纯棉织物由于具有很好的服用性能,而且绿色天然,因此一直以来都是重要的纺织服装面料。然而纯棉织物在服用或水洗过程中容易产生折皱,因此工业上采用抗皱整理剂对纯棉织物进行抗皱整理来提高织物的抗皱性能。经过近一百年的发展,目前使用的抗皱整理剂主要是含有N-羟甲基酰胺结构（或其醚化改性）的树脂和部分多元羧酸类的整理剂。N-羟甲基酰胺类抗皱整理剂是以甲醛为原料生产的,在生产过程中、织物抗皱整理过程中以及抗皱整理织物在服用过程中都释放甲醛,即所谓的“甲醛问题”。虽然研究者通过对N-羟甲基酰胺类树脂进行醚化改性等各种措施来降低织物上甲醛含量,但是无法根除甲醛。因此,无甲醛抗皱整理剂的开发成为近年来抗皱整理的研究重点。在研究的众多无甲醛抗皱整理剂中,只有多元羧酸类有可能替代N-羟甲基酰胺类整理剂。其中1,2,3,4-丁烷四羧酸（BTCA）整理的效果最好,可以与传统的N-羟甲基酰胺类整理效果相媲美。然而BTCA整理的成本和使用温度太高,无法在工业上广泛使用。另外,无论是N-羟甲基酰胺类还是多元羧酸类整理剂,他们都是酸性整理液,且都需要经过高温焙烘整理过程。在高温酸性条件下纯棉织物纤维素分子链容易断裂,导致整理织物强力的严重下降。过低的强力影响服用性能,成为抗皱整理织物急需解决的一个问题。因此,针对目前纯棉织物抗皱整理的甲醛问题,设计合成全新的多活性基化合物,从中筛选出有抗皱效果的作为纯棉织物的无甲醛抗皱整理剂。针对高温酸性条件下整理织物强力损伤严重的问题,一方面设计合成在碱性条件下使用的整理剂来避免酸对织物强力的损伤,另一方面设计合成在低温条件下使用的整理剂来缓解高温对织物强力的损伤。因此本文做了“纯棉织物无甲醛抗皱整理剂的合成与应用性能研究”的课题,主要做了以下工作:（1）碱性抗皱整理剂的合成与抗皱整理初探。基于碱性条件下可以与纤维素反应的丙烯酰胺基、氯乙酰基、二氯均三嗪基和硫酸酯乙基砜基,设计合成了2,4-二丙烯酰氨基苯磺酸（AC-DABS1）、2,5-二丙烯酰氨基苯磺酸（AC-DABS2）、2,4-二氯乙酰氨基苯磺酸（CAC-DABS1）、2,4-二氯-6-（4-β硫酸酯乙基砜苯胺基）-1,3,5-三嗪（TCT-PE）和对（β-硫酸酯乙基砜）苯丙烯酰胺（AC-PE）等双活性基化合物。合成了模型化合物对丙烯酰胺基苯磺酸（AC-PABS）和对氯乙酰胺基苯磺酸（CAC-PABS）。通过高效液相色谱、核磁氢谱和衰减全反射红外分析（ATR-FTIR）等对以上合成产物进行了表征。将以上双活性基化合物通过汽蒸工艺和焙烘工艺对棉织物进行整理,筛选出AC-DABS1、AC-DABS2和AC-PE在汽蒸工艺条件下整理织物有较好的抗皱效果,可以作为织物碱性抗皱整理剂。汽蒸工艺比焙烘工艺更适合碱性抗皱整理剂的整理。CAC-DABS1和TCT-PE在各种条件下整理织物均没有抗皱效果,不能作为织物的碱性抗皱整理剂。通过模型化合物CAC-PABS研究了氯乙酰氨基在碱性水溶液中的稳定性。氯乙酰氨基在碱性水溶液中发生亚甲基氯的水解反应和酰胺基的水解反应,不与纤维素羟基反应,且优先进行亚甲基氯的水解反应。通过模型化合物AC-PABS研究了丙烯酰胺基在碱性水溶液中的稳定性。丙烯酰胺基在碱性水溶液中发生丙烯酰胺基碳碳双键与水的加成反应和酰胺键的水解反应,优先进行碳碳双键与水的加成反应,且碱性越强这两种反应的速率越快。计算了氯乙酰胺基和丙烯酰胺基的水解反应速率常数,对比结果显示丙烯酰胺基比氯乙酰胺基有更高的稳定性。（2）碱性抗皱整理剂整理棉织物的工艺优化与反应机理。研究了双丙烯酰胺基碱性抗皱整理剂AC-DABS1和AC-DABS2在汽蒸条件下整理剂的浓度、碳酸钠浓度、汽蒸温度、汽蒸湿度、汽蒸时间和水洗对织物抗皱性能的影响,得到了优化的整理工艺条件:AC-DABS1或AC-DABS2浓度80g/L,碳酸钠10g/L,汽蒸温度110℃、汽蒸湿度75%和汽蒸时间5min。AC-DABS2整理织物的折皱回复角稍高于AC-DABS1整理织物。优化条件下整理织物折皱回复角为230°左右,断裂强力保留率高达85%,具有较好的抗皱效果,但耐水洗性稍差。研究了1,3,5-三丙烯酰胺六氢化均三嗪（FAP）整理棉织物的优化工艺:FAP浓度80g/L,碳酸钠10g/L,汽蒸温度120℃,汽蒸湿度65%,汽蒸时间4 min。整理织物的折皱回复角为250°左右,断裂强力保留率73.6%。测试了丙烯酰胺基在棉织物上的反应效率。汽蒸过程中丙烯酰胺基在织物上发生酰胺键的断裂和碳碳双键与水的加成这两种副反应,导致丙烯酰胺基与棉织物反应效率低。通过分析双丙烯酰胺基整理剂与三丙烯酰胺基整理剂的分子结构与整理效果的“构效关系”,提出以丙烯酰胺基为活性基碱性抗皱整理剂分子的设计原则是增加丙烯酰胺基数量同时降低丙烯酰胺基的活性。研究了AC-PE采用“浸轧-烘干-汽蒸”工艺条件下AC-PE的浓度、碳酸钠用量、烘干时间、汽蒸条件（汽蒸温度、时间、湿度）、多元醇添加剂以及柔软剂等对织物折皱回复角、强力保留率和白度的影响。优化的工艺条件为:AC-PE浓度80 g/L,碳酸钠15 g/L,织物二浸二轧,50℃烘干5min,在110℃和75%的湿度条件下汽蒸5min。在此条件下整理织物的折皱回复角为231°、撕破强力保留率80%、白度保持在93.8,DP等级达到3.0以上。在AC-PE整理液中加入多元醇（丙三醇、季戊四醇）对整理效果没有改善,加入柔软剂可以显著提高折皱回复角和撕破强力保留率。研究了AC-PE“浸渍接枝-汽蒸交联”的二步法工艺整理棉织物的抗皱性能。通过测试AC-PE的吸附效率和固着效率确定了第一步“浸渍接枝”的条件。第二步“汽蒸交联”后织物的抗皱效果较差,说明二步法工艺不适合AC-PE,主要原因是AC-PE在“浸渍接枝”时发生严重的水解反应。通过扫描电镜（SEM）和ATR-FTIR红外研究了AC-PE整理棉织物的反应机理。AC-PE与织物形成交联的过程为在烘干过程中部分AC-PE结构上的硫酸酯乙基砜基与织物发生了接枝反应,在汽蒸阶段AC-PE结构中的硫酸酯乙基砜基和丙烯酰胺基先后与棉织物发生反应形成交联。与多元羧酸整理效果对比发现,碱性交联剂整理织物有较好的抗皱性能,更重要的是整理织物有更高的强力保留率,而且采用低温汽蒸整理更节能。（3）新型四元羧酸的合成及其对棉织物抗皱整理的研究。通过马来酸或马来酸酐与1,2-乙二硫醇的Michael加成反应合成了新型四元羧酸MASESMA。研究了反应时间和催化剂对MASESMA产率的影响,并对产物进行了~1H NMR和13C NMR表征。通过单因素实验研究了四元羧酸MASESMA浓度、催化剂次亚磷酸钠浓度、焙烘温度、焙烘时间、柔软剂、水洗次数等对MASESMA整理织物抗皱性能的影响。结果表明新合成的四元羧酸MASESMA是一种有效的抗皱整理剂。优化后的整理条件为MASESMA质量浓度100 g/L,催化剂次亚磷酸钠（含一个结晶水）质量浓度为65 g/L,二浸二轧,烘干后于160℃焙烘90s。优化工艺条件下整理织物的折皱回复角为257°,撕破强力保留率为53.6%,白度为115。水洗11次后织物的折皱回复角235°以上,DP等级3.5～3.0。添加柔软剂可以进一步改善织物的抗皱性能,二浴法整理织物的效果要优于一浴法,可以获得更高的折皱回复角和强力保留率。柔软剂的浓度高也更有利于织物抗皱性能的改善。对比了MASESMA与BTCA整理织物的抗皱性能。在160℃相同条件下处理织物,MASESMA整理织物的折皱回复角要优于BTCA整理织物,并且由于在160℃相对低温条件下焙烘,获得相同折皱回复角的情况下,MASESMA整理织物的撕破强力保留率更高。通过ATR-FTIR红外、热重分析和分子模拟计算等方式分析了MASESMA和BTCA的分子结构与抗皱性能的“构效关系”。得出的结论是,BTCA相对于MASESMA在低温条件下更易脱水形成一元环状酸酐,而BTCA形成二元酸酐的温度要高于MASESMA形成二元酸酐的温度。即在低温条件下,MASESMA比BTCA更易形成交联反应的中间体,形成更多的酯交联。从热力学和动力学两个方面提出了设计多元羧酸类抗皱整理剂的原则。在热力学上应尽量降低多元羧酸的成酐温度,如减少分子中极性基团的数量或增加非极性基团的比重、降低分子熔点、减少分子间形成氢键的趋势等;在动力学上应考虑多个羧基形成的酯键之间的长度并且分子应有适当的刚柔性。