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1、纺织品柔软整理剂的应用研究唐增荣(上海市印染技术研究所 200020)前言柔软整理剂在纺织品上的应用已有近半个世纪，而对柔软整理剂较为确切的定义是美国纺织专家马林森(M 川 inson)将柔软整理剂定义为是一种助剂，用于纺织材料以改变手感，使产品更有舒适感 。随着人们对纺织品质量需求越来越高，要求材质新型，穿着舒适，手感柔软川、观高雅，因此对纺织品后整理，尤其是柔软整理，越来越注重。特别是合成纤维的发展，柔软整理更显得重要，因一般合成纤维的手感都比天然纤维差，更需用柔软剂来改善。柔软剂的品种和用量占纺织助剂之首，并都为系列产品，据我上海市印染技术研究所最近十年(1990 年一 1999 年)所
2、收到的国内外纺织助剂样品统计，共计 920 只。各种助剂所占比例如下:各种助剂 样品只数 占比例柔软剂 350 38%前处理，煮练剂、渗透剂等 92 10%印花，粘合剂、交链剂、糊料 202 22%染色，匀染剂、固色剂、防泳移剂 148 16%其它，抗龄电剂、卫生整理剂等 128 l4%共计 920 100%从柔软剂的产品和应用发展的趋势看有以下五个特点:1.柔软剂不仅赋予纺织物有柔软、滑爽之感，更要求有弹性，抗皱亲水，有光泽等多功能性能。2，改变了五六十年代产品单一的乳液状，或浆状的外观，已发展为无色透明的亲水性有机硅柔软剂或有机硅微乳，以及发展为更适宜运输和使用方便的颗粒状，片状或粉状等外
3、观。3.虽然已经改善了七八十年代用有机硅乳液引起的飘油，沾污织物的弊病，但是仍要求柔软剂具有良好的耐洗涤性。4.提出了柔软剂与其它染化料助剂的相容性更高的要求，不仅要求能与树脂整理剂、增白剂、防水剂、抗静电剂等后整理助剂同浴使用的性能，而且最好能与染色同浴使用的柔软剂，称为同浴柔软剂。所谓浴中柔软剂是织物在湿处理加工中(例如:精练、漂白、染色、净洗、整理等 )纤维与纤维之间的接触，纤维与机械金属部件(辊筒、框架、绞盘 )间在强烈的张力或压力下，织物表面产生经柳印、绳状印等条疵，或经向折痕等疵病，从而造成染色不匀或部份色疵。为了解决这个问题，需要在工作液中加入助剂，使织物在湿处理加工中起到极其柔
4、软的性质，(即在液一固界面吸附状态下显示出平滑、柔软性) ，该助剂称为浴中柔软剂。5.采用了化学柔软整理和机械蓬松相结合的柔软整理新工艺。一、柔软整理剂对纺织品柔软的机理柔软整理剂赋予纺织品手感柔软舒适，这是一种凭手指触摸织物而得的主观感觉。有三个实例:第一，手指在纤维间相互滑动，磨擦，手感和柔软性与纤维的动摩擦系数和静摩擦系数之间有一定的关系。第二，在洗涤织物时，要搓磨织物，在搓磨处的局部有短细毛蓬出，手感觉得柔软，说明手感与纤维的表面积有关。第三，在洗涤织物时当擦上肥皂或浸渍皂液时，手感顿觉柔软，而当清水冲洗干净后，反觉不柔软，说明要使织物柔软应阻止纱线的原纤维化。从上述三个纺织品的手感实
5、例，我们可以对柔软剂如何使纺织品柔软得出以下三个关系。(一) 柔软与静磨擦系数 s ，动磨擦系数 d 之间的关系。织物经柔软剂处理后降低纤维与纤维之间、纤维与人体之间的磨擦阻力，从而 获得了较好的柔软手感，也就是在柔软整理中要求静、动磨擦系数都降低，特别是降低静磨擦系数关系更大。因为磨擦系数的降低，很大程度影响着织物的弯曲和压缩等性质。弯曲模量和压缩力的降低，影响到手感，同时当磨擦系数的降低，使织物在受到外力时纱线便于滑动，从而使应力分散，撕破强度得到提高，或者加工过程中受到强力的纤维容易回复到松弛状态，织物变得柔软。磨擦系数与柔软性之间关系柔软剂种类 s d 柔软性不加柔软剂 0.228 0
6、.189 粗硬柔软剂甲 0.208 0.170 高柔软,有发涩感柔软剂乙 0.125 0.173 最柔软,滑爽感从表中可以看出柔软剂乙其静磨擦系数 S 低于柔软剂甲，故柔软剂乙的手感较柔软，滑爽。(二) 柔软与纤维的表面张力(FA)之间的关系纺织纤维是由线形高分子构成的比表面很大的物质，形状细而长，分子链的柔顺性很好，当织物经柔软剂整理后，纤维的表面张力 FA 降低，使纤维变得容易扩展，长度伸展，表面积增大，使织物变得蓬松柔软。经研究，阳离子表面活性剂，能较强地吸附在纤维表面(因大多数纤维带负电荷)，形成吸附膜能降低纤维表面的张力 FA，并且吸附的分子、排列整齐；故除了降低 FA 外，还能减小
7、纤维的磨擦系数，因此，阳离子表面活性剂为最重要的柔软剂，当然阴离子，非离子两性表面活性剂也有能降低纤维表面的张力。有些作用较少，仅有减小磨擦作用。(三) 柔软与原纤维化(Fibrillation)之间的关系由于织物在穿着或洗涤过程中相互磨擦，引起纤维之间氢键联结，导致织物手感粗硬，称之谓纱线原纤维化。织物经柔软剂整理后，纤维表面形成吸附层，吸附层间的润滑作用，有利于阻止原纤维化，从而改善了织物的柔软性。经研究，分子链较长的柔软剂，阻止原纤维化能力大，纤维吸附后润滑作用较好。二、柔软整理剂对纺织品的应用选择柔软整理剂是纺织助剂中品种最多，用量最大的助剂。目前根据国内外文献归纳，柔软整理剂按其化学
8、结构分类，可分为表面活性剂类柔软剂和高分子聚合物类柔软剂，该二大类柔软剂应用选择分述如下:(一) 表面活性剂类柔软剂；即具有碳氢长链的分子结构，有自乳化和表面吸附性能，其整理的产品一般以柔软丰满为主，因碳氢长链分子吸附在纤维表面，不仅能降低磨擦系数，更以阻止原纤维化为主，使织物手感柔滑。其代表结构为 C17H35COO(CH2CH2O)6H柔软剂 SG。碳氢长链的分子结构对织物柔软效果的机理是；C 一 C 单键能在保持键角 10928的情况下可绕单键内旋转，使长链成无规则排列的卷曲状态，形成了分子的柔曲性，其柔曲的分子吸附在纤维表面起着润滑作用，降低了纤维和纤维之间的动、静磨擦系数。磨擦系数可
9、作为评定纤维柔软程度的主要数据，降低静摩擦系数的柔软程度比降低动磨擦系数关系更大。下表为不同的碳氢化合物(即疏水基碳链，与不同个数的聚氧乙烯加成的化合物所测得的静、动磨擦系数:序号 疏水基碳链 聚氧乙烯个数 s 静磨擦系数 d 动磨擦系数1 C17H35-OH 4 0.175 0.1602 C17H35-CONH2 4 0.163 0.1493 C17H35-OH Y 0.185 0.1684 C17H35-CONH2 7 0.171 0.1565 C17H35-COOH 7 0.184 0.1696 C17H35-OH 11 0.192 0.1737 C17H35-CONH2 11 0.18
10、0 0.1638 C17H35-COOH 11 0.191 0.1749 C17H35-OH l5 0.198 0.1710 C17H35-CONH2 21 0.190 0.17111 C15H3l-OH 11 0.195 0.17812 C12H25-OH 11 0.702 0.18413 C17H33-CONH2 11 0.198 0.l8214 C17H33-COOH 11 0.204 0.186从上述测得的静磨擦系数和动磨擦系数的数据分析；1当聚氧乙烯个数相同时，聚氧乙烯脂肪酸和聚氧乙烯脂肪醇的磨擦系数相差不大，而聚氧乙烯脂肪酰胺的磨擦系数最小，4# 3#和 5#，7#6# 和 8#，
11、因此聚氧乙烯脂肪酰胺作为柔软剂较为理想。2当聚氧乙烯个数相同时，聚氧乙烯脂肪醇的碳链数越大，其磨擦系数数越小，6# 11#12#，因此柔软剂一般选用疏水基碳链较长为好，良好的柔软剂，疏水基碳链都为 16 一 18 个碳原子，如有两个长烷基链则更好。3.当聚氧乙烯个数相同时,饱和脂肪酰胺、脂肪酸和磨擦系数要比不饱和脂肪酰胺，脂肪酸磨擦系数小，7#13#，8# 14#，这主要由于不饱和烷基链在水中溶解度增加，而导致纤维上的吸附量减小，因此柔软剂一般选用饱和烷基链。4.当疏水基碳链相同时，聚氧乙烯个数越多，亲水性增大，其摩擦系数也增大。1# 3# 6# 9#2#4# 9#10#，因此作为柔软剂，选用
12、聚氧乙烯链较短为好。5.另外，直链状的分子结构其柔软效果较支链状分子结构为佳。(二) 高分子聚合物类柔软剂；主要包括有机硅聚合物和聚乙烯蜡，由于它们分子量都很大，一般不溶于水，故都加工为乳液，作为柔软剂。聚乙烯经氧化乳化后，对纤维有一定的亲和力，可与树脂整理剂同浴应用，能改善手感，提高纤维的平滑性，从而提高织物的撕破强力，是有机硅柔软剂扩大推广应用前的廉价的织物柔软滑爽剂。有机硅系列柔软剂自七十年代初扩大推厂应用以来，国内外发展非常迅速，有机 硅柔软剂的新品种层出不穷，并已在原有柔软性能的基础上，开发了超柔软，亲水性 柔软，低黄变柔软，光滑柔软，弹性柔软，以 及有机硅柔软防水剂，有机硅卫生整理
13、剂 等等。 有机硅柔软剂迅速发展的原因，是由 它的独特的分子结构有关。聚二甲基碳氧烷的分子构型如下:聚硅氧烷主链是很易扰曲的螺旋状直链结构, 其可以 360自由旋转，旋转所需的能量几乎是零。在每一个硅原子上有一对甲基这一对甲基处在垂直于两个相近的氧原子连接线的平面上，并可以围绕 Si 一 0 键旋转，而甲基上的三个氢原子又占据了较大的空间，从而增加了相邻分子间的距离，所以聚硅氧烷分子间的作用力要比碳氢长链结构弱得多，也就是聚硅氧烷比同分子量的碳氢化合物粘度低，表面张力、更小，成膜性强。聚硅氧烷独特的分子结构附合了纺织品柔软的机理，即其分子能柔顺的自由旋转，不仅可以降低纤维间的静、动磨擦系数，而
14、且其分子间作用力很小，又降低纤维的表面张力，因此有机硅聚合物作为纺织品的柔软整理剂是最理想的材料。有机硅柔软剂我国自七十年代初推广,应用以来，产品的应用开发有以下几个过程；1. 1. 聚二甲基硅氧烷乳液，为代表的早期应用的有机硅柔软剂。日本 DIC 公司的 Silicone sofner 500 就属此产品。此类柔软剂适用于涤/棉，涤/粘等织物，能赋予织物良好的平滑性、柔软性，也能与 2D 树脂同浴使用，提高织物的弹性，但此类有机硅柔软剂没有反应性基团，故不能与纤维发生反应,也不能自身交链成网状结构，而只是一种吸引力，附着在纤维表面上，因此耐洗性较差，弹性提高幅度有限。2.含氢有机硅乳液，为早
15、期的有机硅防水剂；日本 DIC 公司的 Silicone V、上海助剂厂防水剂 H、均属此类产品，它在酸性有机金属盐催化作用下，能赋予织物优异的防水性能，是当时取代碳氢链防水剂的新一代防水剂。但手感不够理想，织物经其整理后，随着堆放时间的延长，手感也变得越来越硬，故一般与端羟基聚硅氧烷乳液一起使用，能获得良好手感的防水性能。3.端羟基聚硅氧烷乳液，美国 Dow Corning 公司的 DC 一 1111 属此类产品。根据乳化剂的不同，可分为阳离子羟基聚硅氧烷乳液和阴离子羟基聚硅氧烷乳液。我国在七十年代开发厂商最多，应用最广的有机硅柔软剂，由于当时在很短时间内，国内近 30 家生产厂商一拥而上，
16、造成了质量不统一，产品不稳定，给染整应用厂带来一定麻烦。引起化工部和纺织部的重视，随即二个部联合开展质量评比活动，并在此基础上制订了羟基有机硅乳液质量标准(GB 级)，也是纺织品上应用的有机硅柔软剂的唯一的一项国家标准。 端羟基聚硅氧烷乳液，简称为羟乳，其分子量一般为 6 一 8 万，它与纤维有一定的反应性，能赋予织物优异的柔软滑爽感，并有一定的抗皱性，又不降低纤维强力，其分子量越大，柔软和滑爽感越好。瑞士 Ciba-Geigy 公司的 Ultratex FSA 其分子量为 20 万，作为有机硅弹性体，对织物有优异的柔软效果。此类柔软剂由于乳液的颗粒很难控制细小，均一，因此乳液的稳定性也很难掌握，在应用中常有破乳飘油现象，造成织物上油斑，油渍等疵病产生。该柔软剂乳液的稳定性好坏，是评定羟乳质量的重要指标。4亲水性有机硅柔软剂；为了根本解决羟乳的不稳定性引起的飘油现象，即开发了亲水性有机硅柔软剂，其结构式如下；最早进入我国的是美国联合碳化公司(
