乙二醛/水溶性酯Y在純棉織物防皺整理中的應用研究

宋道會，杜建功，梁鵬飛

( 河北科技大學，河北 石家莊 050018)

純棉織物作為天然面料產品，因其具有手感柔軟，穿著舒適，透氣性好等優點而倍受消費者青睞。但經過水洗和穿著后易起皺、變形，因此常常需要對純棉服裝進行防皺整理。目前公認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，嚴重危害生產者和消費者的健康[1]。隨著環保和健康意識的增強，人們越來越重視棉織物上的甲醛問題，越來越多的轉向無甲醛整理劑的研究，因此傳統的抗皺整理劑受到了很大的挑戰[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，認為乙二醛最優可替代傳統的防皺整理劑, 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力損失嚴重。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角有明顯的提高，但是強力下降嚴重。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

根據纖維孔道理論可以知道纖維分子表面含有很多大小不規則孔道，如果要想跟纖維發生交聯，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是多官能團分子，分子質量較大，能夠在間距較大的纖維素分子間形成交聯，或沉積在纖維素分子間，從而達到防皺效果，而且可以減小整理后織物的強降。但是由于其分子較大，空間阻礙也較大，不能進入纖維素分子間較小的孔隙中，因此，其交聯程度降低，只使用水溶性酯作為整理劑時，整理效果也不太理想。當乙二醛與水溶性酯Y配合對織物進行整理時，乙二醛彌補了水溶性酯Y交聯程度低的缺點，水溶性酯Y彌補了乙二醛強力損失嚴重的缺點，二者相互彌補，能夠使織物達到較好的防皺效果。

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%，河北省保定化學試劑廠)、冰乙酸(99.8%，中國醫藥集團上海化學試劑廠)、磷酸(85%, 天津市河東區紅光試劑廠)、草酸(99.5%, 石家莊市化工研究所)。

儀器：J&X SD軋車(廣東省鶴山市宏發染整機械制造有限公司)、101-0型電熱鼓風干燥箱(天津市泰斯特儀器有限公司)、LD-360B小樣定型烘干機(上海朗高紡織設備有限公司)、YG(B)026D-250電子織物強力機(溫州大榮紡織機械標準儀器廠)、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)→預烘(105 min)→焙烘(160 ℃，3 min)。

2.3 測試方法

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

3 結果與討論

3.1 乙二醛質量濃度對防皺效果的影響

表1 乙二醛質量濃度對防皺效果的影響

注：交聯劑質量分數為7% 、JFC質量分數0.2%、焙烘溫度160 ℃、焙烘時間3 min。

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

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

3.2 整理劑質量分數對防皺效果的影響

由表2可知, 當酯醛的比例不變時，隨著整理劑質量分數的提高，織物強力逐漸下降，折皺回復角逐漸上升，織物白度無太大變化。產生這一現象，是因為隨著整理劑質量分數的增加，整理劑與纖維素的交聯程度逐漸增加，從而使織物的折皺回復角逐漸增加。所以, 整理液的質量分數選用7%為宜。

表2 整理劑質量分數對防皺效果的影響

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，當使用檸檬酸做催化劑時，折皺回復角較高，強力較高，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 催化劑質量濃度對防皺效果的影響

由表4可知，隨著催化劑質量濃度的增加白度變化不大，回復角逐漸增加到一定程度就有所下降。這可能是因為當催化劑達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，當焙烘時間一定時，隨著焙烘溫度的提高折皺回復角有所提升，強力下降，這主要是因為隨著溫度的升高交聯劑與纖維發生交聯的程度逐漸提高。強力和交聯程度程負相關，因此強力會下降。而白度也有所下降但是不明顯。 當焙烘溫度為180 ℃，焙烘時間為3 min時，泛黃嚴重說明高溫對織物泛黃起到了促進作用，還有可能是檸檬酸在高溫作用下形成了烏頭酸的緣故。

當焙烘溫度為160 ℃、時間為2 min時回復角達到最大，此時的強力保留率也比較高，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角比醚化2D的要好，強力比醚化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度。另外遵循纖維的孔道理論，整理劑能進入到纖維內部，并且能找到與分子鏈長短合適的部位進行交聯，導致強力不至嚴重下降。

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遇可溶性鹽會產生沉淀這一性質，用自來水或含鹽離子的水對整理后的織物進行水洗，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。

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

20、30、50次時織物的折皺回復角、強力和白度，結果見表7。

表7 整理后織物的耐水洗牢度測試

由表7可見, 隨著水洗次數的增加，織物強力逐漸升高，回復角逐漸降低，織物白度稍有升高。產生這個現象可以解釋為：纖維強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生交聯導致應力分布不均勻；其二是因為溶液程酸性，對棉纖維產生降解。前者強力下降是可逆的，當整理后的織物經多次水洗后，由于交聯酯鍵的逐漸水解斷裂，織物的強力會隨之有所回升，同時折皺回復角會有所下降。從表面可以直觀的看出，當水洗30次的時候折皺回復角下降仍不很明顯，只有4.3°，但是當水洗次數為50次的時候折皺回復角已經出現明顯下降。這說明交聯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，得到了一個更大的交聯劑，這樣連續反應的結果是得到一個具有更多反應基團的枝蔓狀產物，擴大了與纖維的交聯，提高了織物的耐洗性能。

4 結論

(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工藝：乙二醛與水溶性酯Y的質量比例為4 ∶3，整理液的質量分數為7%，催化劑檸檬酸質量濃度為5 g/L，焙烘溫度為160 ℃，焙烘時間為2 min。

(2)當對織物進行水洗時，隨著水洗次數的增多，織物折皺回復角稍有降低，強力稍有升高，在水洗次數少于30次時變化不大；當水洗次數超過50次時，織物折皺回復角降低，強力升高。

(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角高，但是強力稍低于醚化2D樹酯整理的織物，但總體來說，經乙二醛/水溶性酯Y整理的織物的防皺性能優于醚化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理論和樹脂沉積理論的綜合體現。具體原理有待進一步研究。

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

[2] 曹萬里. 無甲醛整理研究現狀及問題探討[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].大連工業大學學報，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用[J].濟南紡織化纖科技，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用研究[J].染整技術，2009，31(3)：14-24.