绿色防皱整理剂的合成及应用实验.doc

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 3.5mg
28%—30%双氧水 2.38g
马来酸酐 35.05g
温度 90℃-110℃
时间 4h
3．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=1.70
ｂ，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）
1
2
平均
1
2
平均
弹性回复
经向测定值
81.5
82.1
81.8
88.7
89.8
89.1
纬向测定值
99.7
102.0
100.85
103.8
106.3
105.05
急弹（经＋纬）/（°）
181.2
184.1
182.65
192.5
196.1
194.3
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）
1
2
平均
1
2
平均
弹性回复
经向测定值
95.4
96.3
95.85
100.7
101.6
101.15
纬向测定值
109.0
112.9
110.95
118.5
120.9
119.7
缓弹（经＋纬）/（°）
204.4
209.2
206.8
219.2
222.5
220.85
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 13 56MHz放射频率下影响马来酸酐聚合的因素,得到较优的工艺条件:单体初始质量分数为 40% ~45%,放电时间 60s、放电功率 340J、聚合温度 60℃、聚合时间 3h,马来酸酐转化率可达 32%。
2. 为什么马来酸酐的聚合不容易进行？
由于马来酸醉分子中的共轨双键和欺基吸电子基团，导致马来酸醉很难自聚，尽管在高温条件下。
3本实验中温度的控制有何影响？
首先控制在70℃,目的是让马来酸酐充分溶解在甲苯溶剂中，控制反应温度在90摄氏度，因为聚合温度对聚马来酸酐的分子量和聚合得率都有很大影响。聚合温度一般控制在70~120℃。在100~110℃，时反应，反应物颜色较深，得率约为73%~83%，分子量约为1400;温度为90~95℃时，产物色浅，得率为88%~96%，分子量1600~1900。温度不宜过高，温度过高将导致BPO分解，而失去氧化特性。
参考文献
查阅文献资料所参考的文献
例：
[1]梁诚.阻燃剂生产现状与发展趋势[J]. 中国石油和化工,2003,( 9):
22-26