織物柔軟劑的發(fā)展回顧和方向探討

陳國雄

（原上海助劑廠，上海201419）

紡織品經過前處理和一系列染整加工后，去除了天然油脂、蠟質，使手感變得粗糙，降低了原有的平滑感。另外，有些織物需要經過高溫處理，如樹脂整理、合成纖維熱定型、腈綸汽蒸膨化以及涂料印花等，也會使手感變得粗硬。為了克服上述缺點，需要使用柔軟劑來加以改善。柔軟劑是指能吸附于紡織品纖維表面并使纖維表面平滑，降低纖維摩擦系數(shù)，使紡織品手感更舒適的紡織助劑。在紡織助劑中，柔軟劑品種最多，用量最大。

柔軟劑大多是疏水基為16個碳原子以上的表面活性劑，從整理浴吸附到纖維表面形成疏水性柔軟平滑薄膜，顯示出平滑柔軟效果[1]。

1 柔軟劑的作用機理

柔軟劑的作用應從表面活性劑在纖維上的吸附特性開始闡述。陽離子表面活性劑在織物纖維表面上吸附是使織物產生柔軟性和抗靜電性的先決條件，但吸附效應與陽離子表面活性劑分子結構、處理溫度、pH等因素有關，因為在水中多數(shù)纖維表面帶負電荷，可以通過陽離子表面活性劑的正電荷加以吸附，因結合力強，能耐高溫、耐洗滌，整理后織物手感豐滿、滑爽、蓬松，同時也改善了織物的抗靜電效果，改進織物的耐磨性及撕破強力[2-3]。

陰離子表面活性劑通過整理浴吸附到纖維表面，成油膜時疏水基部分往往在內側，而親水基部分都在外層，因親水基在纖維表面時對平滑性有妨害，所以用陰離子表面活性劑處理纖維不能賦予纖維良好的柔軟性。

非離子型柔軟劑的手感和陰離子型近似，它們對纖維的吸附性差，耐久性低，對合成纖維幾乎沒有作用，主要應用于纖維素纖維的后整理，在纖維油劑中起乳化和平滑作用。

兩性型柔軟劑具有兩個或兩個以上官能團，在水溶液中通過不同介質發(fā)生不同形式的電離，可以呈現(xiàn)陰離子或陽離子表面活性劑的特性。兩性型柔軟劑親水性較好，能生物降解，是正在發(fā)展中的一類柔軟劑。

2 柔軟劑的化學結構與柔軟性能

陽離子型柔軟劑對各種天然纖維、合成纖維的結合力很強，降低摩擦系數(shù)最為有效，能耐高溫和洗滌，對合成纖維具有一定的抗靜電效果[4]。但是有些陽離子柔軟劑具有泛黃、使染料變色、抑制熒光增白、降低耐日曬色牢度的缺點。柔軟效果還與兩個烷基長鏈有關，直鏈烷基的柔軟效果比支鏈好，帶飽和基團比帶不飽和基團好。溶液呈微酸性時吸附效果最好，而在堿性條件下，織物表面的吸附不僅不均勻，而且易產生解吸現(xiàn)象。陽離子型柔軟劑以靜電引力吸附在纖維表面，親水性基團朝向纖維，疏水性基團朝向空氣，對大部分纖維具有親和性，使用少量陽離子型柔軟劑就有較好的效果[5]。陽離子型柔軟劑中，雙烷基二甲基季銨鹽類柔軟劑能賦予織物最佳的柔軟性，其次是咪唑啉化合物和二酰胺基烷氧基季銨鹽類柔軟劑。陽離子型柔軟劑用量一般較少（0.1%～0.2%），它們常以單分子或者幾個分子層在纖維表面成膜，形成垂直定向吸附層，吸附層厚度為5～10 nm，足夠產生柔軟作用[6]。季銨鹽柔軟劑在棉布上的吸附速率，低濃度時比高濃度快得多。EVANS W P研究發(fā)現(xiàn)，季銨鹽柔軟劑的吸附量順序為羊毛＞黏膠＞棉＞醋纖＞滌綸＞腈綸。因為合成纖維在溶液中負電荷很弱，致使其吸附量較少。有人對3種柔軟劑的吸附行為進行了動力學研究，發(fā)現(xiàn)3種季銨鹽柔軟劑的吸附速率常數(shù)大小為：烷基咪唑啉季銨鹽＞酰胺基季銨鹽＞烷基季銨鹽。陽離子型柔軟劑能大大降低靜摩擦系數(shù)，處理后的織物手感非常柔軟，并且?guī)в邢炠|般的潤滑感。

陰離子型柔軟劑使用歷史最長，潤濕性好，由于纖維在水中帶負電荷，所以陰離子表面活性劑難以被纖維吸附，因此柔軟效果較差。陰離子型柔軟劑在加工白色織物時具有獨特的滑溜感，還可提高熒光增白劑效果。陰離子型柔軟劑對合成纖維幾乎沒有作用，主要用于纖維素纖維的后整理，在纖維油劑中起乳化和平滑作用。

非離子型柔軟劑與各種化學品相容性良好，為多元醇酯類，如季戊四醇脂肪酸酯、失水山梨醇脂肪酸酯以及聚乙二醇類。非離子型表面活性劑具有良好的配伍性，可以與其他助劑復配，效果良好[7]。將少量非離子型表面活性劑加入到離子型表面活性劑溶液中，整個體系的臨界膠束濃度（cmc）會明顯下降，這是因為兩種表面活性劑在溶液中形成混合膠團，離子之間的電性斥力減弱，容易形成膠團。反之，將離子型表面活性劑加入到非離子型表面活性劑中，非離子型表面活性劑的濁點也會提高。

兩性型柔軟劑是為了改進陽離子型柔軟劑的缺點而發(fā)展起來的，對合成纖維的親和力強，沒有泛黃、使染料變色或抑制熒光增白劑等缺點，能在寬pH介質中使用，但柔軟效果不如陽離子型柔軟劑[8]。重要的是兩性型表面活性劑獨特的化學結構，在與其他類型的表面活性劑復配時，能產生不可替代的協(xié)同性或復配性[6]。咪唑啉兩性表面活性劑性質溫和、毒性低、刺激性小、生物降解性好，對金屬Fe、Cu、Al等具有緩蝕作用，能乳化、分散、滲透、殺菌，耐硬水及高含量電解質。根據(jù)親水基團不同可分為羧酸型、磷酸酯型、磺酸型和硫酸酯型。為控制最終產品的顏色，咪唑啉柔軟劑的制備除用N2保護外，可以添加0.05%（質量分數(shù)）硼氫化鈉。咪唑啉季銨化反應屬于雙分子親核取代反應，反應速率取決于親核試劑的強弱和離去基團的離去能力，離去基團為Cl-時反應較慢，而離去基團為硫酸二甲酯時反應較快，咪唑啉與硫酸二甲酯的反應速率至少比氯甲烷快100倍。

高分子型柔軟劑由聚乙烯、有機硅等樹脂制成乳液，不僅有較好的柔軟效果，而且還有一定的防皺和防水性能。聚乙烯乳液是將聚乙烯進行氧化處理，使分子部分羧基化增加親水性，平滑效果好，國內稱之為柔軟劑PE。有機硅類柔軟劑主要是聚硅氧烷及其衍生物，主要分為聚二甲基硅氧烷、活性聚硅氧烷和氨基改性聚硅氧烷等。

3 國內柔軟劑的發(fā)展概況及現(xiàn)狀

我國早在50年代就開始生產柔軟劑，將石蠟、硬脂酸、白油、表面活性劑和水經快速攪拌而成，用于針織內衣織物的后處理。自60年代起，我國開始發(fā)展外銷經樹脂整理的印染產品。由于柔軟劑能改善織物的若干物理性能而成為必須添加的助劑之一。最先引進的國外商品是德國赫司脫（Hoschst）公司的柔軟劑Persistol vs，屬于乙烯亞胺反應型柔軟劑，具有一定的拒水作用，國內在60年代中期自行試制了柔軟劑vs，年產量一度達到千余t之多。后來由于vs類產品中存在一定量的游離乙烯亞胺，國外資料明確報道了有致癌作用，國內各應用廠家也屢有發(fā)生皮膚過敏及影響健康的情況，于1986年正式停產，從而開始謀求其他柔軟劑，如表1所示。

表1 我國先后推出的柔軟劑產品（部分選擇）

4 柔軟劑的發(fā)展方向

織物柔軟劑在國外發(fā)展比較成熟，品種也繁多，處理不同纖維、不同織物選擇不同類型的柔軟劑。

季銨鹽類柔軟劑是一種效果明顯的柔軟劑，例如雙十八烷基二甲基季銨鹽柔軟效果突出，僅用1%～2%（omf）就能起到理想的柔軟效果，且毒性低、刺激性小，使用在嬰兒尿布的柔軟加工中，50年代美國、60年代日本就已開始使用[9]。但也存在一定的缺點，如增加了纖維的疏水性，降低了纖維的吸濕性，生物降解困難以及穿著不舒適。隨著復配技術的發(fā)展，可制備出性能更優(yōu)、功能更全的柔軟劑。如雙十八烷基二甲基季銨鹽添加N-十二烷基二甲基氯化銨，可使吸濕性、抗靜電性、易泛黃性得到改善；如加入雙烷基（含酯基）甲基叔胺、單烷基（含酯基）雙甲基叔胺（按一定比例混合），柔軟性顯著提高。現(xiàn)在國內外已研制開發(fā)出可生物降解的柔軟劑，具有兩個長鏈烷基（含酯基）的季銨化合物及具有兩個長鏈烷基（含酯基）的酰胺基季銨化合物。如將烷氧基化的雙酰胺類柔軟劑和雙長鏈（含酯基）烷基雙甲基季銨類柔軟劑復配，生物降解性好，冷水可溶，儲存穩(wěn)定。

目前開發(fā)新型可生物降解的柔軟劑已成為一種趨勢。在研制的新型柔軟劑中，烷基鏈和季氮之間至少含有一個酯基，酯基在廢水中極易被微生物分解為C16、C18脂肪酸和陽離子代謝物，脂肪酸進一步代謝為CO2。二烷基酯基季銨鹽不僅生物降解性好，而且原料成本低，固體物含量高，復配性好，具有很好的發(fā)展前景。

含酰胺基的陽離子柔軟劑正在發(fā)展中，由脂肪酰胺基替代脂肪基，可改進柔軟劑的耐熱性，酰胺基存在可使分子的熔點大大提高，使分子具有一定的剛性，從而使織物彈性提高，手感豐滿厚實。雙酰胺類柔軟劑的柔軟性、流動性不如雙十八烷基雙甲基胺，如將雙酰胺類柔軟劑和烷基酰胺乙基咪唑啉類柔軟劑復配，其柔軟性、流動性可得到改善[10]。陽離子柔軟劑的類型很多，也在持續(xù)發(fā)展中，性能在不斷改進，品種在不斷增多，這些都和應用有著直接的聯(lián)系。柔軟劑在外形方面由普通乳化型、濃縮型趨向片狀型，俗稱軟片，即將柔軟劑基體與乳化劑、增溶劑混合，再配以抗氧劑等制成固體，經切片或造粒而成，使用時先溶于熱水形成10%的溶液，再用常溫水稀釋。含有酰胺基的單烷基季銨鹽在常溫水中攪拌即可分散，為應用帶來了方便。

5 結束語

（1）近幾十年來，有機硅柔軟劑發(fā)展非常迅速，已成為當今世界柔軟劑的主流產品，我國近十幾年來也大量生產并不斷開發(fā)出新產品，目前已發(fā)展應用到第4代有機硅微乳液。近年來，又開發(fā)出含有多種活性基團的有機硅柔軟劑，使其兼具多種活性基團的優(yōu)點。如聚醚-氨基改性有機硅柔軟劑可賦予織物良好的柔軟、豐滿、彈性，而且處理后的織物耐洗性及吸汗性好，可以減少乳化劑用量。氨基-環(huán)氧基改性有機硅柔軟劑使織物平滑、柔軟，提高織物的耐洗性和抗靜電性。

（2）優(yōu)良的柔軟劑應兼具降低纖維表面張力，減小摩擦，賦予織物抗靜電性能，但單一組分的柔軟劑難以全面具備上述多種作用，因而柔軟劑商品常由多種組分復配而成。特別是從降低纖維表面張力的作用來看，不同纖維用不同的柔軟劑。由多種組分復配而產生的增效作用，既可降低成本，又可獲得滑柔兼顧的效果，增加產品附加值。一般氨基有機硅和蠟類柔軟劑復配使用會產生較好的效果。由此來看，今后柔軟劑會出現(xiàn)更多的商品，而且都朝著大分子方向發(fā)展。