关于棉织物抗皱性能的研究

关于棉织物抗皱性能的研究摘要本文探讨了棉织物抗皱性差的原因以及棉织物折皱形成的原因，发现折皱引起的应力可以使棉织物中纤维素链产生相对位移，应力去除后纤维素分子缺少约束力恢复而产生折皱。

具体原因为纤维素分子受较大外力作用后纤维基本结构单元之间发生了相对位移，导致原来的氢键断裂，并在新的位置重新建立起难以回复的新的氢键系统，使纤维或织物的形变得不到恢复而造成的，从而得到棉织物织物的抗皱作用主要是依靠纤维素分子上大量的反应性基团与整理剂交联，限制了结构单元之问的相对位移得到的。

接下来本文介绍了抗皱整理技术的发展过程，阐述了抗皱整理剂研究与发展的趋势。

关键词：棉织物；抗皱性能；相对位移；整理剂；发展趋势1 前言天然纤维织物，特别是棉织物具有手感自然、吸湿透气、抗静电、穿着舒适、经济实惠等优点，所以深受人们的喜爱。

在织物纤维中，以棉纤维的产量最大、应用最广，不过纯棉织物有弹性差、易起皱、洗后需熨烫，而且易受微生物的侵袭导致纤维霉变和脆损的缺点。

为提高织物的抗皱性，在染整加工中，要进行抗皱整理[1]。

近年来，人们崇尚自然，棉纤维织物又普遍流行，而随着人们生活水平的提高和生活节奏的加快，人们对服装不仅要求穿着舒适，对保持平整外观、料理简便也提出了更高要求，因此，抗皱和耐久压烫整理再一次成为研究的热点。

2棉织物抗皱性差的原因探讨棉纤维属于纤维素纤维，而纤维素纤维是由失水葡萄糖单元组成的高聚物。

一个纤维素分子是6000～7000个单元组成的长链。

这些纤维素长链分子，在一些区域内相互平行排列，并相互形成氢键和范德华引力，这样的区域称为晶区。

在这些区域内，纤维素链紧密牢固地与相邻分子链结合在一起。

可以相信，在晶区内，纤维素分子间是没有空间可让水分子和树脂分子进去的。

另外，由于相邻纤维素链问的强力很强，所以纤维素链的相对运动是很困难的，即使产生分子的相对位移，待应力消除，其结合力就立刻使位移分子回复到原来位置。

所以可以认为结晶区是用来防皱的。

现代理论认为，在纤维素分子链的结晶区之问，存在着序列较差的无定形区。

因为在这个区域内，纤维素分子不是排列的非常有序。

在无定型区，纤维链间的问隔较大，相邻链问的引力也低于晶区，所以在无定形区的纤维素链间，水分子、树脂分子和染料分子都可渗入。

由于纤维相邻链问引力较低，折皱引起的应力可以使纤维素链产生相对位移，一旦应力去除，也因为没有足够的约束力能使纤维素分子回到其原来的位置，这样就使织物产生折皱，所以折皱可认为是在无定型区产生的。

为了使纤维或织物具有防皱性能，就必须在无定形区紧邻的纤维素分子问增添一些连接。

处理时，织物要保持所需要的形状。

这样引入的分子，至少应具有两个以上能与纤维素发生反应的基团。

在适当的催化剂条件下，这样分子通常被称为纺织树脂，实际上被称为“预缩体”较为合适。

纤维素链的交键必须考虑其它两个因素[2]。

第一，引入的交键必须处于拉紧状态。

如果要提高纤维和织物在正常使用条件下的抗皱性或褶裥稳定性，则处理时也要保持这种条件。

第二，纤维素吸收水分之后就会溶胀，不管是在标准状态下吸收水分，还是浸入水中或水溶液中，溶胀是因为水分子进入无定型区的纤维素链问，强制将链推开的结果。

如果纤维素纤维交链是在高度溶胀状态下进行的，例如，用无机酸和甲醛水溶液处理纤维素织物。

当烘干时，纤维素就瘪缩，这样交键就松弛了。

在干瘪条件下，由于折皱而引起纤维素分子的相对运动，这样使松弛的交键仅仅拉直而己。

由于交键被部分拉直，所引起的应力将使位移分子复原到原来位置。

但是，交键中原子绕价键的转移将抵消上述回复力，使形变保持最小位罱。

事实上，松弛的交键没有干态抗皱性。

综上所述，在湿态或其他非水介质中，在高度溶胀状下进行共价键合，其结果具有湿态防皱性和褶裥保持性，但干态防皱性和褶裥保持性很小。

如在高湿下干态烘焙形成共价键合，其结果是具有干态抗皱性和褶裥保持性，同样也具有一定程度的湿态抗皱性和褶裥保持性。

此外，干态烘焙交键会降低纤维素的吸水和溶胀能力。

在纤维素中引入交键，不仅能获得所需的结果，即抗皱性、褶裥保持性和易于性，也能带来严重缺点，即降低了物理强度。

纤维素纤维织物的抗皱作用主要是依靠纤维素分子上大量的反应性基团与整理剂交联，限制了结构单元之问的相对位移得到的。

3棉纤维折皱形成的原因一般认为是由于受到较大外力作用后，纤维超分子结构内各区域受到应力作用而产生不同程度的形变，纤维基本结构单元之间发生了相对位移，导致原来的氢键断裂，并在新的位置重新建立起难以回复的新的氢键系统，使纤维或织物的形变得不到恢复而造成的。

因此关于纤维素纤维的抗皱机理，一般认为抗皱(免烫)整理液中，整理剂的作用有两个方面，一方面，由于整理剂与纤维分子的反应性基团发生交联反应后产生的束缚作用，使得纤维结构单元的相对位移受到了限制：另一方面，由于整理剂与纤维分子发生了反应而引入了高能量的交联键，增加了纤维结构单元之问的弹性，即增加了各结构单元侧产生相对位移后回复到原来位置的能力，从而增加了纤维的回复弹性，因此，织物的抗皱性能得到了提高。

而棉纤维由β-D葡萄糖通过1，4-甙键联接起来的纤维素大分子组成的，在纤维素分子中每个葡萄糖环上都保留三个可以形成氢键的自由羟基。

所以棉织物抗皱作用主要是依靠纤维素分子上大量的反应性基团与整理剂交联，限制了结构单元之问的相对位移得到的[3]。

4. 抗皱整理技术的发展过程最早使用的脲醛或酚醛预缩体的整理工艺，由于预缩体和整理液的稳定性差，整理后的织物具有泛黄、手感差及强力下降的缺点[4]，所以未能得到实际应用。

1931年经过改进才用于粘胶纤维织物防缩抗皱整理。

1935年研究发现，三聚氰胺-甲醛树脂用作整理剂可以提高织物的抗皱性能并具有耐洗性，为醛胺缩合树脂抗皱整理剂的发展奠定了基础。

上世纪50年代，为解决纤维素织物特别是人造棉的易皱问题，抗皱整理引起普遍重视。

70年代以来，随着人们生活节奏的加快，对织物抗皱整理需求增大，2D树脂抗皱整理的技术趋于成熟，抗皱整理技术得到飞速发展。

长期以来，棉织物的抗皱整理使用的是醛(酰)胺缩合树脂，特别是热固性N-羟甲基树脂与N-羟甲基酰胺类化合物，如二羟甲基二羟基乙烯脲(Dimethylol dihydroxy ethylene urea，DMDHEU简称2D树脂)、三羟甲基三聚氰胺(THMM)、二羟甲基脲(Dimethylolurea)、二羟甲基乙烯脲、二羟甲基丙烯脲、二羟甲基烷基四氢三嗪酮，以及四聚甲醛树脂等。

其中，以2D树脂的应用最多。

2D树脂是乙二醛与尿素反应的羟甲基化产物，其基本结构是含有五元环的1，3-二羟甲基-4，5-二羟基-2-咪唑啉酮。

在加热和酸性催化剂作用下每个咪唑啉酮分子中有四个羟基可与纤维素纤维反应生成网状交联，所以对棉、粘胶及其混纺织物具有很好的耐久抗皱效果[6]。

2D树脂可使折皱回复角提高到300°以上，耐久压烫等级(DP等级)达到4．5～5．0，强力降低约为40％，是市场公认的综合效果较好的耐久压烫整理剂。

但是，由于2D树脂及其整理品在存放和穿着过程中存在释放甲醛问题，因此，自上世纪80年代以来在国内外又展开了对低甲醛、无甲醛抗皱整理的开发研究，主要措施有：4.1 改进工艺降低整理织物的游离甲醛释放量、降低泛黄、提高整理织物的强度如在整理工艺中，提高焙烘温度、采用复合催化剂、添加助剂、增加整理后的皂洗和水洗、对整理后织物进行蒸汽处理以及控制半制品的含碱量等[7]。

在操作液，如皂洗液中加入甲醛吸收剂(如尿素、碳酰肼)也有一定作用。

4.2 采用醚化等化学改性方法开发低甲醛、超低甲醛抗皱整理剂用醇类，如甲醇、乙醇、乙二醇、聚乙二醇对N-羟甲基整理剂中的羟基进行醚化制得的低甲醛整理剂，甲醛释放量可减少到100×10-6以下。

其原理是以烷基取代了N-羟甲基中的氢原子，而形成的醚键不仅稳定，降低了原有体系的极性和电荷，而且形成的烷氧基的供电性比羟基大，从而使N-C键的稳定性提高。

醚化树脂不仅降低了甲醛释放量，而且提高了耐久性，减轻了吸氯、氯损和泛黄等缺点，但会降低抗皱和耐久压烫等级。

4.3开发新型无甲醛抗皱整理剂彻底解决甲醛问题最根本的方法是研制、生产无甲醛抗皱整理剂．目前，已开发的无甲醛抗皱整理剂主要有：4.3.1 乙二醛乙二醛是一种双醛交联剂，作为抗皱整理剂常用氯化镁作催化剂，乙二醛抗皱整理织物的耐氯损牢度好，但湿弹性差、强度损失大、泛黄严重。

所以又开发了其改性产品，如乙二醛一(酰)胺缩合物，其中较为重要的是4，5-二羟基乙烯脲(DHEU)、4，5-二羟基-1-(2-羟乙基)乙烯脲(DHHEEU)和二甲基二羟基乙烯脲(DMDHEU)，不过用这些化合物进行抗皱整理仍存在泛黄等问题。

据报道，将乙二醛与水解淀粉在氯化镁催化下对棉织物进行整理，与2D树脂相比可使折皱回复角提高14％～24％，强度损失率减少7．5％[8]。

4.3.2 戊二醛戊二醛也是一种双醛交联剂，早在戊二醛工业化的前一年，美国就进行了戊二醛抗皱整理性能的研究[9]。

随后，在60～70年代曾进行过较认真的研究。

研究表明，戊二醛抗皱整理织物的抗水性、弹性、耐磨性和耐氯损牢度好、手感丰满，但有刺激性、泛黄严重，价格也较高，我们曾经对其进行了改性研究，改性戊二醛可大大减少环境污染、降低成本、改进白度。

4.3.3 反应性有机硅带有反应性基团(如硅醇基、乙烯基、环氧基、氨基等)的有机硅不仅可赋予织物抗皱性，而且可改善手感和透气性，提高抗撕裂强度、断裂强度和耐磨性。

一般地，交联程度越高，整理织物的弹性和抗皱性越好，但单独用有机硅整理目前尚不能达到耐久压烫的要求，并且成本很高。

若采用双醛与多元醇制成双半缩醛作为交联剂与聚醚、环氧聚醚改性硅油配合，在较温和的条件下对棉织物进行整理，可以得到防皱性能优良、强力降低较小且柔软亲水的免烫整理织物(全棉府绸的弹性回复角达310。

(缓弹)，平均强力降低33．5％)[10]。

所以，在这一领域，应注意研究复配技术。

另外，还有用天然甲壳质与壳聚糖，环氧树脂类，多元羧酸类等整理剂对棉织物进行处理，都具有各自的优点与缺点。

5抗皱整理剂研究与开发的趋势针对目前抗皱整理存在的问题，抗皱整理剂研究开发的重点是开发无甲醛整理剂、降低成本并克服抗皱整理织物的泛黄和强度损失等缺点。

5.1着重开发无甲醛整理剂甲醛有毒已被公认，美国工业卫生学家会议(ACGIH)与职业安全和职业安全保健管理局(OSHA)甚至列为可致癌物质。

日本、德国和欧共体规定直接接触皮肤的纺织品和婴幼儿类纺织品的甲醛释放量应分别小于75 X 10ˉ6和20 X 10ˉ6。

5.2改进丁烷四羧酸的合成与应用工艺BTCA整理虽然抗张强度保留较2D树脂略差、焙烘温度也较高，但性质稳定、DP等级可达4～5级，改进的工艺可使耐撕破强度保留率较2D树脂高13％～26％，断裂强力保留率可高23％以上，曲磨强度甚至高达一倍以上，处理后的纺织品白度、耐洗性、手感均可满足要求。