PMA與CA混合多元羧酸棉織物抗皺整理工藝

王洪海

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PMA與CA混合多元羧酸棉織物抗皺整理工藝

王洪海

（三明職業(yè)技術(shù)學(xué)院 輕紡工業(yè)系，福建 三明 365000）

研究以聚馬來酸PMA和檸檬酸CA組成的混合多元酸MPAC對(duì)棉織物的抗皺整理工藝?；谡粚?shí)驗(yàn)法的應(yīng)用，討論棉織物抗皺整理過程中，混合多元酸MPAC用量、催化劑用量、焙烘溫度和時(shí)間，以及添加劑PEG-400用量、聚馬來酸PMA與檸檬酸CA的質(zhì)量比對(duì)折皺回復(fù)角、織物斷裂強(qiáng)力及白度的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用混合多元酸MPAC對(duì)棉織物進(jìn)行抗皺整理，整理效果可以達(dá)到丁烷四羧酸的相當(dāng)水平，而且整理織物的白度較好，適合漂白棉織物的抗皺整理，加工成本也更加低廉。

棉織物；抗皺整理 ；檸檬酸（CA）；聚馬來酸（PMA）

棉織物有著許多優(yōu)良的服用性能，備受廣大消費(fèi)者青睞，但也有一些缺憾，如彈性差，在使用過程中易產(chǎn)生折皺，影響織物外觀等，因此，目前高檔棉織物染整加工時(shí)，多進(jìn)行抗皺整理，以提高其抗折皺變形能力[1]。

棉織物抗皺整理所用的抗皺整理劑從二十世紀(jì)中葉前的N-羥甲基酰胺類抗皺整理劑發(fā)展到二十世紀(jì)八十年代后的低甲醛和無甲醛抗皺整理劑的開發(fā)研究[2]，目前主要是乙二醛、戌二醛和有機(jī)多元羧酸類整理劑的開發(fā)和應(yīng)用，其中多元羧酸倍受人們關(guān)注[3],而且1，2，3，4-丁烷四羧酸（BTCA）是當(dāng)前公認(rèn)的效果最好的多元羧酸類無甲醛整理劑。BTCA在催化劑作用下與纖維素發(fā)生酯化交聯(lián)反應(yīng)，起到抗皺作用，但BTCA在價(jià)格和合成方面還不盡如人意[4]，企業(yè)和消費(fèi)者都難以接受。所以，業(yè)內(nèi)人士更加關(guān)注價(jià)格低廉的三元羧酸和不飽和二元羧酸的抗皺整理，如馬來酸和檸檬酸的抗皺整理。馬來酸經(jīng)引發(fā)劑的作用，可以聚合成更高級(jí)的聚馬來酸（PMA），PMA與BTCA有著極其相似的化學(xué)結(jié)構(gòu)，可以獲得較好抗皺整理效果[5]，但必需克服傳統(tǒng)聚馬來酸（PMA）聚合合成方法的缺陷，其所合成的產(chǎn)物往往帶有深顏色，織物經(jīng)此整理后泛黃嚴(yán)重；其次是聚馬來酸（PMA）如再與檸檬酸協(xié)同使用，檸檬酸上的羥基與馬來酸上的羧基發(fā)生酯化反應(yīng)，使檸檬酸從三元酸變成了四元酸乃至更多羧基的多元酸，而且聚馬來酸（PMA）的遷移性也得以改善，既增加了混合多元羧酸與棉的交聯(lián)效果，提高織物的抗皺效果，也可減輕織物經(jīng)整理后的泛黃程度，有利于改善高溫焙烘下多元羧酸使織物強(qiáng)力嚴(yán)重下降和泛黃加劇的現(xiàn)象，這兩個(gè)現(xiàn)象是目前抗皺整理中亟待解決的主要問題。

基于上述分析，本課題以馬來酸為單體，采用水相聚合法，合成無色透明的反應(yīng)物聚馬來酸PMA，再將這一無色透明的反應(yīng)物PMA與檸檬酸以一定比例復(fù)配制得抗皺整理劑MPAC，協(xié)同其他添加劑的使用，探討有一定斷裂強(qiáng)力保證、低加工成本、高折皺回復(fù)角、低泛黃的絲光棉織物無甲醛抗皺整理工藝，滿足企業(yè)和消費(fèi)者的要求。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

織物：19tex*28tex 523.6根/10厘米*236根/10厘米純棉絲光斜紋布(已燒毛、退漿、煮練、漂白、絲光的半制品)，毛效9.0cm/30min。

化學(xué)藥品：混合多元酸 MPAC（自制），聚馬來酸PMA(自制)，馬來酸MA（AR），次磷酸鈉SHP（AR），丁烷四羧酸BTCA（AR），檸檬酸CA（AR），聚乙二醇-400PEG-400（AR），三乙醇胺TEA（AR），硼酸（AR）等。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

X-rite8400電子測(cè)色配色儀（美國(guó)愛色麗公司）、YG（B）541E織物彈性儀（溫州大榮紡織儀器有限公司）、YG（B）026H織物強(qiáng)力儀（溫州大榮紡織儀器有限公司）、電子天平（上海精密科學(xué)儀器有限公司）、立式染色小軋車（南通寶來紡織設(shè)備有限公司）。

1.3 抗皺整理劑混合多元酸MPAC的合成與配制

在參閱文獻(xiàn)資料［6-7］的基礎(chǔ)上，采用馬來酸為聚合單體、過硫酸鉀為引發(fā)劑，在帶有冷凝器、溫度計(jì)的500ml四頸燒瓶中，選擇適當(dāng)?shù)拇呋瘎┖碗p氧水的用量，以一定的反應(yīng)條件進(jìn)行聚合反應(yīng)，最終反應(yīng)產(chǎn)物為一種無色透明的粘稠液體（含固量56%左右），即為聚馬來酸PMA。再將這一無色透明的PMA，在織物抗皺整理應(yīng)用時(shí)，在水溶液中與檸檬酸CA以一定的質(zhì)量比進(jìn)行混合，充分?jǐn)嚢杈鶆蚝?，配制成混合多元酸MPAC待用。

1.4 棉織物抗皺整理工藝

織物浸軋整理液［整理劑MPAC，次磷酸鈉SHP，三乙醇胺TEA，聚乙二醇PEG-400和硼酸，二浸二軋，軋余率68%］→預(yù)烘（85℃，5min）→焙烘（180℃，2min）→水洗→烘干（85℃，5min）

1.5 測(cè)試方法

1.5.1 織物折皺回復(fù)角測(cè)試

參照GB/T3819—1997《紡織品 織物折痕回復(fù)性的測(cè)定 回復(fù)角法》，在YG（B）541E織物彈性儀測(cè)定。

1.5.2 織物斷裂強(qiáng)力測(cè)試

參照GB/T3923.1—1997《紡織品 織物斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率的測(cè)定-條樣法》，在YG（B）026H織物強(qiáng)力儀上測(cè)定。

1.5.3 織物白度測(cè)試

采用X-rite8400電子測(cè)色配色儀測(cè)試不同抗皺工藝整理后織物的白度值。10。視野，D65光源，試樣折疊4層，測(cè)定3次，取平均值。

2 結(jié)果與討論

2.1 正交實(shí)驗(yàn)

影響織物抗皺整理效果的因素有許多，主要有纖維和整理劑的性質(zhì)、整理催化劑的性能和用量、整理工藝條件，以及各種添加劑的使用等等。根據(jù)棉織物抗皺整理工藝，首先參閱文獻(xiàn)資料［7］，確定添加劑三乙醇胺TEA的用量為2%、硼酸的用量為0.5%，再選擇整理劑用量(A)、催化劑用量（B）、焙烘溫度（C）、焙烘時(shí)間（D）為實(shí)驗(yàn)因素，各因素取4水平，選用L16（45）正交表進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)，表頭設(shè)計(jì)見表1。

表1 混合多元酸MPAC抗皺整理正交實(shí)驗(yàn)因素水平表

注:①抗皺整理劑MPAC中的PMA與CA的質(zhì)量比為15:5;②PEG-400的用量固定為6%。

為確定優(yōu)化的混合多元酸MPAC抗皺整理工藝參數(shù)，以抗皺整理織物的折皺回復(fù)角、強(qiáng)力、白度三個(gè)質(zhì)量指標(biāo)為分析依據(jù)，對(duì)正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行極差分析，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2和表3。

從表3中極差大小，可以得出,影響抗皺整理織物三個(gè)質(zhì)量指標(biāo)的重要性的主、次因素順序如表4。

結(jié)合表3中各質(zhì)量指標(biāo)的Kij值和表4中的主次因素順序，可以看出：

表2 混合多元酸MPAC抗皺整理正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表3 混合多元酸MPAC抗皺整理正交實(shí)驗(yàn)極差分析

注： Rj為極差。

因素A是影響織物強(qiáng)力和折皺回復(fù)角的比較重要因素。隨著整理劑用量（因素A）的增加，織物白度、強(qiáng)力呈下降趨勢(shì)，織物折皺回復(fù)角呈上升趨勢(shì)，但織物白度受因素A（整理劑用量）的影響程度較輕，變化比較平穩(wěn)。這主要是因?yàn)椋阂环矫嬲韯┯昧吭黾樱韯┡c纖維間的交聯(lián)程度加大，織物折皺回復(fù)性能提升，但纖維分子鏈段間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)所受到的限制也加大，纖維活動(dòng)自由度下降，纖維容易斷裂，加上整理劑用量增加，整理液的酸性也加大，在高溫的作用下，棉纖維的強(qiáng)力損傷也更大，織物的白度也會(huì)下降；另一方面，由于整理劑MPAC本身無色透明，所加入的檸檬酸的羥基又受PMA分子中的羧基以及各種添加劑中的羥基的抑制作用、不易生成不飽和羧酸，整理液中發(fā)色源較少，所以織物白度下降的程度較輕。綜合考慮，整理劑用量選A3(18.67%)至A4(21.34%)，即確保織物強(qiáng)力不受到太大損傷的前提下，使織物具有較好的折皺回復(fù)角。

表4 影響織物抗皺整理效果的主次因素表

因素B對(duì)織物白度、強(qiáng)力、折皺回復(fù)角而言，都是次要因素。隨著催化劑用量（因素B）的增加，織物白度緩慢提升，織物強(qiáng)力逐步下降，至B3水平下降程度趨緩；而織物折皺回復(fù)角則呈先上升后下降的趨勢(shì)，至B3水平織物折皺回復(fù)角最大。這主要是因?yàn)椋阂环矫娲呋瘎┯昧吭黾?，整理劑與纖維間的交聯(lián)程度加大，織物折皺回復(fù)性能越好，但纖維活動(dòng)自由度下降，織物強(qiáng)力下降，纖維容易斷裂，而當(dāng)催化劑用量過多時(shí)，整理劑與纖維間的交聯(lián)鍵也會(huì)受到催化劑的破壞，交聯(lián)的程度反而下降，折皺回復(fù)角也不升而降；另一方面，催化劑次磷酸鈉帶有較強(qiáng)的還原性，因此催化劑用量的增加，織物的白度也會(huì)有所提升，織物的強(qiáng)力則會(huì)有所下降。綜合考慮，催化劑用量取B2（6%）～B3（8%）。

因素C對(duì)織物白度、強(qiáng)力、折皺回復(fù)角而言，都是最重要因素。隨著焙烘溫度（因素C）的提升，織物白度、強(qiáng)力明顯下降，至C2水平白度下降趨緩，至C3水平強(qiáng)力下降趨緩，而織物折皺回復(fù)角則呈明顯上升趨勢(shì)。究其原因，這是因?yàn)楸汉鏈囟忍嵘欣邗セ宦?lián)反應(yīng)的進(jìn)行，整理劑與纖維間的酯化率提高，織物折皺回復(fù)性能也提升；當(dāng)然了，焙烘溫度提升，纖維在酸性條件下的泛黃程度和強(qiáng)力下降程度都會(huì)加大。綜合考慮，焙烘溫度選C3（180℃），即確保織物強(qiáng)力不受到太大損傷的前提下，使織物具有較好的折皺回復(fù)角。

因素D是影響織物白度的比較重要因素。隨著焙烘時(shí)間（因素D）的延長(zhǎng)，織物白度、強(qiáng)力呈下降趨勢(shì)，至D2水平白度下降趨緩，至D3水平強(qiáng)力下降趨勢(shì)加大，而織物折皺回復(fù)角則呈明顯上升趨勢(shì)。這是由于焙烘時(shí)間延長(zhǎng)，整理劑與纖維間的交聯(lián)程度加大，織物折皺回復(fù)性能提升，但棉纖維受酸性物質(zhì)和熱的作用時(shí)間延長(zhǎng)，纖維水解程度加重，導(dǎo)致織物白度、強(qiáng)力逐步下降。綜合考慮，焙烘時(shí)間選D2水平（120S）至D3水平（150S）。

2.2 聚乙二醇PEG-400用量的影響

聚乙二醇PEG-400用作添加劑，不僅能提高織物白度、斷裂強(qiáng)力和撕破強(qiáng)力，而且與三乙醇胺配合使用，對(duì)提高織物折皺回復(fù)性能也是有幫助的，這是因?yàn)樗休^多的羥基，能吸收較多水份，更能膨脹纖維素纖維，提高纖維的柔韌性和交聯(lián)程度。聚乙二醇PEG-400對(duì)抗皺整理效果的影響見表5。

表5 聚乙二醇PEG-400對(duì)抗皺整理效果的影響

注：①整理液中MPAC20%（PMA與CA的質(zhì)量比為15:5），SHP8%，TEA2%，硼酸0.5%；②焙烘溫度180℃，焙烘時(shí)間150S。

從表5可以看出，隨著聚乙二醇PEG-400用量的增加，織物的白度、強(qiáng)力和折皺回復(fù)角都有所提高，但當(dāng)PEG-400用量超過4%后，織物白度和強(qiáng)力增加不明顯，而織物折皺回復(fù)角卻略有下降趨勢(shì)，這是因?yàn)檫^多的聚乙二醇羥基可能參與整理劑羧基的酯化反應(yīng)，降低整理劑與纖維間的交聯(lián)程度，因此PEG-400用量可選取4%。

2.3 整理劑MPAC中PMA與CA的質(zhì)量比的影響

聚馬來酸PMA的分子結(jié)構(gòu)類似于丁烷四羧酸BTCA，但是其遷移性差，難以接近纖維素上的羥基，因此交聯(lián)的效果不如BTCA。如果在PMA中加入一定量的檸檬酸CA，不但PMA的遷移性能得到較好程度的改善，而且CA上的羥基能與PMA上的羧基發(fā)生酯化反應(yīng)，使PMA或CA變成含更多羧基的多元酸，提高了與纖維的交聯(lián)程度，也改善了抗皺織物的耐水性和檸檬酸抗皺整理后織物的泛黃疵病，同時(shí)降低多元酸抗皺整理成本。整理劑MPAC中的PMA與CA的質(zhì)量比對(duì)抗皺整理效果的影響見表6。

表6 PMA與CA的質(zhì)量比對(duì)抗皺整理效果的影響

注：①整理液中PMA15%，SHP8%，TEA2%，PEG4%，硼酸0.5%；②焙烘溫度180℃，焙烘時(shí)間150S;③PMA與CA質(zhì)量比為15:0是指整理液中PMA的用量為15%，不加CA。③保持整理液中PMA用量15%不變，這樣PMA與CA的質(zhì)量比問題就轉(zhuǎn)化為CA的用量問題。

從表6可見，隨檸檬酸CA用量的增加，織物白度、強(qiáng)力呈下降趨勢(shì)，織物折皺回復(fù)角則呈上升趨勢(shì)，當(dāng)CA用量大于5%時(shí)，折皺回復(fù)角增大的趨勢(shì)變緩。這是因?yàn)殡SCA用量的增加，整理液的酸性增強(qiáng)，纖維在高溫下，強(qiáng)力更容易受到損傷，同時(shí)可能產(chǎn)生的不飽和羧酸的量也會(huì)增加，織物白度下降；而且CA用量的增加，整理劑MPAC中羧基含量增加，纖維內(nèi)的交聯(lián)數(shù)量增加，甚至是多重交聯(lián)，織物折皺回復(fù)角增大，纖維活動(dòng)自由度下降，纖維也容易斷裂。綜合考慮，整理劑MPAC中PMA與CA的質(zhì)量比可選取15:5。

2.4 MPAC混合多元酸與BTCA整理效果比較

通過上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，本次實(shí)驗(yàn)取MPAC混合多元酸抗皺整理的優(yōu)化工藝是：MPAC20%（其中PMA含量固量為56%，PMA：CA的質(zhì)比為15：5），SHP6%，TEA2%，PEG4%，硼酸0.5%，焙烘溫度180℃，焙烘時(shí)間150S。將以此工藝整理后織物的性能與使用BTCA整理后織物的性能及未整理織物進(jìn)行比較，結(jié)果如表7所示。

表7 MPAC混合多元酸與BTCA整理效果比較

注：BTCA整理工藝為BTCA8%，SHP6%，TEA2%，PEG4%。

表7中，織物經(jīng)MPAC混合多元酸整理后的抗皺效果與 BTCA相當(dāng)，而與未整理織物比較，折皺回復(fù)角有較大程度的提高，白度則有輕微下降，強(qiáng)力保留率不夠理想，但能滿足服用要求，因此MPAC混合多元酸抗皺整理工藝能適用淺色和漂白棉織物的抗皺整理。

3 結(jié)論

（1）由PMA與CA組成的混合多元酸MPAC用于棉織物抗皺整理時(shí)，其抗皺整理效果與BTCA相當(dāng)，即使是針對(duì)絲光棉織物，折皺回復(fù)角也可達(dá)到245.7゜以上，而且織物白度只有輕微下降，適合淺色和漂白棉織物的抗皺整理，同BTCA相比，較大程度上降低棉織物抗皺整理的成本。

（2）MPAC混合多元酸抗皺整理的優(yōu)化工藝是：MPAC20%（其中PMA含量固量為56%，PMA：CA的質(zhì)比為15：5），SHP6%～8%，TEA2%，PEG4%，硼酸0.5%，焙烘溫度180℃，焙烘時(shí)間120S～150S。

（3）聚乙二醇PEG-400的使用可以有效提高抗皺整理織物的白度、強(qiáng)力和折皺回復(fù)角，但用量不宜越過4%，否則白度、強(qiáng)力提高不明顯，甚至?xí)档涂椢镎郯櫥貜?fù)角。

（4）在PMA中添加CA后，所組成的混合多元酸MPAC整理后的織物抗皺性能與單純使用PMA的相比較，織物折皺回復(fù)角有明顯的提高，但白度、強(qiáng)力有所下降，兩者最佳質(zhì)量比為15：5。

[1] 王洪英，李棟．棉織物的軋-蒸潮態(tài)抗皺整理[J]．紡織學(xué)報(bào)，2011，32(5)：91-94．

[2] 黃玲，呂艷萍，李臨生．棉織物抗皺整理劑進(jìn)展（一）[J]．印染，2003，29(8)：47-49．

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Anti-crease Finish of Cotton Fabrics with PMA-CA Mixed Polycarboxylic Acids

WANG Hong-hai

（Textile Industrial Department，Sangming Vocational Technology College, Sanming Fujian 365000, China）

The Anti-crease finish process of cotton fabrics is researched with polymaleic acid （PMA）and citric acid （CA）as mixed polycarboxylic acids. Based on the application of orthogonal experiment method，the influence of dosage of mixed polycarboxylic acid MPAC and catalyst and annexing agents PEG-400，temperature and time roasting ，and mass ratio of polymaleic acid （PMA）and citric acid （CA）was investigated on the wrinkle recovery angle，breaking strength and whiteness. The experimental results revealed that compared with the butane tetracarboxylic acid anti-crease finish process，the fabric treated by the mixed polycarboxylic acid MPAC showed equivalent anti-crease property，but better whiteness and suitable for bleaching cotton fabric anti-crease finish，processing costs are also cheaper

cotton fabric; anti-crease finish; citric acid （CA）; polymaleic acid （PMA）

TS195.55

A

2095－414X(2016)06－0037－06

王洪海（1965-），男，副教授，高級(jí)工程師，研究方向：染整新技術(shù)及新助劑的開發(fā)和應(yīng)用.

福建省三明市科技局科技計(jì)劃項(xiàng)目（2015-G-8）.