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技术文章
棉织物非水介质柔软整理新技术
日期: 来源:浙江理工大学 蒲冬洁 阅读人数:966

1柔软整理新技术研究进展

一直以来,常规的柔软整理方法(本文中的柔软整理特指浸渍法化学柔软整理)以水为介质,利用柔软剂处理织物,使织物获得柔软、舒适的手感。从改善纺织品手感的角度出发,该工艺可使织物的柔软性达到要求,这通常也是消费者和染整工作者最关注的问题,从这个角度看,常规的水浴柔软整理似乎不存在什么大问题。

然而,随着当今社会对可持续发展理念的日益关注,国内外均号召节能减排、清洁生产,提倡实现绿色染整的可持续发展,所以从节能减排、生态染整这一角度分析,常规的水浴柔软整理则存在严重的问题:一方面,水资源消耗严重,且废水量大,对生态环境造成威胁;另一方面,柔软剂的利用率现状堪忧,软片类柔软剂的利用率仅为 70%左右,约有近 30%的柔软剂被白白浪费掉,导致较为严重的资源浪费问题。因此,如何实现节能减排、清洁生产、环境友好的生态染整,成为了柔软整理新技术的主要研究方向。

目前,柔软整理新技术的研究主要集中以下几个方面。

1. 1 泡沫柔软整理技术

织物泡沫整理技术的实质是利用空气代替绝大部分水作为功能性化学品施加的介质。具体做法是在常规整理液中加入一定量的发泡剂,并采用相应设备使该整理液与空气均匀混合,使其转化为具有一定稳定性和泡径分布的泡沫。对于泡沫柔软整理技术,该整理液即为柔软整理液。在整理过程中,该泡沫被施加到织物表面,柔软整理液也随之分布在织物表面或渗透到织物内部,从而完成泡沫柔软整理。

该方法给液量低,节水减排,也节约了染化料及烘燥能源,加工质量也较好。然而,发泡时易产生空壳泡,且形成的泡沫稳定性、大小和流变性不易控制,以致整理不均匀。另外,该技术要求织物具有良好的渗透性,因此对织物的前处理要求很高。故泡沫柔软整理技术的这些问题尚有待解决。

1. 2 生物酶柔软整理技术

生物酶柔软整理技术是一种生态友好型加工技术,一般是采用纤维素酶对纤维素纤维或织物进行处理,使纤维素纤维分子结构中的葡萄糖键水解为可溶于水的低聚短链寡糖和葡萄糖,从而削弱了纤维素纤维表面的小绒毛与主体纤维之间的结合力,而后再通过机械摩擦作用使这些小绒毛从纤维表面脱落,使得纤维表面变得光洁、纹路清晰,减少了纤维之间的粘搭,最终使纤维或织物具备细腻滑爽、蓬松柔软的手感。

此外,也可根据纤维类型的不同,采用其他相应的生物酶处理织物,改善织物手感,如蛋白酶处理毛织物等。吴赞敏等采用纤维素酶使棉织物获得了优异的柔软性;万志琴利用生物酶处理竹纤维织物,结果表明织物的光泽度、刚性、悬垂性等发生了变化,从而使竹纤维织物获得了舒适的服用性能;李杰等利用蛋白酶 Maxacall,采用“预处理蛋白酶”联合处理技术对羊毛织物进行了整理,使羊毛纤维的刚性降低,赋予羊毛织物良好的柔软度和悬垂性。

该方法是一种清洁生产技术,减少了化学药品和水的使用量及排污量,降低了操作成本及能耗,提高了设备产出,操作条件温和,也在一定程度改善了工作环境,并使织物获得较好的柔软手感。但该技术存在明显的不足之处:一是生物酶具有专一性,一种生物酶只能应用于某一类纤维或织物;二是生物酶只有在特定的 p H 和温度范围内才具有活性,超出其活性范围,生物酶将失去催化作用。这些问题使生物酶的应用受到严格限制,尚有待进一步研究和解决。

1. 3 超柔软整理技术

随着对高品位、高质量生活的不断追求,人们对纺织品品质的要求也不再仅限于柔软舒适的手感,更希望其具有滑腻、蓬松、抗皱、透气等多种优良品质。但单一的化学整理较难达到以上要求,因此需要在传统化学柔软整理的工艺基础上,通过各种柔软整理方法的协同作用,开发多种整理方法相结合的整理技术,以使织物具有多种舒适的风格,这就是所谓的超柔软整理技术。目前,超柔软整理可以通过以下几个途径实现。

一是先采用其他技术对织物进行预处理,目前使用的预处理技术包括丝光、生物酶、等离子和超声波等。丝光预处理可使棉纤维的无定形区含量增大,提高了棉纤维的化学活泼性吸附性能;生物酶预处理能除去纤维表面的绒毛,使纤维减量,能够增加纤维表面的光洁性,改善织物的外观和手感;等离子预处理是利用等离子体的刻蚀作用处理纤维,从而达到减量效果;超声波预处理可增大纤维的比表面积,因而提高了纤维对柔软剂的吸附能力。二是多种柔软剂复配技术,利用不同种类柔软剂之间的协同作用,加大对织物手感的改善力度。三是开发织物前处理设备,提高前处理质量,更好地改善织物的手感和质量。

该技术虽然可使织物的柔软性更加优异,服用性能更加舒适,但是整理工序较繁琐, 需要先对织物进行预处理,且对织物预处理的质量要求高;整理过程仍离不开常规的柔软整理加工,而常规的整理工艺仍是以水为介质,且柔软剂的利用率仍无法在很大程度上提高,结果依然会导致生态污染、能源浪费。因此,该技术仍需进一步完善。

1. 4 机械柔软整理技术

机械柔软整理主要是利用物理机械作用将织物多次揉屈,例如采用气流传导膨化、机械收缩、揉搓、摩擦、拍打等多种物理机械作用,以降低织物的刚性,最终使织物获得柔软蓬松、结构活络、手感丰满的效果。目前,该方法使用的机械设备也在不断改进优化。虽然该方法未使用水及其他化学品,整理过程清洁无污染,但该机械作用的持久性差,且柔软效果不甚明直,未得到纺织染整行业的广泛应用。

1. 5 液氨柔软整理技术

液氨整理是 60 年代兴起的一种织物后整理技术,液氨可以渗透到纤维的结晶区,加快纤维膨化的速度,使纤维的内部结构及外观发生改变。织物在经液氨整理后,不仅能获得柔和的光泽和柔软滑爽的手感,而且耐磨性、防皱性及弹性等物理机械性能也可得到较为明显的提高。

虽然液氨整理能达到柔软整理的效果,然而液氨本身对人体有毒害作用,导致该技术的环保、回收及成本等造成了一系列的问题,这与生态染整的理念相悖,因此该整理技术的发展和应用受到很大限制。

1. 6 其他生态柔软整理新技术研究现状

1)环保型柔软剂合成新技术研究现状

环保型柔软剂的合成需要兼顾柔软剂与安全性的统一,即在确保能够赋予织物良好的柔软舒适性能的基础上,对用作柔软剂的化学物质有严格限制,避免新型柔软剂对人体可能造成的毒害作用;并考虑柔软剂的生物降解性能,通过在分子中引入酯基、酰胺基等稳定性有限的弱键,使柔软剂在污水处理过程中易于分解为脂肪酸和阳离子代谢物,因而易于生物降解,达到生态环保的目标。

根据以上原则和技术,目前合成的环保型柔软剂主要类型包括酯基胺类和酯基季铵盐类等。Subirana R P 等利用碱土金属硼氢化物等作为催化剂,使甘油酸酯发生酯交换反应,制得的产物再与含羟基的叔胺化合物反应生成酯胺,酯胺再季铵化即得到酯基季铵盐;Bonastre N等采用脂肪酸与三乙醇胺进行酯化反应制得酯胺,再与卤代烷烃等发生季铵化反应,得到脂肪酸三乙醇胺酯季铵盐柔软剂;Prat E 等通过加入脂肪醇和脂肪醇聚已二醇醚等作为分散剂和分散剂,使三乙醇胺脂肪酸酯与烷基化试剂发生反应,最终合成酯基季铵盐柔软剂。此外,国内科研工作者也同过相应的合成新技术合成了多种新型绿色环保型柔软剂。

2)柔软整理工艺研究现状

传统的化学柔软整理工艺分为浸渍法和浸轧法,柔软整理工艺的改进是在这两种整理方式的基础上,优化工艺参数及配方,主要包括以下几个方面:(1)提纯技术,主要是对柔软整理过程中使用的化学品进行提纯,除去其中的副产物,特别是有毒物质;(2)复配技术,通过利用表面活性剂复配体系在刺激方面的协和效应,增加其温和性,减少对人体的刺激;(3)根据不同织物或纤维的特殊需求,优化基本整理工艺参数,如柔软剂种类及用量、整理温度与时间、浴比、轧液率以及烘干条件等。

综上所述,目前柔软整理新技术的研究方向主要包括开发新型柔软整理技术、非水介质整理技术、环保型柔软剂合成新技术以及改进传统整理工艺等方面。其中,泡沫柔软整理技术、生物酶柔软整理技术、超柔软整理技术和改进传统整理工艺的技术虽然在一定程度上减轻了污水排放,降低了环境污染,且改进了织物的柔软品质,但并未从真正意义上实现污水的零排放,也未将柔软剂的利用率显著提高至 100%,同时这些技术本身还存在着各种不足,这些问题仍有待进一步研究。然而,机械柔软整理技术和液氨柔软整理技术则一改传统柔软整理以水为介质的技术,开辟出了无水整理新思路,这是织物柔软整理技术的一大变革,从真正意义上实现了节约水资源、减少废水排放,同时在一定程度上改善了织物的柔软性能。但是机械柔软整理技术的柔软效果不甚明显且持久性差,而液氨柔软整理技术所使用的介质是液氨,液氨具有毒性,这使得该技术的应用研究将受到很大限制。


2棉织物非水介质柔软整理新技术

作者通过研究柔软剂/十甲基环五硅氧烷(D5)悬浮体系柔软整理,选用新型生态友好的 D5 代替水作为柔软整理的介质,研发了一种全新的柔软整理工艺。在研究中,以柔软剂的利用率为指标优选出该工艺的最佳整理方法,并对该方法中柔软剂对棉纤维的吸附行为进行了研究。该工艺节水减排,整理温度低、时间短、柔软剂利用率高(约 98%)

2.1新型非水介质 D5

十甲基环五硅氧烷(Decamethyl cyclopentasiloxane,简称 D5),是一种无色、无嗅、易挥发的油性液体环状硅氧烷。其化学结构式如下图所示:

 

D5 是一种无色、无味、易挥发的安全环保化学品,90% D5 都会在使用中或者使用后通过挥发而进入大气,并且很快分解为对环境无害的物质,在恰当的使用下,D5 对于环境及人体是相对安全的。目前已被广泛应用于美容和健康产品中,包括化妆用品、身体化妆水、香波、防汗剂和防臭剂等,以及干洗剂、消泡剂、表面活性剂(某些农药中)、脱模剂、润滑剂、抛光剂等产品中。

通过一些研究者的研究发现D5 具有作为代替水作为反胶束体系介质的可行性、具有代替水作为染色介质的可行性以及具有代替水作为洗涤介质的可行性。

2.2实验研究结果

作者通过一系列的实验研究得到实验结论如下:

1柔软剂/D5 悬浮体系的制备及分散稳定性表征

高浓度的柔软剂/D5 悬浮浆稳定性优良,静置 48 h 后未出现明显分层;低浓度的柔软剂/D5 悬浮体系的稳定虽不如前者优良,但可维持静置 30 min 不分层,在其即用即配的情况下,可保证柔软整理的顺利进行,且制备操作简便快捷。

2柔软剂/D5 悬浮体系整理工艺的优选

柔软剂/D5 悬浮体系的最佳整理工艺为:织物无需润湿,直接干布浸渍整理,整理温度 20 ℃,整理时间 5~10 min,浴比 1:10。该方法可将柔软剂的利用率提高至98%,显著高于传统水浴整理中柔软剂的利用率(约70%),显著减少了资源的浪费。

3柔软剂/D5 悬浮体系中柔软剂吸附状态及整理机理的探究不同烘干温度下柔软剂在棉纤维上的吸附形态不同。当烘干温度低于柔软剂熔点(60~70 ℃)时,柔软剂主要以固体颗粒的形态吸附于棉纤维表面;当烘干温度高于柔软剂熔点时,柔软剂在棉纤维表面形成一层膜状吸附层;这两种情况下,柔软剂均有效遮盖了棉纤维表面的沟槽和毛刺。

在不同烘干条件下,柔软剂/D5 悬浮体系整理均能够显著提高纯棉毛巾的柔软性。然

而,根据柔软剂在棉纤维上的吸附形态不同,其柔软机理也不相同。当烘干温度低于柔软剂熔点时,柔软剂颗粒通过颗粒润滑机理降低了棉纤维之间的摩擦系数:当其他界面与棉纤维或棉纤维之间发生相对运动时,棉纤维表面的柔软剂颗粒发生一系列微观运动,减少了作相对运动的两表面上微凸体的直接接触,降低了棉纤维之间的静、动态摩擦系数,尤其是静态摩擦系数,提高了织物的顺滑性和柔软性。当烘干温度高于柔软剂熔点时,其柔软机理是吸附膜柔软机理:一方面棉纤维表面的吸附膜降低了棉纤维之间的摩擦系数,增加了织物的平滑度;另一方面,柔软剂分子结构中存在呈无规则排列状态的 R 基,在外力的作用下,R 基能够自由旋转,且易回到应力松弛状态,赋予织物柔软、蓬松的触觉,最终起到改善织物手感、提高其柔软性的效果。

4柔软剂/D5 悬浮体系柔软剂吸附动力学的研究

柔软剂/D5 悬浮体系在最大吸附量和吸附速率方面表现出了显著高于传统水浴的优势:(1)柔软剂在 D5 中对棉纤维的最大吸附量可达 9.80 mg/g,在水中仅为 7.07 mg/g,这是由于柔软剂与两种整理介质的亲和性差异造成的;(2)柔软剂/D5 悬浮体系整理 2 min内,qt 即达到 8.68 mg/g25 ℃),已经明显高于传统水浴整理 30 min 时的最大吸附量(7.07mg/g)

5柔软剂/D5 悬浮体系的整理效果评价

柔软剂/D5 悬浮体系整理可显著改善棉织物的手感,且整理较均匀,在柔软性和耐洗性方面优于传统水浴整理;织物的白度与传统水浴基本相同。

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