棉织物防皱整理中的释放甲醛问题,一直是人们所关注的,随着环保和健康意识的增强,这个问题更加突出。自60年代Gagliardi和Shippee[1]提出用多元羧酸作为无醛整理剂以来,关于多元酸在织物防皱整理方面的应用研究已越来越受到人们的重视。在多元酸中,柠檬酸因其价廉无毒的优点而格外引起注意和研究。有关柠檬酸的研究国内外均已有报导[2,3,4],它可改善织物的防皱性能,但是由于存在使织物泛黄的缺点,限制了它更广泛的应用。
本文就如何改善织物经柠檬酸整理后的泛黄问题进行了研究。
1.实验部分
1.1.织物:经退煮漂后的20×20、76×68纯棉平布
1.2.药剂:柠檬酸(CA)、次亚磷酸钠(SHP)、三乙醇胺(TEA)、硼酸(BA),均为分析纯,DMDHEU(含固量40%)为工业品
1.3.工艺:二浸二轧(轧液率90%),90℃预烘2.5min,然后以不同条件焙烘。1.4.测试项目:白度、折皱回复角(经+纬)以及经向断裂强力。
1.5.仪器及设备:日产NM-450型轧车,日产DM-5E焙烘实验机,ZBD白度仪,YG026-31A织物强力测试仪。
2.结果与讨论
2.1.CA的防皱机理及织物泛黄原因
多元酸的防皱机理与传统的N-羟甲基树脂不同,后者是以活泼的羟甲基与纤维上的羟基进行醚键结合,而多元酸作为防皱整理剂则是通过分子中的羧基与纤维素中的羟基进行酯化反应,从而在纤维分子间形成交联。而具体的反应历程则是脱水成酐,然后通过酐中间产物与纤维发生酯化反应的:
但因为CA是α?羟基酸,在分子结构中有一个羟基,因此,在加热焙烘过程中,一方面羟基脱水成酐。同时,羟基与邻近碳原子上的H也可能受热脱去而生成乌头酸(丙烯三酸),并可进一步脱去CO?2,形成衣康酸(甲叉丁二酸)。乌头酸和衣康酸都是不饱和酸,由于它们分子结构中不饱和键的存在,在加热焙烘过程中,使织物泛黄变色[5,6]。
2.2.焙烘温度对织物泛黄的影
许多研究[3,4]已经证明,在整理工艺中的焙烘温度对于织物泛黄有重要影响。这是因为CA脱水产生乌头酸和衣康酸,是在175℃以及高于175℃条件下发生的[5]。
表1是不同焙烘条件下织物的性能数据。由表中数据可知,织物白度与焙烘温度直接相关,温度越高,织物泛黄就越严重。
表1不同焙烘条件对织物性能的影响
处方 | 焙烘条件 | 织物性能 | |||||
白度 | 折皱角 | 强力保留率 | |||||
CA7%,SHP4% | 160℃/150sec | 75.2 | 241.0 | 65.1 | |||
CA7%,SHP4% | 170℃/120sec | 73.4 | 243.3 | 62.5 | |||
CA7%,SHP4% | 180℃/90sec | 71.0 | 237.9 | 60.6 | |||
原布 | 82.1 | 144.4 | 100 |
讫今为止国外有关研究[2,3,4]均以180℃/90sec作为柠檬酸防皱整理的工艺条件,这主要是为了与多元酸中另一种主要的四元酸—丁四羧酸在同等条件下相比较。但是却忽略了CA本身的特点,即它是一个羟基酸,>175℃会发生脱羟分解。因此,对于CA而言,合理的工艺应是适当降低焙烘温度。由表1可知,降低焙烘温度对于提高织物强力保留率也是十分有利的。
但是从表1的数据也看到,尽管随温度的降低白度趋于提高,白度值仍处于较低的水平。因此,要提高白度值,除了降低焙烘温度外,还要辅之以添加剂。
2.3.添加剂对织物白度的影响
为了改善织物的泛黄问题,可以采用多种添加剂。其中酸性物质有硼酸等,碱性物质主要有羟基胺。硼酸(BA)是通过螯合作用,使CA中的羟基不易脱去,从而克服泛黄。而含有羟基的胺类则是通过其分子中的羟基,与CA分子中的羟基互相缩合,成醚键,抑制其脱水。
表2是分别以BA及三乙醇胺(TEA)作添加剂,织物的性能比较。
表2.不同添加剂对织物性能的影响
处方 | 烘焙条件 | 织物性能 | ||
白度 | 折皱角 | 强力保留率 | ||
CA7%,SHP4%,TEA2.5% | 160℃/150sec | 79.6 | 217.5 | 77.8 |
CA7%,SHP4%,BA0.2% | 16 | 79.6 | 222.3 | 61.1 |
CA7%,SHP4%,TEA2.5% | 170℃/120sec | 78.3 | 233.7 | 75.5 |
CA7%,SHP4%,BA0.2% | 170℃/120sec | 78.1 | 226.0 | 60.8 |
CA7%,SHP4%,TEA2.5% | 180℃/90sec | 77.0 | 235.6 | 64.4 |
CA7%,SHP4%,BA0.2% | 180℃/90sec | 76.4 | 236.9 | 60.2 |
由表2可知,在同等焙烘条件下,BA与TEA对于织物白度和折皱回复角的影响大致相当,然而TEA对于织物强力的影响明显优于BA,在低温焙烘时尤为显著。这是因为BA可以使织物发生酸性水解,而三乙醇胺则因其碱性抑制了织物的酸性水解。
因此,虽然硼酸用作整理添加剂具有用量少的特点,但对于柠檬酸而言,其本身是一个中等强度的酸,不宜再用酸性添加剂,以免织物强度损失过多。而应采用碱性添加剂。
由表2可知,加入添加剂TEA后,白度变化的趋势仍是随焙烘温度的降低而提高,但是白度值的整体水平比未加添加剂前有很大提高。更值得注意的是,添加剂TEA可使织物的强力保留率明显提高。在160℃和170℃焙烘条件下,强力保留率均已超过了70%。这一方面是由于三乙醇胺的碱性在一定程度上抑制了柠檬酸的酸性对纤维的水解损伤,另一方面,则是因为TEA含有三个羟基,它们不仅与CA中的羟基结合成醚键,也可与CA中的羧基进行酯化反应,其结果是不仅在TEA—CA—纤维素之间形成了三维网状结构,又可使CA与TEA组成较长的支链化的交联,可使纤维在受外力作用时,更均匀地分布应力;第三方面则是由于三乙醇胺是强极性的溶剂,有利于溶胀纤维,有利于交联剂的扩散与渗透,因此有利于提高交联的均匀性,改善织物的强度。
TEA用量变化对织物性能影响见表3。TEA用量在1.25%~3.75%范围内变化,织物白度并不随TEA用量的增加而提高。织物的强力保留率随TEA
在综合分析温度、添加剂、催化剂等各个因素的基础上,提高改善织物白度,并使其它性能也达到较高水平的较全面的平衡的工艺,并与常规2D树脂作比较,见表4。
表3TEA用量对织物性能的影响
处方及工艺 | TEA用量 | 织物性能 | ||
白度 | 折皱角 | 强力保留率 | ||
CA7%,SHP4% 160℃/150sec | 1.25% 2.5% 3.75% | 79.2 79.6 79.4 | 231.5 217.5 187.8 | 75.7 77.8 83.1 |
CA7%,SHP5% 160℃/150sec | 1.25% 2.5% 3.75% | 81.2 80.1 79.4 | 214.9 198.9 184.8 | 78.0 77.2 82.0 |
表4改进后工艺与2D的对比
处方及工艺 | W织物性能 | ||
白度 | 折皱角 | 强力保留率 | |
CA7%,SHP6%,TEA2.5%150℃/180sec | 81.3 | 212.4 | 80.1 |
CA7%,SHP5%,TEA1.25%160℃/150sec | 81.2 | 214.9 | 78.0 |
2D3%,MgCl2·6H2O1.3%170℃/90sec | 78.7 | 196.2 | 66.0 |
2D3%,MgCl2·6H2O1.3%160℃/90sec | 81.3 | 203.0 | 51.7 |
3.结论
柠檬酸整理后织物的泛黄问题可以通过调整加工时的焙烘温度以及加入添加剂得以克服。焙烘温度低于柠檬酸脱羟分解的临界温度可明显改善织物泛黄。在柠檬酸整理浴中碱性添加剂三乙醇胺的整体效果优于硼酸。通过降低焙烘温度和添加剂三乙醇胺的综合作用,可使织物的白度、折皱回复角以及强度保留率的