CN105542153B - 一种聚酰胺聚醚有机硅三元共聚型亲水整理剂的制备方法 - Google Patents

一种聚酰胺聚醚有机硅三元共聚型亲水整理剂的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种聚酰胺聚醚有机硅三元共聚型亲水整理剂的制备方法，属于纺织化工技术领域，将己二胺、己二酸、双端羧基聚乙二醇和双端氨基聚醚硅油按照物质的量配比混合均匀，通入氮气保护，缓慢升温反应，添加亚磷酸和二氧化锰固体，升温进行常压缩聚反应；添加亚磷酸等质量的氯化钠固体，缓慢搅拌降温静置分层后去除水层，得到聚酰胺聚醚有机硅三元共聚型亲水整理剂。本发明方法在现有技术的基础上优化反应条件，添加二氧化锰固体作为缩聚反应的催化剂，使得反应常压下进行，利于工业化生产，同时制备得到的整理剂对于织物具有良好的亲水整理效果，织物手感柔软性和抗静电性、耐水洗性都具有良好的改善作用，经济效益高。

Description

一种聚酰胺聚醚有机硅三元共聚型亲水整理剂的制备方法
技术领域：
本发明公开了一种聚酰胺聚醚有机硅三元共聚型亲水整理剂的制备方法，属于纺织化工技术领域。
背景技术：
合成纤维的亲水性与纤维大分子结构有关。锦纶纤维的亲水性随分子中的极性酰胺基团-CONH-与非极性的亚甲基-CH2比例而变化。大分子中酰胺基团间碳原子数越少，回潮率越高；碳原子数越多回潮率越小。所以改变聚酰胺大分子主链结构，降低酰胺基团间碳原子数，是提高聚酰胺纤维吸湿率的一个重要方法。
亲水整理剂大致可分为：丙烯酸酯类亲水整理剂，聚酯类亲水整理剂(聚酯聚醚、磺化聚酯和混合型聚酯)，聚氨酯类亲水整理剂，聚硅氧烷类亲水整理剂和聚胺类亲水整理剂。
丙烯酸酯类亲水整理剂使用含聚氧乙烯链段丙烯酸酯或双丙烯酸酯的聚合物，但其整理后织物的亲水性和手感之间难以取得平衡，综合效果不理想。所以目前这种形式的整理剂已很少见，而多采用丙烯酸酯系单体，交联单体及引发剂的混合液，以浸渍或浸轧法加工织物，在织物表面发生聚合反应，从而改善织物的亲水性。
聚酯类亲水整理剂一般用于聚酯纤维的亲水整理，聚酯型整理剂因其分子结构中含有聚酯链段和聚醚链段，在热处理条件下，涤纶芳环之间的链段受热伸展，亲水整理剂的聚酯链段与聚酯纤维分子相似相容，进入到纤维内部。温度降低后，涤纶芳环之间的链段重新收缩，而将聚酯链段嵌在中间，紧密结合；而聚醚链段伸向纤维的外部，从而赋予纤维或织物良好的亲水性和耐洗性，因而得到了广泛的研究和应用。
聚氨酯类亲水整理剂是在聚乙二醇与二异氰酸酯生成的预聚体中加入封端剂，将其中的异氰酸基封闭而获得稳定性聚氨酯整理液。使用时，在一定的温度下聚氨酯整理液中的封端剂发生解封，异氰酸酯基团恢复活性，在织物表面发生交联形成表面能较高的薄膜，从而改善织物的亲水性能。
聚硅氧烷类亲水整理剂有聚醚改性、环氧改性或氨基聚醚改性聚硅氧烷等，除具有亲水性能外，还有柔软、防污、抗静电等功能。聚硅氧烷类亲水柔软整理剂不仅适合锦纶等合纤织物，而且同样适合于涤纶、涤/棉混纺织物、人造纤维织物的亲水柔软整理，在赋予织物亲水性的同时，还有柔软、防污易去污、抗静电等多种功能。它与纤维的结合包括两方面，其一是通过自身缩合在纤维表面成膜，另一方面是若含有交联基团则与纤维交联，耐久性进一步提高。
由聚乙二醇与多乙烯胺反应合成聚胺类亲水整理剂。首先在聚乙二醇两端接上环氧基团，得到高反应活性的环氧醚，然后在与多乙烯多胺缩合，由于聚胺类亲水整理剂是通过渗透作用和成膜固着在纤维织物的表面，所以要求其分子量分布较宽，分子量大者有利于成膜，分子量小者有利于渗透，对提高整理织物的耐洗性均有益处。
丙烯酸系类亲水整理剂加工织物的亲水性和手感之间难以取得平衡，综合效果不好，其主要适用于丙纶织物；聚二甲基硅氧烷类亲水整理剂虽然适合聚酯织物等合纤织物、涤/棉混纺织物、人造纤维织物的整理，但耐洗性较差；聚氨酯类亲水整理剂虽具有高分子表面活性剂结构，对整理织物的润湿性和浸透性良好，不需过高的焙烘温度，但其有低温离解性，目前可供品种少；聚酯聚醚型亲水整理剂能显著改善涤纶织物的亲水性能，而且耐洗性好，但应用针对性较强。而聚胺以及聚酰胺类亲水整理剂单独使用时，加工织物的耐洗性差，并有泛黄现象，且其主要用于锦纶、腈纶及其混纺织物。
鉴于当前锦纶作为服饰面料的亲水性差的缺陷，人们一直致力于开发适用于聚酰胺纤维的亲水整理剂的研究工作。
浙江理工大学张宝根在2012年公开了一篇名为《聚酰胺聚醚有机硅三元共聚型棉纶织物亲水柔软整理剂的研制及应用》，是本发明的最接近现有技术，己二酸、己二胺和自制的双端羧基聚乙二醇为原料，采用双端氨基聚醚硅油为功能性改性单体对聚酰胺聚醚亲水整理剂进行改性制备的聚酰胺聚醚有机硅三元嵌段共聚型锦纶织物多功能亲水整理剂AGS，其整理锦纶织物具有较好的亲水性以及一定的柔软性和抗静电性，同时具有一定的耐洗水平，较好地解决了一般亲水整理剂耐洗性差以及织物手感欠佳等问题，是一种理想的锦纶织物多功能亲水整理剂，最佳工艺为缩聚温度为240℃，n(AA)/n(HDA)/n(CT-PEG)物料配比为1:3:1，缩聚反应时间为2.5h，真空度保持在0.04Mpa。当(n(di-APEMS)/n(CT-PEG))摩尔比为0.2:1时，整理剂具有聚酰胺聚醚有机硅三元嵌段结构特征，具有良好的热稳定性，呈现非结晶型聚合物特性，具有较好的水溶性，呈现表面活性，但是其工艺较为复杂，采用0.04Mpa真空度进行缩聚反应，对于生产环境要求高，不易于工业化推广，同时该方法对锦纶织物具有较佳的亲水整理效果，能改善织物一定的柔软手感和抗静电性，效果不够优异，不能满足工业化需求。
发明内容：
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种聚酰胺聚醚有机硅三元共聚型亲水整理剂的制备方法，该方法在现有技术的基础上优化反应条件和反应工艺，常压生产，得到的整理剂对于织物具有良好的亲水整理效果，同时对于织物手感柔软性和抗静电性、耐水洗性都具有良好的改善作用，经济效益高，利于工业化推广。
本发明提供如下技术方案：
一种聚酰胺聚醚有机硅三元共聚型亲水整理剂的制备方法，将己二胺、己二酸、双端羧基聚乙二醇和双端氨基聚醚硅油按照物质的量配比1:5:2-3：0.8-1混合均匀，通入氮气保护，缓慢升温至200℃，保温反应15-25min；
添加己二胺、己二酸、双端羧基聚乙二醇和双端氨基聚醚硅油混合物料总质量1.5％的亚磷酸和0.5-1％的二氧化锰固体，升温至270-300℃进行常压缩聚反应1.5-2h；
添加亚磷酸等质量的氯化钠固体，缓慢搅拌降温至100摄氏度，静置分层后去除水层，得到聚酰胺聚醚有机硅三元共聚型亲水整理剂。
优选的，所述己二胺、己二酸、双端羧基聚乙二醇和双端氨基聚醚硅油按照物质的量配比1:5:2.5：0.8混合均匀。
优选的，添加己二胺、己二酸、双端羧基聚乙二醇和双端氨基聚醚硅油混合物料总质量1.5％的亚磷酸和0.8％的二氧化锰固体，升温至280℃进行常压缩聚反应2h。
优选的，所述双端羧基聚乙二醇由以下制备方法制备得到：
将丁二酸酐与聚乙二醇按照摩尔比为2.5:1混合，添加甲苯溶剂，反应温度为110℃，反应时间为70min得到双端羧基聚乙二醇。
优选的，所述聚酰胺聚醚有机硅三元共聚型亲水整理剂应用于涤纶织物的亲水性整理，其整理方法为：
整理剂的用量为3-4g/L，浴比为1:15-20，浸渍10-15分钟后脱水烘干，烘干的温度为120-130℃，烘干时间为5-7分钟，烘干后焙烘，焙烘温度为150℃，焙烘时间为1-2min。
优选的，所述整理剂的用量为3.5g/L，浴比为1:20，浸渍10分钟后脱水烘干，烘干的温度为130℃，烘干时间为6分钟，烘干后焙烘，焙烘温度为150℃，焙烘时间为1.5min。
二氧化锰是两性氧化物，它是一种常温下非常稳定的黑色粉末状固体可作为干电池的去极化剂。二氧化锰分子为八面体，氧原子在八面体角顶上,锰原子在八面体中，八面体共棱连接形成单链或双链,这些链和其它链共顶，形成空隙的隧道结构，八面体或成六方密堆积,或成立方密堆积，本发明添加二氧化锰固体作为缩聚反应的催化剂，可以使得反应在常压下进行，提高了反应的安全性，同时降低了工艺成本，具有较高的经济效益和工业推广前景。
聚酰胺聚醚有机硅三元共聚型亲水整理剂分子结构中存在刚性的聚酰胺链段，亲水性的聚氧乙烯醚链段以及柔性的聚甲基硅氧烷链段，其余涤纶纤维分子单元结构相似，在高温受热过程中与涤纶分子发生共融共结晶的作用，本发明优化了己二胺、己二酸、双端羧基聚乙二醇和双端氨基聚醚硅油四者配比，使得亲水整理剂可以长久的保留在织物上面，而亲水的聚氧乙烯醚链段和柔性的聚二甲基硅氧烷链段则定向排列在织物的表面，赋予织物良好的亲水性能的同时改善了织物的手感，其耐水性和抗静电性能都有良好的改善，手感品质较优。
本发明的有益效果：
1.本发明利用二氧化锰其分子为八面体结构的特殊性，其氧原子在八面体角顶上,锰原子在八面体中，八面体共棱连接形成单链或双链,这些链和其它链共顶，形成空隙的隧道结构，八面体或成六方密堆积,或成立方密堆积，添加二氧化锰固体作为缩聚反应的催化剂，可以使得反应在常压下进行，提高反应工艺效益。
2.本发明优化了己二胺、己二酸、双端羧基聚乙二醇和双端氨基聚醚硅油四者配比，使得亲水整理剂可以长久的保留在织物上面，而亲水的聚氧乙烯醚链段和柔性的聚二甲基硅氧烷链段则定向排列在织物的表面，赋予织物良好的亲水性能的同时改善了织物的手感，其耐水性和抗静电性能都有良好的改善，手感品质较优。
3.本发明方法提高了反应的安全性，同时降低了工艺成本，具有较高的经济效益和工业推广前景，整理后的织物具有极优的亲水性能，同时手感品质、抗静电性和耐水洗性都有较为明显的改善。
具体实施方式：
下面对本发明的实施例做详细的说明，本实施例在以发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但是本发明的保护范围不限于下述的实施例。实施例中未注明具体条件的实验方案，通常按照常规条件或者制造商所建议的条件实施。
实施例一
一种聚酰胺聚醚有机硅三元共聚型亲水整理剂的制备方法，将己二胺、己二酸、双端羧基聚乙二醇和双端氨基聚醚硅油按照物质的量配比1:5:2：0.8混合均匀，通入氮气保护，缓慢升温至200℃，保温反应15min；
添加己二胺、己二酸、双端羧基聚乙二醇和双端氨基聚醚硅油混合物料总质量1.5％的亚磷酸和0.5％的二氧化锰固体，升温至270℃进行常压缩聚反应1.5h；
添加亚磷酸等质量的氯化钠固体，缓慢搅拌降温至100摄氏度，静置分层后去除水层，得到聚酰胺聚醚有机硅三元共聚型亲水整理剂。
上述方法制备得到的聚酰胺聚醚有机硅三元共聚型亲水整理剂应用于涤纶织物的亲水性整理，其整理方法为：
整理剂的用量为3g/L，浴比为1:15，浸渍10分钟后脱水烘干，烘干的温度为120℃，烘干时间为5分钟，烘干后焙烘，焙烘温度为150℃，焙烘时间为1min。
实施例二
一种聚酰胺聚醚有机硅三元共聚型亲水整理剂的制备方法，将己二胺、己二酸、双端羧基聚乙二醇和双端氨基聚醚硅油按照物质的量配比1:5:3：1混合均匀，通入氮气保护，缓慢升温至200℃，保温反应25min；
添加己二胺、己二酸、双端羧基聚乙二醇和双端氨基聚醚硅油混合物料总质量1.5％的亚磷酸和1％的二氧化锰固体，升温至300℃进行常压缩聚反应2h；
添加亚磷酸等质量的氯化钠固体，缓慢搅拌降温至100摄氏度，静置分层后去除水层，得到聚酰胺聚醚有机硅三元共聚型亲水整理剂。
上述方法制备得到的聚酰胺聚醚有机硅三元共聚型亲水整理剂应用于涤纶织物的亲水性整理，其整理方法为：
整理剂的用量为4g/L，浴比为1:20，浸渍15分钟后脱水烘干，烘干的温度为130℃，烘干时间为7分钟，烘干后焙烘，焙烘温度为150℃，焙烘时间为2min。
实施例三
一种聚酰胺聚醚有机硅三元共聚型亲水整理剂的制备方法，将己二胺、己二酸、双端羧基聚乙二醇和双端氨基聚醚硅油按照物质的量配比1:5:2：1混合均匀，通入氮气保护，缓慢升温至200℃，保温反应15min；
添加己二胺、己二酸、双端羧基聚乙二醇和双端氨基聚醚硅油混合物料总质量1.5％的亚磷酸和0.5％的二氧化锰固体，升温至300℃进行常压缩聚反应1.5h；
添加亚磷酸等质量的氯化钠固体，缓慢搅拌降温至100摄氏度，静置分层后去除水层，得到聚酰胺聚醚有机硅三元共聚型亲水整理剂。
上述方法制备得到的聚酰胺聚醚有机硅三元共聚型亲水整理剂应用于涤纶织物的亲水性整理，其整理方法为：
整理剂的用量为3g/L，浴比为1:20，浸渍10分钟后脱水烘干，烘干的温度为130℃，烘干时间为5分钟，烘干后焙烘，焙烘温度为150℃，焙烘时间为2min。
实施例四
一种聚酰胺聚醚有机硅三元共聚型亲水整理剂的制备方法，将己二胺、己二酸、双端羧基聚乙二醇和双端氨基聚醚硅油按照物质的量配比1:5:3：0.8混合均匀，通入氮气保护，缓慢升温至200℃，保温反应25min；
添加己二胺、己二酸、双端羧基聚乙二醇和双端氨基聚醚硅油混合物料总质量1.5％的亚磷酸和0.5％的二氧化锰固体，升温至300℃进行常压缩聚反应1.5h；
添加亚磷酸等质量的氯化钠固体，缓慢搅拌降温至100摄氏度，静置分层后去除水层，得到聚酰胺聚醚有机硅三元共聚型亲水整理剂。
上述方法制备得到的聚酰胺聚醚有机硅三元共聚型亲水整理剂应用于涤纶织物的亲水性整理，其整理方法为：
整理剂的用量为4g/L，浴比为1:15，浸渍15分钟后脱水烘干，烘干的温度为120℃，烘干时间为7分钟，烘干后焙烘，焙烘温度为150℃，焙烘时间为1min。
实施例五
一种聚酰胺聚醚有机硅三元共聚型亲水整理剂的制备方法，将己二胺、己二酸、双端羧基聚乙二醇和双端氨基聚醚硅油按照物质的量配比1:5:2.5：0.8混合均匀，通入氮气保护，缓慢升温至200℃，保温反应15min；
添加己二胺、己二酸、双端羧基聚乙二醇和双端氨基聚醚硅油混合物料总质量1.5％的亚磷酸和0.8％的二氧化锰固体，升温至280℃进行常压缩聚反应2h；
添加亚磷酸等质量的氯化钠固体，缓慢搅拌降温至100摄氏度，静置分层后去除水层，得到聚酰胺聚醚有机硅三元共聚型亲水整理剂。
上述方法制备得到的聚酰胺聚醚有机硅三元共聚型亲水整理剂应用于涤纶织物的亲水性整理，其整理方法为：
整理剂的用量为4g/L，浴比为1:15，浸渍15分钟后脱水烘干，烘干的温度为130℃，烘干时间为5分钟，烘干后焙烘，焙烘温度为150℃，焙烘时间为1min。
实施例六
一种聚酰胺聚醚有机硅三元共聚型亲水整理剂的制备方法，将己二胺、己二酸、双端羧基聚乙二醇和双端氨基聚醚硅油按照物质的量配比1:5:2.5：0.8混合均匀，通入氮气保护，缓慢升温至200℃，保温反应20min；
添加己二胺、己二酸、双端羧基聚乙二醇和双端氨基聚醚硅油混合物料总质量1.5％的亚磷酸和0.8％的二氧化锰固体，升温至280℃进行常压缩聚反应2h；
添加亚磷酸等质量的氯化钠固体，缓慢搅拌降温至100摄氏度，静置分层后去除水层，得到聚酰胺聚醚有机硅三元共聚型亲水整理剂。
上述方法制备得到的聚酰胺聚醚有机硅三元共聚型亲水整理剂应用于涤纶织物的亲水性整理，其整理方法为：
整理剂的用量为3.5g/L，浴比为1:20，浸渍10分钟后脱水烘干，烘干的温度为130℃，烘干时间为6分钟，烘干后焙烘，焙烘温度为150℃，焙烘时间为1.5min。
对比例一
未经整理的织物
对比例二
除不添加二氧化锰外，与实施例六所述制备方法相同，整理方法相同。
对比例三
浙江理工大学张宝根制备得到的AGS整理剂，其整理方法采用浸渍法，浓度为2.5g/L，浴比：1:20，室温浸渍30min，脱水1min，烘干采用80-100℃烘干处理10min，焙烘温度为165-170℃，处理30s。
所述双端羧基聚乙二醇由以下制备方法制备得到：
将丁二酸酐与聚乙二醇按照摩尔比为2.5:1混合，添加甲苯溶剂，反应温度为110℃，反应时间为70min得到双端羧基聚乙二醇。
本发明实施例测试的织物为棉纶布,平纹织物，织物经线340根/10cm，纬线325根/10cm，织物克重为9.2mg/cm2。
测试方法：
亲水性测定：以吸水扩散时间表示。参照AATCC79《漂白织物的吸收性测试》测试。
柔软性测定：整理锦纶织物的柔软性能以其硬挺度表示，硬挺度越小，织物柔软性能越好。织物硬挺度按照标准ZB W04003-87《织物硬挺度试验方法斜面悬臂法》进行测试。
抗静电性能测定：按行标FZ/T01042－1996《纺织材料静电性能静电压、表面电阻和半衰期的测定方法》测试。
耐洗性测定：按照GB/T8629-2001洗涤标准对整理的织物进行洗涤，测定洗涤后织物的润湿时间，并与洗前整理的织物润湿时间比较，判定其耐洗性。
手感性能测试：闭目触摸整理后的织物，以5-10人为一小组，进行评级，根据不同的手感将印花织物进行手感评定，具体评定方法为：从柔软性、滑爽感两方面进行手感评级，共分5级，1级最差，织物手感较硬，滑糯感差。5级最好，织物手感柔软、滑糯。
具体评级如表一所示。
表一：手感评级
5级 4级 3级 2级 2级
非常好 良好 中 稍差 差
表二：本发明实施例整理后织物亲水性、柔软性特征
本发明实施例所述方法对棉纶纤维进行整理后，对棉纶纤维的亲水性和柔软性都有了较为明显的改善，并且其耐水性测试结果优异，具有显著的优势，同时其手感品质也得到了改善，具有较高的经济效益。
表三：本发明实施例整理后织物抗静电性能
本发明整理剂整理后棉纶导电性能增加，半衰期缩短，抗静电效果得到了很好的改善，相对于AGS而言，其耐水洗性有较为明显的提高，抗静电效果的耐久性改善。对比例二相对于对比例一而言，其抗静电性能没有得到改善，可能由于未添加二氧化锰催化剂，其缩聚反应没有正常展开，得到的整理剂其整理效果不佳引起。
实验：二氧化锰添加量对于棉纶织物亲水性、柔顺性和抗静电性能的影响。
实验方法：采用实施例六所述的聚酰胺聚醚有机硅三元共聚型亲水整理剂的制备方法及整理方法，探讨二氧化锰的添加量对于棉纶织物亲水性、柔顺性和抗静电性能的影响。
表四：二氧化锰的添加量对于棉纶织物亲水性、柔顺性和抗静电性能的影响
随着二氧化锰的添加，整理后的棉纶织物的各种性能均有较为明显的改善，但是当二氧化锰添加过量后，其催化效率达到饱和，不能够提高棉纶织物的各种性能，反而导致其性能降低，这可能是由于缩聚反应过程中随着二氧化锰的添加过量，导致产生了其他的物质，或者是由于二氧化锰的添加过量，导致其混合物中二氧化锰脱离困难，与聚合物一起结合到织物表面，影响了织物的亲水性能和柔顺性及康静电性，所以本发明制备过程中采用添加0.5-1％的二氧化锰固体。
以上内容仅为本发明的较佳实施方式，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.一种聚酰胺聚醚有机硅三元共聚型亲水整理剂的制备方法，其特征在于：
将己二胺、己二酸、双端羧基聚乙二醇和双端氨基聚醚硅油按照物质的量配比1:5:2-3：0.8-1混合均匀，通入氮气保护，缓慢升温至200℃，保温反应15-25min；
添加己二胺、己二酸、双端羧基聚乙二醇和双端氨基聚醚硅油混合物料总质量1.5％的亚磷酸和0.5-1％的二氧化锰固体，升温至270-300℃进行常压缩聚反应1.5-2h；
添加亚磷酸等质量的氯化钠固体，缓慢搅拌降温至100摄氏度，静置分层后去除水层，得到聚酰胺聚醚有机硅三元共聚型亲水整理剂；
所述双端羧基聚乙二醇由以下制备方法制备得到：
将丁二酸酐与聚乙二醇按照摩尔比为2.5:1混合，添加甲苯溶剂，反应温度为110℃，反应时间为70min得到双端羧基聚乙二醇。
2.根据权利要求1所述的一种聚酰胺聚醚有机硅三元共聚型亲水整理剂的制备方法，其特征在于：所述己二胺、己二酸、双端羧基聚乙二醇和双端氨基聚醚硅油按照物质的量配比1:5:2.5：0.8混合均匀。
3.根据权利要求1所述的一种聚酰胺聚醚有机硅三元共聚型亲水整理剂的制备方法，其特征在于：添加己二胺、己二酸、双端羧基聚乙二醇和双端氨基聚醚硅油混合物料总质量1.5％的亚磷酸和0.8％的二氧化锰固体，升温至280℃进行常压缩聚反应2h。
4.根据权利要求1所述的一种聚酰胺聚醚有机硅三元共聚型亲水整理剂的制备方法，其特征在于：
所述聚酰胺聚醚有机硅三元共聚型亲水整理剂应用于涤纶织物的亲水性整理，其整理方法为：
整理剂的用量为3-4g/L，浴比为1:15-20，浸渍10-15分钟后脱水烘干，烘干的温度为120-130℃，烘干时间为5-7分钟，烘干后焙烘，焙烘温度为150℃，焙烘时间为1-2min。
5.根据权利要求4所述的一种聚酰胺聚醚有机硅三元共聚型亲水整理剂的制备方法，其特征在于：所述整理剂的用量为3.5g/L，浴比为1:20，浸渍10分钟后脱水烘干，烘干的温度为130℃，烘干时间为6分钟，烘干后焙烘，焙烘温度为150℃，焙烘时间为1.5min。
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