绿色防皱整理剂的合成及应用实验

专业实验Ⅱ实验报告实验题目：绿色防皱整理剂的合成及应用实验系别：实验二绿色防皱整理剂的合成及应用实验实验目的掌握防皱整理剂-聚马来酸的合成工艺原理，并能够根据合成原理设计实验路线和整理工艺条件；掌握防皱织物性能的测定方法。文献综述1、无甲醛防皱整理近年来，人们服装消费观念正在发生变化，天然纤维织物受到人们的青睐，特别是纯棉织物已成为衬衫，西裤的主要面料之一。外观自然，穿着舒适和料理简便是人们选择便装、休闲装的基本要求，为了克服纯棉织物易起皱，洗后需熨烫的缺点，DP整理(在美国称“不皱整理”，在日本称“形态稳定”、“形状记忆”整理)已成为全棉衬衫的重要后整理工艺。甲醛是醛类中具有特殊致毒作用的一个品种，它剧裂刺激眼睛、皮肤和粘膜、造成结膜炎、鼻炎、支气管炎、、皮肤过敏等疾病，若作用时间过长还会引起严重的疾病，如嗜睡、肠胃炎、手指or甲趾发痛等。甚至有些工厂提出生产释放甲醛量＜100PPM的超低甲醛整理剂。鉴于许多天然物(如蔬菜、苹果等)本身就含微量甲醛，空气中也有微量的甲醛踪迹，国际纺织品生态研究和检验协会颁的Deko-Teoc标准100规定，甲醛的最高限量是300PPM，这一浓度对生产者和消费者是安全的，规定不直接与皮肤接触的外衣定≤300PPM，而直接与皮肤接触的制品含量为75PPM，及婴儿衣物的最高允许含量为20PPM。目前，国内外都在研究并开发低甲醛和无甲醛树脂整理剂，其中一部分有价值的已形成产品，并在市场上销售。2、防皱整理的意义通过化学or物理化学的方法，对纤维进行提高弹性的加工处理，从而提高织物从折皱中恢复原状的能力。(1)可以提高织物免烫性能。(2)织物穿着寿命增加。(3)对还原dye染色的深色品种有助于提高搓洗牢度。(4)对某些dye的色光和日晒率牢度有影响。(5)织物的穿着舒适性有所↓，沾污性↑。3、回复角和回复度衡量织物的抗皱性能的方法很多，常用的是回复角及回复度。回复角越接近180，防皱性能越好。4、织物折皱形成的原因a.纤维的回复度与防皱性能的关系折皱可以认为是由于外力使纤维弯曲变形，放松后来完全复原造成的。b.纤维弯曲变形的实质(1)拉伸过程中，纤维内分子不同区域产生形变不同。侧序度高的区域中存在的H-bond能共同承受外力作用，发生分子间移动的机会较少，主要是弹性形变。(2)发生强迫高弹形变or塑性形变过程中，伴随着H-bond拆散，新的H-bond形成，放松后，未断裂键及分子内旋转有使系统恢复原状的作用，但受到新H-bond的阻滞作用，除部分缓缓恢复外，还留下不可恢复的形变(永久形变)，这就是造成折皱的原因，一般情况下，也可认为折皱是缓弹形变造成的。5、树脂整理的防皱原理关于树脂整理的机理，目前还难作出完整的解释，一般认为有两种作用：a.沉积理论b.交联理论c.从物理化学的角度解释纤维素纤维在拉伸、回复过程中主要是内能的作用，贮存的内能愈多，弹性愈大。6、交联程度与防皱性能的关系a.交联程度交联剂浓度↑，交联度↑，防皱性能↑，但交联度过大，强力下降过大。b.交联分布只有在无定形区和结晶区的表面，才能产生共价交联。干态交联：干防皱性能较佳，湿防皱性能差(侧序度高的区域使Hbond被拆散)。湿态交联：交联发生在中等侧序区域，低侧序度区域交联少，干燥后，纤维干瘪，存在于中等侧序度区域的交联处于较松驰状态，而低侧序度区域缺少稳定的交联。7、防皱整理工艺（一）工作液整理剂，催化剂，添加剂(柔软剂)，润湿剂(二)浸轧(三)预烘、干燥(四)焙烘(五)后处理8、其他整理方法a.免烫整理即高要求的防皱整理，整理品有较高的湿弹性，不但在穿着过程中具有良好的防皱性，洗涤后，需熨烫就有良好的平挺外观(即洗可穿性能)。a.耐久压烫整理1、即高水平免烫整理，除具有良好的干、湿弹性外，能使服装上的折裥具有良好耐洗性。实验原理棉纤维是由p-D葡萄糖剩基通过1,4-贰键联接起来的纤维素大分子组成的，见图1.1。在纤维素分子中每个葡萄糖环上都保留有可以形成氢键的自由轻基，由于纤维中不同部位分子链的侧序度不同，因此在外力作用下，承受外力和发生形变的情况也不同。在侧序度较高的区域中，分子链间有较多的氢键，受到外力作用时，能共同承受外力的作用，所以在不超过弹性极限的外力作用下，一般只发生较小的可逆形变，即普弹形变。在规整度较低的无定型区，羟基大多处于游离状态，形成的氢键较少，在受外力作用时，并非同时受力，而是沿着外力的方向，先后受到外力的作用而变形，并随氢键强度的不同，逐渐发生键的断裂和基本结构单元的相对位移，轻基在新的位置又会产生新的氢键重新排列，见图。当外力去除后，系统发生蠕变回复，若形成的氢键产生的阻力大于回复力，使系统形变不能恢复，便出现了永久形变。由于氢键排列的多样性而产生多种形态变化，这种不均一而且不可逆形变的宏观表现就形成了织物的折皱。因此要克服棉织物容易起皱的缺点，必须减少棉纤维在外力作用下产生大分子间相对位移的机会，或当大分子发生相对位移时能阻碍在新的位置形成氢键，这样在外力去除后，大分子能较快恢复至原来的位置。在纤维素大分子链和基本结构单元间引进一定数量的化学键(共价交联)，可以阻止纤维基本结构单元间的相对位移，提高纤维素纤维的弹性回复，这就是防皱整理剂提高织物抗皱性的主要理论基础。关于棉织物抗皱性能的机理，主要有以下几种观点：（1）树脂沉积论树脂沉积论主要存在于20世纪30年代，这一时期主要的整理剂是多官能团的脉醛类树脂等。这种理论认为抗皱效果主要是由于热固性的、微小的树脂粒子能扩散到纤维的无定形区域内，在反应条件下，整理剂自身缩聚成不溶于水的大分子，形成三度空间高聚物沉积在纤维内，通过与纤维的氢键或分子间作用力的相互作用，使纤维分子链相互缠结，牵制和阻碍了纤维素分子间链段的相互运动和滑移，使纤维素分子不易发生变形，从而达到抗皱效果。（2）共价交联论随着新型整理剂的不断发展，又提出了共价交联论。共价交联论认为整理剂不但自身能发生缩聚反应，而且能与纤维形成共价结合，通过多个官能团与纤维素的结合，与纤维素间实现相互交联，即把纤维素中相邻的分子链相互连接起来，从而使纤维素分子不易变形，并且当引起形变的外力去除后，能很快地恢复到原来的位置，这样就达到了抗皱的效果。也有人认为棉织物的抗皱机理不一定是单纯的树脂沉积论或共价交联论，纤维素大分子间的作用力可以是共价交联，也可以是氢键和范德华力，它们对棉织物防皱性能的贡献随整理剂和整理工艺的不同而变化。实验过程一、聚马来酸的合成工艺1．主要实验材料、化学品和仪器马来酸酐，硫酸铁铵，双氧水，水。烧杯，温度计，电子天平，三口烧瓶。2．实验处方和工艺条件硫酸铁铵3.5mg28%—30%双氧水2.38g马来酸酐35.05g温度90℃-110℃时间4h3．实验步骤1.按照实验原料的配比，先称取药品。2.首先在三口烧瓶中加入马来酸酐和溶剂水，使马来酸酐完全溶解在溶剂中。3.待单体完全溶解之后，向体系中加入助剂硫酸铁铵，滴加几滴过氧化氢。4．控制温度在90—110℃，在三小时之内加完引发剂过氧化氢。5.继续反应一个小时，记录实验中的现象。测定实验结束后，体系出现大量晶体的温度。4.实验记录合成聚马来酸的实验记录8：00，体系中加入马来酸酐和水，使得马来酸酐全部溶解。8：13，体系中的马来酸酐全部溶解，加入硫酸铁铵和几滴过氧化氢，温度计显示温度是81.8℃。8：42，体系显黄色，温度计显示温度是86℃，有回流。9：08，体系显浅黄色，温度计显示温度92.1℃，向体系滴加过氧化氢。9：32，体系温度是100℃，体系颜色是浅黄色，有回流。10：08，体系的温度显示是110℃，体系显浅黄色，向体系滴加过氧化氢，有回流。10：22，体系温度98℃，体系显浅黄色，有回流。10：53，体系温度是94℃，体系显黄色，滴加过氧化氢，有回流。11：20，体系温度是101℃，体系显黄色，有回流。11：45，体系温度是109℃，体系显黄色，有回流。12：00，体系温度是97℃，体系显黄色，实验结束。本次实验出现大量晶体的温度是68℃。二、防皱整理工艺1．主要实验材料、化学品和仪器漂白纯棉织物，聚马来酸产品的整理液，烧杯，电子天平，焙烘箱，搅拌棒，全自动数字式织物折皱弹性仪。2．实验工艺条件85℃预烘10min——200℃焙烘5min——烘干——测定。3．实验步骤a，测定布的质量。b，配制整理液。称取产品8g,加入72g水，使总质量为80g，PH约为1-2之间。c,进行两浸两扎，浸的时间为10min，扎余率约为80%左右。d,开始进行工艺流程，测定其性能。4.实验记录ａ,称干布的质量经向干布质量J=1.66g纬向干布质量W=1.70ｂ，整理液的配制称取产品8g,加入72g水，使总质量为80g，PH约为1—2之间。C,进行两浸两扎，浸的时间为10min,轧余率约为80%左右。第一轧：J=2.96-1.66/1.66=78%W=2.96-1.70/1.70=74%第二轧：J=2.93-1.66/1.66=77%W=2.96-1.70/1.70=74%三、织物防皱性能的测定1、主要实验材料和仪器防皱整理前后纯棉织物；YG541D型全自动数字型织物折皱弹性仪2、操作步骤首先旋转折皱弹性仪的调整脚，使四只调整角均坚实地接触地面，并观察水准器中的水泡，使其居中。接通电源，按下操作板的电源键，仪器自动进行自检一次。检查重锤、翻板、小车是否在初始位置，否则按返回键使仪器自行检测一次，其动作会自动回复到检测初始状态，然后同时按下返回键、删除键，使控制板面的各显示器复位清零,仪器就可以进入正常检测阶段。将翻板按顺序水平翻转，由电磁铁吸住。将未处理的6块纯棉织布按照防皱回复性能测定仪所带附件要求尺寸，以正面对折，分别按顺序夹到翻板上，3个试样分别夹到前1-5个工位，3个试样分别夹到后5-10个工位。（注意试样的回复翼与固定翼的交界折痕边应对齐翻板上的红标记线）。按操作板上的工作键，立即用左手握持夹样刀放置夹有试样的翻板红标记线边缘，右手将试样回复翼翻转，其折痕由夹样刀右边为界。（注意折痕不能歪斜）。确定折痕位置准确无误后，抽出夹样刀，将夹样刀轻轻压在回复翼上面，不使回复翼移动，然后松开右手，将配件的有机压板放在试样上，使有机压板中的压力面对正试样受压面，待重锤下落加压。所有试样均依照上述过程顺序压好后，仪器会自动进行检测工作。仪器工作后，待重锤和小车自动顺序工作时，操作板上的经向J（度）显示器和纬向W（度）显示器会分别显示数据，分别记录下数据后，分别取试样的3个经向测定值的平均值，3个纬向测定值的平均值，然后将经向和纬向的平均值相加，记录好数据。待所有测定工作结束后，仪器会自动回复初始状态以备用。同样，将6块经过处理的纯棉织布依照上述程序重新检测，记录好数据。3、实验数据记录急弹数据记录表：10指标未整理试样2D整理试样（3min）12平均12平均弹性回复经向测定值81.582.181.888.789.889.1纬向测定值99.7102.0100.85103.8106.3105.05急弹（经＋纬）/（°）181.2184.1182.65192.5196.1194.3急弹升高率/％6.38%注：急弹升高率＝（整理试样急弹－未整理试样急弹）*100％/未整理试样急弹。缓弹数据记录表：项目指标未整理试样2D整理试样（3min）12平均12平均弹性回复经向测定值95.496.395.85100.7101.6101.15纬向测定值109.0112.9110.95118.5120.9119.7缓弹（经＋纬）/（°）204.4209.2206.8219.2222.5220.85缓弹升高率/％6.79%注：缓弹升高率＝（整理试样缓弹－未整理试样缓弹）*100％/未整理试样缓弹。5.思考题更改为1.介绍马来酸酐的另一种聚合方法马来酸酐除了以水为溶剂，过氧化氢为引发剂，硫酸亚铁为催化剂的作用下，水解马来酸酐制得水解聚马来酸酐。也可以在低温等离子体引发马来酸酐单体在水溶液中的聚合,通过红外光谱和紫外-可见吸收光谱的分析表明有聚马来酸生成;在1356