多羧酸与纤维素纤维反应机理的分析研究.pdf
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1、2 0 0 0 年2 月 多羧酸与纤维素纤维反应机理的分析研究 汪澜 李卓。 ( 浙江工程学院) 【摘要】本文以常用的多最酸整理剂C A 、I A M A 、B T C A 和纯棉织物为研究对象,采用酸碱滴定 和傅里叶红外光谱( F T m ) 分析方法,从多羧酸的抗皱效果与酯交联以及多教酸的分子结构与反应活 性等关系,分析研究了多羧酸与纤维紊纤维的反应机理。 关键词:整理剂多羧酸柠檬酸( c A ) 亚甲基丁二酸( I A ) 顺式丁烯二酸( M A )丁烷四羧酸 ( B T C A ) 纤维素纤维反应机理酸碱滴定傅里叶红外光谱 中围分类号:T S l 9 0 2 多羧酸与纤维素的反应可追溯
2、到6 0 年代 初,然而以多羧酸作为纤维素纤维整理荆的系 统研究则在8 0 年代末才开始,这包括美国C M W e l c h 和C h a r l e sQ Y a n g 等人的大量研 究。由于多羧酸防皱整理抗皱效果好,又符合环 保要求故成为近年来的研究热点。目前国内研 究较多的有C A 和B T C A 整理剂和整理工艺, 并有该类产品推向市场,但对多羧酸与纤维素 纤维的防皱机理尚缺乏系统的研究。为此,本文 拟采用化学分析等科学手段研究多羧酸与纤维 素纤维的反应机理,为无甲醛防皱整理的实际 生产提供理论依据。 一、实验 1 主要材料和药品:练漂棉平布:C A ( c P ) ,I A (
3、 工业) ,M A ( c P ) ,B T C A ( 工业,浙江教 育学院) 。 2 实验方法:( 1 ) 羧基含量测定 2 :试样 用0 5 H C L 浸泡4 0 m i n ,再用去离子水洗至 不含C L ,晾干,剪碎,并置于燥器中保存。准 确称取试样两份各l g ,置于2 5 0 m l 碘量瓶中, 加无C O :的蒸馏水3 0 m l ,以酚酞为指示剂,先 用0 1 M 的N a O H 标准溶液滴定,再用H C L 标准溶液反滴定。 ( 2 ) 傅里叶转换红外光谱测试:试样用纤 维切片器切碎,放入干燥器中干燥2 4 h ,每份试 样准确称取约2 6 0 m g ,再与K B r
4、 混合,处理成 颗粒细小均匀的粉末状物质,制成透明薄膜。然 后在P K 6 0 0 0 一A M T T S O MP TI R 分析仪( 美 国) 上测试。 二、结果与讨论 目前一般认为多羧酸整理剂的抗皱机理 是:多羧酸先脱水成酐,然后再与纤维素纤维成 酯交联。然而酯化交联对抗皱效果是非常重要 的。 1 多羧酸的抗皱效果与酯交联的关系 通过大量试验和计算机软件应用,确定 C A 和I A M A 对纯棉织物抗皱整理的最佳工 艺,其整理效果如下: 衰l 整理质量指标比较 干缓弹 湿缓弹自崖强力保留 试样 9 P 级。 ( 度)( 度)( )值( ) 原样 1 ,0 1 2 2 0 1 7 9
5、08 4 11 0 0 ,0 C A 整理品 3 52 1 3 02 2 8 08 2 06 2 8 A M A 整理自 4 ,0 2 4 6 7 2 4 9 07 9 06 2 0 * 洗5 次后的D P 级 从表1 可见两种整理品在白度和强力保 留值满足要求的同时,其抗皱性( 干、湿弹性和 D P 级) 比原样明显提高,其中以I A M A 的整 理效果更为突出。 为了确切了解多羧酸在棉织物上的酯交联 情况,用F T I R 仪对原样和C A 和I A M A 整 理样进行半定量分析,其结果见图1 。又由于整 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purcha
6、se from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 纺纲学报第二十一卷第一期 理品上的酯和羧酸的羰基峰在1 7 3 0 c m 。1 左右 重叠,为分离酯羰基峰,用0 1 MN a o H 处理整 理品2 m i n 。N a o H 处理后整理品的傅里叶红外 光谱见图2 ,图1 和图2 的分析结果见表2 。 表2 傅里叶转换红外光谱半定量分析 羰基强吸收蚌透过率羰基存 整理剂试样 度比值 ( c m 叫:( )在形式 C A 0 6 2整理样 1 7 3 53 6 2 9酯、羧酸 整理样1 7 3 54 9 8 1酯 ( N a O H 处理)
7、1 5 8 63 7 3 2羧酸盐 整理样17 2 42 5 9 6酯、羧酸 I A M A0 6 6 整理样 1 7 2 44 5 5 3 酯 ( N a O H 处理)1 5 7 63 1 7 3羧酸盐 从图1 可见,原样在1 7 3 0 c m - 1 左右无吸收 峰,而C A 整理品在1 7 3 5 c m l 处有一吸收峰, 这是饱和羧酸酯的c 一伸展振动吸收峰, 0 o 即 c H c O O C e l l 中的c 一吸收 0 H o C C O O HC C H C O O C e U 峰。I A M A 整理品在1 7 2 4 c m - 1 有吸收峰,这 是芳香羧酸酯的羰基
8、吸收峰,即 O 中的c 一吸收峰。这充分 人A 。lO C e l l A _ 、 C O o H 说明了C A 和I A M A 已与棉纤维发生了酯化 交联反应。 有研究表日月 “:多羧酸整理品在0 1 M N a o H 溶液中处理2 m i n 不会使棉纤维上的酯 水解。因此,C A 在1 7 3 5 c m 。羰基峰强度的降低 和在1 5 8 6 c m 1 处羧基峰强度的提高是由于羧 酸被转化为羧酸根阴离子、酯羰基从重叠峰中 分离出来所致。而I A M A 在1 7 2 4 c m - 1 吸收峰 的减弱和在15 8 6 c m - 1 吸收峰的增强也是同样 道理。 对棉织物上同一数
9、量的羟基而言,每个多羧 酸分子可能发生酯化的羧酸根越多,在纤维素分 子间形成的酯交联就越多,故可用羰基强度比值 2 0 0 01 6 0 01 2 0 0 8 0 02 0 0 01 6 0 0 1 2 0 08 0 0 田1 原样和整理样傅里圉2 原拌和整理样( N a o H 叶红外光谱图处理) 傅里叶红外光谱图 A :原样;B :C A 整理样IA :原样;B :C A 整理样; C :I A M A 整理样。C t I A M A 整理样。 ( 酯羧酸根) 来衡量整理品上的酯交联程度o 。 由此可见,I A M A 整理品的酯交联程度较高。 这是因为:二元酸I A 和M A 在引发剂的
10、作用下 会首先共聚,再形成五个、六个甚至更多官能团 的多羧酸 ,而这种I A M A 共聚体在合适的整 理工艺下就能与纤维形成较多的酯交联。 2 多羧酸的 分子结构与反 应活性的关系 常用的多 羧酸交联剂除 了C A 和I A M A ,还有 B T C A 它们 分别为三元 酸、二元酸共 聚体和四元 酸。为了探讨 它们分子结构 中所含羧基数 与纤维素纤维 的反应活性的 图3 不同整理品( N a o H 处理) 的 傅里叶红外光谱图 1 :C A 整理品II I A M A 整理品 I :B T C A 整理品。 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purch
11、ase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 2 0 0 0 年2 月 关系,将这三种整理剂溶液的羧基浓度统一在 1 0 3 M “1 ,并按同一防皱整理工艺处理,其整理 品分别用酸碱滴定法和F T I R 半定量分析来 测定羧基和酯基含量,从而比较它们的反应活 性。其红外光谱图见图3 ,综合数据见表3 。 表3 多羧酸整理品的羧基、酯基含量和弹性 I A M A C A 整理品B T C A 整理品 整理品 干缓弹( 度) I2 2 3 0 2 3 2 02 7 0 0 慧铸z , 0 3 4 9 60 3 5 0 6 红外羧基咧0 5
12、 5 8 0 0 5 7 4 6 0 5 8 9 6 光度f ( 1 5 7 7 c m “)( 1 5 8 6 c m 叫)( 1 5 7 7 c m 叫) 红外酯基l0 3 4 0 9 0 3 8 8 5 0 3 9 1 5 吸光度l ( 1 7 2 7 c m 叫)( 1 7 3 5 c m _ 1 )( 1 7 2 4 c m _ 1 ) 注:I A M A ,C A ,B T C A 整理涟的浓度分别为6 3 5 6 6 0 和6 0 5 使它们的羧基摩尔浓度均匀为1 0 3 M ( I A M A 按二聚体计算) t S H P6 “,焙烘1 7 0 1 5 m i n 。 由图3
13、 和表3 可见:I A M A 、C A 、B T C A 三种整理品的干弹性依次升高,其上的羧基和 酯基量也依次增加,表明它们的反应活性依次 提高。其中B T C A 的抗皱效果最好,反应活性 最高。因此,要获得相同的抗皱效果,可根据交 联剂的活性确定其用量。如反应活性高的B T C A 在纯棉防皱整理中的用量一般为6 左右, 比反应活性比较低的C A 和I A M A 都要低。 这说明整理剂在溶液的羧基浓度一致的情况 下由于分子结构的不同,使转移到织物上的羧 基量不同,获得的抗皱效果也不同。 三、结论 1 多羧酸整理剂的抗皱效果与酯交联程 度关系密切,即整理品的酯交联越多,抗皱性就 越好。
14、 2 多羧酸整理剂与纤维素纤维的反应活 性与多羧酸的分子结构有关,即多羧酸具有的 羧基越多,转移到整理品上的羧基就可能越多, 反应活性也就越强。 * 系浙江工程学院9 9 届纺织化学与染整工程硕士。 感谢浙江大学徐伟明老师和浙江教育学院许炯老 师的大力支持以及本院染整9 5 级学生曹书伟和杜娟 的辛勤工作。 参考资料 1 亚洲纺织,1 9 9 2 6 ,7 2 7 5 。 z T e x t i l eR e s e a r c hJ o u r n a l ,i 9 9 6 ,6 6 ( 6 ) ,3 7 7 3 8 4 r 3 C T e x t i l eR e s e a r c hJ
15、 o u r n a l ,1 9 9 1 ( 5 ) ,2 9 8 3 0 5 4 T e x t i l eR e s e a r c hJ o u r n a l ,1 9 9 6 1 9 ) ,5 9 5 6 0 3 ( 上接第3 3 页) 表3 三种曲线对比表 最大空动程最大 最大 进足赴足剑时 曲线 匪形动程速度 加速度嘲时间加速度 ( r a m )( m m )( m s )( m s2 ) I ( 度)( m s 2 ) 121 9 1 7 1 4 9 I2 5 5 m0 4 2 4 , 41 7 9 50 4 2 4 2 3l9 1 8 81 5 02 7 5 o 4 6
16、5 d 1 7 8 5一0 3 3 t 341 9 1 81 5 02 4 5 3 00 5 9 N 1 7 8 O 5 c 注:一为速度系数,e 为加速度系数,假设7 0 度 进梭口。 较小,而跃度较大,跃度的变化较急,多项式规 律的最大加速度较大,但跃度较小,跃度的变化 较缓慢。以上三种曲线都能用于G D 7 5 3 1 7 0 织 机引纬共轭凸轮的设计。 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark J o U R N A Lo FT E X T I L
17、ER E S E A R C H V 0 1 2 1 ,N o 1 ,J a n 。2 0 0 C o Q t e n t sa n dA b s t r a c , R e s e a r c hR e p o r t s S y n t h e s i z i n ga n dP r o p e r t yS t a d yo fF G IP o l y a c r y l a t eS i z e An e wF G Ip o l y a c r y l a t es i z eh a sb e e ns y n t h e s i z e dc o n t a i n i n gh i
18、 g ha c r y l a t er a t e A f t e ri t sp r o p e r t i e sa n ds i z e f i l mh a v eb e e nt e s t e di nc o m p a r i s o nw i t ho t h e ra c r y l i cs i z e s ,t h er e s u l t ss h o wt h a tt h es i z ew i t l lg i v eh i g h e rs o l i d c o n t e n t ,l o w e rv i s c o s i t y ,l o w e r
19、a b s o r b e n tq u a l i t ya n db e t t e rt e n a c i t y F u r t h e r m o r e ,l th a sa ne x c e l l e n tc o h e s i o nt o p o l y e s t e r c o t t o nf i l a m e n t ;t ,F 4 nX u e b n ge ta l t4 ) J r A n a l y s e sa n dI n v e s t i g a t i o n s J r T h sS t u d yo nt h eS t r u c t u
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- 羧酸 纤维素 纤维 反应 机理 分析研究
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