皱回复角（°）

白度

-

1428

100.0

125

81.9

90

900

63.0

190

81.4

120

828

57.9

195

80.8

150

800

56.0

219

79.4

180

754

52.8

224

78.8

    注：交联剂用量为8％、JFC 0.2％、催化剂用量为3％、焙烘温度为160℃

    由表5可以看出，焙烘时间增加，织物的折皱回复角提高，而织物的白度和断裂强力下降。这是因为焙烘时间的增加，整理剂与纤维大分子的反应也越充分，织物的防皱性能提高，但对织物的白度和断裂强力有较大的影响，因而最佳的焙烘时问以150 s为宜。

2-6  合成的整理剂与其它整理剂的比较

以上述优化工艺对棉织物整理后与柠檬酸和2D树脂整理的棉织物进行比较，结果见表6。

表6  合成的整理剂与2D树脂和柠檬酸的比较

整理剂类别

断裂强力/N

断裂保留率%

折皱回复角（°）

白度

未整理原布

1428

100.0

125

81.9

柠檬酸处理

1095

76.8

174

77.6

合成交联剂

798

55.8

224

79.0

2D树脂

789

55.3

222

79.3

    注：交联剂用量为8％、催化剂用量为3％、焙烘温度为160℃、焙烘时间为150 s

    由表6可以看出，当用量相同时，合成交联剂整理后织物的折皱回复角较原布和单独用柠檬酸都有大幅提高，白度较单独使用柠檬酸略有升高，说明合成交联剂起到了改善柠檬酸白度的作用。总体上讲，合成的交联剂实现了改善柠檬酸防皱性能的目的。与2D树脂相比，合成的整理剂各种指标都高于2D树脂，而且白度也相近，从上述数据证明，这种整理剂完全可以取代2D树脂。

2-7  织物的耐洗性能

    以合成的整理剂在最佳工艺条件下整理的棉织物与经柠檬酸酸整理的棉织物对比，测试耐水洗性，下表为水洗后使回复角降低20°的最少水洗次数。

表7  使回复角降低20°的最少水洗次数

整理剂

折皱回复角（°）

白度

最少水洗次数

柠檬酸

174

77.6

18

合成整理剂

224

79.0

30

    注：整理剂用量为8％、催化剂为3％、焙烘温度为160℃焙烘时间为150 s

    由表7我们可以看出，在柠檬酸中加入乙二醛反应后，能明显提高棉织物的折皱回复角和耐水洗性能。原因是因为乙二醛与柠檬酸中的羟基反应，得到了一个更大的多元酸，这样连续反应的结果是得到一个具有更多反应基团的枝蔓状产物，扩大了与纤维的交联，提高了织物的耐洗性能。

3  结论

    (1)用柠檬酸与乙二醛合成反应后的混合整理剂对棉织物进行防皱整理，其防皱效果比单独使用柠檬酸效果要显著得多，且白度、断裂强力保留率和耐水洗性能良好。

    (2)合成的自制整理剂的最佳整理工艺条件：整理剂用量为8％，硝酸钠3％，JFC O.2％，焙烘温度为160℃，焙烘时间为150 s。

4  参考文献

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[2]王菊生，孙铠．染整工艺原理(二)[M]北京,中国纺织出版社，2005

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[7]曹万里,无甲醛整理研究现状及问题探讨[J]丝绸,2001,06;15-17

[8]王学杰 许炯，我国纺织品免烫整理的研究现状[J]2003,科学研究，1999,(9);23-25

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[10]叶金鑫，棉织物用柠檬酸耐久压烫整理的泛黄问题[J]丝绸技术，2006,(11);45-47