麻織物免燙整理工藝研究
丁穎 沈勇 王黎明 上海工程技術大學化學化工學院
【摘要】通過對整理劑、催化劑、前處理工藝及氨基有機硅對麻織物免燙整理效果的影響，研究了麻織物的免燙整理工藝；并通過正交試驗的方法研究了各種因素對影響麻織物免燙整理效果的影響。
1. 引言
麻織物是具有穿著涼爽、透氣性好、懸垂性好等性能的天然紡織面料。但其免燙整理效果差的缺陷，長期來未能有效解決，極大地限制了麻類織物產品的開發。麻纖維與棉纖維同屬天然纖維素纖維，其化學成份基本一致，但各成份含量卻有較大差別。另外，由于兩者在超分子結構上的不同，導致了棉、麻纖維在加工性能上有較大的差異。棉、麻纖維化學成份及結構、性能的比較見表1、表2[1]：
表1 棉、亞麻和苧麻纖維各成份含量比較
| 纖維素/% | 果膠/% | 水分/% | 蠟質/% | 灰分/% | 水溶物/% | |
| 棉 | 94.00 | 0.90 | 0.90 | 0.60 | 1.20 | 0.80 |
| 亞麻 | 71.50 | 9.42 | 10.42 | 1.37 | 1.32 | 6.02 |
| 苧麻 | 66.22 | 12.70 | 10.15 | 0.598 | 5.63 | 10.34 |
表2 棉、亞麻和苧麻纖維性能及超分子結構比較
|
| 聚合度 | 結晶度/% | 纖維長度/mm | 斷裂強度/g/D | 斷裂延伸度/% | 取向度/% |
| 棉 | 10000-15000 | 70-80 | 13-70 | 3.0-4.0 | 3-7 | 40-80 |
| 亞麻 | 25000-36000 | 88 | 4-70 | 5.6-6.3 | 1.5-2.3 | 74-90 |
| 苧麻 | 25000-30000 | 89 | 60-25 0 | -6.5 | 1.8-2.3 | 72-86 |
由表1、2可見，與棉纖維相比，麻（亞麻、苧麻）纖維的纖維素含量較低，但有著較高的結晶度和取向度，可供整理劑分子進入并與纖維素分子發生交聯反應的空間少。據此推測，棉纖維與麻織物的抗皺機理有所不同 [2]。正因為存在著抗皺機理上的差別，使得雖然棉纖維的免燙整理工藝已相當成熟，而麻纖維的免燙整理一直未取得突破性進展。另外，雖然經過脫膠處理，麻纖維的蠟質含量仍高于棉纖維 [1]，蠟質的存在，可能會阻礙整理劑分子與纖維素分子的接觸，導致了麻織物免燙整理效果不理想。再者，麻纖維的規整性高，其超分子結構可認為是采取多層次盤繞方式構成的高結晶型的纖維素纖維[3]。且在天然纖維中，麻纖維的模量是最高的[4]。整理后，纖維與整理劑的共價交聯鍵的分布不均勻，受外力作用時應力集中現象明顯，造成強力損失嚴重。
所以，在麻類織物的免燙整理中，在織物的免燙整理效果與客戶及消費者能夠接受的織物強力之間取得平衡是工藝的關鍵所在。
2. 實驗材料、儀器及實驗方法
2.1 實驗材料及試劑
純亞麻織物（經退、漂等前處理） 12×10, 51×43
純苧麻織物（經退、漂等前處理） 36×36，54×54
ULF-1低甲醛整理劑（自制）、柔軟劑Siligen SIO、滲透劑Leophone FR-M（上海巴斯夫染料化工有限公司）其余化學試劑均為市售CP或AR級商品。
2.2 測試方法：
(1)回復角（T+W）：在YG541折痕回復儀上進行，測五次，取平均值；
(2)斷裂強度：在Y501斷裂強度儀上進行，經向測五次，取平均值；
(3)撕破強度：在YG033撕破強度儀上進行，經向測五次，取平均值。
(4)織物上氮含量測定：在凱氏定氮
2.3 整理工藝流程：
二浸二軋整理液（軋液率約80%） → 預烘（
2.4 堿前處理工藝流程：
浸漬堿液→ 熱水洗 → 酸洗（
3. 實驗結果與討論
3.1整理劑用量對麻織物免燙整理效果的影響
選擇低甲醛整理劑的用量為
|
|
| 圖1 亞麻、苧麻及棉織物回復角與整理劑濃度的關系 |
| 注：MgCl2:8％（相對整理劑量）；焙烘： |
由圖1可知，當整理劑濃度小于
經不同濃度的整理劑整理后，亞麻、苧麻和棉織物的斷強損失率，撕強損失率亦有所增加，其變化趨勢見圖2。圖3為亞麻、苧麻及棉織物回復角與斷強損失率的關系。
由圖3可見，欲得到同樣的回復角，麻織物的強力損失率較棉織物要大，而苧麻織物的強力損失率較亞麻織物更大。由于麻纖維的規整性高、基本結構單元的可移動性差，經整理劑整理后應力集中現象加劇，在達到同樣回復角的條件下，麻織物的斷強損失率比棉織物更大。苧麻纖維的高結晶型超分子
|
|
| 圖2 亞麻、苧麻及棉織物斷強損失率與整理劑濃度的關系 |
|
|
| 圖3 亞麻、苧麻及棉織物斷裂強度與回復角的關系 |
所以，在麻類織物（尤其是苧麻織物）的免燙整理中，過高的整理劑濃度，不僅對回復角的增加提高幅度不大，而且會引起織物強力的明顯下降。
催化劑對麻類織物免燙整理效果的影響
濃度為
由于苧纖維的超分子結構比亞麻纖維的規整性更高，纖維素含量更低，故當MgCl2用量較低時（如6％），苧麻織物的回復角提高率不高(僅57.1%)，斷強損失率也較小。而當MgCl2用量高到足以有效地提高織物的回復角時，由于所形成的共價交聯鍵分布極不均勻，導致了苧麻織物的斷強損失率急驟上升。
由于低甲醛整理劑的反應活性較N－羥甲基酰胺為低，曾設想以混合催化劑提高其反應活性，但通過對一混合催化劑催化效果的研究表明，單一催化劑的催化效率高于混合催化劑。但在催化劑中加入一定量的調節劑（NaH2PO4），能有效地減少整理后織物的強力損失，且對提高白度的下降值有所幫助〔6〕。
表3
| MgCl2量/％（相對整理劑量） | 2 | 6 | 8 | 10 | 14 | 18 | |
| 亞麻織物 | 回復角（T+W）/° | 200 | 248 | 234 | 252 | 266 | 221 |
| 斷強損失率/％ | 18.6 | 27.7 | 29.6 | 31.0 | 48.1 | 56.1 | |
| 苧麻織物 | 回復角（T+W）/° | 120 | 154 | 183 | 194 | 208 | 190 |
| 斷強損失率/％ | 5 | 14.9 | 50.0 | 54.0 | 63.4 | 76.2 |
注：焙烘170℃×3min
3.3. 影響麻類織物免燙整理效果的因素研究
為確定麻類織物的免燙整理工藝，須綜合研究整理劑用量、催化劑用量、焙烘溫度、焙烘時間等因素對整理效果的影響。由于苧麻織物比亞麻織物更難取的較理想的免燙效果，故以苧麻織物為研究對象，采用正交試驗的方法研究各種因素對麻織物整理效果的影響，用測定織物上氮元素含量的方法來間接反映整理劑與纖維的結合量，從而了解整理劑與纖維的交聯程度，以期確定麻織物免燙整理的工藝以及了解各因素對免燙整理效果的影響程度，
以整理劑ULF-1用量（A）為40(A1)、 60(A2)、 80(A3)和
表4 四因子、四水平正交試驗測試表
| 整理劑量g/L | 催化劑量* ％ | 焙烘溫度/℃ | 焙烘時間/min | 回復角°（T+W） | 斷損/％ | 撕損/％ | 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：*相對整理劑量的%
對表4的試驗結果進行極差分析（表8），并作出各項整理指標與因素位極的關系趨勢圖（圖4-7）。
| | | | |
| a | c | d | |
| 圖4 回復角與各因素結果之和的關系趨勢 |
| | | | |
| a | c | d | |
| 圖5 斷強損失率與各因素結果之和的關系趨勢 |
| | | | |
| a | c | d | |
| 圖6 撕強損失率與各因素結果之和的關系趨勢 |
| | | | |
| a | c | d | |
| 圖7 織物上含氮量與各因素之和的關系趨勢 |
由圖4可知，當整理劑用量
由圖5可知，當催化劑（MgCl2）相對整理劑量用量6％（B2）、焙烘溫度
由圖6可知，催化劑（MgCl2）用量越少、焙烘溫度越低、焙烘時間越短，苧麻織物的撕裂強度損失較少。
由圖7可知，整理劑用量越高,織物上的含氮量越高。
并由極差值的大小分析，亦可得出各種因素對免燙整理效果的影響，由主及次依次為：
對回復角：整理劑濃度(A)>焙烘溫度(C)>催化劑用量(B)>焙烘時間(D)；
對斷強損失率：整理劑濃度(A)>焙烘溫度(C)>焙烘時間(D)>催化劑用量(B)；
對撕強損失率：整理劑濃度(A)>催化劑用量(B)>焙烘溫度(C)>焙烘時間(D)；
對織物上的含氮量：整理劑濃度(A)>催化劑用量(B)>焙烘時間(D)>焙烘溫度(C)。
就回復角，斷強、撕強損失率及整理劑與纖維的結合量等整理效果綜合而言，整理工藝參數中，整理劑的濃度是影響整理效果的關鍵因素，而催化劑MgCl2用量和焙烘溫度是主要因素，焙烘時間是一對互相適應，符合所用整理劑性能要求的一般因素。
根據表4及圖4
3.4. 堿前處理對麻織物免燙整理效果的影響
由于燒堿溶液是改變纖維素纖維超分子結構的溶脹劑之一。可使緊密結合著的纖維網狀結構產生不可逆的溶脹，分子鏈的間距和結構單元間的空間增大，氫鍵的強度被削弱，甚至斷裂，增加了整理劑分子進入的空隙。同時，燒堿溶液也能部分地滲透入纖維的結晶區內，使纖維的結晶度和取向度下降，提高了纖維與整理劑的反應活性[3][5]。
表5為經不同濃度NaOH溶液處理后，再經整理劑整理后苧麻織物的整理效果：
表5 不同濃度NaOH溶液處理對苧麻織物整理效果的影響
| NaOH 濃度/% | 回復角（T+W）/° | 斷強損失增加率/% | 斷裂延伸度/% |
| 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:整理劑，
斷強損失增加率是指與不經NaOH處理的織物相比，其斷裂強度損失的增加率由表5可見，在苧麻織物的免燙整理中，經NaOH溶液處理后，纖維結構單元之間的空間增大，結晶度下降，整理劑分子可進入的空間增大，并可與更多的纖維分子反應，生成的交聯鍵數量增多，且NaOH溶液的濃度越高，結構單元間的空間越大，數量越多，可與整理劑分子反應的活性基團越多，所以織物的回復角隨NaOH處理液濃度的增大而增加。但隨交聯鍵數量的增多，結構單元及分子鏈之間可移動性變差，所以織物的斷強損失率有一定程度的上升。
3.5. 有機硅添加劑對麻織物免燙整理效果的影響
以連續的－Si-O-主鏈為骨架的氨基有機硅易繞曲的螺旋型直鏈結構，可賦予整理后的織物良好的柔軟性。氨基有機硅在整理過程中，一方面其結構中的活性基團（氨乙基、氨丙基等）依其極強的極性，與纖維素分子中的羥基，羧基等產生牢固的取向吸附，在
在整理液中添加不同濃度的氨基有機硅SIO對苧麻織物進行整理。其整理效果見表6：
表6 整理液中添加不同濃度SIO對苧麻織物整理效果的影響
| SIO濃度g/L | 回復角（T+W）/° | 斷強損失率/％ | 撕強損失率/％ |
| 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：整理劑,
由表6可知，在整理劑用量不變（
由表6可以發現，當SIO濃度由0增至
4. 結論：
1） 在低甲醛免燙整理工藝中，各工藝參數對麻織物免燙整理效果的影響程度由主及次分別為：
對回復角：整理劑濃度、焙烘溫度、催化劑用量、焙烘時間；
對斷強損失率：整理劑濃度、焙烘溫度、焙烘時間、催化劑用量；
對撕強損失率：整理劑濃度、催化劑用量、焙烘溫度、焙烘時間；
對織物上的含氮量：整理劑濃度、催化劑用量、焙烘時間、焙烘溫度。
2）用低甲醛整理劑，通過“軋－烘－焙”工藝可對麻織物進行免燙整理，其較為合適的整理劑整理劑:80
3）整理前先用NaOH溶液對織物進行處理，可獲得較高的回復角，并能有效地增加織物的斷裂延伸度；整理液中配以氨基有機硅，可改善整理后織物的免燙整理效果（提高織物的回復角，減少織物的撕強損失率）。
參考文獻：
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[2] 丁穎等.苧麻織物免燙整理研究.上海紡織科技，2002（4）：43-46
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