乙二醛/水溶性酯Y在純棉織物防皺整理中的應(yīng)用研究

宋道會，杜建功，梁鵬飛

( 河北科技大學(xué)，河北 石家莊 050018)

純棉織物作為天然面料產(chǎn)品，因其具有手感柔軟，穿著舒適，透氣性好等優(yōu)點而倍受消費者青睞。但經(jīng)過水洗和穿著后易起皺、變形，因此常常需要對純棉服裝進(jìn)行防皺整理。目前公認(rèn)的防皺效果最好的防皺整理劑是2D樹脂，但不論是在整理的過程中還是整理后的織物都會釋放出甲醛，嚴(yán)重危害生產(chǎn)者和消費者的健康[1]。隨著環(huán)保和健康意識的增強(qiáng)，人們越來越重視棉織物上的甲醛問題，越來越多的轉(zhuǎn)向無甲醛整理劑的研究，因此傳統(tǒng)的抗皺整理劑受到了很大的挑戰(zhàn)[2]。低甲醛和無甲醛防皺整理劑的研究是目前科研工作的重點和熱點。目前，對乙二醛的研究最多，認(rèn)為乙二醛最優(yōu)可替代傳統(tǒng)的防皺整理劑, 乙二醛作為無甲醛織物抗皺整理劑具有很大的發(fā)展和研究空間[3]。余燕平等〔4〕的研究表明，純棉織物用乙二醛整理后的織物強(qiáng)力損失嚴(yán)重。張維、李鵬飛等〔5〕的研究表明，用檸檬酸-乙二醇體系的防皺整理劑整理純棉織物，整理效果不甚理想。于志財、何華玲等〔6〕的研究表明，用檸檬酸-乙二醛整理后的織物褶皺回復(fù)角有明顯的提高，但是強(qiáng)力下降嚴(yán)重。本實驗基于前人對無甲醛防皺整理研究的不足，制備出一種水溶性酯Y，使其在整理中彌補乙二醛的缺陷，從而達(dá)到很好的整理效果。重點研究了乙二醛/水溶性酯Y無甲醛防皺整理劑整理的最優(yōu)工藝；防皺整理后純棉織物的水洗牢度；與醚化2D樹脂對比的效果以及防皺理論。

1 理論基礎(chǔ)

根據(jù)纖維孔道理論可以知道纖維分子表面含有很多大小不規(guī)則孔道，如果要想跟纖維發(fā)生交聯(lián)，必須選擇適合孔道大小的水溶性酯。前期實驗基于此理論合成出水溶性酯Y。水溶性酯Y是多官能團(tuán)分子，分子質(zhì)量較大，能夠在間距較大的纖維素分子間形成交聯(lián)，或沉積在纖維素分子間，從而達(dá)到防皺效果，而且可以減小整理后織物的強(qiáng)降。但是由于其分子較大，空間阻礙也較大，不能進(jìn)入纖維素分子間較小的孔隙中，因此，其交聯(lián)程度降低，只使用水溶性酯作為整理劑時，整理效果也不太理想。當(dāng)乙二醛與水溶性酯Y配合對織物進(jìn)行整理時，乙二醛彌補了水溶性酯Y交聯(lián)程度低的缺點，水溶性酯Y彌補了乙二醛強(qiáng)力損失嚴(yán)重的缺點，二者相互彌補，能夠使織物達(dá)到較好的防皺效果。

2 實驗部分

2.1 材料、藥品及儀器

材料：純棉退煮漂斜紋織物(石家莊第一棉紡廠)，規(guī)格為500根/10 cm×240根/10 cm。

藥品：乙二醛(40%，天津博迪化工股份有限公司)、水溶性酯Y(100%，自制合成)、JFC(100%，石家莊市環(huán)城生物化工廠)、檸檬酸(100%，天津恒興試劑制造有限公司)、硼酸(99.9%，河北省保定化學(xué)試劑廠)、冰乙酸(99.8%，中國醫(yī)藥集團(tuán)上?；瘜W(xué)試劑廠)、磷酸(85%, 天津市河?xùn)|區(qū)紅光試劑廠)、草酸(99.5%, 石家莊市化工研究所)。

儀器：J&X SD軋車(廣東省鶴山市宏發(fā)染整機(jī)械制造有限公司)、101-0型電熱鼓風(fēng)干燥箱(天津市泰斯特儀器有限公司)、LD-360B小樣定型烘干機(jī)(上海朗高紡織設(shè)備有限公司)、YG(B)026D-250電子織物強(qiáng)力機(jī)(溫州大榮紡織機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)儀器廠)、WSB-Ⅱ 白度計(溫州儀器儀表有限公司)、M510織物折痕回復(fù)性測定儀(青島山紡儀器有限公司)。

2.2 工藝流程

初選工藝為：兩浸兩軋(軋余率80%，5 min)→預(yù)烘(105 min)→焙烘(160 ℃，3 min)。

2.3 測試方法

斷裂強(qiáng)力：按GB/T3923.1-1997紡織品/織物拉伸性能，第一部分：斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長率的測定—條樣法測試；白度：采用白度儀測試；折皺回復(fù)角：(T+W)：按GB/T3819-1997紡織品/織物折痕回復(fù)性的測定—回復(fù)角法測試。

3 結(jié)果與討論

3.1 乙二醛質(zhì)量濃度對防皺效果的影響

表1 乙二醛質(zhì)量濃度對防皺效果的影響

注：交聯(lián)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7% 、JFC質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.2%、焙烘溫度160 ℃、焙烘時間3 min。

由表1可知，隨著乙二醛質(zhì)量濃度的增加，折皺回復(fù)角逐漸升高，強(qiáng)力逐漸降低，白度稍有升高，這是因為：乙二醛比水溶性酯Y的反應(yīng)活性大，隨著乙二醛用量的升高，纖維素分子間的交聯(lián)程度提高，因此折皺回復(fù)角逐漸升高；又因為強(qiáng)力與交聯(lián)程度呈負(fù)相關(guān)，因此織物強(qiáng)力逐漸降低。但是當(dāng)整理劑全部用乙二醛時，織物的回復(fù)角反而降低。產(chǎn)生這個現(xiàn)象可以解釋為：原先被分子鏈長的水溶性酯Y交聯(lián)的部位被空缺了下來，這樣就相當(dāng)于減少了交聯(lián)度，回復(fù)角自然而然會降低。

通過以上數(shù)據(jù)，選取第五組數(shù)據(jù)(乙二醛與水溶性酯Y的質(zhì)量比例為4 ∶3)作為最佳配比。

3.2 整理劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)對防皺效果的影響

由表2可知, 當(dāng)酯醛的比例不變時，隨著整理劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的提高，織物強(qiáng)力逐漸下降，折皺回復(fù)角逐漸上升，織物白度無太大變化。產(chǎn)生這一現(xiàn)象，是因為隨著整理劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，整理劑與纖維素的交聯(lián)程度逐漸增加，從而使織物的折皺回復(fù)角逐漸增加。所以, 整理液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)選用7%為宜。

表2 整理劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)對防皺效果的影響

3.3 催化劑的選擇

由于水溶性酯對金屬離子比較敏感，當(dāng)使用鹽做催化劑時，會析出部分絮狀物。故本次實驗選用的催化劑均為酸性催化劑。

由表3可知，當(dāng)使用檸檬酸做催化劑時，折皺回復(fù)角較高，強(qiáng)力較高，白度下降也較少。由此可以看出檸檬酸對乙二醛/水溶性酯Y體系的催化活性較高。所以綜合各種因素選取檸檬酸作為催化劑。

表3 不同催化劑對防皺整理效果的影響

3.4 催化劑質(zhì)量濃度對防皺效果的影響

由表4可知，隨著催化劑質(zhì)量濃度的增加白度變化不大，回復(fù)角逐漸增加到一定程度就有所下降。這可能是因為當(dāng)催化劑達(dá)到最大的催化效力后，沉積在纖維表面，影響了腳鏈效果。

表4 催化劑質(zhì)量濃度對防皺整理效果的影響

3.5 焙烘溫度和時間對防皺效果的影響

由表5可知，當(dāng)焙烘時間一定時，隨著焙烘溫度的提高折皺回復(fù)角有所提升，強(qiáng)力下降，這主要是因為隨著溫度的升高交聯(lián)劑與纖維發(fā)生交聯(lián)的程度逐漸提高。強(qiáng)力和交聯(lián)程度程負(fù)相關(guān)，因此強(qiáng)力會下降。而白度也有所下降但是不明顯。 當(dāng)焙烘溫度為180 ℃，焙烘時間為3 min時，泛黃嚴(yán)重說明高溫對織物泛黃起到了促進(jìn)作用，還有可能是檸檬酸在高溫作用下形成了烏頭酸的緣故。

當(dāng)焙烘溫度為160 ℃、時間為2 min時回復(fù)角達(dá)到最大，此時的強(qiáng)力保留率也比較高，白度下降也不明顯。因此選擇焙烘溫度160 ℃、焙烘時間2 min作為最佳整理工藝。

表5 焙烘溫度和時間對防皺整理效果的影響

(續(xù)表5)

3.6 乙二醛/水溶性酯Y與醚化2D樹脂整理效果對比

乙二醛/水溶性酯Y與醚化2D樹脂整理效果對比見表6。

表6 新型防皺整理劑與醚化2D樹脂對比

從表6可見, 乙二醛/水溶性酯Y整理劑整理的棉織物的折皺回復(fù)角比醚化2D的要好，強(qiáng)力比醚化2D樹脂的差，白度差別不大，說明乙二醛水溶性酯防皺整理效果比2D樹酯的整理效果好。這可能是由于乙二醛/水溶性酯Y配合后的整理劑與棉纖維有很高的交聯(lián)度。另外遵循纖維的孔道理論，整理劑能進(jìn)入到纖維內(nèi)部，并且能找到與分子鏈長短合適的部位進(jìn)行交聯(lián)，導(dǎo)致強(qiáng)力不至嚴(yán)重下降。

3.7 整理后織物的水洗牢度

鑒于實驗中使用的水溶性酯Y遇可溶性鹽會產(chǎn)生沉淀這一性質(zhì)，用自來水或含鹽離子的水對整理后的織物進(jìn)行水洗，可以使水溶性酯Y在織物上形成不溶物，沉積在織物上，從而增加防皺效果以及提高耐水洗牢度。

對織物進(jìn)行整理后，用自來水對織物進(jìn)行水洗，測定了整理后織物水洗次數(shù)分別為0、5、10、

20、30、50次時織物的折皺回復(fù)角、強(qiáng)力和白度，結(jié)果見表7。

表7 整理后織物的耐水洗牢度測試

由表7可見, 隨著水洗次數(shù)的增加，織物強(qiáng)力逐漸升高，回復(fù)角逐漸降低，織物白度稍有升高。產(chǎn)生這個現(xiàn)象可以解釋為：纖維強(qiáng)力的降低主要是由于兩方面的原因，其一是整理劑與纖維素產(chǎn)生交聯(lián)導(dǎo)致應(yīng)力分布不均勻；其二是因為溶液程酸性，對棉纖維產(chǎn)生降解。前者強(qiáng)力下降是可逆的，當(dāng)整理后的織物經(jīng)多次水洗后，由于交聯(lián)酯鍵的逐漸水解斷裂，織物的強(qiáng)力會隨之有所回升，同時折皺回復(fù)角會有所下降。從表面可以直觀的看出，當(dāng)水洗30次的時候折皺回復(fù)角下降仍不很明顯，只有4.3°，但是當(dāng)水洗次數(shù)為50次的時候折皺回復(fù)角已經(jīng)出現(xiàn)明顯下降。這說明交聯(lián)酯鍵的水解程度比較大。但是水洗30次變化不是很明顯說明水洗牢度比較高，原因是因為乙二醛與水溶性酯Y的羥基反應(yīng)，得到了一個更大的交聯(lián)劑，這樣連續(xù)反應(yīng)的結(jié)果是得到一個具有更多反應(yīng)基團(tuán)的枝蔓狀產(chǎn)物，擴(kuò)大了與纖維的交聯(lián)，提高了織物的耐洗性能。

4 結(jié)論

(1)乙二醛/水溶性酯Y無甲醛防皺整理劑對純棉防鄒整理最優(yōu)工藝：乙二醛與水溶性酯Y的質(zhì)量比例為4 ∶3，整理液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7%，催化劑檸檬酸質(zhì)量濃度為5 g/L，焙烘溫度為160 ℃，焙烘時間為2 min。

(2)當(dāng)對織物進(jìn)行水洗時，隨著水洗次數(shù)的增多，織物折皺回復(fù)角稍有降低，強(qiáng)力稍有升高，在水洗次數(shù)少于30次時變化不大；當(dāng)水洗次數(shù)超過50次時，織物折皺回復(fù)角降低，強(qiáng)力升高。

(3)通過最佳工藝整理后的織物防皺性能比醚化2D樹酯整理后織物的折皺回復(fù)角高，但是強(qiáng)力稍低于醚化2D樹酯整理的織物，但總體來說，經(jīng)乙二醛/水溶性酯Y整理的織物的防皺性能優(yōu)于醚化2D樹脂整理的織物。

(4)通過以上實驗初步判斷此防皺體系的防皺原理為交聯(lián)理論和樹脂沉積理論的綜合體現(xiàn)。具體原理有待進(jìn)一步研究。

[1] 張廣知. 棉織物的乙二醛抗皺整理[J].染整技術(shù),2005,27(7):6-11.

[2] 曹萬里. 無甲醛整理研究現(xiàn)狀及問題探討[J].絲綢，2001(6)：15-17.

[3] 吳堅，全紹華，佀俊茹.竹原纖維織物的乙二醛抗皺整理[J].大連工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2009,28(6)：462-464.

[4] 余燕平，李瓊，陳益人. 棉織物的乙二醛防皺整理[J].四川紡織科技，2000(6)：42-43.

[5] 張維，李鵬飛，杜建功.乙二醇在檸檬酸抗皺整理中的應(yīng)用[J].濟(jì)南紡織化纖科技，2009(4)：37-40.

[6] 于志財，杜建功，何華玲. 檸檬酸-乙二醛在棉織物防皺整理中的應(yīng)用研究[J].染整技術(shù)，2009，31(3)：14-24.