改善棉织物BTGA免烫整理撕破强力保留率的研究yd20006
李春荣1 ，李富强1 ，姚金龙2 ，唐文君2 ，董霞1 ，何瑾馨1,3 1.东华大学化学化工与生物工程学院，上海201620；2.江苏省生态染整技术重点实验室，江苏南通226000；3.东华大学纺织面料技术教育部重点实验室，上海201620
投稿日期：2015-12-28
作者简介：李春荣(1991-)，男，江苏盐城人，在读研究生，主要从事棉织物功能整理的研究。
原载：染整技术2016/7;20-24
【摘要】优化了BTCA对棉织物的免烫整理工艺以提高免烫整理棉织物的撕破强力保留率。使用BTCA 60 grL、SHP
30 g／L、EDC-HC1 6 g／L，PEG200 20 g／L和TEA 20 g／L；在160℃ x 240 s的焙烘条件下交联，再用20 ，IJ的Powemofi
AE38进行柔软整理。经过该方法免烫整理的棉织物在水洗后折皱回复角为261。，撕破强力保留率达到69.6％。
【关键词】BTCA；免烫整理；撕破强力保留率；柔软剂
【中图分类号】TS 195 文献标识码：A 文章编号：1005-9350(2016)07-0020-05
BTCA是一种优秀的抗皱整理剂，经其整理后的棉织物WRA高、白度好、耐水洗色牢度高。但是，整理后的织物强力下降较多，过去人们主要研究织物的拉伸断裂强力，在实际使用中，织物被撕破的情况比较多，因此对经过BTCA整理后棉织物撕破强力的保留率成为新的研究热点。经过BTCA整理后，织物的撕破强力损失主要来自于纤维的单纤强力损失。在整理过程中，棉纤维在高温强酸的条件下强力损失，纤维内部交联后，影响了纤维大分子的滑移，降低了纤维的蠕变性能，致使单纤的强力降低。因此，想要增大织物的撕破强力保留率，一方面可以减少纤维的单纤强力损失，另一方面可以增大织物撕破时的受力三角区域 。基于这2点，在保证一定的折皱回复角的情况下，通过优化BTCA用量、催化剂用量、焙烘温度和时间、添加剂、柔软工艺等方式来提高免烫整理棉织物的撕破强力保留率。
1 试验
1.1 材料和仪器
织物：经过液氨处理的双股平纹棉织物，纱线线密度29.2 tex，经向密度196.9根／10 cm，纬向密度137.8根／10 cm，织物克重200.7 g／m (江苏联发纺织股份有限公司)。
试剂：1,2,3,4-丁烷四羧酸(BTCA)、次亚磷酸钠(sHP1、三乙醇胺flEA)、聚乙二醇200(PEG200)(化学纯，国药集团化学试剂有限公司)，1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳酰二亚胺盐酸盐(EDC-HC1，分析纯)，柔软剂Powersoft AE38(德美瓦克有机硅有限公司)，柔软剂适利坚SIO(巴斯夫中国有限公司)，柔软剂TCDC26(上海德桑精细化工有限公司)，标准洗涤剂(上海白猫专用化学品有限公司)。
仪器：ALl04型分析天平f梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司1，P-A1型轧车、M1Nl-39013型热定型机(台湾Rapia公司)，SHIRLEY弹性回复仪(美国SDL公司)，YG(B)033D型数字式撕裂仪(温州大荣纺织仪器有限公司)，650型测色配色仪(美国Datacolor公司)，TM-1000型扫描电子显微镜(日本Hitachi公司)，Ⅲ型水洗机和烘干机(美国Whirlpool公司)。
1.2 免烫整理
1.2.1 工艺流程
原布准备→二浸二轧(75％ 轧液率)→预烘(80℃ X 3 min)→焙烘→标准水洗→制测试样→平衡测试。
1.2.2 步骤
配制免烫整理液，将BTCA、SHP和其他助剂溶解于蒸馏水中。n(催化剂SHP) ：n(BTCA中羧基)=1:1[ 4]，助催化剂EDC-HC1为BTCA质量的10％，强力保护剂TEA和PEG200用量均为20 g／L。将30 cm×45 cm的棉织物进行二浸二轧(75％ 带液率)，然后在热定型机上预烘(80℃ X 3 min)和焙烘。柔软剂溶解于蒸馏水中，再次对织物进行浸轧和烘干。按照AATCC 124-2006《重复家庭水洗后织物的外观》进行水洗和烘干，测试前，整理织物试样放置在温度为(21±1)℃、湿度为(65±2)％ 的恒温恒湿箱内平衡4 h以上。所测织物的各项性能如未说明未水洗的，均为水洗后。
1.3 性能测试
1.3.1 折皱回复角
按照AATCC 66-2008《织物折皱回复性：回复角法》测定。
1.3.2 撕破强力
按照ASTM D1424-1996《冲击摆锤法测定织物的撕破强力》测定。撕破强力保留率TR计算公式：TR=T／T0×100％。式中：T0为未整理织物的撕破强力，cN；T为整理后的织物撕破强力，cN。
1.3.3 白度
按照AATCC 110-2005《纺织品的白度》测定。
1.3.4 织物表面形貌
采用扫描电子显微镜(SEM)观察整理前后的织物表面形貌。
1.3.5 整理织物酯键含量
整理后的织物用蒸馏水洗涤，洗去织物上未与纤维交联反应的整理剂。将织物烘干剪碎，精确称量0.5g左右。加入20 mL蒸馏水，用0.1 mol／L的NaOH溶液调节溶液的pH至7，再加入过量的NaOH(VT，mL)加热至沸。冷却后加入0.3 g左右的1％ 酚酞作为指示剂，用0.1 mol／L的标准HC1溶液对过量的NaOH反滴定[5](V1 mL)。以NaOH的消耗用量计算织物上酯键水解所需的NaOH量(E，mL/g)，E=(VT-V1)／m。
2 结果与讨论
2.1 棉织物免烫整理效果的影响因素
2.1.1 BTCA用量
BTCA的用量对棉织物免烫整理效果的影响见表1和图1。
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表1 BTCA用量对棉织物免烫整理效果的影响 |
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注：表中所用整理液只含有BTCA和SHP，n(催化剂SHP):n(BTCA中羧基)=1:1，180℃焙烘90 S，原布WRA=158°。 |
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图1 BTCA用量对棉织物免烫整理后WRA和TR的关系曲线 |
由图1可以看出，随着BTCA用量的增加，整理后棉织物的WRA不断增大，但是棉织物的TR却直线降低。WRA和TR 2条曲线在BTCA用量为55 g／L时相交，因此，把50～60 g／L用量的BTCA作为重点研究区间。试验采用BTCA用量60 g／L。
2.1.2 催化剂用量
催化剂对BTCA整理棉织物免烫效果的影响见表2。
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表2 不同催化剂对BTCA整理棉织物的免烫效果影响 |
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注：BTCA用量为60 g／L，180℃焙烘90s。 |
由表2可以看出，高温焙烘下，即使没有催化剂，BTCA整理后的棉织物WRA仍然有40多度的提高，加入催化剂SHP后，棉织物的WRA又能提高40°左右，而加入EDC-HC1只有20多度的提高。EDC-HC1的催化性能不如SHP。因此，将SHP作为催化剂，EDC-HCI称为助催化剂。通常认为，BTCA在与棉纤维交联时分子内脱水成酐，再与棉纤维的自由羟基成酯反应。加入催化剂后促进了BTCA的分子内脱水的反应，提高了与棉织物的交联程度，整理后织物的WRA提高。研究中，在加入催化剂SHP的情况下，加入助催化剂EDC-HCI共同促进BTCA与棉纤维的交联，结果见表3。
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表3 助催化剂EDC-HCI用量对BTCA整理棉织物的免烫效果影响 |
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注：BTCA用量为60g／L，SHP用量为30 g／L，180℃焙烘90s。 |
由表3可以看出，在加入少量助催化剂EDC-HC1时，有利于棉织物WRA的提高，当加入量过多时，织物的WRA反而降低。这可能是因为当助催化剂EDC-HC1较少时，可以促进BTCA与棉纤维的交联；EDC-HC1较多时，影响了催化剂SHP对BTCA的成酐反应速度，导致WRA降低。织物的TR持续降低，这是因为在其他条件不变的情况下，增加EDC-HCI用量时，整理液的酸性不断增加，织物在酸性条件高温焙烘时，强力损失加大，则TR降低。当助催化剂EDC-HCI用量为6 g／L时，织物的WRA最大，达到254°，TR 降低较少，为40.6％。因此，选择EDC-HCI用量6 g／L。
2.1.3 焙烘温度与时间
经过BTCA整理的棉织物，WRA有明显的提高，但是，织物的撕破强力也明显降低。为了提高织物的撕破强力保留率(TR )，首先调整织物的焙烘条件，改变焙烘条件对BTCA整理棉织物免烫效果的影响见表4。
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表4 不同焙烘条件对BTCA整理棉织物的免烫效果 |
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由表4可以看出，当焙烘90s时，降低焙烘温度，织物的TR迅速增大，但是织物的WRA急剧减少；当焙烘条件为200℃ ×90 s时，织物的TR=60.3，但是WRA只有200°，织物丧失了免烫效果。对焙烘温度150℃和160℃分别作了时间梯度，发现在150℃时，延长焙烘时间，织物的WRA有不断上升的趋势，但是当焙烘时间为300 s时，织物的WRA只有229°，还不如160℃焙烘120 s的情况。对于160℃，延长焙烘时间，织物的WRA也是不断增大的趋势，TR则不断降低。考虑到焙烘240s后，织物的WRA不再增大，而TR继续降低。当焙烘条件为160℃×240s时，织物的WRA=246°，比180℃ X 90 s的低了8°，但是其TR=53.3％，比180℃×90 s的高12.7％，因此，选择焙烘条件160℃×240 s。
2.1.4 PEG200与TEA
经过以上优化的BTCA整理棉织物的白度降低较多，加入助剂PEG200和TEA至整理液中试图提高整理后织物的白度，结果见表5。
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表5 助剂PEG200和TEA对BTCA整理棉织物白度的影响 |
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注：原布白度是137.5。 |
由表5可以看出，在整理液中加入PEG200与TEA对织物的WRA基本没有影响。加入TEA对织物的TR略有提高，只是因为TEA呈碱性，降低了织物在高温条件下的酸性降解。同时可以看出，两者对整理后织物的白度均有一定的提高，其中，PEG200的提高较多，这是由于多元醇可以作为弹性体填充在纤维与整理剂BTCA之间，减少织物的黄变。两者对白度的提高还具有叠加性，同时加入PEG200与TEA各20 g／L时，织物的白度达到了108.9，比未加时提高了13.4。
2.1.5 柔软剂的用量和工艺
由以上研究可知， 织物的WRA已经维持在250°左右了，而TR才达到55.8％，仍然较低。向整理液中添加柔软剂以期提高整理后棉织物的TR，结果见表6。
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表6 柔软剂的用量和工艺对棉织物免烫效果的影响 |
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注：一浴是指将柔软剂直接加入整理液中；二浴是指在抗皱整理做完后，柔软剂整理，工艺为二浸二轧(75％ 轧液率)→80℃×3min→水洗→烘干。 |
由表6可以看出，在整理液中加入柔软剂后，织物的WRA基本不变，而TR均大幅提高。随着柔软剂用量的增加，TR也呈增加的趋势。柔软剂均匀地包裹在棉纤维的表面，增加了纤维的柔顺平滑性能，使得棉织物在撕破过程中撕破三角区域增大，承受撕破剪切力的纤维数目增多，织物的撕破强力提高。添加柔软剂Powersoft AE38后TR超过了70％。当把柔软剂与BTCA分开整理时，整理后织物的WRA和TR均有提高[6 ]。这是因为一浴整理时，柔软剂与BTCA一起进入纤维内部，一方面柔软剂会阻碍BTCA与纤维的交联，另一方面柔软剂包裹后的纤维回弹性增加，这2个作用相抵消，使得宏观上织物的WRA基本没有变化；当进行二浴法整理时，柔软剂是在BTCA与棉纤维的交联之后再对纤维进行包裹的，不阻碍交联反应，因此，二浴法的WRA继续增大。比较二浴法整理柔软剂Powersoft AE38、适利坚S10、TCDC26 3组数据可以发现.适利坚S10更有利于WRA的增加，Powersoft AE38更有利于TR的提高，而TCDC26对于WRA和TR均弱干Powersoft AE38。当Powersoft AE38用量为20 g／L、二浴整理时，棉织物的WRA=261°，TR=69.6％。棉织物既有较好的免烫性能，又有较高的强力保留率。
2.2 BTCA与棉纤维的交联
棉织物整理前后的红外光谱图见图2。
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l-末整理；2-BTCA整理后 |
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图2整理前后织物的红外光谱图 |
由图2可以看出，经过BTCA整理的棉织物在波数为l 600 cm-1处有明显的吸收波峰，未整理的棉织物则没有这一羰基吸收峰。根据1.3.5中的测定方法，对经过整理的棉织物进行酯键含量的测定，结果见表7、
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表7整理前后棉织物含有酯键的测定 |
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注：BTcA整理的棉织物是经2.1.4中加入PEG200与 TEA整理的，所用焙烘条件为160℃×240s |
由表7可以看出，经过BTCA整理的棉织物比未整理的棉织物有明显的酯键含量。在VT之前所加入的NaOH将未反应的羧基中和，再加入的NaOH用于水解酯键，经过反滴定得到酯键含量为3.605 8 mL/g。
2.3表观形态
整理前后棉织物表观形态的变化见图3。
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a)原布 (b)整理后棉织物 |
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图3整理前后棉织的表观形态 |
图3a为经过水洗后的原布.棉纤维表面无杂质灰尘，表面无化学试剂；图3b是经优化的二浴法BTCA免烫整理后再用Powersoft AE38进行柔软整理并经过水洗，可以看到棉纤维表面有一层薄薄的化学物质包裹，这层物质就是柔软剂Powersoft AE38。被柔软剂包裹的纤维比抗皱整理后的纤维更加柔软平滑，促进了纤维的回弹性，使织物的WRA增大，也使棉织物的撕破三角区增大，织物的TR提高。
3 结论
(1)使用助催化剂EDC-HCI可以与SHP共同促进BTCA与纤维的交联反应。
(2)使用二浴法进行免烫柔软整理时，织物的WRA和TR可以同时提高。
(3)在60g/L的BTCA整理液中，加入催化剂SHP、助催化剂EDC-HCl、PEG200和TEA，160℃焙烘240s，再用Powersoft
AE38进行柔软整理，免烫棉织物的WRA为26l°，TR=69.6％。
参考文献：
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