檸檬酸/乙二醛在柞蠶絲織物防皺整理中的應用

于志財，何華玲，林 杰，路艷華

(遼東學院 化工與材料學院，遼寧 丹東 118003)

檸檬酸/乙二醛在柞蠶絲織物防皺整理中的應用

于志財，何華玲，林 杰，路艷華

(遼東學院 化工與材料學院，遼寧 丹東 118003)

以檸檬酸(CA)、乙二醛(GX)為原料，制備了一種無甲醛防皺整理劑檸檬酸/乙二醛，并將其應用于柞蠶絲織物的防皺整理。對檸檬酸/乙二醛用量、催化劑種類及用量、焙烘溫度和焙烘時間等因素對整理效果的影響進行了分析，確定了檸檬酸/乙二醛在柞蠶絲織物防皺整理中的最佳應用工藝。

檸檬酸；乙二醛；柞蠶絲織物；防皺整理

柞蠶絲織物古樸、豪放，光澤優美，風格獨特。在化學纖維和天然纖維大量開發普及的時期，野生蠶絲就更能彰顯它的華貴及生態和環保優勢。美中不足的是柞蠶絲織物的抗折皺性很差[1]，這使得其應用受到一定的限制。由于柞絲綢是中國的特產，國外對其研究較少，而目前國內對真絲綢的防皺整理主要集中在桑絲綢上，對柞絲綢的整理研究并不多見。

檸檬酸作為一種較理想的防皺整理劑[2-3]，其存在的最大問題是在焙烘過程中其分子上的羥基和鄰位上的氫受熱后結合成水脫去，生成了烏頭酸，另外有部分失去二氧化碳和水變成了衣康酸[4]。由于生成的烏頭酸和衣康酸結構中含有不飽和雙鍵，所以會使整理后的織物泛黃。乙二醛也是一種無甲醛整理劑，能夠很好地提高柞蠶絲織物的折皺回復角，但是低濃度的乙二醛會對柞蠶絲織物造成很大的強力損傷，并且其價格也比較高[5]。由于乙二醛的醛基比較活潑，在一定的條件下很可能與檸檬酸上的羥基發生縮醛反應，不僅會封閉檸檬酸上的羥基，降低焙烘時引起的織物泛黃程度，而且還會增加交聯的平均長度和支化度，減少對織物的強力損傷，提高交聯網絡的彈性，從而可以大幅度地提高織物的折皺回復角。基于上述分析，將檸檬酸和乙二醛進行縮醛反應后，制得檸檬酸/乙二醛復配整理劑用作柞蠶絲織物防皺整理是可行的。

本研究是探索性地檢驗檸檬酸(CA)、乙二醛(GX)先經過縮醛反應后，然后配成防皺整理劑對柞蠶絲織物進行防皺整理的可行性探析。

1 實 驗

1.1 材料、藥品及儀器

材料：柞蠶絲織物(練白綢，遼寧丹東絲綢二廠)。

藥品：檸檬酸(分析純，天津市百世化工有限公司)，乙二醛(分析純，天津市永大化學試劑開發中心)，硝酸鈉(分析純，天津市鑫鉑特化工有限公司)，次亞磷酸鈉(分析純，天津開發區德信化工有限公司)，氯化鎂(分析純，天津市博迪化工有限公司)，檸檬酸鈉(分析純，天津市百世化工有限公司)，多聚磷酸鈉(分析純，天津市博迪化工有限公司)，滲透劑JFC(工業級，石家莊市海森化工有限公司)。

儀器：YG541型織物折皺彈性儀(溫州市大榮紡織標準儀器廠)，ZBD型白度儀(溫州儀器儀表有限公司)，YG(B)026D-500電子織物強力機(常州市大華電子儀器有限公司)，P-AO型氣壓電動小軋車(廣東鶴山沙平宏發染整機械廠)，701-1型電熱干燥箱(上海楚定分析儀器有限公司)，JMU5051型實驗室定形烘干機(廣東鶴山沙平宏發染整機械廠)，YP600型電子天平(上海精天電子儀器有限公司)，儀表恒溫水浴鍋(黃驊綜合電器廠)。

1.2 檸檬酸/乙二醛整理劑的合成

1.2.1 原 理

乙二醛是分子結構最簡單的脂肪族二元醛，分子結構中含有2個醛基。以一側的醛基為例，醛基是強極性基團，碳原子顯較強的正電性，因而易于與親核試劑反應，而檸檬酸中羥基上的氧具有孤對電子，有較強的親核性，在酸性條件下氧原子及孤對電子會進攻羰基碳形成半縮醛，或進一步反應形成縮醛。這樣檸檬酸分子上的羥基與乙二醛反應便會形成一種新的交聯劑，檸檬酸和乙二醛可能發生的反應如圖1所示。

圖1 檸檬酸和乙二醛可能發生的反應Fig.1 The Possible Reaction between Citric Acid and Glyoxal

1.2.2 合成步驟

在裝有溫度計、攪拌器的四口圓底燒瓶內依次加入檸檬酸和乙二醛(兩者的摩爾比為1∶6)，調節溶液的pH值為1左右，然后把四口瓶放入恒溫水浴鍋中，40 ℃下攪拌6 h，得到淡黃色透明液體，即為檸檬酸/乙二醛自制交聯劑成品。

1.3 整理工藝

將柞蠶絲織物試樣在含有檸檬酸/乙二醛整理劑、硝酸鈉等的整理液中(浴比約為1∶20)二浸二軋，軋余率為80 %。浸軋后的試樣在90 ℃的條件下預烘3 min，然后在150～160 ℃條件下焙烘3 min或4 min，皂洗(80 ℃，5 min)，水洗(35～40 ℃，浴比1∶40，洗4 min)，軋水，烘干測試其性能。

1.4 測試方法

白度：WSD-Ⅲ型白度儀上測3經3緯，取平均值。

斷裂強力：按GB/T 3923.1—1997《紡織品 織物拉伸性能第1部分：斷裂強力和斷裂伸長率的測定條樣法》測定，按下式計算織物斷裂強力保留率：

干態折皺回復角(緩彈)：按GB/T 3819—1997《紡織品 織物折痕回復性的測定 回復角法》垂直法測定，以“經＋緯”表示。

2 結果與分析

2.1 整理劑用量對整理效果的影響

固定其他工藝條件，僅改變整理劑質量分數，整理后的柞蠶絲織物測定其性能，結果見表1。

表1 整理劑質量分數對整理效果的影響Tab.1 In fl uence of Finishing Agent Amount on Finishing Effect

由表1可以看出，隨著整理劑質量分數的增加，整理后柞蠶絲織物的折皺回復角逐漸增加，但當整理劑質量分數超過8 %時，隨著質量分數的增加，折皺回復角反而有所減小。白度也是不斷下降的，但下降幅度不大，斷裂強力保留率隨整理劑質量分數的增加而下降。這主要是因為焙烘時絲纖維中的羥基(絲氨酸、酪氨酸)、胺基(賴氨酸、精氨酸、脯氨酸、組氨酸、色氨酸)等反應基團不僅會與整理劑上的醛基反應，使分子鏈間形成半縮醛式或者氨醇式的交聯鍵，而且還可以與整理劑上的羧基發生酯化或者酰胺化反應，在柞蠶絲纖維的無定形區形成網狀結構，使處理后織物彈性增加[6]，但同時這些交聯鍵會使絲素的分子結構會變得更加穩固，在很大程度上減少了分子之間的滑移，因此造成斷裂強力保留率降低。當質量分數過高時，過剩的整理劑就會在柞蠶絲織物的表面形成一層比較厚的整理層，從而降低了織物的回彈性。綜合考慮，整理液質量分數應該在8 %～9 %為宜。

2.2 催化劑種類對整理效果的影響

固定其他工藝條件，分別選用不同的催化劑，質量分數均為4 %(對整理液質量)，整理后柞蠶絲織物測定其性能，結果見表2。

表2 不同催化劑對整理效果的影響Tab.2 In fl uence of Different Catalyst on Finishing Effect

由表2可以看出，使用次亞磷酸鈉時整理后織物的強力保留率較高，但是白度較差，又由于次亞磷酸鈉的價格較高，且其作為含磷催化劑，長期使用對環境是有污染的，因此不考慮使用次亞磷酸鈉作為催化劑。使用氯化鎂后織物的折皺回復角較高，但是強力損失嚴重，故不采用。使用檸檬酸鈉和多聚磷酸鈉時，整理后織物的強力保留率和白度均較好，但是折皺回復角要低得多，所以也不能采用。相對而言，使用硝酸鈉作催化劑時，雖強力保留率稍低，但是整理后織物的折皺回復角和白度均較好。綜合考慮，本實驗采用硝酸鈉作為檸檬酸/乙二醛整理劑的催化劑。

2.3 催化劑質量分數對整理效果的影響

固定其他條件，選用硝酸鈉作催化劑，并改變其質量分數，整理后的柞蠶絲織物測定其性能，結果見表3。溫度為150 ℃、焙烘時間為3 min。

表3 催化劑質量分數對整理效果的影響Tab.3 In fl uence of Catalyst Amount on Finishing Effect

由表3可以看出，起初隨著催化劑硝酸鈉質量分數的增加，整理后柞蠶絲織物的折皺回復角逐漸提高，當質量分數達到4 %時達到最大值，此后再增加催化劑的質量分數，折皺回復角幾乎維持最大值不再增加，而斷裂強力保留率及白度則隨催化劑質量分數的提高逐漸下降，但下降趨勢比較緩慢。這是因為催化劑促進了檸檬酸/乙二醛整理劑和柞蠶絲絲素分子之間的交聯反應，使整理后織物的回彈性提高。通過綜合考慮各項性能，硝酸鈉的質量分數以4 %為宜。

2.4 焙烘溫度對整理效果的影響

固定其他條件，焙烘溫度對整理效果的影響見表4。

表4 焙烘溫度對整理效果的影響Tab.4 In fl uence of Curing Temperature on Finishing Effect

由表4可以看出，隨著焙烘溫度的逐漸升高，柞蠶絲織物的折皺回復角逐漸增加，而后又呈下降趨勢，而白度及斷裂強力保留率則不斷下降。這是因為溫度較低時，不利于自制的檸檬酸/乙二醛整理劑與絲素分子發生縮醛、酯化及酰胺化交聯反應，溫度的升高會促進反應的進行，使檸檬酸/乙二醛整理劑很好地與絲素分子間形成交聯，提高折皺回復性能。但溫度過高，可能會由于整理劑的蒸發等原因造成織物的白度下降，同時實驗還發現溫度過高，整理后柞蠶絲織物的手感明顯發硬。綜合考慮折皺回復角、白度及斷裂強力保留率等指標，焙烘溫度以160 ℃較適宜。

2.5 焙烘時間對整理效果的影響

其他工藝條件固定，僅改變焙烘時間，實驗結果見表5。

表5 焙烘時間對整理效果的影響Tab.5 In fl uence of Curing Time on Finishing Effect

表5數據表明，在160 ℃的溫度下焙烘時，隨著焙烘時間的延長，折皺回復角逐漸增加，白度及斷裂強力都有下降的趨勢。焙烘時間為2.5 min和3 min時，織物的折皺回復角僅增加了3°，而且焙烘3 min時，整理后織物的白度及斷裂強力保留率下降得較多，因此焙烘時間以2.5 min較合適。

2.6 整理后織物的耐水洗性能

用優化的整理工藝對柞蠶絲織物進行整理，然后測定其耐水洗性能，結果見表6。

表6 整理后織物的耐水洗性能Tab.6 Washing Ability of Finished Fabric

從表6可以看出，隨著洗滌次數的增加，整理織物的折皺回復角下降，洗滌5次后織物的防皺性能基本穩定。這說明經高溫焙烘后，檸檬酸/乙二醛整理劑與織物上的交聯比較穩定，具有良好的耐洗性能。

2.7 檸檬酸/乙二醛與檸檬酸的整理效果比較

采用檸檬酸/乙二醛整理劑在其最佳工藝下對柞蠶絲織物進行防皺整理，并與單獨使用檸檬酸的整理效果進行比較(表7)，考察檸檬酸與乙二醛縮醛反應后制備的整理劑對柞蠶絲織物的折皺回復角、白度和強力的影響。檸檬酸整理工藝與檸檬酸/乙二醇整理劑的整理工藝相同。

表7 檸檬酸/乙二醛與檸檬酸整理效果比較Tab.7 Comparison of Finishing Effects of Citric Acid/Glyoxal and Citric Acid

由表7可以看出，自制檸檬酸/乙二醛整理劑處理柞蠶絲織物的折皺回復角、斷裂強力保留率和白度均比用檸檬酸單獨處理的效果要好。通常，檸檬酸整理后織物的白度較差，影響其使用價值，檸檬酸/乙二醛整理劑在克服了其處理織物泛黃的缺點的同時，提高了織物的斷裂強力保留率，且其制備比較簡單，因此，檸檬酸/乙二醛具有一定的推廣價值。

3 結 論

1)檸檬酸/乙二醛整理劑可以改善柞蠶絲織物的防皺效果，通過實驗得出最佳的整理工藝為：整理劑質量分數8 %(對整理液質量)，催化劑硝酸鈉質量分數為4 %(對整理液質量)，焙烘溫度為160 ℃，焙烘時間為2.5 min。

2)采用檸檬酸/乙二醛作整理劑，硝酸鈉作催化劑，對柞蠶絲織物進行防皺整理，相對于檸檬酸而言，整理后織物的折皺回復角、白度及斷裂強力保留率都有明顯提高。

3)檸檬酸和乙二醛都為無甲醛整理劑，且在合成檸檬酸／乙二醛整理劑及其在織物整理過程中都無甲醛放出，符合當代綠色環保的要求，可見檸檬酸／乙二醛整理劑用于柞蠶絲織物的防皺整理是切實可行的。

[1]劉雷良.柞蠶絲的結構性能及其抗皺整理[J].四川絲綢，2007(2)：20-22.

[2]黃燕萍.染色真絲織物的檸檬酸防皺整理[J].西安工程科技學院學報，2007，21(6)：775-778.

[3]陳莉，孫衛國，劉玉森.天然彩色棉織物檸檬酸防皺整理探討[J].印染助劑，2005，22(3)：27-28.

[4]陳美云.真絲綢的檸檬酸和殼聚糖防皺整理[J].上海紡織科技，2003，31(1)：40-41.

[5]吳堅，孫永剛.柞蠶絲織物的乙二醛抗皺整理[J].印染助劑，2008，25(3)：9-12.

[6]陳美云，繆勤華.真絲綢殼聚糖－乙二醛防皺整理[J].絲綢，2005(1)：32-35.

Application of Citric Acid/Glyoxal in Anti-crease Finishing of Tussah Silk Fabric

YU Zhi-cai, HE Hua-ling, LIN Jie, LU Yan-hua

(School of Chemical Engineering and Material Science, Eastern Liaoning University, Dandong 118003, China)

Formaldehyde-free resins of citric acid/glyoxal were prepared with citric acid and glyoxal and applied to tussah silk fabric for anti-crease finishing. The influence of citric acid/glyoxal concentration, catalyst type and amount, curing temperature and time were studied, and the optimal anti-crease finishing process of tussah silk fabric with citric acid/glyoxal was obtained.

Citric acid; Glyoxal; Tussah silk fabric; Anti-crease finishing

TS190.644；TS102.332

A

1001-7003(2010)12-0011-04

2010-07-17；

2010-09-22

于志財(1983－ )，男，助教，碩士，主要從事紡織印染助劑的研究與開發。