3.5.2.1　多元羧酸浓度的影响

首先分别配制含有不同浓度的三种多元羧酸（TA、CA和BTCA）的水溶液，然后将浓度为5.0%的NaH2PO4加入其中，并使用均匀轧车焙烘机联合系统通过浸轧（二浸二轧，轧液率70%～75%）—预烘（85℃×4.5min）—焙烘（180℃×1.5min）工艺对棉织物进行改性整理，得到多元羧酸改性棉织物（简称PCA-Cot⁃ton）。所制备PCA-Cotton的羧基含量（QCOOH）与多元羧酸浓度之间的关系如图3-31所示。

三种PCA-Cotton的QCOOH值均随着多元羧酸浓度的升高而逐渐增大。这说明增加多元羧酸的浓度可提高其与棉纤维表面羟基之间的酯化反应程度。值得注意的是，相同多元羧酸浓度条件下，三种PCA-Cotton的QCOOH值按照如下顺序排列：BTCA-Cotton＞CA-Cotton＞TA-Cotton。这表明，增加多元羧酸分子结构中主链长度和羧基数量有利于其与纤维素纤维分子结构中的羟基反应，并在纤维结构中引入更多的羧基。这是因为，分子结构中含有2个以上羧基的脂肪族多元羧酸具有比仅含有2个羧基的二元羧酸更好的酯化反应能力，并且分子主链结构中含有4个碳原子和4个羧基的BTCA显示出比分子主链结构中含有3个碳原子和3个羧基的CA具有更好的酯化反应性能，具有更强的分子间相互作用，从而能够在棉纤维表面引入更多的羧基。从多元羧酸的分子结构式（图3-29）可以发现，TA分子仅含有两个羧基，而CA分子含有三个羧基，BTCA分子中的羧基含量最多，这意味着在相同摩尔浓度条件下，BTCA溶液中的羧基含量最高，其与棉纤维中羟基发生酯化反应后剩余的羧基最多。TA分子仅含有2个羧基另外只有2个碳原子，这导致其分子结构中主链长度太短，使其分子中的两个羧基不能够脱水形成环酐。通常情况下，分子中的羧基能够直接与棉纤维的羟基发生酯化反应，从而在棉纤维中仅引入一个羧基。此外，TA和CA分子含有羟基，属于羟基羧酸。在特定条件下，TA或CA均能够发生交酯反应生成六元环（反应如式3-8和式3-9所示），然后所生成产物分子中的羧基与棉纤维分子结构中的羟基发生酯化反应，这导致TA或CA改性棉纤维表面的羧基数量降低，且TA-Cotton表现出最低的QCOOH值。

图3-31　多元羧酸浓度对QCOOH值的影响

3.5.2.2　NaH2PO4浓度的影响

NaH2PO4作为在多元羧酸与纤维素纤维交联反应中应用最为广泛的催化剂，能够显著促进羧基和羟基两者之间的反应。不同浓度的NaH2PO4存在时，三种羧酸与棉纤维反应生成的PCA-Cotton具有不同QCOOH值（图3-32）。随着NaH2PO4浓度的升高，三种PCA-Cotton的QCOOH值均逐渐增大。这表明提高NaH2PO4浓度有利于酯化反应的进行，主要原因是NaH2PO4在高温条件下能够促进CA和BTCA分子结构中两个相邻的羧基脱水形成环酐，同时也加快TA与棉纤维的反应，并降低羧基与棉纤维分子中羟基之间反应活化能，有利于酯化反应的发生。值得注意的是，当NaH2PO4质量百分浓度大于5.0%时，PCA-Cotton的QCOOH值不再显著增加，改性反应趋于平衡。(www.daowen.com)

图3-32　NaH2PO4质量百分浓度与QCOOH值之间的关系

3.5.2.3　焙烘温度的影响

由表3-9可知，三种PCA-Cotton的QCOOH值均随着焙烘温度升高而增大。这说明提高焙烘温度可以促进多元羧酸与棉纤维之间的酯化反应。这主要是因为提高焙烘温度会加快酯化反应的速率，能够在纤维表面引入更多的羧基。在相同焙烘温度条件下，BTCA-Cotton的QCOOH值仍然显著高于CA-Cotton和TA-Cotton。需要指出的是，过高的焙烘温度会使得棉织物的机械强度显著下降，这不利于其作为纤维配体制备光催化剂的应用，因此制备PCA-Cotton的焙烘温度通常确定为140℃。

表3-9　焙烘温度对PCA-Cotton的QCOOH值的影响

注　NaH2PO4质量百分浓度5.0%，PCA浓度0.50mol/L。