多元酸取代传统的含醛树脂,可从根本上解决甲醛问题,其优点是显而易见的。人们早就知道纤维素分子上的羟基可与酸发生酯化反应,而如果酸中只有一个羧基与纤维反应,则形成单分子接枝:
CELL-OH+HOOC-R-COOH→CELL-OOC-R-COOH+H-OH
这对提高织物尺寸稳定性和防皱性没有作用,因此,Gagliardi等提出多元酸中至少应有两个羧基。C.M.Welch首先提出了四元羧酸在焙烘过程中,先生成一元或二元的环状酸酐,然后再与纤维素羧基形成酯交联。接着,R.A.K.Andrews等陆续加以补充,认为多元酸在高温加热时,相邻的两个羧基很容易失水形成5~6元环的酐,然后与纤维素成酯。因此至少需要三个羧基才能满足与纤维交联的要求。弱碱是酸酐与醇成酯的有效的催化剂。热重分析证实丁四羧酸在焙烘条件下失去二分子水,为酸脱水成酐并酯化交联的反应机理提供了重要证据。
C.M.Welch把这一交联反应的机理概括为如下示意图:
根据这些要求,可作为交联用的多元酸列如下表:马来酸,邻苯二酸,丙三酸,柠檬酸,丙烯三酸,三乙酸胺,1,2,3?苯三酸,偏苯三酸,丁四羧酸,环戊四酸,乙二胺四酸,苯均四酸,二苯甲酮四酸,环己烷己酸,苯六酸等。
目前研究较多的均为三元酸或四元酸,主要有丁四羧酸、丙三羧酸和柠檬酸等。
丁四羧酸(BTCA)是许多学者一致认为效果最好的多元酸。可是BTCA/NaH2PO2体系对染色织物,尤其是对硫化染料,会引起色泽变化。此外,它的成本太高。
在三元酸中最受人们关注的是柠檬酸(CA),尽管它的整理效果总体上不如BTCA和PTCA,但因为它价格便宜,易于得到,没有毒性,因而受到重视。CA与各种含磷的无机酸盐催化剂配合使用,以NaH2PO2的效果为最好,DP可达3.5级,折皱回复角可提高91°,接近2D树脂的水平。当NaH2PO2与Na2HPO4、NaH2PO4以及NaH2
但是CA最大的问题是会使织物泛黄,影响织物白度。这是因为CA在结构上比一般多元酸多一个羟基,属于羟基酸。
以高温焙烘可能转化为乌头酸(丙烯三酸)、衣康酸(甲叉丁二酸),到柠康酸(顺式甲基丁烯二酸)等产物。
这些酸都是不饱和酸,由于分子结构中又键的存在,使得织物泛黄,影响白度。
其次是对防皱整理性能的影响。在三元酸中,对棉织物免烫整理的效果依次为:丙三酸>丙烯三酸>柠檬酸。柠檬酸的防皱效果低于其它三元酸,是由于分子中羟基妨碍了邻近的羧基与纤维上的羟基反应,或者说是与羧基争夺纤维上的羟基,因此尽管CA使用的浓度较高,其酯化交联的程度仍低于其它酸。但在近年来崇尚自然、强调舒适随意、不追求高回弹性的趋势职,CA仍有其明显的优势和吸引力。