甘油在柠檬酸抗皱整理中的应用yd12310

  张维  田勇强  杜建功   河北科技大学河北石家庄050018

收稿日期：2009-09-18

作者简介：张维(1984-)女，河北科技大学在读硕士研究生，研究方向：纺织染整助剂的研究

  原载：染整技术2010/4；30-32

 

    【摘要】以柠檬酸和甘油为原料制备无甲醛抗皱整理剂，研究不同浓度配比和不同反应时间对整理效果的影响。根据整理后棉织物的各项物理机械性能来探讨甘油与柠檬酸酯的合成反应规律，确定最佳应用工艺。

    【关键词】柠檬酸；甘油；抗皱整理；最佳工艺

【中图分类号】TS 195．2l  文献标识码：B文章编号：1005-9350(2010)04-0030-03

 

l  前言

    自20世纪90年代开始，随着人们崇尚自然和回归意识的加强，天然纤维织物特别是棉纤维越来越受到人们的青睐，免烫整理的研究也随之活跃起来。应用N-羟甲基酰胺类化合物对纯棉织物进行防皱整理，能取得比较好的效果，但在生产和使用过程中会释放甲醛，存在环保问题，所以这类树脂防皱整理剂已不能适应发展需求，开发低甲醛和无甲醛整理剂是发展趋势。目前已相继推出了一系列无甲醛整理剂[1]，如多元羧酸类整理剂、二醛类整理剂、反应性有机硅整理剂、天然高聚物壳聚糖以及其它抗皱整理剂。其中最具生命力和发展前途的是多元羧酸类整理剂，以丁烷四羧酸(BTCA)的效果最好，但是价格昂贵，影响了它的应用。柠檬酸(CA)是现在使用较多的多元羧酸整理剂，其整理效果低于BTCA，但是以CA作为酯交联剂的研究始终在进行，因为柠檬酸在多元羧酸中具有价格便宜、原料来源广等优点，又是无甲醛整理剂，符合生态和环保的要求，但存在织物泛黄和抗皱效果的耐洗牢度较差等缺陷。

    有关资料介绍在柠檬酸中加入多元醇类的添加剂(如：甘油、季戊四醇等)后可以改善织物的强力和提高织物的白度[2]，它们含有多个羟基，可能与多元羧酸的羧基和纤维素大分子上的羟基发生反应，增加交联的平均长度和支化度，从而提高交联网络的弹性，使整理品在使用中能够均匀地承担用力，从而提高织物的强力和柔韧性。而在纤维无定型区引入一定数量的羟基，增加了氢键数量，以弥补因酯化失去的氢键，从而增加了分子问的作用力。柠檬酸与甘油的酯化有可能使柠檬酸的羟基发生醚化，从而降低织物的泛黄。经过上述理论分析可以看出，甘油与柠檬酸进行酯化反应制得的整理剂，有希望改善织物的抗皱整理效果。

本文主要是用柠檬酸和甘油作为交联剂先进行一定程度酯化反应，然后配成整理剂对纯棉织物进行抗皱整理。根据整理后棉织物的各项物理机械性能(白度、折皱回复角、强力)来探讨甘油柠檬酸酯的合成反应规律及应用工艺。

2  实验部分

2.1  实验原料

  药品：柠檬酸(分析纯，天津市博迪化工厂)，甘油(分析纯，天津市永大化学试剂厂)，次磷酸钠(分析纯，天津市永大化学试剂厂)，硫酸(分析纯，天津市大茂化学试剂厂)，JFC(分析纯，天津市大茂化学试剂厂)

    织物：己退煮漂纯棉斜纹织物，50tex×62.5tex(石家庄市棉一)

    实验仪器：电子天平(上海精科天平)，白度计(温州仪器有限公司)，小样定型烘干机(上海朗高纺织设备有限公司)，SD轧车(广东省鹤山市宏发染整机械制造有限公司)，电热鼓风干燥箱(天津市泰斯特仪器有限公司)，电子织物强力机(温州大荣纺织机械标准仪器)

2.2  实验内容

2.2.1  实验流程

2.2.2  整理工艺

    配制整理液→二浸二轧(50℃，5 min；轧余率80％)→预烘(100℃，4 min)→焙烘(190℃，2min)

2.2.3  测试方法

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

2.3  实验方案

    加入甘油的目的是让一个甘油上的羟基与柠檬酸上的不同羧基反应，最好是甘油分子上的每个羟基都与一个柠檬酸分子上的一个羧基反应，尽可能保留柠檬酸上的羧基，一般认为多元羧酸分子上羧基数越多整理效果越好，而合成反应产物的结构与反应物的浓度、反应时间、反应温度有很大的关系。因此，本实验拟采取不同浓度的不同反应时间进行合成，催化剂选用硫酸，反应温度为100℃～120℃。第一步，筛选出不同浓度配比中的最佳反应时间；第二步，对第一步中各组最佳合成工艺配方进行横向比较，确定甘油与柠檬酸的最佳工艺。

3  实验结果与讨论

    (1)不同配比条件下各反应时问对抗皱整理效果的影响见表1、表2、表3。

表1  配比为1:1时不同合成时间对整理效果的影响

项目编号

1

2

原布

反应时间/h

0.5

0

-

工作液PH

2

2

8

纬向强力/N

531

545

669

强力保留率%

79.4

81.5

-

白度

81.3

82.1

84.6

WRA/°

198.5

206

158.5

从表1的实验结果可以看出，1:1时反应0.5h的1号与不反应的2号比较，其各项机械性能均相差不多，回复角稍差一点的原因可能是柠檬酸上的部分羧基与甘油发生了酯化反应，减少了可与纤维进行交联的羧基数量。根据整理效果，选定该配比下的2号为最佳配方。

表2  配比为1:2时不同合成时间对整理效果的影响

项目编号

1

2

3

原布

反应时间/h

1

0.5

0

-

工作液PH

2

2

2

8

纬向强力/N

471

467

476

633

强力保留率%

74.4

73.8

75.2

-

白度

82.4

83.2

83.4

85.8

WRA/°

189

204

203

166

从表2的实验结果可以看出，三组实验的白度与强力相差不大，说明合成物交联链的长度相当。反应O.5 h的2号，其回复角大于反应1 h的1号，其原因可能是合成物大分子上，可与纤维素分子上的羟基进行交联的羧基数量增多，并且反应时间越短，交联效果越好。综合回复角和强力的的效果，选定此配比下2号为最佳配方。

    从表3的实验结果可以看出，反应l h的1号回复角最大，整理效果最好。分析原因可能为合成反应生成了分子结构较大的线型大分子，这种线型分子抗弯曲性较好且在焙烘过程中与纤维素分子产生了良好的交联，从而使回复角得到提高。根据整理效果，综合考虑确定此配比下1号为最佳配方。

表3  配比为1:3时不同合成时间对整理效果的影响

项目编号

1

2

3

原布

反应时间/h

1

0.5

0

-

工作液PH

2

2

2

8

纬向强力/N

451

465

498

683

强力保留率%

66

68.1

72.9

-

白度

82.7

84.5

84.6

85.6

WRA/°

225.5

214

222

177

    (2)将上述三个不同摩尔比的最佳配方进行横向比较，整理效果见表4。

表4  不同摩尔比的最佳工艺对整理效果的影晌

项目编号

1

2

3

反应物的摩尔比

1:3

1:2

1:1

反应时间/h

1

0.5

0.5

工作液PH

2

2

8

纬向强力/N

466

503

577

强力保留率%

-

-

-

白度

84.1

83.6

84.3

WRA/°

221.5

218.5

191

    从表4中可看出，甘油量越少回复角越大，而强力越小，这也符合已有的研究结果。配比为1:3时的整理效果最好，这再一次证明了柠檬酸与甘油先进行一定程度的酯化，能够生成分子结构较大的线型大分子，这种线型分子比柠檬酸的抗弯曲性好，而且在焙烘过程中与纤维素分子上的羟基生成比单独使用柠檬酸更多的网状交联结构，从而改善了褶皱回复角。强力下降的原因可能为线型大分子合成产物在织物内部可反应的活动范围小，只可能与附近的棉纤维分子上的羟基发生反应。最终造成棉纤维分子之间的交联链短而匀，虽承力比较均匀但可承受的最大外力较小。

    综上所述，应选取1号实验为最佳工艺。柠檬酸与甘油在棉织物的抗皱整理中最佳工艺为：配比为1:3，反应时间1 h，反应温度100℃～120℃。

4  结论

    (1)柠檬酸可与甘油在一定条件下发生酯化反应，不同反应条件会达到不同的整理效果，不同配比之间有可能达到相近的整理效果。综合三种摩尔比的抗皱效果得出最佳工艺为：甘油与柠檬酸的配比为l:3，反应1 h，催化剂用量为0.5 mo1反应温度100℃～120℃。

    (2)甘油和柠檬酸作为原料，成本低、合成方便、应用工艺简单，增加了分子中的羧基数量，因而是有效的无甲醛抗皱整理剂，具有良好的发展空问。

5  参考文献

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[6]张伟，张艳．多元羧酸类免烫整理剂[J]染整技术，2008(30)：7～10

[7]王安平，陈克宁．棉织物防皱整理的研究和进展[J]染整技术，2005，(10)：5～8

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[9]王亚风．柠檬酸抗皱整理存在的主要问题及对策[D]天津工业大学硕士学位论文，2005

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