学习任务 3-1 树脂整理的原理及方法

一、织物折皱形成的原因

织物在服用过程中形成折皱是一个非常复杂的过程。织物折皱的形成可以简单地看成是外力使纤维弯曲变形，放松后由于纤维素纤维回弹性差，未能完全复原，部分折皱就被保留下来。

从微观角度看，纤维由结晶区和无定形区两个部分组成。在纤维素纤维的结晶区，纤维大分子排列整齐、紧密，大分子之间的氢键数目多、强度大，同时，因分子排列紧密，分子间作用力也很大。当受到外力作用时，大分子能共同承受外力作用，因此在纤维的结晶区发生大分子移动的机会是极少的，也就是说纤维的结晶区是防皱的。在纤维素纤维的无定形区，大分子的排列比较疏松，分子之间的距离较大，大分子或基本结构单元之间的氢键数目较少，分子之间作用力较小。当外力作用时，由于分子排列不够整齐紧密，大分子不能同时受力，于是沿着外力的方向，大分子先后受外力作用而变形，并随分子间作用力的强度不同，逐渐发生分子之间部分氢键的断裂和基本结构单元的相对位移，由于纤维素分子上有很多的极性羟基，纤维素大分子或基本结构单元发生相对移动后，在新的位置上重新形成新的氢键。当外力去除后，依靠纤维分子间未断裂的氢键能量及分子的内旋转，纤维素分子链有回复到原来位置的倾向，但由于新的位置上新形成氢键的阻碍作用，形变不能立即回复。如果拉伸时分子间氢键的断裂和新的氢键形成已经达到足够剧烈的程度，新形成的氢键已经有足够的稳定性时，便出现永久形变，这就是折皱的形成原因。如图 3-1 所示。

图 3-1 形变时氢键的拆散和重建

由此可见，织物的折皱通常出现在纤维的无定形区，并且折皱主要是由于纤维中的分子间力较弱，新的氢键易于形成造成的。

为了提高纤维素纤维的防皱性能，普遍采用在纤维素大分子或基本结构单元之间建立适当的横向交联，这样不仅强化了纤维大分子之间的作用力，而且交联的形成也封闭了部分羟基，减少了新氢键的形成，有利于折皱的回复，从而提高织物的防皱性能。

二、防皱原理

目前，关于纤维素纤维织物经过防皱整理剂处理后，防皱性能提高的机理有以下两种不同观点: 树脂沉积理论和交联理论。这两种观点的出现与整理剂的发展紧密相连。

1. 树脂沉积理论 利用多官能团的整理剂整理的织物，在焙烘时经高温和催化剂作用，整理剂自身之间缩合成为网状结构且不溶于水的大分子，沉积在纤维之中，整理剂同时可以和纤维素分子建立氢键和范德华力，使纤维素分子链之间相互缠结，增大了大分子间及基本结构单元之间的相对滑移的阻力，赋予了织物防皱性能。

2. 交联理论 树脂整理剂分子中至少含有两个或两个以上的官能团，在一定条件下，这些官能团可以与纤维素纤维上的羟基反应，在两个相邻的纤维素分子之间建立共价交联，从而把相邻的两个大分子相互连接起来，限制了大分子之间的相对滑移，同时封闭了部分羟基，减少了大分子在新的位置上建立新的氢键的能力，提高了纤维变形后的弹性回复能力，也提高了织物的防皱性能。

从整理剂的发展来看，树脂整理剂先后有自身缩聚型和纤维交联型两大类。据测定，要获得同样的防皱效果，脲醛树脂(UF) 整理的黏胶纤维织物上的总树脂含量为 15%时，交联型树脂只占1% ，这说明脲醛树脂整理剂通过自身缩聚反应而形成沉积树脂来实现的。早期使用的脲醛树脂是多官能团的整理剂，在焙烘时自缩生成立体网状的高分子树脂，沉积在纤维的无定形区。而后来出现的交联型DMEU 和2D 树脂，是双官能度的化合物，这类树脂通过自身缩聚只能生成可溶于水的小分子，如果不与纤维发生反应，就无法获得满意的防皱效果。由于交联型整理剂在纤维间形成高效的交联，所以交联型整理剂相比自缩型整理剂的用量要少很多。据红外光谱测定，发现交联型整理剂整理后的织物，其纤维分子结构中有新的醚键生成。整理后的纤维在铜氨或铜乙二胺溶液中不溶或近乎不溶。上述实验，从不同的角度证明了整理剂在纤维素大分子之间形成了共价交联，共价交联在防皱防缩性能的提高中起了主要作用。

由此可见，上述两种理论对织物的防皱原理的解释都有贡献。这两种理论可以同时存在，至于哪一种占主导地位，取决于防皱整理剂的结构性质、整理方法及整理条件。综合上述各种理论，其共同点是经过防皱整理后纤维素纤维织物弹性提高，因此，提高了纤维素纤维织物的防皱性能。

三、树脂整理的方法

树脂整理的工艺根据整理剂和纤维素纤维交联状态的不同，有多种形式的工艺，一般可分为干态交联、湿态交联、潮态交联和多步交联工艺。

1. 干态交联工艺 这是最常用的工艺，又称轧烘焙工艺。该工艺连续快速，容易控制，重现性好，但整理后织物强力及耐磨性下降。其工艺流程为:

浸轧防皱整理液→烘干→焙烘→洗涤

干态交联工艺的特征是织物与树脂交联时呈干态，纤维是在没有膨化的状态下交联的。此工艺适用于棉织物的一般防皱整理及涤/棉织物的耐久压烫整理。干态交联工艺可赋予织物优良的干防皱性能，但湿防皱效果较差。这是因为纤维的膨化程度决定了交联发生的位置。

在干态交联中，当浸轧整理液时，纤维溶胀，由于水和整理剂在纤维中的可及度是不同的，其中水分子更易渗透到侧序度较高的结晶区的边缘，而整理剂分子进入侧序度低的无定形区，当纤维烘燥变得干瘪时，整理剂分子有继续向更低侧序度区移动的倾向，经过焙烘后，整理剂分子就在纤维的无定形区形成交联，而结晶区的边缘很少或没有交联，但由于结晶区结构紧密，内部会有大量氢键存在，整理品的干防皱性很高。当纤维处于湿态时，水分子进入侧序度不高的晶区边缘，拆散了原来存在的氢键，加之该区域又没有交联，极易发生变形，因此，整理品的湿防皱性较差。

2. 湿态交联工艺 湿态交联整理工艺一般分成酸性和碱性两种介质的交联。其工艺流程为:

浸轧整理剂、催化剂及各种添加剂组成的工作液→打卷→保湿(15 ～24h，20 ～25℃，反应完全后) →水洗→中和→水洗→烘干

此工艺是在纤维素纤维充分膨化的状态和较低的温度下进行交联的。

该工艺可以使整理织物获得优良的湿防皱性能，但干防皱性能较差，织物强力损失及耐磨损失较少。采用湿态交联工艺，由于纤维处于膨化状态，水充斥了整个无定形区，使得低侧序度的无定形区大分子之间的空隙很大，具有有限长度的整理剂分子，是无法在如此大的距离内进行交联的，交联只能发生在侧序度较高的结晶区的边缘。整理织物烘干后，存在于无定形区及晶区边缘的水分消失，此时的无定形区就如同干瘪的水管一样，无定形区内没有必要的交联，晶区边缘交联比较松弛，因此织物的干防皱性能差。

3. 潮态交联工艺 这种交联工艺是纤维在部分膨化状态下，即在织物具有一定含湿量的情况下进行交联的。其工艺流程(图 3-2) 为:

浸轧整理液→烘干至一定的含水量(棉织物6% ～12%，黏胶纤维织物10% ～15%) →打卷堆置(用外包塑料薄膜，室温堆置 18 ～24h) →交联反应后水洗→烘干

图 3-2 潮态交联工艺流程示意图

经潮态交联工艺整理后的织物的强力及耐磨性损失较少，可以获得较好的湿防皱性能和中等水平的干防皱性能以及中等水平的尺寸稳定性。因为潮态交联的纤维是在部分膨化的状态下进行交联的，在这种状态下，交联可以发生在部分无定形区，也可以发生在结晶区的边缘，形成的交联分布最广，所以织物的湿防皱性能较好。当干燥时，无定形区的水分消失，但一部分侧序度相对较高的无定形区原来存在着交联，所以织物仍然具备一定的干防皱性能，水平中等。但由于含水率的控制等问题，潮态交联工艺稳定性较差。

4. 多步交联工艺 多步交联一般是先用 N- 羟甲基化合物进行轧烘焙的干态交联整理，再用环氧化合物进行潮态或湿态交联整理。

多步交联整理工艺可以使织物同时获得较高的干、湿防皱性能，良好的免烫性和尺寸稳定性，整理织物的手感柔软平滑，有丝绸感，但工艺步骤繁琐。

无论采用上述何种整理工艺整理的织物，它们的防皱性能在不同的湿度下都有不同的表现，但有一点是共同的，就是整理后的织物在使用过程中的含湿若与交联时的含湿相当，则防皱性能最佳，因此人们实际穿着时，往往潮态交联的织物具有最佳的防皱性能。

以上四种工艺中，潮态交联工艺、湿态交联工艺、多步交联工艺三种工艺所需时间长，不能连续生产，工艺的具体控制难度大，因此，目前的防皱整理工艺一般应用干态交联工艺，即轧烘焙工艺。