聚马来酸酐抗皱整理工艺研究

2014-11-09王海东郝凤岭

吉林化工学院学报 2014年5期

王海东，丁斌，郝凤岭，关昶，李祥，刘群

(吉林化工学院化工与生物技术学院，吉林吉林132022)

纯棉织物具有天然纤维的舒适、透气、手感柔软等优点，但也存在着易起皱，洗涤后需熨烫等不足［1］．由于经N-羟甲基类抗皱整理剂处理的织物在穿着过程中会分解或释放出甲醛，危害人们的身体健康，绿色、无害、无甲醛抗皱整理剂和整理工艺的研究和发展成为必然趋势［2-3］．无甲醛的整理剂有很多种，效果较好的当属多元羧酸类，如丁烷四羧酸(BTCA)、柠檬酸(CA)、马来酸酐(MA)以及其他的不饱和羧酸的共聚物等［4-6］．而相比之下，聚马来酸酐抗皱整理剂的原料成本较低，分子量和分子链上的羧基数量可以调节和控制［5］，具有一定的产业化发展的优势．

本文以自制的聚马来酸酐(PMA)为抗皱整理剂，对纯棉织物进行了抗皱整理，以折皱回复角和白度为测试指标，通过单因素探索试验和正交优化试验，确定最佳的抗皱整理工艺相关参数．

1 实验

1．1 实验材料和仪器

织物材料:纯棉斜纹布(20×16/130×70)

化学药品:多元羧酸类聚马来酸酐抗皱整理剂，自制;次亚磷酸钠(SHP):AR，含量≥99．0%，天津市瑞金特化学品有限公司．

主要仪器:HH-S数显恒温水浴锅:金坛市正基有限公司;JA5002电子天平:上海精天电子仪器有限公司;MU-504型台式小轧车(轧染机):北京纺织机械器材;DHG-9108A焙烘箱:上海精密仪器仪表有限公司;WBS-Ι型白度仪:上海昕瑞仪器仪表有限公司;YG541D全自动数字式织物折皱弹性仪:温州方圆仪器有限公司．

1．2 整理工艺及配方

整理液处方:聚马来酸酐80～160 g·L－1;次亚磷酸钠30 ～50 g·L－1．

整理工艺:浸轧整理液(三浸三轧，浸渍温度50℃，每次浸渍10 min，轧液率80～90%)→预烘(80℃，10 min)→焙烘(160～200℃，4～8 min)→成品．

1．3 整理织物性能测试

(1)折皱回复角测试:参照GB/T3819—1997《纺织品织物折痕回复性的测定回复角法》，选取正面试样经向和纬向各5个，测算取平均值，折皱回复角(WRA)为织物经向和纬向折皱回复角之和．

(2)白度测试:参照 GB/T8424．2-2001《纺织品色牢度试验相对白度的仪器评定方法》标准，用WBS-Ι白度测试仪平行测试3次，取平均值．

2 结果与讨论

2．1 单因素试验

抗皱整理工艺中主要的影响因素有整理剂浓度、催化剂浓度、焙烘温度、焙烘时间．而整理剂的浓度直接影响了与纤维上的羟基反应的酸酐数量，催化剂浓度、焙烘温度和焙烘时间则为整理剂与纤维的反应提供了必要条件，并决定了反应的程度和抗皱整理的效果，故本研究中选取了这四个因素作为研究对象．按照1．2中的整理工艺及配方进行试验，再根据1．3中所述及的方法测定折皱回复角．

2．1．1 PMA浓度对棉织物折皱回复角的影响

由图1知，整理液中不同浓度的PMA对棉织物整理后的折皱回复角的影响不同．随着PMA浓度的增加，回复角增大，当PMA浓度为120 g·L－1时，织物的回复角达到最大．之后，再继续增加PMA的浓度，回复角不再有明显的增加，而是出现了缓慢的下降，这可能有两方面的原因:一是，纤维素中裸露的羟基与PMA的反应达到了一定程度，几近完全，而又由于聚合物的引入使纤维硬挺，这一点可以从织物的手感上得以判断;二是，由于大量PMA的分子链进入纤维内部受阻，导致不能与纤维内部的羟基进一步反应，所以回复角不能再有所增大．

图1 PMA浓度对棉织物折皱回复角的影响

2．1．2 SHP浓度对棉织物折皱回复角的影响

SHP是整理剂与纤维大分子共价交联时的催化剂．由图2可以看出:在适当范围，增加SHP的浓度，织物的回复角增大，这是SHP加速整理剂与纤维素大分子共价交联反应的结果，SHP的浓度40 g·L－1时，回复角趋于平稳，而继续增加催化剂SHP的浓度对回复角影响不大，因此SHP的浓度控制在40 g·L－1左右为宜．

图2 SHP浓度对棉织物折皱回复角的影响

2．1．3 焙烘时间对棉织物折皱回复角的影响

由图3可知，折皱回复角随焙烘时间的延长角度呈增大的趋势，但当时间达到超过6 min时，回复角无显著变化，此外，长时间的高温焙烘，不利于纤维强度的保持，故焙烘的时间控制在6 min左右为宜．

图3 焙烘时间对棉织物折皱回复角的影响

2．1．4 焙烘温度对棉织物折皱回复角的影响

由图4可知，随着焙烘温度的升高，织物的回复角增大．这可能是高温条件下，一方面会使纤维素中已形成氢键的羟基裸露，另一方面则为PMA与羟基的反应提供了能量，增加了分子碰撞几率，进而提高了PMA与纤维素的酯化交联反应程度，使回复角增大．但是，高温势必破坏纤维的结构，使得织物的断裂强度下降．从抗皱效果来看，焙烘温度应选择为190℃．此外，也应综合考虑焙烘温度和焙烘时间的关系，焙烘温度较高时则焙烘时间较短，焙烘温度较低时则焙烘时间较长．

图4 焙烘温度对棉织物折皱回复角的影响

2．2 正交试验

2．2．1 正交试验设计

选择PMA浓度(A)，SHP浓度(B)，焙烘时间(C)和焙烘温度(D)4个因素，每因素3水平，即安排设计L9(34)正交试验，见表1．

表1 正交试验因素水平表

2．2．2 正交试验分析

按表2进行正交试验，以回复角和白度为试验指标，极差分析结果见表2，试验的极差数据分析表明，4个因素对急弹、缓弹、白度的影响顺序分别为:C＞B＞D＞A、C＞B＞A ＞D、C＞D ＞A＞B，从数据结果看，织物的白度在39．8% ～44．3%之间，与空白织物试样白度71．7%相比差距很大．从抗皱效果看，主要考虑指标为急弹和缓弹，优化整理工艺为:A2B1C3D1，即 PMA浓度120 g·L－1，SHP 浓度30 g·L－1，焙烘时间7 min，焙烘温度170℃．