
第二节 柔软整理
非织造布在加工过程中,由于受到化学黏合剂、助剂或高温烘燥的影响,会引起手感粗糙、僵硬的缺点,这就限制了非织造布在某些领域的应用。而许多卫生、防护方面的非织造用品,如卫生巾面料、各种清洁擦拭布等均要求非织造布有较好的柔软性,所以需要对非织造卫生材料进行柔软整理。为了使产品丰满、手感好,可采用机械和化学的方法进行柔软整理。
一、机械搓曲柔软整理
机械搓曲柔软整理主要通过对非织造布进行揉搓或压缩,来降低其刚性而达到柔软的目的。这种柔软整理主要有两种机械处理方法,即克拉派克(Klupak)法与迈克雷克斯(Micrex)法。
1.克拉派克(Klupak)法 克拉派克法是模仿桑福赖机械预缩整理,首先应用于造纸工业,再移植于湿法非织造布,如图3-5所示。图中1为一根25mm厚的机织帘布橡胶循环带,它被一固定的加压辊2紧压而贴在烘燥滚筒4上,非织造布3从循环带与滚筒之间导入。A为正常状态的循环带,它由于加压辊的压力,在滚筒与加压辊之间产生形变,面向滚筒的一面伸长,而相反的一面压缩。因此,处于循环带与滚筒之间的非织造布,在BC 区伸长,在CD 区缩短,这样就产生了皱缩作用,这种作用基本上发生于非织造布的中间层,在非织造布上形成难以觉察的皱缩。经过处理,非织造布可获得良好的柔软性,并改善手感。该法的整理效果取决于橡胶带的厚度、弹性、压力、纤维特性、纤网结构及热湿条件。
2.迈克雷克斯(Micrex)法 迈克雷克斯法对非织造布的挤压作用很强,因而在非织造布表面产生明显的皱纹,提高了非织造布的延伸性,增加了单位面积重量及表面积。与克拉派克法相比,此方法更好地改善了非织造布的柔软性。
如图3-6所示,非织造布2贴在加热的输送滚筒1表面,喂入固定导板4与滚筒之间,一刮刀状的起皱板7以一定角度压在滚筒的表面,将非织造布从滚筒表面迎面铲起,非织造布便从弹性导板5与起皱板之间通过而引出。图中3为压板,6为整理后非织造布。非织造布在第一起皱区A受到初步的起皱作用,而在松弛区B隆起,在第二起皱区C进一步受到起皱作用,并离开滚筒表面。
图3-5 克拉派克法柔软整理
图3-6 迈克雷克斯法柔软整理
迈克雷克斯法的起皱效果,可通过光学手段,测量单位面积的表面积增加程度或测定非织造布的伸长程度检验起皱数,并进行评定。该法的整理效果很大程度上取决于起皱区的几何尺寸和非织造布的输入、输出速度。
二、机械开孔和开缝柔软整理
机械开孔和开缝柔软整理主要是通过机械力使非织造布中的部分纤维彼此间失去联系,从而降低其刚性,以达到改善手感增加柔性和悬垂性的目的。
(一)机械开孔柔软整理
机械开孔有多种方法,常用的是水流喷射法和热针穿刺法。
图3-7 水流喷射法开孔整理
1.水流喷射法 水流喷射法与水刺非织造布的生产原理相类似,仅适用薄型非织造布,如图3-7所示。非织造布1经导辊2喂入开孔网带4与开孔滚筒3之间。开孔网带开孔率为25孔/cm2,孔径约为纤维直径的30倍,排列成有规律的花纹。高压水6从喷水头5中高速喷出,透过开孔网带,冲出非织造布表面,形成一个个小孔。穿过非织造布及开孔滚筒的水被真空吸水箱7吸走,两对压榨辊用于挤出非织造布上的水分,随后进入烘燥系统干燥。图中看到,开孔网带受一张力调节辊的作用对非织造布施以压力,这一压力的作用一是紧压非织造布使其与开孔滚筒一同运动;二是防止非开孔区的非织造布意外损伤。
整理效果受设备参数和工艺参数的影响较大,如开孔网带张力F、非织造布线速度v、水压P、孔径(喷水孔孔径d0、开孔网带孔径d1、开孔滚筒孔径d2)及非织造布定量g等。水压P越大,非织造布线速度v和定量g越小,结构越松散,开孔效果越好。经过这种方法整理的非织造布,可用作窗帘、服装衬里、汽车擦布及一些“用即弃”产品。
2.热针穿刺法 热针穿刺法主要应用于热塑性纤维含量较多的非织造布。将温度高于纤维熔融温度的钢针刺入非织造布中,与钢针接触的纤维,受到钢针的加热而熔融,刚针抽出后,便在非织造布上留下了与钢针外径一致的孔眼,自然冷却后冷却成型。
热针穿刺法在非织造布上留下的孔眼均为有规律的对称阵列,阵列规律取决于热针的排列方式。同时,热针机构的运动方式为间歇式(与花式针刺机工作原理类似)。为使熔洞边缘的高聚物取向,同时避免黏针,非织造布可采用适当的牵伸(即v输出>v输入)形式。
由于热针使孔眼熔融,还可提高纤网的黏合加固程度,增加强力。这种方法整理的非织造布,可用于建筑材料与绝缘布等。
图3-8 机械开缝示意图
(二)机械开缝柔软整理
机械开缝整理最初是为膜裂法非织造布而发展的,用于将挤压成膜的塑料薄膜开缝,以形成网络状的非织造布。现在这种方法被移植到某些非织造布产品的后整理上,用以改善非织造布的悬垂性、手感,甚至赋予非织造布一定的弹性。在非织造布热熔黏合衬的生产中大量应用这种方法。
机械开缝一般采用两种机型。一种机型是在一刀片辊上装有很多薄而小的刀片,按一定方式排列,如图3-8所示。刀片2的间距可以调节,开缝长度亦可以通过控制刀片辊1与非织造布3的相对速度进行调节,一般开缝长度最大为6.5mm,刀片间距最小为3mm。另一种机型采用圆形刀,刀片之间有隔距片,刀片与隔距片间隔叠起而穿入一根刀片辊,左右用夹板夹紧,通过刀片辊回转进行开缝,非织造布与刀片接触的时间应受到严格控制。
三、化学柔软整理
化学柔软整理是采用柔软剂对非织造布进行柔软整理的方法。柔软整理中所用柔软剂是指能使非织造布产生柔软、滑爽效果的助剂,其作用是降低非织造布中纤维之间的摩擦阻力以及非织造布与人体之间的摩擦阻力。因此,用柔软剂整理是通过调节纤维与纤维之间或纤维与人体之间的摩擦力来获得柔软效果的。
(一)柔软作用机理
摩擦力的大小反映了纤维表面的润滑程度。由实验得出,最大摩擦力(fmax)等于两纤维间的法向压力(N)与摩擦系数(μ)的乘积,即fmax= N·μ 。当纤维和纤维受力尚能保持静止状态接触时的摩擦系数叫静摩擦系数。当纤维之间有相对滑动时的摩擦系数叫动摩擦系数。纤维的静摩擦系数和动摩擦系数越小,那么非织造布的手感就越柔软。
总的来说,对于平滑作用,主要指降低纤维与纤维之间的动摩擦系数;柔软作用是指降低纤维与纤维之间的动摩擦系数的同时,更多地降低静摩擦系数。还应注意到静、动摩擦系数之差值(Δμ)与柔软平滑性和涩滞感的关系,可作为评价柔软整理效果的主要参考指标,见表3-1所示。
表3-1 Δμ与平滑性、手感间的关系
可见,柔软性与摩擦系数虽属两个不同的概念,但密切相关。
(二)柔软剂的化学结构与柔软性能关系
一般地,柔软剂很少使用单一的化学结构,而是由几种组分配制而成。除矿物油、植物油、脂肪醇等成分外,还要大量使用表面活性剂。柔软剂的组成和化学结构不同,其性能相差很大。因此,要配制各种性能的柔软剂,就应了解柔软剂中的各种成分和化学结构。
矿物油和表面活性剂之所以具有平滑柔软作用,是因为它们具有近乎直链的脂肪族碳氢部分结构所决定的。例如十八烷基、十六烷基或十八烯基那样的近乎直链的脂肪烃就具有平滑的特性。带支链的烷基或带有苯环结构的基团,例如十二烷基苯,四聚丙烯苯或二苯基等结构,原则上均不适于做柔软平滑剂。
表面活性剂吸附在纤维表面上,形成薄薄的一层,疏水基都向外整齐排列,摩擦就发生在相互易于滑动的疏水基之间。因此,疏水基越细长就越易于滑动,摩擦系数越小,如图3-9 (a)所示。反之,疏水基带支链时就容易纠缠,不易滑动,摩擦系数大,如图3-9(b)所示。 同时,表面活性剂能降低纤维的表面张力,能使纤维减小集聚倾向,结果使非织造布变得蓬松、丰满,产生柔软的手感。
图3-9 无支链和有支链的疏水基对润滑效果的影响
研究表明脂肪酸单分子层摩擦系数和疏水基碳链长度之间有如下关系:随着碳链的增加,摩擦系数减小;碳链增至C13~C14以后,摩擦系数趋于定值;C12以下显示碳链排列不整齐,C16~C18显示较好的柔性。柔软剂在纤维表面吸附也显示相同规律,随碳链增加,其吸附量增加。所以良好的柔软剂其疏水基长度一般为C16~C18,尤其以分子中有两个长链烷基为最好。疏水性烷基链对柔软效果的贡献主要表现在:C—C单键能在保持键角为109°28′的情况下绕单键进行内旋转,使长链成无规则的排列卷曲状态,从而形成了分子长链的柔软性。在外力的作用下,由于长链的柔软性能赋予其延伸、收缩的活动性能,且柔软剂分子分布在纤维表面,降低了纤维与纤维之间的动、静摩擦系数,增加了非织造布的平滑柔软性。疏水性碳链若呈细而长的链,则有利于分子链的凝聚收缩,增加分子的柔曲性,因此提高了柔软效果。由于有机硅的Si—O键键角(130°~160°)较大,键长(约0.164nm)较长,具有较大自由度,这样就能使每个硅原子与其相连的基团绕Si—O键自由回转。连接在Si上的非极性—CH3犹如张开的伞面,如下式所示,将Si—O链蔽覆,使分子链间引力降低,从而使甲基硅氧烷分子成螺旋形结构,故有机硅树脂具有柔软平滑的特性。整理后硅氧烷的氧原子吸附在纤维表面,Si—O键的键角在外力作用下可以改变,外力消除后又复原,因此链可伸缩,赋予纤维弹性。
(三)柔软剂的分类和应用性能柔软剂的分类方法很多,按其耐洗性可分为暂时性和耐久性两大类;按柔软剂分子组成可分为表面活性剂型和有机硅聚合物乳液型。下面将按柔软剂分子组成分类叙述。
1.表面活性剂类柔软剂 表面活性剂类柔软剂中,阴离子型和非离子型柔软剂以前主要用于纤维素纤维,现使用较少。阳离子型柔软剂既适用于纤维素纤维,也适用于合成纤维的整理,是应用较广泛的一类。两性型柔软剂品种较少,尚处于发展中。
(1)阴离子型柔软剂:这类柔软剂可以改善纺织品的柔软性和平滑性能。最早是以天然油脂、蜡质为原料,近来则使用合成脂肪醇、脂肪烷基酰胺等衍生物为原料,用硫酸酯化、皂化使其具有可溶性。由于多数纤维在水中也带有负电荷,阴离子型柔软剂不易被吸附,柔软效果较差,且耐用性较差,因此有的品种只作为纺织油剂中的柔软组分。
①动植物油的硫酸化物:一些动植物油如蓖麻油、橄榄油、花生油、羊毛脂和鲸鱼油等的硫酸化物都能使非织造布具有一定柔软、平滑效果,如土耳其红油。土耳其红油(又名太古油)是由蓖麻油与硫酸作用,再经中和制成的钠盐或铵盐,可以单独使用,或与肥皂合用,溶解性良好,可用于油剂或改善棉制品的手感。但在空气中易氧化变质,出现泛黄和发臭现象。
②脂肪酸硫酸化物:高级脂肪酸硫酸化物兼有肥皂和硫酸化油的性质,能使非织造布获得一定的柔软性和平滑性。如硫酸化物含有一个双键的天然油脂,硫酸化物含有两个双键的天然油脂,硫酸化物脂肪酸酯等如下式所示。
③脂肪醇部分硫酸化物:实际上这类产品是高级脂肪醇硫酸和未反应的脂肪醇的混合物,化学成分为R—OH+R—SO3Na。改变两者的比例,可以适当地调节其柔软性和对纤维的吸附。国外产品如Sandoz的CeranineVE、VRE及Sancowad VE、VRE等,都是这类柔软剂。
④脂肪醇磷酸酯:多用作抗静电剂,也可作为腈纶的柔软剂,柔软效果好。国外商品如巴斯夫的Basosoft TA柔软剂。其结构式如下所示。
⑤磺化琥珀酸酯:这是一类重要的阴离子型柔软剂,其柔软和平滑性均较好。其中尤以十八烷基(R=—C18H37)的柔软效果最好,除适宜于纤维素纤维的柔软整理和油剂组分外,还可用于丝绸精练,能防止擦伤。国外这类商品如Avivan FL,国内如MA—700柔软剂。其结构式如下所示。
(2)非离子型柔软剂:非离子型柔软剂不带电荷,它对纤维的吸附性、耐久性较差,可以与其他非织造布整理剂相容,故可直接加入各种工作液中使用。它们对盐类、硬水和稀土金属也很稳定。非离子型柔软剂是典型的饱和分子,故具备耐氧化作用,能在较大的pH范围内发挥柔软作用而没有泛黄的缺点。由于它对合纤几乎无作用,因此主要应用于纤维素纤维后整理和合成纤维油剂中作柔软、平滑成分,主要类别有季戊四醇和失水山梨糖醇。
(3)阳离子型柔软剂:各种天然纤维和合成纤维对阳离子型柔软剂的吸附能力强,可获得优良的柔软效果和丰满、滑爽的手感,并使合成纤维具有一定的抗静电效果。
纺织纤维是由线型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,当非织造布经柔软剂整理后,纤维的表面张力降低,使纤维变得容易扩展,长度伸展,表面积增大,非织造布变得蓬松柔软。研究表明,阳离子型柔软剂能较强地吸附在纤维表面(因大多数纤维带负电荷),形成的吸附膜能降低纤维表面的张力,并且吸附的分子排列整齐,并可以减小纤维的摩擦系数。因此,阳离子表面活性剂为最重要的柔软剂。
阳离子型柔软剂的缺点是有泛黄现象、与阴离子助剂不相容、对人体皮肤有一定刺激性,因而使用受到限制,近年来用量逐渐减少。阳离子型柔软剂主要有以下几种。
①烷基季铵盐:这类柔软剂所含的烷基不同,有很多衍生物,烷基的碳链长度一般是C16~C22,常用的为C18饱和烃基或部分不饱和烃基,有时也含苯甲基。此类柔软剂中应用较为广泛的是二甲苯二硬脂酸基的季铵盐,此柔软剂具有膨体蜡样手感,并有抗静电作用,但有泛黄现象。目前市售的家用柔软剂大多属此类。
②烷基咪唑啉季铵盐:此类柔软剂适用于棉、丝绸、合成纤维及其混合非织造布的后处理,为淡黄色透明液体,可溶于水,pH为2~4,结构式如下所示。
以脂肪酸与二乙烯三胺等为原料,合成后经环构化制成,除柔软功能外还兼具良好的抗静电性和再润湿性,结构式如下所示。
③吡啶季铵盐:该类柔软剂具有反应性,其柔软性和防水性均为优良,亦可作为防水剂使用,缺点是会使染料色变,非织造布泛黄,焙烘时分解出有臭味的吡啶,且价格较贵。其结构式如下所示。
(4)两性型柔软剂:两性型柔软剂是为改进阳离子型柔软剂的缺点而发展起来的,这类柔软剂对合成纤维的亲和力强,没有泛黄和使染料变色等弊病,能在广泛的pH介质中使用。但其柔软效果不如阳离子型柔软剂,故常和阳离子型柔软剂合用,起到协同增效作用。两性柔软剂品种尚不多,正在逐步推广应用中。其结构一般是烷基铵内酯型结构如下式所示。德国BASF公司的Persistol KF,属此类柔软剂。
2.反应型柔软剂 反应型柔软剂也称为活性柔软剂,这类化合物分子结构的特点是由较长的疏水性脂肪链和能与纤维发生反应的官能团两部分构成。通过反应性官能团与纤维发生反应,疏水性的脂肪链就比较牢固的附着于纤维表面,不易被清除。如果提高这类整理剂的用量,还可使非织造布具有拒水的效果。因其具有耐磨、耐洗的特征,故又称为耐久型柔软剂。(1)羟甲基硬脂酰胺:如柔软剂MS—20等,分子中含羟甲基活性基团,高温下,经酸性催化而与纤维素纤维反应,反应式如下:
(2)吡啶季铵盐类衍生物:如Velan PF(PCl)、Zealan PA(DUP)、防水剂PF和防水剂PA等,其化学结构式如下:
这类柔软剂对热较敏感,高温处理后,一部分分子与纤维素分子上的羟基或蛋白质上的氨基发生化学键合;另一部分则变为有高疏水性的双硬脂酰胺甲烷(C17H35CONHCH2NHCOC17H35),包覆于纤维表面,使非织造布具有耐久的拒水性能。大多数反应型柔软剂在整理过程中须经一定条件的高温处理,以促进与纤维分子的化学反应,这样能显著提高其耐洗性能。
3.有机硅聚合物乳液 有机硅柔软整理剂可使不同纤维成分的非织造布具有柔软滑爽的性能,还赋予非织造布表面光泽、弹性、丰满、防皱、耐磨、防污等特色,并能提高非织造布的缝纫性,增加滑、挺、爽风格,加之这类材料无毒、不污染环境,因此,在各种纤维原料制品的后整理上都可以广泛的应用。有机硅柔软剂以其优异的性能,成为众多柔软剂中的佼佼者。
有机硅柔软整理剂从20世纪50年代发展至今,按其结构可分为三大类,即非活性有机硅柔软剂、活性有机硅柔软剂和改性有机硅柔软剂。
(1)非活性有机硅柔软剂:非活性有机硅柔软剂是最早使用的有机硅,称为聚二甲基硅氧烷,简称甲基硅油。由于结构中不含活性基团,整理非织造布时,自身不能发生交联,与纤维不起化学反应,虽能赋予非织造布一定的柔软性,但手感仍较差,耐洗性较差。这类有机硅柔软剂以逐步被新的有机硅产品所取代。其结构式如下所示。
(2)活性有机硅柔软剂:此类柔软剂是有羟基封端的高分子量聚硅氧烷乳液,被认为是更理想的柔软整理剂,在金属催化剂存在的情况下,能在非织造布表面形成网状交联结构,使非织造布具有很好的柔软性和耐洗性,此类产品可称之为有机硅非织造布柔软整理剂的第二代产品。包括聚甲基氢基硅氧烷和聚二甲基羟基硅氧烷。
①聚甲基氢基硅氧烷:聚甲基氢基硅氧烷一般经乳化制成乳状液,它能在催化和高温焙烘作用下,Si—H键经空气氧化或水解成羟基并缩合、交联固化成一定强度和弹性的网状薄膜包覆在纤维外,通过键合,使Si—O键指向非织造布基,增强了有机硅膜与非织造布的固着力,而疏水基朝外呈定向排列,提高了非织造布的柔软性和防水性。其结构式如下所示。
聚甲基氢基硅氧烷其氧化、水解、固化反应过程如下所示。
②聚二甲基羟基硅氧烷:聚二甲基羟基硅氧烷的结构特点是在聚二甲基硅氧烷的两端由羟基封端。单独使用时,在化纤表面不成膜,一般与聚甲基氢基硅氧烷混用。在催化剂和高温焙烘作用下,聚甲基氢基硅氧烷的Si—H键水解,自身缩合,或与聚二甲基羟基硅氧烷的羟基缩合,使其交联成膜,增加了弹性和耐洗性,是国内外广泛应用的有机硅类柔软剂。其反应式如下所示。
(3)具有改性基团的有机硅柔软剂:为了适应各类纺织品与非织造布高档整理的需要,改善有机硅整理非织造布的抗油污、抗静电和亲水性能,并使化纤非织造布具有天然织物的风格,第三代有机硅柔软整理剂在分子链上引入其他活性基团。这类柔软整理剂包括:氨基改性柔软剂、环氧基改性柔软剂、聚醚基改性柔软剂、羧基改性柔软剂、醇基改性柔软剂、酯基改性柔软剂等。
①环氧基改性聚硅氧烷:此类产品为乳液,加工后有耐久的柔软作用,能提高回弹性和抗静电性,高温不泛黄,若与其他硅或非硅亲水性柔软剂混用,可提高非织造布的亲水性。其结构式如下所示。
②氨基改性聚硅氧烷:其结构式如下所示。
图3-10 氨基改性聚硅氧烷作用机理
氨基改性聚硅氧烷是改性聚硅氧烷中最主要的品种。由于氨基改性聚硅氧烷中氨基的强极性,使其可与纤维中的羟基、羧基、氰基、酯基、酰氨基等基团相互作用,形成稳定的吸附和取向,如图3-10所示,从而降低纤维间的摩擦系数,使之滑爽和柔软,故能适用于各种原料的产品。非织造布经整理后,能获得优异的柔软性、回弹性,其手感软而丰满,滑而细腻。同时,氨基的引入,也提高了聚硅氧烷的亲水性能,即氨基有机硅乳液较羟基有机硅乳液的稳定性大大提高。但其受热或在紫外线的影响下易泛黄,原因是目前商品化的氨基改性硅油中,有90%以上是氨乙基亚氨丙基聚硅氧烷,在它的侧链有两个氨基(伯氨基和仲氨基),包含有三个活泼氢原子。由于氨基特别是伯氨基的存在,易氧化分解形成发色团(偶氮基和氧化偶氮基),而双胺型结构特有的协同效应,加速了氧化作用,易于形成发色团而造成泛黄,因此此类柔软剂不宜用于白色或浅色产品。
瑞士科莱恩(Clariant)公司的氨基硅氧烷(有机硅树脂)的粗滴柔软乳剂(乳液粒径远远大于150nm)和微滴柔软乳剂(乳液粒径在50~150nm之间或稍低)均有很好的柔软性能,这类超柔软有机硅整理剂通常可以减少纤维摩擦系数,增加回弹性能。新型持久柔软剂Sandoperm SEI Iiq,是该公司所有整理剂中第一个纳米级有机硅乳剂,乳液粒径小于10nm。微小的粒径,使颗粒表面积增大,从而大大提高氨基硅油与纤维材料的接触概率,表面吸附量增大且均匀性提高,渗透性提高,乳滴分子能够进入纤维制品内部,并形成连续膜,非织造布的柔软、滑爽和丰满感得以提高。该产品呈弱阳性,适用于各类纤维,可在浸轧或浸染工艺中使用,并且耐洗涤性好。
③醚基改性聚硅氧烷:醚基改性聚硅氧烷的聚合体中因导入醇基或聚醚基,使产品能直接溶于水或自身乳化,并且它们具有亲水的特点,故能提高加工产品的吸湿、抗静电和防污等性能。其结构式如下:
④羧基改性聚硅氧烷:这类有机硅柔软剂适于羊毛、锦纶等纤维制品的柔软整理,对于干洗(溶剂)具有良好的牢度。其结构式如下:
(4)含有多种活性基团的有机硅整理剂:在第三代有机硅非织造布整理剂中,活性基团的引入具有特殊的功效,但仅用一种活性基团改性,往往达不到最佳的改性效果。近年来,已发展到将多种活性基团共同使用,使其兼具多种活性基团的优点,包括聚醚—氨基改性、环氧—聚醚改性、氨基—环氧基改性、醇基—聚醚改性等。这类产品被称为第四代有机硅柔软整理剂。
①环氧和聚醚改性聚硅氧烷:因该整理剂结构中两种活性基团共存,故能自身乳化,除具有耐洗性、柔软作用外,还具有抗静电、防污等性能,应用广泛。其结构式如下所示。
②醇基与醚基改性硅油:
这类产品有亲水性,可直接溶于水,不需制成乳液,处理后能提高产品的吸湿性、抗静电性和防污性。其结构式如下所示。
另外,聚醚—氨基改性有机硅柔软剂可同时赋予非织造布吸湿、抗静电和柔软效果,可以减少乳化剂的使用量。氨基—环氧基改性有机硅柔软剂,可使非织造布具有平滑、柔软的特性,提高非织造布的耐洗性和抗静电性。
(四)柔软整理工艺
柔软剂的品种和质量是决定非织造布柔软效果的首要因素。其次,合理的整理方法及工艺技术参数也是非常重要的。柔软整理的方法主要有浸轧法和浸渍法。浸轧法能够通过轧液机轧辊的作用,使整理液均匀分布于非织造布中,并可通过轧辊压力的大小来控制带液率(轧液率或轧余率),使整理效果更便于控制。轧液率的计算方法如下式所示。
式中:A1——非织造布浸轧前的重量;
A2——非织造布浸轧后的重量。
浸轧法一般采用一浸一轧或二浸二轧的方式,再经烘干或高温焙烘即可。反应型柔软剂在整理过程中须经一定条件的高温处理,以促进与纤维分子的化学反应,提高耐洗性。由于反应型柔软剂一般性能活泼,故不宜长期储存,溶解时应用40℃以下冷水。非织造布的横向轧液均匀性是由轧辊在同一横向上各点压力保持一致及非织造布的均匀性来保证的,而纵向的轧液均匀性则主要依赖工艺参数的稳定性,车速、轧液温度、压力、整理液黏度、浸轧次数、烘干温度、非织造布结构、纤维特点等因素。由于柔软剂的用量影响纤维表面润滑油膜厚度,只有在纤维表面形成连续的柔软剂吸附层,才能使摩擦系数降至最低,产生足够的柔软效果。一般情况下,轧液温度为30~50℃,车速控制在40~70m/min,烘干温度为105~120℃。浸轧法适合大批量连续性的非织造布生产过程。例如,将棉纤维非织造布(258g/m2)经二硬脂酰基二甲基氯化铵阳离子柔软剂和有机硅柔软剂进行柔软整理。其工艺为:先把试样放在柔软剂溶液中浸渍,轧液(轧辊压力0.2MPa),然后在通风烘箱中烘干(105℃,15min),经有机硅柔软整理的试样需再经焙烘(140℃,1.5min)。柔软剂整理液的组成分别是:柔软剂0.5%(owf),润湿剂0.2%(owf),液量(以浴比计)1∶10。浸渍法属批量性、间歇性的生产方式,适用于各种类型纺织品(纱线、成衣、针织品等)的柔软整理,也可用于非织造布加工。
制品在一定温度条件下,经规定浓度(以owf计)的柔软剂溶液处理,然后脱液烘干。纤维吸附速率与柔软剂分子结构、纤维的种类、搅动状态和添加物等因素有关。为使柔软剂被充分利用,应根据柔软剂种类和纤维性质合理选择浸渍液pH。浸渍法一般在绳状水洗机、液流染色机或转鼓式水洗机内进行,浴比1∶(10~20),柔软剂用量0.5%~1.5%(owf),温度依据柔软剂热稳定性而定,处理时间10~20min,脱液后用松式热风烘干即可。下面是柔软整理的应用举例。陈荣圻等人采用氨基改性聚醚型聚硅氧烷柔软剂,对纤维制品的整理效果见表3-2。
表3-2 氨基改性聚醚型聚硅氧烷的应用效果
祝艳敏等人采用有机硅阴离子微乳液EL-8,对涤纶黏合衬底布进行柔软处理,并与蜡类(即非硅)和其他含硅类柔软剂进行对比,结果见表3-3。整理工艺为:加工方式,浸轧;EL—8浓度,15~30g/L;温度,40℃;pH,7。
表3-3 各类柔软剂的柔软性对比
续表
从表3-3可以看出,有机硅柔软剂对改善涤纶黏合衬底布手感的效果是非硅类柔软剂无法比拟的,有机硅类柔软剂中,自制的阴离子微乳液EL-8效果显著,黏合衬底布的身骨,同时手感得到改善,得到了软、糯、弹性好的超柔软效果。
李成德等人以200g/m2针刺非织造布为基布,采用化学柔软和机械柔软手段,对聚氨酯合成革进行柔软工艺研究,使聚氨酯合成革在手感、外观、丰满度等方面更接近天然皮革。工艺流程为:基布→聚氨酯树脂浸渍→湿法凝固→染色→柔软处理→机械柔软处理→成品。
化学柔软主要是在聚氨酯树脂浸渍中选用PU树脂作为底涂,在浸渍液和凝固液中加入磺酸盐型阴离子表面活性剂,以增加其渗透性。并以脂肪酸酰胺类阳离子表面活性剂为柔软剂进行柔软处理。
浸渍用PU树脂浓度低时,微孔结构就愈倾向于多层次的网络状。因为树脂浓度低,即浸渍液中的DMF浓度高(浸渍液由PU树脂和溶剂DMF等组成),DMF向水中扩散的速度比DMF浓度低时要快,PU微孔结构愈倾向呈现疏松多孔状,伸长率增加,手感也较柔软。一般湿法基布浸渍用PU浓度以不超过20%为宜,浓度太低会引起凝固过于缓慢,基布有发黏的倾向。
在浸渍液和凝固液中加入表面活性剂,既可以防止基布基体层纤维与PU的黏附,又可以作为控制PU凝固速度的调节剂,调整其用量可以得到预先设定的微细孔结构及微细孔大小,达到调节产品柔软性的目的。
机械柔软是通过机械作用力对合成革基布反复进行揉搓(增大拉伸力、剪切力)等作用,迫使基布纤维在三维方向上的粘连减少,相互间的联系松弛,并产生相对滑动的一个过程。在机械柔软中,非织造布纤维有极微小的伸长和直化倾向,PU作为离型剂也要受到拉伸作用,但这种适当的机械作用对非织造布产生的伸长是非永久性的。合成革的柔软性和弹性是建立在合成革纤维相对滑动和非永久性伸长的基础上的。因为这些机械作用的强度一般不是太大,不会影响到合成革产品的质量,经过适当的机械柔软处理,可达到手感较为柔软的目的。