聚多元羧酸对棉织物免烫整理的应用研究
武汉科技学院 陈明珍 陆必泰
【摘要】本文对多元羧酸、聚多元羧酸应用于纯棉织物免烫整理的现状及其整理原理作了简要的介绍，重点是将合成的聚马来酸酐免烫整理剂，通过采用L9(34)正交试验表，优选出PMA整理剂最佳免烫整理工艺。试验结果表明：使用该整理剂对纯棉织物进行免烫整理可获得良好的整理效果，整理样品的WRA值可到243.5、断强保留率可达到70%。
【关键词】聚马来酸酐 免烫整理剂 应用工艺
0.引言
?近年来，随着大众生活水平的不断提高，环保和健康意识的日益增长，人们对衣着的观念相应地发生了很大的变化。追求回归自然，崇尚天然纤维，向往服饰外观自然、穿着舒适和料理方便，因此全棉服装又受到了广大消费者的青睐。为了克服全棉服装在服用过程中易起皱、洗后需熨的缺陷，免烫或“洗可穿”整理已成为其重要的后整理加工工艺。目前，国内外广泛使用的整理剂或多或少地含有对人体有害、且污染环境的物质甲醛，这与人们的意愿相违背。开发无甲醛整理剂来取代传统的有害整理剂，已成为必然的发展趋势。
? 国内外近年来对无甲醛整理剂研究很多，如环氧树脂、双羟乙基砜等和最近研究开发的多元羧酸无甲醛整理剂。多元羧酸用于棉织物的防皱整理可追溯至60年代初期，但直到90年代初Welch等人研究出用磷酸盐作为多元羧酸和纤维素分子酯化反应的催化剂，才使得多元羧酸作为无甲醛防皱(免烫)整理剂取得了突破性的发展［１］。在众多的多元羧酸整理剂的研究中，人们的注意力主要集中在以丁烷四羧酸(BTCA)、柠檬酸(CA)和马来酸(MA)为代表的小分子多元羧酸上［２］，其中以BTCA的整理效果最好。但由于BTCA的价格相对比较昂贵，使其在工业上大规模推广受到限制。而其它多元羧酸整理效果又不甚满意，也没能广泛使用。目前，聚合多元羧酸以其分子量和分子链上的羧基数可以调节控制，而且原料成本相对
1.理论部分
1.1多元羧酸的防皱原理
?一般认为，多元羧酸及聚多元羧酸因具有多个官能团，可以和两个以上的纤维素分子长链中的羟基发生酯化反应，在分子间形成交联。D.Lammermann［３］等人进一步研究的结果表明：多元羧酸与纤维素的酯化反应是通过酸酐这一中间产物来完成的。在含磷的碱金属盐催化下，其催化反应处理分三个阶段进行，其反应历程如下所示。
即多元羧酸形成酸酐后，可与特定的磷酸盐催化剂反应而生成酰化磷酸盐，然后这个中间产物再与纤维素交联，并重新释放出催化剂。聚马来酸酐在分子链上也可形成许多酸酐，能与纤维素分子链成酯，这样在织物表面形成交联网络，限制了纤维素大分子间在外力作用下产生相对位移，从而使棉织物具有较好的抗皱性能。
1.2 PMA的合成原理
?以马来酸酐为主要单体、水为介质，在适当的反应条件下以过氧化物作引发剂，通过溶液聚合可得到聚马来酸酐水溶液。
2.实验及其结果与讨论
2.1实验材料及药品
织物：21×21、108×58纯棉纱卡
? 药品：马来酸酐(MA)、柠檬酸(CA)、次亚磷酸钠、磷酸钠、磷酸氢二钠、异丙醇、过硫酸铵、过氧化苯甲酰等。
2.1PMA的合成
PMA的合成参照陆等［４］所使用的方法进行，其合成产品的含固量为15%、相对分子量为640左右。
2.3 PMA免烫整理工艺的探讨
?在多元羧酸中，使用丁烷四羧酸(BTCA)对纯棉织物进行免烫整理的研究报告较多。由于PMA具有与BTCA的结构相类似的特点，因此在进行免烫整理时，以BTCA的整理工艺为参照点，对免烫整理工艺中的焙烘温度、焙烘时间、催化剂及PMA用量等因素进行了优化组合，本实验确定的各因素的用量水平如表1所示。
? 表1 PMA免烫整理实验的四因素三水平值
| 因素 | 1 | 2 | 3 |
| *A(催化剂用量)% | 3 | 4 | 5 |
| *B(PMA的用量)% | 6 | 8 | 9 |
| C(焙烘时间)s | 60 | 120 | 180 |
| D(焙烘温度)℃ | 160 | 180 | 190 |
注：*处的百分用量是指相对溶液的重量而言。
?为了提高工作效率，实验时选用了L９（３４）正交表来进行，其试验条件组合及其免烫整理试样的测试结果如下表所示。
| 序号 | 催化剂 用量(%) | PMA用 量(%) | 焙烘时 间(s) | 焙烘温 度(℃) | 弹性回复角(WRA) | 断强保留率(%) | 增重 率(%) |
| 1# < | 3 | 6 | 60 | 160 | 188.6 | 76.8 | 6.8 |
| 2# | 3 | 8 | 120 | 180 | 221.3 | 68.1 | 6.5 |
| 3# | 3 | 9 | 180 | 190 | 199.6 | 64.6 | 6.7 |
| 4# | 4 | 6 | 120 | 190 | 199.6 | 64.6 | 6.7 |
| 5# | 4 | 8 | 180 | 160 | 195.0 | 75.0 | 5.4 |
| 6# | 4 | 9 | 60 | 180 | 236.0 | 70.2 | 7.8 |
| 7# | 5 | 6 | 180 | 180 | 210.6 | 68.8 | 5.9 |
| 8# | 5 | 6 | 60 | 190 | 238.1 | 65.7 | 2.3 |
| 9# | 5 | 9 | 120 | 160 | 189.6 | 73.5 | 6.0 |
| 10# | — | — | — | — | 92 | 100 | 0 |
| 11# | — | — | — | — | 90 | 98.3 |
注：10#为空白试样，11#是将空白试样在190℃处理3分钟。
分别以干弹回复角、断裂强力保留率、增重率为指标进行正交统计分析，其测试和计算、分析结果分别列于表2、表3。
表3 PMA免烫整理试样各项指标统计值
| 干弹(T+W)° | 断强保留率(%) | 增重率(%) | ||||||||||
| A | B | C | D | A | B | C | D | A | B | C | D | |
| Ⅰ | 627.9 | 610.5 | 654.3 | 573.2 | 208.3 | 210.2 | 212.7 | 225.3 | 19.8 | 17.8 | 18.2 | 19.4 |
| Ⅱ | 630.6 | 662.6 | 598.9 | 667.9 | 209.8 | 208.8 | 206.2 | 207.1 | 19.9 | 19.2 | 24.5 | 20.3 |
| Ⅲ | 638.2 | 623.6 | 643.6 | 655.6 | 208.0 | 207.1 | 207.2 | 193.7 | 20.2 | 22.9 | 20.2 | 20.2 |
| Ⅰ／3 | 209.3 | 203.5 | 218.0 | 191.1 | 69.4 | 70.1 | 70.9 | 75.1 | 6.6 | 5.93 | 6.07 | 6.47 |
| Ⅱ／3 | 210.2 | 220.9 | 199.6 | 222.6 | 69.9 | 69.6 | 68.7 | 69.0 | 6.63 | 6.4 | 7.17 | 6.77 |
| Ⅲ／3 | 212.7 | 207.9 | 214.5 | 218.3 | 69.3 | < 69.1 | 64.6 | 6.73 | 7.63 | 6.73 | 6.73 | |
| 离差 | 6.21 | 163.2 | 192.4 | 589.3 | 0.22 | 0.61 | 2.75 | 55.61 | 0.0094 | 1.544 | 0.6131 | 0.0531 |
注：1. Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、分别为该因子，三水平指标值之和T=(Ⅰ+Ⅱ+Ⅲ)
2.离差=(Ⅰ/3-T/9)2+(Ⅱ/3-T/9)2+(Ⅲ/3-T/9)２
由表3统计计算结果可知：在PMA免烫整理工艺中，对织物弹性回复角和强度影响最大的是焙烘温度和焙烘时间，整理剂的用量对增重率有较大的影响，催化剂用量对各项指标的影响不太明显。综合考虑，PMA免烫整理较理想的工艺条件为：
? 整理剂用量：8%；焙烘时间：60s；添加剂用量：2%；
? 催化剂用量：4%；浴比：1:20；焙烘温度：
? 二浸二轧(轧液率76—80%)；预烘：85℃×5min。
?在实验过程中，为了验正该工艺的的可靠性，对纯棉织物进行了重现性试验，免烫整理样品的测试结果如表4所示。
表4 PMA免烫整理工艺重
| 1 | 2 | 3 | 三次平均值 | |||||||||
| A | B | C | A | B | C | A | B | C | A | B | C | |
| 整理效果 | 243.1 | 69 | 7.9 | 250.0 | 71 | 8.3 | 237.4 | 67 | 8.1 | 243.5 | 69 | 8.1 |
注：A为WRA(°)，B为断强保留率(%)，C为增重率(%)。。
通过多次重演性实验，在此工艺条件下对纯棉织物进行免烫整理，其整理样品的WRA值为：243.5、断强保留率可达到69%。
3.结论
聚多元羧酸类免烫整理剂即PMA是一种无甲醛、环保型的新一代免烫整理剂，和以BTCA为主体的免烫整理剂相比，其成本价格可以降低2
参考文献
1.张济邦。多元羧酸BTCA免烫整理现状和发展趋势，印染，1999，(5)：42
2.Wolch.用多元羧酸进行无甲醛耐久压烫整理，印染助剂，1995：37
3.D.Lammcrmann,Melliand Toxtilber,1992，73(3)，105-107
4.陆必泰等，PMA无醛防皱整理剂的合成及应用工艺研究，武汉科技学院学报.2001(1)
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