关于棉织物抗皱性能的研究
摘要
本文探讨了棉织物抗皱性差的原因以及棉织物折皱形成的原因，发现折皱引起的应力可以使棉织物中纤维素链产生相对位移，应力去除后纤维素分子缺少约束力恢复而产生折皱。具体原因为纤维素分子受较大外力作用后纤维基本结构单元之间发生了相对位移，导致原来的氢键断裂，并在新的位置重新建立起难以回复的新的氢键系统，使纤维或织物的形变得不到恢复而造成的，从而得到棉织物织物的抗皱作用主要是依靠纤维素分子上大量的反应性基团与整理剂交联，限制了结构单元之问的相对位移得到的。接下来本文介绍了抗皱整理技术的发展过程，阐述了抗皱整理剂研究与发展的趋势。
关键词：棉织物； 抗皱性能； 相对位移； 整理剂； 发展趋势
1 前言
天然纤维织物，特别是棉织物具有手感自然、吸湿透气、抗静电、穿着舒适、经济实惠等优点，所以深受人们的喜爱。在织物纤维中，以棉纤维的产量最大、应用最广，不过纯棉织物有弹性差、易起皱、洗后需熨烫，而且易受微生物的侵袭导致纤维霉变和脆损的缺点。为提高织物的抗皱性，在染整加工中，要进行抗皱整理[1]。近年来，人们崇尚自然，棉纤维织物又普遍流行，而随着人们生活水平的提高和生活节奏的加快，人们对服装不仅要求穿着舒适，对保持平整外观、料理简便也提出了更高要求，因此，抗皱和耐久压烫整理再一次成为研究的热点。
2 棉织物抗皱性差的原因探讨
棉纤维属于纤维素纤维，而纤维素纤维是由失水葡萄糖单元组成的高聚物。一个纤维素分子是6000～7000个单元组成的长链。这些纤维素长链分子，在一些区域内相互平行排列，并相互形成氢键和范德华引力，这样的区域称为晶区。在这些区域内，纤维素链紧密牢固地与相邻分子链结合在一起。可以相信，在晶区内，纤维素分子间是没有空间可让水分子和树脂分子进去的。另外，由于相邻纤维素链问的强力很强，所以纤维素链的相对运动是很困难的，即使产生分子的相对位移，待应力消除，其结合力就立刻使位移分子回复到原来位置。所以可以认为结晶区是用来防皱的。
现代理论认为，在纤维素分子链的结晶区之问，存在着序列较差的无定形区。因为在这个区域内，纤维素分子不是排列的非常有序。在无定型区，纤维链间的问隔较大，相邻链问的引力也低于晶区，所以在无定形区的纤维素链间，水分子、树脂分子和染料分子都可渗入。由于纤维相邻链问引力较低，折皱引起的应力可以使纤维素链产生相对位移，一旦应力去除，也因为没有足够的约束力能使纤维素分子回到其原来的位置，这样就使织物产生折皱，所以折皱可认为是在无定型区产生的。
为了使纤维或织物具有防皱性能，就必须在无定形区紧邻的纤维素分子问增添一些连接。处理时，织物要保持所需要的形状。这样引入的分子，至少应具有两个以上能与纤维素发生反应的基团。在适当的催化剂条件下，这样分子通常被称为纺织树脂，实际上被称为“预缩体”较为合适。
纤维素链的交键必须考虑其它两个因素[2]。第一，引入的交键必须处于拉紧状态。如果要提高纤维和织物在正常使用条件下的抗皱性或褶裥稳定性，则处理时也要保持这种条件。第二，纤维素吸收水分之后就会溶胀，不管是在标准状态下吸收水分，还是浸入水中或水溶液中，溶胀是因为水分子进入无定型区的纤维素链问，强制将链推开的结果。
如果纤维素纤维交链是在高度溶胀状态下进行的，例如，用无机酸和甲醛水溶液处理纤维素织物。当烘干时，纤维素就瘪缩，这样交键就松弛了。在干瘪条件下，由于折皱而引起纤维素分子的相对运动，这样使松弛的交键仅仅拉直而己。由于交键被部分拉直，所引起的应力将使位移分子复原到原来位置。但是，交键中原子绕价键的转移将抵消上述回复力，使形变保持最小位罱。事实上，松弛的交键没有干态抗皱性。
综上所述，在湿态或其他非水介质中，在高度溶胀状下进行共价键合，其结果具有湿态防皱性和褶裥保持性，但干态防皱性和褶裥保持性很小。如在高湿下
干态烘焙形成共价键合，其结果是具有干态抗皱性和褶裥保持性，同样也具有一定程度的湿态抗皱性和褶裥保持性。此外，干态烘焙交键会降低纤维素的吸水和溶胀能力。在纤维素中引入交键，不仅能获得所需的结果，即抗皱性、褶裥保持性和易于性，也能带来严重缺点，即降低了物理强度。
纤维素纤维织物的抗皱作用主要是依靠纤维素分子上大量的反应性基团与整理剂交联，限制了结构单元之问的相对位移得到的。
3 棉纤维折皱形成的原因
一般认为是由于受到较大外力作用后，纤维超分子结构内各区域受到应力作用而产生不同程度的形变，纤维基本结构单元之间发生了相对位移，导致原来的氢键断裂，并在新的位置重新建立起难以回复的新的氢键系统，使纤维或织物的形变得不到恢复而造成的。因此关于纤维素纤维的抗皱机理，一般认为抗皱(免烫)整理液中，整理剂的作用有两个方面，一方面，由于整理剂与纤维分子的反应性基团发生交联反应后产生的束缚作用，使得纤维结构单元的相对位移受到了限制：另一方面，由于整理剂与纤维分子发生了反应而引入了高能量的交联键，增加了纤维结构单元之问的弹性，即增加了各结构单元侧产生相对位移后回复到原来位置的能力，从而增加了纤维的回复弹性，因此，织物的抗皱性能得到了提高。
而棉纤维由β-D葡萄糖通过1，4-甙键联接起来的纤维素大分子组成的，在纤维素分子中每个葡萄糖环上都保留三个可以形成氢键的自由羟基。所以棉织物抗皱作用主要是依靠纤维素分子上大量的反应性基团与整理剂交联，限制了结构单元之问的相对位移得到的[3]。
4. 抗皱整理技术的发展过程
最早使用的脲醛或酚醛预缩体的整理工艺，由于预缩体和整理液的稳定性差，整理后的织物具有泛黄、手感差及强力下降的缺点[4]，所以未能得到实际应用。1931年经过改进才用于粘胶纤维织物防缩抗皱整理。1935年研究发现，三聚氰胺-甲醛树脂用作整理剂可以提高织物的抗皱性能并具有耐洗性，为醛胺缩合树脂抗皱整理剂的发展奠定了基础。
上世纪50年代，为解决纤维素织物特别是人造棉的易皱问题，抗皱整理引起普遍重视。70年代以来，随着人们生活节奏的加快，对织物抗皱整理需求增大，2D树脂抗皱整理的技术趋于成熟，抗皱整理技术得到飞速发展。
长期以来，棉织物的抗皱整理使用的是醛(酰)胺缩合树脂，特别是热固性N-羟甲基树脂与N-羟甲基酰胺类化合物，如二羟甲基二羟基乙烯脲(Dimethylol dihydroxy ethylene urea，DMDHEU简称2D树脂)、三羟甲基三聚氰胺(THMM)、二羟甲基脲(Dimethylolurea)、二羟甲基乙烯脲、二羟甲基丙烯脲、二羟甲基烷基四氢三嗪酮，以及四聚甲醛树脂等。其中，以2D树脂的应用最多。
2D树脂是乙二醛与尿素反应的羟甲基化产物，其基本结构是含有五元环的1，3-二羟甲基-4，5-二羟基-2-咪唑啉酮。在加热和酸性催化剂作用下每个咪唑啉酮分子中有四个羟基可与纤维素纤维反应生成网状交联，所以对棉、粘胶及其混纺织物具有很好的耐久抗皱效果[6]。
2D树脂可使折皱回复角提高到300°以上，耐久压烫等级(DP等级)达到4．5～5．0，强力降低约为40％，是市场公认的综合效果较好的耐久压烫整理剂。
但是，由于2D树脂及其整理品在存放和穿着过程中存在释放甲醛问题，因此，
关于棉织物抗皱性能的研究
