多元羧酸催化机理探讨及无磷催化剂开发

【摘要】： 本课题对次磷酸钠在多元羧酸与棉纤维间酯化交联反应中的催化作用进行了探讨。采用傅立叶红外光谱、酸碱滴定和磷元素测定三种方法，分析了次磷酸钠分别在催化成酐和催化成酯中的作用及溶液pH值对成酐和成酯的影响；对反应过程中形成的自由羧酸、接枝羧酸、成酯百分率等作了定义，并定性和定量地分析了各自的浓度；对各种羧酸浓度随焙烘温度升高的变化趋势和对成酯情况的影响进行了解释；对含催化剂和不含催化剂的整理体系在成单酯和双酯温度起始点、成酯百分率及折皱回复角等方面进行了比较；明确了次磷酸钠在体系中的反应历程随焙烘温度的不同而变化，即酯化棉纤维的中间产物随焙烘温度的变化而不同，并对各种中间产物酯化棉纤维的能力进行了理论的分析。 依据次磷酸钠在体系中的催化作用开发和研究了无磷催化剂氨三乙酸钠。首先明确了氨三乙酸浓度和氨三乙酸与碱的摩尔比对织物整理效果的影响，再用四因素三水平正交试验优化了氨三乙酸钠催化体系的防皱整理工艺。四因素分别为氨三乙酸与氢氧化钠的摩尔比、氨三乙酸浓度、焙烘温度和焙烘时间；评价指标为折皱回复角、断裂强力和织物白度。对三个指标分别随四个因素的变化趋势进行了分析。用优化后的工艺与无催化剂体系、次磷酸钠催化体系及柠檬酸钠催化体系在织物折皱回复角、断裂强力、织物白度及耐水洗等性能方面进行比较，分析了经多元羧酸整理的棉织物对各类染料的上染性能影响。对两个体系的动力学数据进行了计算和对比。结果是用优化的工艺处方处理的织物的折皱回复角和水洗后白度与次磷酸钠催化体系相差不多；断裂强力和折皱回复角耐水洗性高于后者；两体系活化能相当；对直接、活性、阳离子和分散染料染色性能随焙烘温度的变化曲线一致。 又用傅立叶红外光谱、钠熔法含氮定性测试和染色法对氨三乙酸钠的催化机理进行了探索。通过在该体系中是否添加氯化钠测得的折皱回复角对比，验证氨三乙酸钠中钠离子的催化作用。分析了氨三乙酸分别与丁烷四羧酸和NaOH摩尔比之间的相互作用以及对织物折皱回复角的影响。并用含有等摩尔羧酸的柠檬酸、丁二酸和氨三乙酸分别与氢氧化钠按1:2，1:2.5，1:3的摩尔比混合作催化剂，对织物整理效果进行比较，根据三种催化剂分子结构的区别验证氨三乙酸钠中氮元 素的催化作用。 氨三乙酸钠在多元梭酸的催化体系中即催化了成配又催化了成酯。催化成呀 过程中，氨三乙酸钠具有两性性质，在反应体系中既起路易斯酸又起路易斯碱的 作用，从而夺取和提供反应所需的质子，多元梭酸就在氨三乙酸钠盐的酸碱协同 催化作用下完成了从酸到酸研的转化。催化成酯过程中，氨三乙酸钠中的氮原子 与多元梭酸酚上的 C卜发生亲核进攻反应形成了一个有效中间体，再与纤维素发 生酯化交联。氨三乙酸钠作催化剂在反应前后其化学性质没有发生变化，只起到 了促进反应的作用而并未消耗。