棉织物的防皱整理_倪玉婷

棉织物的防皱整理倪玉婷　马会英(天津工业大学纺织与服装学院,天津　300160)[摘　要]　本文简要回顾了棉织物防皱整理从传统方法到新型纳米技术的发展,并介绍了各种方法的原理及优缺点。

[关键词]　棉织物防皱;纤维素交联;树脂整理;无甲醛整理;纳米技术1　引言防皱整理,也被称为易护理性,耐久压烫整理,耐折皱性,洗可穿性,免烫性等。

也就是说,织物洗涤后只需稍加熨烫或不需熨烫,在穿着过程中具有防皱性能,近几十年防皱棉织物的需求量倍增。

棉是一种富含羟基的纤维素纤维。

其中40%的纤维由紧密排列的长链分子在晶区组成,其余的则由在无定形区松散排列的长链分子组成。

无定形区分子由氢键联结且松散地排列,这有助于纤维的柔韧性。

当纤维受外力作用发生弯曲和扭转时,无定形区的分子可以在纤维中自由移动,大分子的氢键发生形变或断裂导致结构单元的位移,并在新的位置形成新的氢键从而导致折皱产生。

折皱最终可能恢复或形成永久折皱,这要视外力作用时间和大小而定(图1)。

图1　棉纤维维折皱的形成2　树脂整理树脂整理是通过保持棉织物弹性来赋予织物防皱性的方法。

树脂整理过的织物受外力发生扭转,外力去除后分子链回到原来位置(图2)。

图2　折皱恢复机理2.1　脲醛树脂(U F 树脂)脲醛树脂是由尿素和甲醛经缩合反应制成的树脂,简称U F 树脂。

脲醛树脂使纤维间产生交联来赋予织物抗皱性,它可以形成一个抵抗大分子链横向变形的三维聚合物晶格从而增强折皱回复能力。

尿醛树脂不像表面涂层处理,它赋予织物防皱性但不会使它硬挺变脆。

使用低分子量的尿素和甲醛的初缩体使整理剂容易渗透到纤维中。

脲醛树脂的缺点包括:干燥时释放过量的游离甲醛,有刺激性气味,有毒性,整理的织物拉伸强度受损,并且树脂耐洗性及储存稳定性差且有氯损。

活性树脂的发展消除了这些问题,它们与纤维素纤维的羟基发生反应形成交联,增强了棉织物的折皱回复性或耐久压烫性。

2.2　DM DHEU 树脂二羟甲基二羟基乙烯尿树脂(DM DHEU)是随后发展起来的一种N-羟甲基试剂,主要用于传统抗压整理剂的抗皱棉织物。

它的成功之处在于:适用性好,对酸和氯稳定性高,易于反应且成本低。

在氯化镁作催化剂条件下,DM DHEU 可与纤维素纤维形成交联(图3)。

图3　DM D HEU 的结构和反应尽管DM DHEU 的防皱整理有效,但织物强力损失过大仍是严重问题。

此外,由于释放致癌物质游离甲醛限制了它在工业上的广泛应用。

而甲醛的释放有多种形式:反应不充分;树脂整理中织物固化不充分;游离甲醛在交联形成处高温时分解N-羟基化合物然后被织物吸收。

除此以外,由于N-羟基化合物与纤维素纤维反应是可逆的,在储存和使用过程中会发生水解,也会导致释放游离甲醛。

3　无甲醛整理由于甲醛有毒性,因而对无甲醛耐久整理剂已展开大量研究工作。

3.1　DHDM I 交联剂二羟基二甲基咪唑啉酮(DHDM l)是一种双官能交联剂,它作为织物耐久压烫整理剂已被商业化应用。

然而其效果远不如DM DHEU,而且由于它性能上的不足,使织物泛黄,本身有刺激性气味,成本高且需采用高树脂比率等缺点,在工业上没有广泛应用。

3.2　乙二醛和戊二醛从低成本和商业适用性方面考虑,对棉织物耐压烫整理时,乙二醛是甲醛和甲醛释放剂的可能替代品。

乙二醛在催化剂(如Mgcl2和Alcl3)作用下与纤维素纤维发生反应,低浓度乙二醛整理会使织物强力损失大,但高浓度时损失较小。

高温下,戊二醛与棉纤维素发生反应,使棉织物具有防皱性。

经过低浓度(5%)戊二醛整理的棉织物性能比用高浓度(16%)无甲醛DHDM I 系统整理的更好。

但在整理工艺中,戊二醛配比和固化条件必须严格控制。

3.3　多元羧酸整理多元羧酸属于无甲醛纤维素交联剂,在适量催化剂作用下可反应产生高弹性。

棉纤维素与多元羧酸反应,如:1,2,3,4-丁烷四羧酸,柠檬酸及马来酸和衣康酸混合物等,用显酸性的磷的碱金属盐催化剂,这样生产的无甲醛防皱织物性能与用含甲醛整理剂处理的效果一样。

多元羧酸的主要优点是没有难闻气味,并且赋予织物柔软的手感,但仍存在机械性能损失。

多元羧酸与棉纤维反应如图4表示。

图4　以柠檬酸为例解释多元羧酸与纤维素的交联反应3.3.1　1,2,3,4-丁烷四羧酸(B TCA )对多种多元酸研究发现,BTCA 是棉纤维素最好的交联剂。

处理后织物的耐久压烫水平、白度指标、耐洗牢度和强力保持率都令人满意,一些整理指标甚至优于DM DHEU ,若不是BTC A 价格高(比DM DHEU 高十倍)它完全可以替代DM DHEU 树脂,这也限制了它在纺织工业上的应用。

3.3.2　柠檬酸柠檬酸是一种三官能羧酸,是另一种无甲醛整理剂。

柠檬酸相对于其他多元羧酸优点在于价格低廉,毒性低,有效性也较好,但是防皱整理效果不如BTC A 好,主要原因在于与B TCA 相比,柠檬酸含有一个羟基,它妨碍了羧基与纤维素羟基的交联(图5)。

图5　柠檬酸及B TC A 的化学结构在交联整理中,织物防皱能力提高的原因是交联限制了纤维基本结构单元的相对滑动,因此防皱性能好坏与纤维大分子中形成交联数目有关。

单独使用柠檬酸,仅能产生一种比其他多元羧酸交联度低的交联。

但在高水平耐久压烫整理中柠檬酸可以用作BTC A 的补充剂。

这种方法可以降低BTC A 的用量,从而降低BTC A 整理的成本。

3.3.3　在柠檬酸和马来酸聚合物结合的基础上研制出另一种新的无甲醛耐久整理系统。

在固化条件下柠檬酸与马来酸高聚物在棉织物上反应,使得柠檬酸从多官能交联剂变成一种更高官能度的交联剂(图6)。

图6　柠檬酸和马来酸反应机理显然这种无甲醛耐久整理系统也可以提高整理后织物的洗涤耐久性。

使用柠檬酸的一个缺点是织物泛黄问题,原因是不饱和多元羧酸是固化生产的,它能产生一种作为发色团的共轭双键。

为防止柠檬酸整理后织物的泛黄现象,配方中必须包括特殊的添加剂以提高织物的白度指标,多种添加剂如:三乙醇胺,硼酸,1,1,1-三羧甲基丙烷和聚乙二醇都能使泛黄减至最小或完全消除。

另外,在多元羧酸整理时,用显酸性的无机磷弱碱金属盐作催化剂。

在整理棉织物时,次磷酸钠是最有效的催化剂,它能使处理过的棉织物具有很好的强力保持性和白度。

但它也有许多缺点:价格高并且有还原特性,在一些硫化和活性染料染色中影响色光。

而且次磷酸钠会对环境造成极其不利的影响:它能促进河流湖泊中藻类的增长,降低水的质量,使水中氧气含量降低以致影响鱼类繁殖。

所以建议选用一些替代催化剂,如:咪唑和其他的烷基衍生物,它们都是BTCA 与纤维素纤维反应的有效催化剂。

多元羧酸整理的另一大缺点是整理后棉织物机械强力损失严重,经BTCA 整理的织物强力保持度有时仅在50%左右,强力不足降低了织物的耐久性,缩短了服装的穿用寿命。

织物强力损失是由于处理溶液的酸性引起棉纤维的损伤造成的。

但是使用添加剂包括一些助催化剂,如三乙醇胺和多元醇能增强整理后织物的断裂强度、撕破强力及耐磨牢度。

4　纳米技术整理纳米技术不是一个新的概念,这个术语来源于纳米——一个度量单位,1纳米是一米的十亿分之一(1nm=10-9m )。

纳米技术是在纳米尺度范畴内对原子或分子进行操纵和加工来改善或重排分子结构从而创造结构的科学。

物质的研究通常在大约1至100纳米的一维方向上进行。

宏观上,材料的化学和物理性能不依赖尺寸,即材料的化学和物理性能不随尺寸减小而改变。

然而当对物质在大约100纳米尺寸上作改变时,它的物理和化学性能会呈现不寻常的变化。

将材料的尺寸和最基本的性能相结合是所有纳米科学的关键。

因此,纳米技术是一种通过改变分子结构来提高普通材料机能并能创造新性能的技术。

纺织技术是一门材料和加工技术,所以纳米技术将对其产生影响,并且被认为是纺织加工上的一场革新。

4.1　纳米技术在纺织上的应用纳米技术在纺织上的应用包括:织物防折皱和干燥工程,也有用纳米粒子作防护织物,从而赋予防皱整理织物一种全新的易护理品质,它使织物玷污减至最少,且赋予其优越的拒液性能。

因为性能是以纳米或亚微粒子形式嵌入的,所以这些特征是织物的固有本性。

4.2　纳米粒子应用在纺织上的方法根据最近研发技术用一种涂料配方去修饰纺织品的表面,这种涂料配方由纳米微粒组成,可任选一种表面活性剂,一种或多种添加剂配料和一种合适的载体。

通常应用较多的是无机纳米粒子,它们一般存在于氯化物、硅酸盐碳酸盐和氢氧化物中。

一些分层的粘土矿物和无机金属氧化物是纳米粒子样本,表1为将纳米粒子用在纺织品中的不同方法。

表1　纳米粒子应用于纺织品中的方法方法作用与机理喷涂法涂在纺织品上的涂覆材料有助于涂在应用纺织品的特定区域浸渍法涂料通过在浸渍容器浸渍加工干燥后用于纺织上印花法涂覆材料可以通过转移印花的方式来应用,如:滚筒印花,凹板印花,胶版印花和喷墨印花洗涤加工洗涤加工可以是商业化的或家庭洗涤,这种方法中涂料可以将含有纳米粒子的洗涤液放在洗衣机里使用水洗加工洗涤液含有适当数量的纳米粒子,在冲洗加工中,纳米粒子粘附在织物表面浸轧利用浸轧机适当的轧液率、速度和浸轧压力并随后干燥和固化,纳米粒子附着在织物上4.3　纳米技术的优点棉的防皱性能已经通过对织物或服装使用交联剂整理(传统方法)来实现,但仍存在一些问题。

传统防皱整理会对人体和环境造成不利影响。

DM DHEU树脂在整理加工、储存和消费者使用过程中,会释放致癌物甲醛。

次磷酸钠是多元羧酸整理中最有效的催化剂,但它对环境极其不利。

传统整理的另一大缺点是整理后棉织物强力损失严重,织物强力损耗是由于纤维素纤维的恶化,它取决于固化时间,固化温度,催化剂和添加剂类型。

纤维恶化也会导致洗涤耐久性降低,目前正致力于研究开发和改进防皱整理配方和工艺,目的在于产生一种物理性能的理想平衡。

如果使用过多交联剂会减弱织物强力和耐磨牢度以致影响服装的正常穿用寿命。

但如果使用交联太少,又会使织物表面外观滑爽度及褶裥保持性欠佳。

防皱服装的舒适性是另一个重要问题,在传统树脂整理中,赋予了织物疏水性能,降低了织物吸附性能,削弱了其芯吸效应,致使织物透气不好,在热天出汗时衣服会紧贴在皮肤上。

纳米技术是织物防皱整理高水平的一种选择,它可以避免传统方法的缺陷。

纳米粒子能有效地渗入到棉纤维内部,它们表面积对体积比率较大,容易有效地与纤维素纤维发生反应从而产生防皱性能。

传统整理最终会被洗去,但纳米技术使织物内部发生变化,化学物质能与纤维粘结在一起。

由于这种方法产生永久联结,使得整理效果可持久也更耐洗涤。

纳米整理织物甚至在洗涤30次后仍有防皱性能,手感柔软并且洗涤后不易察觉有性能损失。

由于纳米技术是向织物引入外来小分子,这些分子不会改变织物手感和透气性。

产品在保持良好的防皱性能的同时透气性和穿着舒适性也保持良好。

此外,(下转第39页) 目前,我们已全部推广使用国产前压辊,进口前压辊,每个50元,使用周期18个月,改用国产胶辊每个20元,使用周期24个月,每吨节约费用10元。