麻类织物免烫整理加工技术研究

表1 棉、亚麻和苎麻纤维各成份含量比较

	纤维素/%	果胶/%	水分/%	蜡质/%	灰分/%	水溶物/%
棉	94.00	0.90	0.90	0.60	1.20	0.80
亚麻	71.50	9.42	10.42	1.37	1.32	6.02
苎麻	66.22	12.70	10.15	0.598	5.63	10.34

表2 棉、亚麻和苎麻纤维性能及超分子结构比较

	聚合度	结晶度/%	纤维长度/mm	断裂强度/g/D	断裂延伸度/%	取向度/%
棉	10000-15000	70-80	13-70	3.0-4.0	3-7	40-80
亚麻	25000-36000	88	4-70	5.6-6.3	1.5-2.3	74-90
苎麻	25000-30000	89	60-250	-6.5	1.8-2.3	72-86

由表1、2可见，与棉纤维相比，麻（亚麻、苎麻）纤维的纤维素含量较低，但有着较高的结晶度和取向度，可供整理剂分子进入并与纤维素分子发生交联反应的空间少。据此推测，棉纤维与麻织物的抗皱机理有所不同^[2]。正因为存在着抗皱机理上的差别，使得虽然棉纤维的免烫整理工艺已相当成熟，而麻纤维的免烫整理一直未取得突破性进展。另外，虽然经过脱胶处理，麻纤维的蜡质含量仍高于棉纤维^[1]，蜡质的存在，可能会阻碍整理剂分子与纤维素分子的接触，导致了麻织物免烫整理效果不理想。再者，麻纤维的规整性高，其超分子结构可认为是采取多层次盘绕方式构成的高结晶型的纤维素纤维^[3]。且在天然纤维中，麻纤维的模量是最高的^[4]。整理后，纤维与整理剂的共价交联键的分布不均匀，受外力作用时应力集中现象明显，造成强力损失严重。

所以，在麻类织物的免烫整理中，在织物的免烫整理效果与客户及消费者能够接受的织物强力之间取得平衡是工艺的关键所在。

2. 实验材料、仪器及实验方法

2.1 实验材料及试剂

纯亚麻织物（经退、漂等前处理） 12×10, 51×43

纯苎麻织物（经退、漂等前处理） 36×36，54×54

ULF-1低甲醛整理剂（自制）、柔软剂Siligen SIO、渗透剂Leophone FR-M（上海巴斯夫染料化工有限公司）其余化学试剂均为市售CP或AR级商品。

2.2 测试方法：

(1)回复角（T+W）：在YG541折痕回复仪上进行，测五次，取平均值；

(2)断裂强度：在Y501断裂强度仪上进行，经向测五次，取平均值；

(3)撕破强度：在YG033撕破强度仪上进行，经向测五次，取平均值。

(4)织物上氮含量测定：在凯氏定氮仪上

2.3 整理工艺流程：

二浸二轧整理液（轧液率约80%） → 预烘（60℃，3分钟）→ 焙烘→ 水洗

2.4 碱前处理工艺流程：

浸渍碱液→ 热水洗 → 酸洗（3g/L H₂SO₄） → 水洗 → 烘干

3. 实验结果与讨论

3.1整理剂用量对麻织物免烫整理效果的影响

选择低甲醛整理剂的用量为20g/L～140g/L，对亚麻、苎麻及棉织物进行整理，其整理效果见图1。

图1 亚麻、苎麻及棉织物回复角与整理剂浓度的关系

注：MgCl₂:8％（相对整理剂量）；焙烘：170℃，3min

由图1可知，当整理剂浓度小于80g/L时，随着整理剂浓度的增加，亚麻、苎麻和棉织物的回复角有较大的增加。这是因为纤维存在大量的可供交联的纤维素纤维分子和整理剂发生了交联反应，故随着整理剂浓度的增加，交联键数量增加较多，回复角明显增加；而当整理剂浓度大于80g/L后，随整理剂浓度的提高，棉和亚麻织物的回复角仍有较大程度的提高，但苎麻织物的回复角提高得很少，这是因为麻纤维的纤维素含量较棉纤维低，可供反应的基团所占比例较小，故而经同样浓度的整理剂处理后，回复角增加率较棉纤维小。

经不同浓度的整理剂整理后，亚麻、苎麻和棉织物的断强损失率，撕强损失率亦有所增加，其变化趋势见图2。图3为亚麻、苎麻及棉织物回复角与断强损失率的关系。

由图3可见，欲得到同样的回复角，麻织物的强力损失率较棉织物要大，而苎麻织物的强力损失率较亚麻织物更大。由于麻纤维的规整性高、基本结构单元的可移动性差，经整理剂整理后应力集中现象加剧，在达到同样回复角的条件下，麻织物的断强损失率比棉织物更大。苎麻纤维的高结晶型超分子结构比亚麻纤维更规整（结晶度稍高），且纤维素含量更低，大分子链排列整齐、紧密，大量的具有反应性的基团（主要是羟基）被封闭，各类化学试剂反应困难，且反应不均匀，所以整理后，苎麻纤维与整理剂的共价交联键的分布比亚麻纤维更不均匀，使得纤维受外力作用时应力集中现象更为明显，导致了苎麻纤维的断强损失率较亚麻纤维更大^[2]、[5]。

图2 亚麻、苎麻及棉织物断强损失率与整理剂浓度的关系

表3 催化剂MgCl₂浓度对麻织物整理效果的影响

MgCl₂量/％（相对整理剂量）		2	6	8	10	14	18
亚麻织物	回复角（T+W）/°	200	248	234	252	266	221
亚麻织物	断强损失率/％	18.6	27.7	29.6	31.0	48.1	56.1
苎麻织物	回复角（T+W）/°	120	154	183	194	208	190
苎麻织物	断强损失率/％	5	14.9	50.0	54.0	63.4	76.2

注：焙烘170℃×3min

3.3. 影响麻类织物免烫整理效果的因素研究

为确定麻类织物的免烫整理工艺，须综合研究整理剂用量、催化剂用量、焙烘温度、焙烘时间等因素对整理效果的影响。由于苎麻织物比亚麻织物更难取的较理想的免烫效果，故以苎麻织物为研究对象，采用正交试验的方法研究各种因素对麻织物整理效果的影响，用测定织物上氮元素含量的方法来间接反映整理剂与纤维的结合量，从而了解整理剂与纤维的交联程度，以期确定麻织物免烫整理的工艺以及了解各因素对免烫整理效果的影响程度，

以整理剂ULF-1用量（A）为40(A₁)、 60(A₂)、 80(A₃)和 100g/L(A₄);催化剂MgCl₂(B)用量（相对整理剂量）为4（B₁）、6（B₂）、8（B₃）和10％（B₄）；焙烘温度（C）为140（C₁）、150（C₂）、160（C₃）和170℃（C₄）；焙烘时间（D）为2（D₁）、3（D₂）、4（D₃）和5 min（D₄）对苎麻织物进行四因素、四水平的正交试验，其实验结果见表7。

表4 四因子、四水平正交试验测试表

	整理剂量g/L	催化剂量* ％	焙烘温度/℃	焙烘时间/min	回复角°（T+W）	断损/％	撕损/％	含N量/％
0	0	0			98	0	0	0
1	40	6	160	3	190	29.7	22.4	0.2932
2	80	10	140	3	163	25.0	38.0	0.3868
3	60	10	160	4	228	57.6	53.1	0.2932
4	100	6	140	4	242	42.1	50.3	0.5128
5	40	8	140	5	153	24.2	15.5	0.2626
6	80	4	160	5	220	44.3	26.0	0.3519
7	60	4	140	2	178	22.8	18.6	0.2659
8	100	8	160	2	245	59.5	60.4	0.4436
9	40	4	170	4	141	39.2	20.8	0.2586
10	80	8	150	4	172	35.8	41.3	0.3600
11	60	8	170	3	152	34.7	37.6	0.3181
12	100	4	150	3	188	32.2	28.3	0.5131
13	40	10	150	2	170	23.6	30.0	0.1603
14	80	6	170	2	227	41.6	45.6	0.4072
15	60	6	150	5	204	36.6	29.6	0.2949
16	100	10	170	5	242	67.8	72.5	0.3798

注：*相对整理剂量的%

对表4的试验结果进行极差分析（表8），并作出各项整理指标与因素位极的关系趋势图（图4-7）。


a	b	c	d
图4 回复角与各因素结果之和的关系趋势


a	b	c	d
图5 断强损失率与各因素结果之和的关系趋势


a	b	c	d
图6 撕强损失率与各因素结果之和的关系趋势


a	b	c	d
图7 织物上含氮量与各因素之和的关系趋势

由图4可知，当整理剂用量100 g/L（A₄）、催化剂（MgCl₂）相对整理剂量用量6％（B₂）、焙烘温度160℃（C₃）、焙烘时间4 min（D₃）的工艺条件下，苎麻织物有较好的回复角。

由图5可知，当催化剂（MgCl₂）相对整理剂量用量6％（B₂）、焙烘温度150℃（C₂）、焙烘时间2 min（D₂）的工艺条件下，苎麻织物的断裂强度损失较少。

由图6可知，催化剂（MgCl₂）用量越少、焙烘温度越低、焙烘时间越短，苎麻织物的撕裂强度损失较少。

由图7可知，整理剂用量越高,织物上的含氮量越高。

并由极差值的大小分析，亦可得出各种因素对免烫整理效果的影响，由主及次依次为：

对回复角：整理剂浓度(A)>焙烘温度(C)>催化剂用量(B)>焙烘时间(D)；

对断强损失率：整理剂浓度(A)>焙烘温度(C)>焙烘时间(D)>催化剂用量(B)；

对撕强损失率：整理剂浓度(A)>催化剂用量(B)>焙烘温度(C)>焙烘时间(D)；

对织物上的含氮量：整理剂浓度(A)>催化剂用量(B)>焙烘时间(D)>焙烘温度(C)。

就回复角，断强、撕强损失率及整理剂与纤维的结合量等整理效果综合而言，整理工艺参数中，整理剂的浓度是影响整理效果的关键因素，而催化剂MgCl₂用量和焙烘温度是主要因素，焙烘时间是一对互相适应，符合所用整理剂性能要求的一般因素。

根据表4及图4-6的综合分析，可确定工艺参数范围为：整理剂FR－ECO浓度80－100g/L；催化剂MgCl₂用量8％（相对于整理剂量）；焙烘温度150－160℃；焙烘时间3－4min。

3.4. 碱前处理对麻织物免烫整理效果的影响

由于烧碱溶液是改变纤维素纤维超分子结构的溶胀剂之一。可使紧密结合着的纤维网状结构产生不可逆的溶胀，分子链的间距和结构单元间的空间增大，氢键的强度被削弱，甚至断裂，增加了整理剂分子进入的空隙。同时，烧碱溶液也能部分地渗透入纤维的结晶区内，使纤维的结晶度和取向度下降，提高了纤维与整理剂的反应活性^[3][5]。

表5为经不同浓度NaOH溶液处理后，再经整理剂整理后苎麻织物的整理效果：

表5 不同浓度NaOH溶液处理对苎麻织物整理效果的影响

NaOH 浓度/%	回复角（T+W）/°	断强损失增加率/%	断裂延伸度/%
0	201	47.5	5.0
5	198	57.0	5.4
10	205	52.5	6.8
15	203	60.6	11.3
20	214	55.6	15.5
25	227	50.4	19.3
30	232	47.4	18.7

注:整理剂，80g/L;MgCl₂,8％（相对整理剂量）流程:NaOH溶液浸渍→水洗→酸洗（3g/LH₂SO₄）→水洗→烘干→二浸二轧整理液→预烘→焙烘（160℃，3min）

断强损失增加率是指与不经NaOH处理的织物相比，其断裂强度损失的增加率由表5可见，在苎麻织物的免烫整理中，经NaOH溶液处理后，纤维结构单元之间的空间增大，结晶度下降，整理剂分子可进入的空间增大，并可与更多的纤维分子反应，生成的交联键数量增多，且NaOH溶液的浓度越高，结构单元间的空间越大，数量越多，可与整理剂分子反应的活性基团越多，所以织物的回复角随NaOH处理液浓度的增大而增加。但随交联键数量的增多，结构单元及分子链之间可移动性变差，所以织物的断强损失率有一定程度的上升。

3.5. 有机硅添加剂对麻织物免烫整理效果的影响

以连续的－Si-O-主链为骨架的氨基有机硅易绕曲的螺旋型直链结构，可赋予整理后的织物良好的柔软性。氨基有机硅在整理过程中，一方面其结构中的活性基团（氨乙基、氨丙基等）依其极强的极性，与纤维素分子中的羟基，羧基等产生牢固的取向吸附，在纤维表面和内部形成高聚合度的网状结构，赋于纤维一定的弹性；另一方面，由于每个甲基上的氢原子在甲基旋转时占据的空间较大，增加了相邻分子间的距离，从而减弱了分子间的作用力，使其易于在织物或纤维表面成膜，赋予织物一定的弹性^[7][8]。因此氨基有机硅常作为纤维素纤维免烫整理的添加剂。

在整理液中添加不同浓度的氨基有机硅SIO对苎麻织物进行整理。其整理效果见表6：

表6 整理液中添加不同浓度SIO对苎麻织物整理效果的影响

SIO浓度g/L	回复角（T+W）/°	断强损失率/％	撕强损失率/％
0	201	42.2	60.9
10	248	35.0	47.6
15	263	45.6	31.4
20	271	48.5	28.9
25	277	59.1	29.3

注：整理剂,80g/L;MgCl₂,8％（相对整理剂量）；焙烘：160℃×3min

由表6可知，在整理剂用量不变（80g/L）的条件下，随着氨基有机硅浓度的增加，苎麻织物的回复角逐步增大，断强损失率稍有增加，而撕强损失率则有较明显的下降。

由表6可以发现，当SIO浓度由0增至15g/L时，回复角有明显的增加（增加了约60°），而SIO浓度由15g/L增至25g/L时，回复角增加不大（增加了约15°），相反，过量的氨基有机硅沉积在织物上，有可能导致苎麻织物的回复角下降^[8]。因此考虑添加氨基有机硅SIO的为15－20g/L。

4. 结论：

1）在低甲醛免烫整理工艺中，各工艺参数对麻织物免烫整理效果的影响程度由主及次分别为：

对回复角：整理剂浓度、焙烘温度、催化剂用量、焙烘时间；

对断强损失率：整理剂浓度、焙烘温度、焙烘时间、催化剂用量；

对撕强损失率：整理剂浓度、催化剂用量、焙烘温度、焙烘时间；

对织物上的含氮量：整理剂浓度、催化剂用量、焙烘时间、焙烘温度。

2）用低甲醛整理剂，通过“轧－烘－焙”工艺可对麻织物进行免烫整理，其较为合适的整理剂整理剂:80-100g/L；催化剂(MgCl₂₎:8％（相对整理剂量）；焙烘温度:160℃；焙烘时间:3min。

3）整理前先用NaOH溶液对织物进行处理，可获得较高的回复角，并能有效地增加织物的断裂延伸度；整理液中配以氨基有机硅，可改善整理后织物的免烫整理效果（提高织物的回复角，减少织物的撕强损失率）。