【重磅】新理論闡明織物柔軟劑的作用機理

作者：中村孝一，日本花王公司

翻譯：老羅

摘要：

關(guān)于柔軟機制的傳統理論指出柔軟效應是由于纖維和紗線(xiàn)。我們的新理論解釋了通過(guò)氫鍵抑制纖維間的交聯(lián)，包括非冷結束縛水。柔軟劑有兩個(gè)重要作用：（1）干燥過(guò)程中纖維間彎月面力的降低防止纖維間距離減小。（2）柔軟劑抑制在纖維之間束縛水交叉連接的形成。此外，柔軟劑導致不均勻吸附，因此柔軟劑吸附的層次發(fā)生了：更多的是在外部，內部更少。因此，更柔軟的外部和更堅硬的內部?jì)煞N不同的物理性質(zhì)是面料的柔軟和彈性關(guān)鍵因素。

作者

大多數消費者都會(huì )聯(lián)想到濕棉布被自然晾干后會(huì )發(fā)生什么（或者是被手擠壓）：它們變得如此堅硬，就像織物被粘住了?？椢锶彳泟┰跍p少這種硬度。在20世紀30年代初，研究表明陽(yáng)離子表面活性劑，最初是為了改善對纖維素的直接染料耐水性柔軟劑。陽(yáng)離子織物柔軟劑大約在1955年首次引入美國市場(chǎng)。雖然最初的增長(cháng)沒(méi)有那么高，但全球市場(chǎng)此后顯著(zhù)增長(cháng)?，F在，織物柔軟劑在許多家庭中被視為必需品?，F在市場(chǎng)上的織物柔軟劑進(jìn)一步融合了其他功能，比如香味、除皺、除臭，以及抗菌作用。盡管如此，織物柔軟劑沒(méi)有改變基本目的。柔軟的水洗面料舒適、有彈性的感覺(jué)使我們的日常生活更加令人滿(mǎn)意。

織物柔軟劑能輕松有效地改善洗過(guò)的衣服和棉毛巾的手感。傳統理論將其柔軟效應歸因于增加纖維和紗線(xiàn)之間的“滑動(dòng)”。柔軟劑是一種陽(yáng)離子表面活性劑，但有兩個(gè)長(cháng)烷基分子結構中的鏈。在這個(gè)理論中，由柔軟劑形成的陽(yáng)離子囊泡吸附在在水中帶負靜電的棉纖維纖維素表面上。結果被認為是表面覆蓋一層高度結合的烷基鏈。疏水的這些鏈的性質(zhì)意味著(zhù)在與空氣的接口處這一層具有較低的表面能。因此，干的纖維減少，導致布料中的紗線(xiàn)變軟。

自20世紀30年代以來(lái)，有很多關(guān)于織物承受外力作用下的應力變化的報道。

他們中的許多人似乎受到了上述相關(guān)紡織品性能與柔軟效應以減摩擦理論為基礎情況的影響。例如，larrat報告說(shuō)柔軟度儀測量的摩擦力與柔軟度之間沒(méi)有相關(guān)性；當用摩擦儀代替時(shí)摩擦力減小了是。另一方面，羅德和Olofsson報告了它們之間的摩擦和柔軟一個(gè)重要的關(guān)系。這個(gè)靜摩擦系數和動(dòng)摩擦系數之間的平衡被認為是至關(guān)重要的，低的“靜摩擦系數”是被認為對柔軟效果至關(guān)重要。然而，柔軟度的水平及其趨勢取決于關(guān)于測量方法。因此，一種柔軟劑減少纖維之間的摩擦并不總是減少纖維與人體皮膚之間的摩擦。相反的方向，crutzen的結果表明強烈的柔軟效果并不總是有效地減少摩擦系數。最后，Sebastian等人。試圖評估連接破裂力（JRF），即從織物上抽出一根線(xiàn)所需的力。對我們來(lái)說(shuō)，jrf值是被認為是代表靜摩擦力的表面柔軟指數。同時(shí)，這些研究人員還注意到測量值并不完全取決于連接處的摩擦力，因為這種現象包括粘著(zhù)力和摩擦力。

盡管有這些有趣的結果，但是直接研究柔軟過(guò)程的基本原理，這就是我們目前研究的動(dòng)機。棉有高保水能力（25°C時(shí)重量的8%和60%相對濕度），因為其組成纖維素單元是一種高度親水的聚合物。因此，我們將重點(diǎn)放在表面眾多羥基（–oh）的作用棉纖維/紗線(xiàn)。這些羥基可以形成氫彼此結合。交聯(lián)氫中的水單個(gè)纖之間的連接網(wǎng)絡(luò )可以是虛構的，被認為是棉織物變硬的原因。

在研究過(guò)程中，我們發(fā)現了以下兩種現象。其一是當它們通過(guò)施加機械力進(jìn)行測試時(shí)（通過(guò)川端康成評估系統KES FB2進(jìn)行彎曲試驗），有柔軟劑與沒(méi)有柔軟劑對棉紗硬度的影響不同。另一種是棉紗非常柔軟，而且它們在真空（110°C，3小時(shí)，2-35Torr）下完全干燥看起來(lái)很柔軟。據了解，在這種情況下，棉不會(huì )退化然后釋放到使用CaCl2管完全防潮控制的正常壓力下。這些干棉紗感覺(jué)好像他們用織物柔軟劑處理。這些兩項發(fā)現表明紗線(xiàn)的硬化和軟化通過(guò)以下方式進(jìn)行機制。主要原因棉的硬化是氫的多重交聯(lián)（主要是非凍結水）之間菲布雷斯。這些水分子是可想象的，被束縛或強烈的被無(wú)數以纖維素為基礎的棉纖維羥基的表面羥基。這水的結合力很強以致不能在差示掃描量熱法（dsc）測量。然而，在KES彎曲試驗中觀(guān)察到。這些鍵可以被機械力破壞。因此，有理由假設織物柔軟劑是通過(guò)抑制這些氫鍵的交聯(lián)而產(chǎn)生的作用。

當我們用顏色指示劑用于染色吸附在織物上柔軟劑的區域檢查其吸附狀態(tài)（溴酚藍，BPB）。柔軟劑分子有利于吸附在布和紗線(xiàn)的外部或外露部分，吸附在內部的較少。這個(gè)我們使用外切分餾法時(shí)也發(fā)現了同樣的紗線(xiàn)“漸變”現象。最后，這種柔軟劑的吸附分級確認了紗線(xiàn)的內外部二次離子質(zhì)譜（tofsims）是一種用于表面測量的標準工具。柔軟劑在紗線(xiàn)之間以及紗線(xiàn)內部交叉點(diǎn)的吸附概率很低。這些結果與Sakai等人研究了在云母板的表面柔軟劑的報道一致。他們發(fā)現吸附是通過(guò)柔軟劑囊泡被驅動(dòng)的與吸附柔軟劑的碰撞分子保持在同一位置，沒(méi)有任何遷移。根據仔細的實(shí)驗，這些作者說(shuō)吸附的主要驅動(dòng)力不是靜電吸引。

我們還發(fā)現了一個(gè)非常有趣比較的柔軟度交叉點(diǎn)的現象。在前一種情況下，紗線(xiàn)首先用柔軟劑處理，然后織成布樣品以確保交叉點(diǎn)。與基于摩擦的邏輯預期相反理論上，交叉點(diǎn)柔軟劑較少的布料是與體積更大多用軟化劑覆蓋的十字點(diǎn)相比，它更柔軟。這個(gè)結果表明吸附在紗線(xiàn)或織物外部的柔軟劑是比纖維與紗線(xiàn)之間的“摩擦”更重要的。

被吸附在上面柔軟劑賦予纖維高度疏水性。是因為它扮演著(zhù)兩個(gè)重要的角色。首先，它減小干燥過(guò)程中的纖維彎月面力，從而防止纖維彼此靠近。第二，柔軟劑抑制纖維非凍結束縛水之間交聯(lián)氫鍵的形成。另一方面手，柔軟劑不太可能出現在紗線(xiàn)內部，根據不均勻的吸附現象必然會(huì )有氫鍵的連接在那里形成，導致硬化酷似杜拉門(mén)的形象。因此，除非我們用適當的量柔軟劑、硬化結構層包括非凍結十字連桿纖維之間的束縛水三維空間是降低。因此，兩者形成對比物理性質(zhì)，用柔軟劑清洗后體積較大的織物創(chuàng )造所需的柔軟和彈性感覺(jué)的因素是：即柔軟的紗線(xiàn)外層泡沫結構和像杜拉門(mén)一樣的堅硬的內部是關(guān)鍵。我們認為我們可以注意到過(guò)多的柔軟劑可以縮小內硬膜的假想直徑，這會(huì )給面料帶來(lái)“枯萎”的感覺(jué)。

我們研究的最終目標是改進(jìn)和豐富消費者體驗。我們希望這些柔軟機制進(jìn)展將激發(fā)新的發(fā)展思路更好的柔軟體系，以及新的滿(mǎn)足市場(chǎng)需求的紡織制造業(yè)技術(shù)。

小編附：

作者畢業(yè)于日本金澤大學(xué)工程碩士，自1991年以來(lái)，她一直在高聚物公司材料研發(fā)部開(kāi)發(fā)實(shí)驗室和R&Dhousehold產(chǎn)品研究實(shí)驗室。她目前是后者的高級研究科學(xué)家。