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1 Glyoxal DP Improvement of Whiteness of Glyoxal treated Cotton Fabrics by Additives

2 Glyoxal DP Improvement of Whiteness of Glyoxal treated Cotton Fabrics by Additives

3 Glyoxal DP Improvement of Whiteness of Glyoxal treated Cotton Fabrics by Additives

4

5 100% glyoxal DP. magnesium chloride, magnesium chloride/citric acid,,. sodium tetraborate decahydrate, sodium peroxoborate tetrahydrate, sodium chlorite,. aluminum sulfate. glyoxal DP magnesium chloride magnesium chloride/citric acid, yellowing. sodium tetraborate decahydrate, sodium peroxoborate tetrahydrate sodium chlorite. sodium chlorite buffer sodium phosphate monobasic. aluminum sulfate 5

6 WRA(wrinkle recovery angle). 6

7 Abstract The crosslinking of cotton fabric by glyoxal as a nonformaldehyde crosslinking agent was investigated. Reaction was conducted in the presence of magnesium chloride or magnesium chloride/citric acid at various mole ratios of catalyst/glyoxal. The effect of sodium tetraborate decahydrate, sodium peroxoborate tetrahydrate, or sodium chlorite in treating solutions on wrinkle recovery angle, breaking strength, and C.I.E. whiteness index of treated fabrics was analyzed. The effect of the above mentioned additives was also examined when aluminum sulfate was used as a catalyst. Magnesium chloride/citric acid mixed-catalyst was proven highly effective in catalyzing the crosslinking of glyoxal with cellulose. However, mixed catalyst gave low breaking strength and whiteness. The addition of sodim tetraborate decahydrate, sodium peroxoborate tetrahydrate, or sodium chlorite to treating solutions increased breaking strength and whiteness. Surprisingly, sodium chlorite was highly effective in the presence of sodium phosphate monobasic as a buffer. The additives also improved the strength retention and whiteness of treated fabrics when aluminum sulfate was used as a catalyst. 7

8 i Abstract ii iii

9

10 1. DP(durable press) W&W. N-methylol DP,,, DP,, DP [1]. DP DMDHEU(dimethyloldihydroxyethylene urea [2], 10

11 polycarboxylic acid [3~7]. BTCA(1,2,3,4,-butanetetracarboxylic acid) polycarboxylic acid DP,, SHP(sodium hypophosphite). glyoxal DMDHEU glyoxal DP. glyoxal DP, [8~10]. glyoxal acetaldehyde ethylene glycol acetaldehyde ethylene glycol 11

12 dehydrogenation [11,12]. glyoxal 40%. glyoxal crosslinking Gonzales Guthrie[13] glyoxal magnesium chloride, Matsui[14] zinc fluoborate hydrogen peroxide. Worth[15,16] aluminum sulfate magnesium sulfate glyoxal reactive silicone /. glyoxal DP Welch[8~10] formaldehyde N-methylol DP glyoxal aluminum. glyoxal glycol glycol DP. glyoxal 12

13 ,.,,, (telomer),, ( ) [1]. [17~21], DP ( ).. BTCA TEA HCl, NaBO 3 4H 2 O, NaB 2 O 4 10H 2 O [22] glyoxal. 13

14 100% DP glyoxal MgCl 2 citric acid MgCl glyoxal. [23] WRA 14

15 , Table 1. Table 1. Characteristics of cotton fabric. Composition Cotton 100% Weave Yarn Number, Ne Fabric count(ends/in Plain picks/in) Weight(g/m 2 )

16 2.2. glyoxal(taeyang Chemical Co ) aluminum sulfate(shinyo Pure Chemical Co., ), magnesium chloride(aldrich Chemical Co. citric acid(duksan Pharmaceutical Co, ). sodium tetraborate decahydrate(na 2 B 4 O 7 10H 2 O, Shinyo Pure Chemical Co., ), sodium peroxoborate tetrahydrate(nabo 3 4H 2 O, Junsei Chemical Co., ), sodium chlorite(naclo 2, Kanto Chemical Co., 1 ) ). 16

17 2) Padder(Japan Yamaguchi Sankyo Ltd, YN-450 type ) 2nip-2dip wet pick-up 105 2%. 3) (Swiss Werner Mathis AG., Laboratory Drying and Curing Machine CH-815) pin frame ) 17

18 5) ) 15, 30, 45, AATCC Monsanto Wrinkle Recovery Angle Tester,. 18

19 ASTM D ) Instron(Janpan Orientic Co., RTM-500). X-rite spectrophotometer(x-rite Incorporated D

20 glyoxal,. WRA. TGA [24, 25].. DP.

21 ,. [17]. DP. O O cell OH + H C C H + HO cell cat. heat cell O HO HC CH O OH cell Figure 1. Crosslinking reaction of glyoxal with cellulose. 21

22 glyoxal magnesium chloride Figure 2 ~ 4 glyoxal magnesium chloride 5%, 150, 3 MgCl 2 /glyoxal WRA. magnesium chloride wrinkle recovery angle(wra) MgCl 2 /glyoxal magnesium chloride DP WRA glyoxal 22

23 MgCl 2 citric acid Figure 5 7 MgCl 2 /glyoxal citric acid/mgcl WRA. 5%, 150, 3. WRA citric acid citric acid/ MgCl 2 MgCl 2 /glyoxal citric acid/ MgCl 2 citric acid/mgcl 2 MgCl 2 /glyoxal , MgCl 2 citric acid ph. 23

24 300 Wrinkle Recovery Angle(w+f) o MgCl 2 /Glyoxal mole ratio Figure 2. Effect of catalyst concentration on wrinkle recovery angle of treated fabric. glyoxal 5%, curing 150 o C, 3min. 24

25 100 Retention of Breaking Strength(%) MgCl 2 /Glyoxal mole ratio Figure 3. Effect of catalyst concentration on retention of breaking strength of treated fabric. glyoxal 5%, curing 150 o C, 3min. 25

26 Whiteness Index MgCl 2 /Glyoxal mole ratio Figure 4. Effect of catalyst concentration on C.I.E. whiteness index of treated fabric. glyoxal 5%, curing C, 3min. 26

27 MgCl 2 /glyoxal MgCl 2 /glyoxal 0.15, citric acid/mgcl citric acid/mgcl 2 WRA Figure 8 ~ 10 glyoxal 5% MgCl 2 /glyoxal 0.15, citric acid/mgcl 2 0.2, 130 ~ 170 C 3, 150 C 1 ~ 5 WRA. WRA 150 C.,. 150 C. 27

28 300 Wrinkle Recovery Angle(w+f) o MgCl 2 /glyoxal mole ratio CA/MgCl 2 mole ratio Figure 5. Effect of CA/MgCl 2 mole ratio on wrinkle recovery angle of treated fabric. glyoxal 5%, curing 150 o C, 3min. 28

29 70 Retention of Breaking Strength(%) MgCl 2 /glyoxal mole ratio CA/MgCl 2 mole ratio Figure 6. Effect of CA/MgCl 2 mole ratio on retention of breaking strength of treated fabric. glyoxal 5%, curing 150 o C, 3min. 29

30 90 80 MgCl 2 /glyoxal mole ratio Whiteness Index CA/MgCl 2 mole ratio Figure 7. Effect of CA/MgCl 2 mole ratio on C.I.E. whiteness index of treated fabric. glyoxal 5%, curing 150 o C, 3min. 30

31 WRA 150 C. WRA 3,. 3. Figure 11 ~ 13 citric acid/mgcl 150 C MgCl 2 /glyoxal 0.15, citric acid/mgcl glyoxal 1 ~ 9% WRA. glyoxal glyoxal. WRA glyoxal glyoxal. glyoxal 5% 5%. glyoxal glyoxal 31

32 Wrinkle Recovery Angle (w+f) Curing time Curing temp (temp:150 o C) time(min.) temp( o C) (time:3min.) Curing Condition Figure 8. Effect of curing condition on wrinkle recovery angle of treated fabric. glyoxal 5%, MgCl 2 /glyoxal mole ratio 0.15, CA/MgCl 2 mole ratio

33 Retention of Breaking Strength(%) Curing time Curing temp. time(min.) 0 temp( o C) Curing Condition 160 (temp:150 o C) 170(time:3min.) Figure 9. Effect of curing condition on retention of breaking strength of treated fabric. glyoxal 5%, MgCl 2 /glyoxal mole ratio 0.15, CA/MgCl 2 mole ratio

34 90 80 Curing time Curing temp. Whiteness Index (temp:150 o C) time(min.) temp( o C) (time:3min.) Curing Condition Figure 10. Effect of curing condition on C.I.E. whiteness index of treated fabric. glyoxal 5%, MgCl 2 /glyoxal mole ratio 0.15, CA/MgCl 2 mole ratio

35 35 glyoxal.. glyoxal glyoxal odium tetraborate decahydrate odium peroxoborate tetrahydrate

36 300 Wrinkle Recovery Angle(w+f) o Glyoxal Glyoxal+Catalyst Glyoxal Concentration(%) Figure 11. Effect of glyoxal concentration on wrinkle recovery angle of treated fabric. MgCl 2 /glyoxal mole ratio 0.15, CA/MgCl 2 mole ratio 0.2, curing 150 o C, 3min. 36

37 100 Retention of Breaking Strength(%) Glyoxal Glyoxal+Catalyst Glyoxal Concentration(%) Figure 12. Effect of glyoxal concentration on retention of breaking strength of treated fabric. MgCl 2 /glyoxal mole ratio 0.15, CA/MgCl 2 mole ratio 0.2, curing 150 o C, 3min. 37

38 90 80 Whiteness Index Glyoxal Glyoxal+Catalyst Glyoxal Concentration(%) Figure 13. Effect of glyoxal concentration on C.I.E. whiteness index of treated fabric. MgCl 2 /glyoxal mole ratio 0.15, CA/MgCl 2 mole ratio 0.2, curing 150 o C, 3min. 38

39 1) CA/MgCl 2 glyoxal aluminum sulfate, MgCl 2 + CA. Figure. Figure %, MgCl 2 /glyoxal 0.15, citric acid/mgcl 2 0.2, Al 2 (SO 4 ) 3 /glyoxal 0.04, 150 C sodium tetraborate decahydrate(stb) sodium peroxoborate tetrahydrate(spb) WRA. WRA ph. WRA

40 STB SPB, STB SPB WRA. ph 2 ph 4.2. ph,. STB SPB.. 4NaBO 3 + 5H 2 O = Na 2 B 4 O 7 +4H 2 O 2 +2NaOH Na 2 B 4 O 7 +NaO 2 +4H 2 O NaBO 2 H 2 O 2 3H 2 O + 3NaBO 2 H 2 O 2 H + + HO 2 - H 2 O 2 + 2H + + 2e H 2 O 2 + H 2 O + 2e ( ) (Alkali ) Alkali HO - 2, H 2 O 2 40

41 H 2 O 2 [26]. 2) Aluminum sulfate [23] aluminum sulfate WRA. aluminum sulfate. glyoxal 5%, glyoxal aluminum sulfate 0.04, 150 C, 3 sodium tetraborate decahydrate(stb) sodium peroxoborate tetrahydrate(spb) WRA.. 41

42 300 Wrinkle Recovery Angle(w+f) STD (CA/MgCl 2 ) SPB (CA/MgCl 2 ) STD (Al 2 (SO 4 ) 3 ) SPB (Al 2 (SO 4 ) 3 ) Concentration of additives(%owb) Figure 14. Effect of additives on wrinkle recovery angle of treated fabric. glyoxal 5%, curing 150 o C, 3min. i) MgCl 2 /glyoxal mole ratio 0.15 CA/MgCl 2 mole ratio 0.2 ii) Al 2 (SO 4 ) 3 /glyoxal mole ratio

43 70 60 Retention of Breaking Strength(%) STB(CA/MgCl 2 ) SPB(CA/MgCl 2 ) STB(Al 2 (SO 4 ) 3 ) SPB(Al 2 (SO 4 ) 3 ) Concentration of additives(%owb) Figure 15. Effect of additives on breaking strength of treated fabric. glyoxal 5%, curing 150 o C, 3min. i) MgCl 2 /glyoxal mole ratio 0.15 CA/MgCl 2 mole ratio 0.2 ii) Al 2 (SO 4 ) 3 /glyoxal mole ratio

44 90 80 Whiteness Index STB(CA/MgCl 2 ) SPB(CA/MgCl 2 ) STB(Al 2 (SO 4 ) 3 ) SPB(Al 2 (SO 4 ) 3 ) Concentration of additives(%owb) Figure 16. Effect of additives on C.I.E. whiteness index of treated fabric. glyoxal 5%, curing 150 o C, 3min. ii) MgCl 2 /glyoxal mole ratio 0.15 CA/MgCl 2 mole ratio 0.2 ii) Al 2 (SO 4 ) 3 /glyoxal mole ratio

45 Sodium chlorite 1) citric acid/mgcl 2 Figure glyoxal 5%, MgCl 2 /glyoxal 0.15, citric acid/mgcl 2 0.2, 150 C, NaClO 2 NaClO 2 buffer NaH 2 PO 4 WRA. WRA sodium chlorite WRA. sodium chlorite, buffer sodium phosphate monobasic. sodium chlorite buffer sodium phosphate monobasic. sodium chlorite ph 3.5 buffer ph

46 . ph,. NaClO 2 80% 20 C 40%. sodium chlorite ClO 2. ph. 20 C ph 3.5 [HClO 2 ] ClO 2. ph HClO 2. 5ClO 2 + 2H + 4ClO 2 + Cl OH - ph ClO 2 ClO 2 ClO 2 ClO 2. PH 5 NaClO 2. ph 2~3 ph 3. NaClO 2 ph 3~5 [26]. 46

47 2) Aluminum sulfate NaClO 2 aluminum sulfate NaClO 2. glyoxal 5%, glyoxal aluminum sulfate 0.04, 150 C, sodium chlorite(sc) buffer sodium phosphate monobasic. sodium chlorite WRA. aluminum sulfate. Figure 20 ~ 22 2 glyoxal 5%, MgCl 2 /glyoxal 0.15, citric acid/mgcl

48 85 15, 30, 45, Wrinkle Recovery Angle(w+f) CA/MgCl 2 +NaClO 2 CA/MgCl 2 +NaClO 2 +NaH 2 PO 4 Al 2 (SO 4 ) 3 +NaClO 2 +NaH 2 PO Concentration of NaClO 2 (%owb) Figure 17. Effect of NaClO 2 on wrinkle recovery angle of treated fabric. glyoxal 5%, curing 150 o C, 3min. i) MgCl 2 /glyoxal mole ratio 0.15 CA/MgCl 2 mole ratio 0.2 ii) Al 2 (SO 4 ) 3 /glyoxal mole ratio

49 70 65 Retention of Breaking Strength(%) CA/MgCl 2 +NaClO 2 CA/MgCl 2 +NaClO 2 +NaH 2 PO 4 Al 2 (SO 4 ) 3 +NaClO 2 +NaH 2 PO Concentration of NaClO 2 (%owb) Figure 18. Effect of NaClO 2 on breaking strength of treated fabric. glyoxal 5%, curing 150 o C, 3min. i) MgCl 2 /glyoxal mole ratio 0.15 CA/MgCl 2 mole ratio 0.2 ii) Al 2 (SO 4 ) 3 /glyoxal mole ratio

50 90 80 Whiteness Index CA/MgCl 2 +NaClO 2 CA/MgCl 2 +NaClO 2 +NaH 2 PO 4 Al 2 (SO 4 ) 3 +NaClO 2 +NaH 2 PO Concentration of NaClO 2 (%owb) Figure 19. Effect of NaClO 2 on C.I.E. Whiteness index of treated fabric. glyoxal 5%, curing 150 o C, 3min. i) MgCl 2 /glyoxal mole ratio 0.15 CA/MgCl 2 mole ratio 0.2 ii) Al 2 (SO 4 ) 3 /glyoxal mole ratio

51 51 WRA STB SPB 5 SC

52 300 Wrinkle Recovery angle(w+f) o One bath system STB : 269 SPB : 270 SC : 278 STB SPB SC Immersing time(min.) Figure 20. Effect of immersing time on wrinkle recovery angle of treated fabric. (two-bath system) glyoxal 5%, MgCl 2 /glyoxal mole ratio 0.15, CA/MgCl 2 mole ratio 0.2, curing 150 o C, 3min. 52

53 100 Retention of Breaking Strength(%) One bath system STB : 39 SPB : 38 SC : 49 STB SPB SC Immersing time(min.) Figure 21. Effect of immersing time on retention of breaking strength of treated fabric. (two-bath system) glyoxal 5%, MgCl 2 /glyoxal mole ratio 0.15, CA/MgCl 2 mole ratio 0.2, curing 150 o C, 3min. 53

54 90 80 Whiteness Index One bath system STB : 72 SPB : 72 SC : 72 STB SPB SC Immersing time(min.) Figure 22. Effect of immersing time on C.I.E. whiteness index of treated fabric.(two-bath system) glyoxal 5%, MgCl 2 /glyoxal mole ratio 0.15, CA/MgCl 2 mole ratio 0.2, curing 150 o, 3min. 54

55 glyoxal 100% 5% magnesium chloride WRA glyoxal magnesium chloride citric acid WRA glyoxal 5% MgCl 2 /glyoxal 0.15 citric acid/mgcl sodium tetraborate decahydrate(stb), sodium peroxoborate tetrahydrate(spb) sodium chlorite(sc) sodium chlorite WRA glyoxal citric acid/mgcl 2. 55

56 sodium chlorite buffer sodium phosphate monobasic. STB, SPB SC aluminum sulfate WRA WRA. WRA 1. 56

57 1. 3, p , C. M. Welch, and B. A. Kottes Andrews, Am Dyest. Rep., July, 15(1985) 3. C. M. Welch, Text. Res. J., 58, 480 (1988) 4. C. Q. Yang, and B. A. Kottes Andrews, J. Appl. Polym. Sci., 43, 1609 (1991) 5. H. M. Choi, and C. M. Welch, Am. Dyest. Rep., Dec, 48 (1994) 6. J. R. Park, E. S. Lee and S. W. Ko, J. Korean Fiber Soc., 33(5), 429(1997) 7. J. N. Lim, E. S. Lee and S. W. Ko, J. Korean Fiber Soc., 34(8), 517(1997) 8. C. M. Welch and G. F. Danna, Text. Res. J., 52, 149(1982) 9. C. M. Welch, Text. Res. J., 53, 181(1983) 10. C. M. Welch, Text. Chem. Color., 16, 265(1984) 11. E. Barbara(Ed.), "Encyclopedia of Industrial Chemistry", 5th Ed., 57

58 Vol. 12, pp491, Weinheim VCH, E. B. Whipple, J. Am. Chem. Soc. 92, 7183(1970) 13. E.J.Gonzales, and J. D. Guthrie, Am. Dyest. Rep., 58(3), 27(1973) 14. M. Matsui, and K. Hosokawa, Japan. Kokai. 976, Aug. 29, D. L. Worth, U. S. Patent, 4, 269, 603(1981) 16. D. L. Worth, and E. A. Freeman, U. S. Patent, 4, 269, 603(1981) 17. Yoon Cheol Park and Jin-Woo Kim, J. Korean Fiber Soc., 34(9), B. A. K. Andrews and R. M. Rheinhardt, Text. Res. J., 52, 123(1982) 19. U. Meyer, K. Muller, H. K. Routte, and H. Zollinggerr, Text. Res. J., 46, 691(1976) 20. K. C. Gupta and P. C. Metha, Text. Res. J., 41, 75(1971) 21. A. G. Pierce and J. G. Frick, Am. Dyest. Rep.,57(12), 864(1988) 22. B. A. Kottes Andrews, Am. Dyest. Rep., March, , glyoxal DP,, B. J. Trask-Morrell, W.E. Franklin, and R. H. Liu, Text. Chem. Color., 20(3), 21(1998) 25. B. J. Trask-Morrell, and B. A. Kottes Andrews, Text. Res. J., 64, 729(1994) 58

59 26.,,, ,,,,,..,,,,,., 59

60 ,,,.,

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