低甲醛整理剂LF-2在免烫整理中的研究

刘宏光, 戴瑾瑾  (东华大学国家染整工程技术研究中心,上海 200051)

原载：六届论文集；82-87（lq017）

 

【摘要】通过对免烫整理效果影响参数的研究，确定了整理剂LF-2处理纯棉的织物的最优工艺，在最优工艺整理剂LF-2浓度为12％、催化剂浓度为30％（相对整理剂）、焙烘条件为150℃×3min条件下整理织物回复角可达到250－260°、强力保留率大于65％、织物的平整度可达3－3.5级。

【关键词】参数  最优工艺  纯棉织物  平整度

 

棉织物免烫整理的研究始于上世纪50、60年代，免烫整理剂的研制已由最初的所谓热塑性树脂发展到了目前所使用的可与棉纤维大分子链发生交联反应的交联型整理剂，不但能够较好地提高织物的折皱回复性能，且具有较好的耐洗性和手感，其代表性的产品如二羟甲基二羟基环次乙烯脲(DMDHEU)整理剂。由于在合成DMDHEU的过程中使用了甲醛，因此整理荆中的游离甲醛及整理后织物上释放甲醛量较高。近年来，经免烫整理后的织物及成衣上的释放甲醛对环境、操作者、服用者带来的危害已越来越引起各方面的重视，为此世界各国纷纷制订了一系列严格的标准，对服装及装饰用纺织品上的释放甲醛量进行控制，比如：中国的GBl8401－2001规定甲醛限量：婴儿服装为20 ppm，直接接触皮肤的服装为75 ppm；非直接接触皮肤的服装为300 ppm；日本规定甲醛限量：直接接触皮肤的服装为75 ppm；直接接触皮肤较少的男女衬衫、睡衣为300 ppm。^【1】。无甲醛免烫整理剂的原料中不含甲醛，因此整理后织物上释放甲醛量可达到检测不出的程度，但经无甲醛免烫整理剂(如BTCA、乙二醛等)整理后的织物受损严重，强力损失大，若工艺控制不当，极易造成织物泛黄的现象，且BTCA的价格昂贵（约2D树脂的两倍）。研制低甲醛整理剂的主要途径是对传统的N一羟甲基酰胺类整理剂(如DMDHEU)进行改性，改变其中的羟甲基结构，以达到有效降低整理荆中游离甲醛含量的目的。虽然低甲醛整理剂无法彻底消除整理后织物上的释放甲醛，但可有效地降低织物上的释放甲醛量，以达到相关标准要求，整理后织物的强力损失较小，且价格低廉，因而受到广大生产者、消费者的欢迎，并仍是目前棉织物进行免烫整理加工的主要整理剂。本文对改性的2D免烫整理剂LF-2低甲醛免烫整理剂的应用工艺参数(整理剂浓度、催化剂浓度、焙烘条件等)进行了研究, 探索最佳的处理配方。

1、实验

1.1 实验材料和设备

1.1.1织物

经过退浆、煮炼、漂白、丝光的全棉半制品，30^s×30^s, 68×68，来自于上海华伦印染厂。

1.1.2药品

整理剂LF-2为低甲醛整理剂，由深圳先进有限公司提供；

氯化镁（MgCl₂﹒6H₂O）作为催化剂，CP级由上海科昌精细化学品公司提供；

二甲基有机硅油（GR-1）作为柔软剂，由上海树脂厂提供；

JFC作为润湿剂使用.

1.1.3 仪器

轧车            MU504A型台式轧车（北京机械器材研究所）

烘蒸两用机      Mathis  (瑞士生产)

1.2 整理工艺

织物→两浸两轧整理液（带液率为65－70%）→预烘（80℃×5min）→焙烘（不同条件）→测试。

1.3 测试及方法

1.3.1 回复角

方法标准：                    AATCC Test Method 66-1998

设备：                        “Shirley” Crease Recovery Tester

1.3.2 拉伸强力

方法标准：                  ASTM  D 434-95　

设备：                      H10KS 织物强力测试仪 (Tinius olsen)

1.3.3 织物平整度

方法标准：                  AATCC Test Method 124-1996

设备：                      Ultimate Care II, Whirlpool Gold

2、 结果以及讨论

2.1 整理剂LF-2浓度的影响

LF-2低甲醛免烫整理剂是将羟甲基改性后的产品，其免烫性能是靠整理剂与纤维素纤维上的反应性基团发生交联反应后得到的。因此免烫效果取决于整理剂与纤维素纤维的交联量。如果交联过度，则会使织物的强度和耐磨牢度降低很多，最终影响到服装的使用寿命；反之，若交联不够，则会使缩水率、布面平整性和折裥保持性等指标达不到要求^【2】。

为了很好地表现出整理剂用量对织物性能影响规律，本实验以整理剂浓度分别为6％、8％、10%、12％、14％整理工作液对棉织物进行抗皱整理。其整理效果见图1和图2。

图1 整理剂浓度对强力的影响	图2整理剂浓度对回复角的影响

整理液配分：整理剂LF-2浓度为6－14％，催化剂MgCl₂·6H₂O 浓度20％（相对于整理剂而言）；柔软剂GR-1浓度3%；渗透剂JFC浓度0.2%；焙烘条件150℃×3min。

如图1、2所示，随着LF－2整理剂用量的增加，整理剂与纤维的交联数量增加，整理后织物的回复角也随之增加。整理剂与纤维交联量的增加，使得纤维大分子链的可移动性降低，应力集中加剧，势必导致织物拉伸强力的损失量增大。从图2可以看出，在整理剂浓度为6％到12％的范围内，回复角的增加明显，到14％的时候回复角增加比较缓慢，几乎没有增加的倾向，而从图2明显发现，织物的湿弹比干弹性能好，其原因是经过丝光整理后的棉织物，在测湿弹时浸水过程中较容易建立了分子间的压力，强迫织物提高了回弹的性能。从强力保留率看来，整理剂用量为14％时强力保留率下降比较厉害；而用量在12％时经纬向的强力保留率分别为71.1%和65.1%。产生以上情况的原因可能是在整理剂浓度为12％时，整理剂与纤维的反应已达到饱和的状态，此时,如果继续增大整理剂的浓度,随着反应的进行,将会有更多的整理剂与纤维素分子发生交联,相邻两分子间的连接点数不断增加,交联密度增大,形成网络体,阻碍了纤维素分子的移动,降低了分子的弹性,因而织物的折回角又呈明显下降的趋势^[3]。因此随着整理剂浓度的增加，也不会提高织物的回复角而拉伸强力会继续下降，因为整理剂量的增加会加剧酸对纤维的降解。为此，本实验选择整理剂的用量为12％。

2.2 催化剂MgCl₂·6H₂O用量的影响

催化剂是防皱整理剂与纤维素纤维发生交联反应的必要条件，没有催化剂的参与，树脂与纤维大分子之间反应相当缓慢，因此必须研究催化剂用量对防皱整理的影响。以浓度为15、20、25、30、35％(相对整理剂量)的MgCl₂·6H₂O作为LF—2低甲醛免烫整理剂的催化剂，对棉织物进行整理，其整理效果见图3和图4。

图3催化剂用量对强力的影响	图4催化剂用量对回复角的影响

整理液配分：整理剂LF-2浓度为12％，催化剂MgCl₂·6H₂O 浓度15－35％（相对于整理剂而言）；柔软剂GR-1浓度3%；渗透剂JFC浓度0.2%；焙烘条件150℃×3min。

与整理剂浓度对防皱的影响相仿,催化剂浓度也不可以任意的增大。而且对于不同的整理剂,要想得到较好的整理效果,

催化剂的浓度也需加以调整。催化剂氯化镁作用机理如下^[4]：

从图3、4知，随MgCl₂·6H₂O用量的增加，整理剂受正电离子(H^＋)攻击后产生的质子化离子的数量增加，从而可与纤维素纤维形成更多的交联分子，提高织物的拆皱回复角。由于织物回复角的提高，应力集中现象加剧，导致织物强力有所下降。若催化剂MgCl₂·6H₂O浓度过高，对提高织物拆皱回复角帮助不大，而织物的强力保持率却有所下降，下降的原因是用量继续增加以后，在高温条件下放出更多的酸质子，对纤维发生了酸降解。

    由图4还可知催化剂MgCl₂·6H₂O用量过少，整理剂与纤维素纤维的交联数量少，折皱回复角提高不大。从图4知道，当催化剂用量大于35％时，湿弹性几乎没有增加，而干弹性反而下降；而图3也显示了拉伸强力也随之下降。在催化剂的相对浓度为30％时显示了良好的整理效果。当催化剂大于这一浓度,过量的催化剂能加速降低反应活化能,提高了反应速率,使整理剂与纤维素分子间的连接点数迅速增加,形成较密集的网络体,降低了分子的弹性,因此影响了折回角,使其下降。因此，催化剂的浓度确定为30％（相对于整理剂的用量）。

2.3 焙烘温度对强力和回复角的影响

对焙烘设备的要求是确保焙烘箱内前后、左右、上下的温度应一致，采用温度和时间的全自动化控制仪表，并采用烘蒸两用型的焙烘箱，不仅可提高整理的质量，而且还可提高产量。在免烫整理工艺参数中，焙烘条件是影响免烫整理效果的重要因素。图5和图6为在不同的培烘温度130、140、150、160、170℃的条件下，经LF—2低甲醛免烫整理剂整理后棉织物的整理效果。

图5焙烘温度对强力的影响	图6焙烘温度对回复角的影响

整理液配分：整理剂LF-2浓度为12％，催化剂MgCl₂·6H₂O 浓度30％（相对于整理剂而言）；柔软剂GR-1浓度3%；渗透剂JFC浓度0.2%；焙烘条件130－170℃×3min。

经整理液处理后的织物,其折回角有所提高,但断裂强力则有不同程度的下降。其中焙烘温度和焙烘时间对断裂强力和折回角的影响都十分显著。然而,受整理剂和催化剂种类的影响,焙烘温度并不是越高越好。催化剂MgCl₂·6H₂O是一种路易斯酸，必须在高温下才能形成正离子(H^＋)，整理剂受H^＋攻击后生成的质子化离子与纤维素纤维的交联反应，也是在高温下进行的^【5】。由图5、6可见，当焙烘温度较低时(130℃)，整理剂不能产生足够多的质子化正离子，而与纤维素纤维发生交联，故而织物的拆皱回复角不大。而焙烘温度过高,氢离子也促进纤维素纤维的水解反应致使强力下降。再者，焙烘温度过高，会导致织物受损，强力损失严重。所以适当的焙烘温度是保障整理效果的因素。由图6可以看出，从焙烘温度130℃到150℃时，湿弹和干弹都随之增加，在150℃时干弹达到最大，到150℃以后干弹稍微下降，湿弹也逐渐趋于平衡状态，但从图5看出当焙烘温度大于150℃时，拉伸强力下降明显，强力保留率低于60％，其原因可以解释为温度过高，对氯化镁作用越激烈，放出更多的酸质子，进一步降解了纤维。综合对强力保留率和回复角的影响，焙烘温度为150℃是合适的焙烘温度。

2.4 焙烘时间对强力和回复角的影响

焙烘时间是影响织物强力和回复角的另外一个重要因素，在这里选择1、2、3、4分钟作为焙烘时间来考虑时间对处理织物性能的影响。不同的焙烘时间处理织物的效果如图7和图8。

图7焙烘时间对强力的影响	图8焙烘时间对回复角的影响

整理液配分：整理剂LF-2浓度为6－14％，催化剂MgCl₂·6H₂O 浓度20％（相对于整理剂而言）；柔软剂GR-1浓度3%；渗透剂JFC浓度0.2%；焙烘条件150℃×（1－4）min。

从图8看出，随着时间增加，湿弹性和干弹性增加明显。但从图7随着焙烘时间的增加，拉伸强力逐渐减少。因为时间整理时，整理剂与纤维交联量的增加，使得纤维大分子链的可移动性降低，应力集中加剧，势必导致织物拉伸强力的损失量增大。从图8可知，在较短的焙烘时间，整理剂与纤维中的羟基反应不完全，因此有较低的回复角和较高的强力保留率，随着时间增加到3分钟时，干弹达到最大值，时间再高于3分钟时，干弹性略有下降，而湿弹性几乎没有变化。产生以上变化的可能原因是在高温焙烘情况下，如果时间过长，产生的酸降解越严重，导致织物的强力不断地下降，而交联已达到最饱和状态，再延长焙烘时间也无助于回复角的提高。因此，考虑到对强力保留率和回复角的影响，3分钟是适合的焙烘时间。

2.5 平整度的测试

表1 整理前与整理后织物的平整度

	整理前的布样	整理后的样品
平整度 （一次水洗）	1	3.0-3.5
	1	3.0
平整度 （五次水洗）	1	3.0
	1-	3.0

注：整理液组分：LF-2 12%, MgCl₂·6H₂O 30%(相对整理剂)，二甲基硅油Gr-1 3%,

JFC 0.2％，焙烘条件为 150℃×3min。

从表1可以看出，经过抗皱整理后，织物的平整度明显地提高，在最优工艺条件下，织物的平整度可以从未处理织物1级提高到3－3.5级。

3、结论

    通过对整理剂浓度、催化剂浓度、焙烘温度与焙烘时间的实验，可以得出它们与织物强力和回复角之间的关系：随着整理剂浓度增加，回复角明显增加，强力逐渐下降，在浓度增加到12％时回复角达到最大值250°－260°之间，在浓度增加为14％时，回复角没有继续增加，趋于平衡状态甚至稍微减少，但强力继续下降；催化剂浓度增加以后，回复角也相应增加，但强力逐渐下降，在催化剂用量为30％（相对整理剂）时回复角达到最大值，继续增加催化剂用量无助于回复角的提高，强力仍然下降；焙烘温度的增加，回复角也相应增加，强力相应地下降，实验证明在焙烘温度为150度时达到最好免烫性能，继续升温强力会继续下降，而回复角趋于平衡甚至减少；焙烘时间从1到3min回复角随之增加，强力相应下降，时间大于3min后，回复角没有增加的趋势，但强力会继续下降。综上所述，整理条件为：整理剂LF-2浓度12％、催化剂氯化镁浓度30％（相对整理剂）、焙烘温度150度、焙烘时间3min整理织物可以达到不错的效果，回复角总体可达250°－260°，提高了75％左右，而强力保留率保留在65％以上，经过五次水洗以后的平整度达到3级到3.5级。

4、参考文献

[1] 商成杰 赵志芳 王伟昭主编. 纯棉织物无甲醛免烫处理 .  纺织科学研究,2004.015（001）.－10－14

[2] Pro.Dr.J.Hilden  Dyeing/Finishing/Printing. 1/86. 1996.

[3] 邓彩云  醚化2D整理剂性能的研究，印染.

[4] 王菊生主编. 染整工艺原理II. 中国纺织出版社, 1983，4；269

[5] 丁颖 沈勇等 ULF一1低甲醛免烫整理剂的应用性能研究，2003，31(5);41-43

 

The application of low-formaldehyde agent LF-2 in easy-care finishing

Abstract: Some parameters affecting easy-care finishing were investigated in order to find the best treating formation. Experimental results indicated that. The easy-care finished cotton fabrics were tested for their physical-mechanical properties. Experimental results indicated that when 12% LF-2, 30% (relative to LF-2) catalyst, curing condition 150℃×3min, the good easy-care finishing results were obtained.

Key Words: parameter; easy-care finishing; cotton fabric; catalyst; curing condition