专利名称：控湿固化耐久性压熨法的制作方法
技术领域：
本发明涉及采用含水甲醛的热固化实现含纤维素纤维织物的无皱/防皱(化)。更具体地说，本发明涉及一种含纤维素纤维的织物无皱/防皱处理，它包括采用含水甲醛和催化剂从而纤维含水量可以控制，且纤维中氢键可控制地减少的条件下进行热固化的方法(“耐久性压熨”法)。
1.背景技术：
近年来，蒸汽相甲醛交联，由于能保持含纤维素纤维织物的吸水性和天然柔软性，已实现工业化处理并证明优于氨基塑性树脂交联。然而，尽管做了大量尝试，含水甲醛交联至今仍未成功地工业化，原因是，先有技术不能精确地控制织物中的甲醛含量，这是由于在热固化过程中甲醛随水一起蒸发所致，相比之下，热固化期间氨基塑性树脂却不蒸发。
例如，美国专利4,108,598公开了一种含水甲醛交联方法，它采用粘合剂或增稠剂来防止固化期间甲醛的大量散失，或者代之以使热固化过程从低温开始逐渐升温的条件下实施，以防止在给织物提供超过20wt％含水量之后甲醛的大量散失。然而，该先有技术方法仍不能使织物在固化加工期间的含水量得到充分的控制。所有工业上使用的热固化或热定形设备都是为人造纤维的热定形和/或氨基塑性树脂热固化设计的，它们并不要求在几个操作间对湿度和温度实施如含水甲醛交联所要求的精确控制。
先有技术固化方法中所发生的织物含水量的散失代表一种严重的缺点，就是说，由于在热固化期间伴随着纤维素纤维含水量的逐渐减少，纤维素纤维中的氢键或氢键合增加，从而导致强度的显著损失。
在采用催化剂的先有技术含水甲醛交联方法中，例如上面提到的美国专利4,108,598，还有在美国专利2,243,765、3,663,974、3,841,832以及4,108,598、英国专利980,980，以及Masuda等人的《纺织整理技术》，pp.6～142(1989)中，没有一种注意到纤维素分子中的氢键合，或水分子与纤维中纤维素分子之间的氢键合现象，而对这些氢键的控制和消除将显著并有利地减轻织物强度的损失。此种氢键合通常表现在3个方面不同纤维素分子上的羟基之间分子间羟基氢键合同一纤维素分子上羟基之间的分子内羟基氢键合以及水分子与纤维素分子上羟基取代基之间的氢键合。
尽管氢键不像共价键那样强，但它也终归具有约5Kcal/mol的键强度。大量氢键在纤维素纤维中的集体存在就导致撕裂及拉伸(抗张)强度以及耐磨强度相当大的损失。要减少纤维素纤维中的氢键合，可在预处理步骤中以水润湿或通过液氨的处理，以及在固化时维持足够的含水量以防止因干燥而导致氢键的增加。
Masuda等人在《纺织整理技术》，p.116中报道了通过如下的温和性固化(蒸汽固化)来减少氢键的典型实例表1采用蒸汽固化以防止棉布中氢键增加，来提高抗撕裂、抗张及耐磨强度
A20％DMMC；1.2％催化剂(MgCl2·H2O 50％，柠檬酸50％)；2％聚乙烯；0.1％润湿剂。
B10％DMMC；3％催化剂(MgCl2·6H2O)；2％聚乙烯；0.1％润湿剂(Masuda等人，《纺织整理技术》，p.116)。
表1显示，在很大程度上，以含水蒸汽固化在减轻强度损失同时又保持高水平耐久性压熨效果方面具有显著效果。然而，该蒸汽固化方法并未应用到含纤维素纤维织物的催化、含水甲醛交联上。
近年来，欧洲的工厂已采用湿固化以防止固化时将会因干燥而发生的氢键增加。棉花公司(Cotton Inc.)报道的典型配方如下表2湿固化交联配方
碱量 0.05％或更少含水 6～8％每批固化时间 15～24hMasuda等人在上述文献中报道的湿固化能提供干与湿2种状态的防皱，同时防止或抑制了固化时由干燥引起的氢键增加。然而，该先有技术未公开采用催化剂的含水甲醛交联替代氨基塑性树脂法进行的湿固化。
归纳起来，先有技术存在2大缺点(1)没有任何一项先有技术采用催化剂的含水甲醛交联法，从而不能够做到对纤维素纤维中含水量实施精确控制，并通过防止甲醛在固化时随同水分一起蒸发从而保持足够的甲醛含量。
(2)没有任何一项先有技术采用催化剂的含水甲醛交联法，从而未能认识到这样一种减少氢键发生的固化法，在此法中实施精确的含水控制，以便防止固化时产生氢键导致氢键数量增加从而基本上降低强度损失。
本发明同时解决了上面提到的2个问题，从而也就解决了将催化甲醛交联应用于100％棉轻薄织物上的困难，进而保持足够的撕裂强度、拉伸强度及耐磨强度，使此类织物得以畅销。
2.发明概述本发明提供一种使含天然或人造纤维素纤维的织物(例如，棉、亚麻、苎麻、再生纤维素以及它们与聚酯、尼龙之类的其他纤维的混纺物)进行无皱/防皱、并具有较好吸水性和较少强度损失的耐久性压熨法，它是在以水润湿和/或液氨处理以减少含纤维素纤维织物中的氢键之后，借助饱和蒸汽固化、过热蒸汽固化、湿固化、温和固化之类的方法，在控制织物含水量的条件下采用含水甲醛和催化剂进行的，同时还配合其他因素的作用，如高压、远红外或红外辐射和/或高频诱导无线电波(微波)。
使含纤维素纤维织物无皱或防皱的本发明耐久性压熨法包括以含水甲醛以及能催化甲醛与纤维素之间交联反应的催化剂按下面所述方式处理含纤维素纤维织物；在饱和蒸汽存在下，并借助高压(过热蒸汽)和/或红外辐射和/或高频(诱导)无线电波，对处理过的含纤维素纤维织物实施热固化，热固化的条件可使得甲醛与纤维素在催化剂存在下发生反应，在所述甲醛与纤维素起反应之前不出现甲醛的显著散失，从而使织物获得无皱或防皱的性能。
在精确控制加热环境中的湿度的条件下逐渐加热(升温)，而不是采用单一的温度，可用来控制甲醛与纤维素反应之前甲醛的大量损失并控制纤维素纤维中氢键的增加，虽然希望的话，单一的温度也可采用。
确切的温度范围以及在此范围内固化织物在任何给定温度下处理的时间，将取决于所使用的具体催化剂、它在溶液中的浓度以及甲醛存在量，乃至被处理的织物和所要求的结果。这些因素是本领域技术人员很容易理解的。一般地，100°F～350°F的温度范围在5min时间内将产生良好结果。可将处理过的织物引入到加热区，然后该区的温度逐步升高。如果希望采用连续过程的话，处理过的织物可穿过几个温度逐步升高的区段以产生所需要的加热效果，同时不显著损失甲醛。对区段的数目及其间的温度差也无严格要求，只要甲醛的显著损失得到防止，且水分控制得足够精确即可。
在本发明方法的第1阶段中，织物按照(A)或(B)的方式进行处理A.在热固化过程不导致织物损失含水量的情况下，织物经处理后包含为获得要求交联度所需精确量的含水甲醛和/或催化剂。
B.在热固化过程导致织物一定程度地损失含水量的情况下，该润湿过程中含水甲醛和/或催化剂的量应做同样程度的增加。
本发明解决了先有技术存在的上述问题，解决的途径是控制含水量，以便使含纤维素纤维织物保持足以使其在固化阶段达到预期交联度所需量的含水甲醛及催化剂，也就是使纤维素纤维保持在如下所述的预处理步骤中通过水润湿和/或液氨处理所达到的相同和相近的低氢键含量状态；有2种使纤维素纤维中氢键减少，和使含纤维素纤维织物饱含含水甲醛及能催化甲醛与纤维素之间交联反应的催化剂的方法。
(A)水润湿法将含纤维素纤维织物进行任何方便形式的水润湿处理，例如浸轧、浸渍、喷洒等，以便减少纤维素纤维以及含水甲醛及催化剂中的氢键合程度。
(B)液氨处理法及水润湿法在单单进行水润湿仍不足以减少氢键键合并提高撕裂强度、拉伸强度及耐磨强度的情况下，织物的处理是这样实施的首先，以液氨对其进行处理以减少纤维素纤维中的氢键，然后按照本发明方法以含水甲醛和催化剂对其进行含水润湿处理。
液氨处理方法对提高轻薄含纤维素纤维织物的强度特别有效。
在第2阶段中，本发明以精确的方式控制催化含水甲醛固化过程中含纤维素纤维织物的含水量，以便同时维持达到要求交联度的足够量甲醛和催化剂，其间不发生其随水分的蒸发或使之得到控制，同时还维持充分和足够量的水分以防止固化期间纤维素纤维中氢键的增加。
为实现此种含湿控制，织物按照下面的(I)、(II)、(III)或(IV)中任何一项实施固化。
I.饱和蒸汽固化饱和蒸汽不夺取织物的水分。在此种情况下，织物经处理后便含有为获得要求交联度所需精确量的含水甲醛和/或催化剂，其中可包含或不包含1种或多种吸湿物质，使含水量处于所要求的水平以防止纤维素纤维中氢键的增加。
然而，甲醛要求加热到最高约350°F方能使纤维素分子交联固化，具体视水分/甲醛比例、催化剂类型、加热类型、加热历程等因素而定。
一般地，铵盐、硫酸盐以及其他与硫有关的酸如硫酸、亚硫酸、甲磺酸之类的催化剂在约200°F～280°F的较低温度即为活性的，相比之下，金属酸，例如氯化铝、氯化镁等，在300°F以上的温度才活化。
有4种固化时不造成含水量显著损失的以饱和蒸汽加热织物的实用新方法。
第1种.大气压下的饱和蒸汽加热，在等于或小于212°F的温度进行含水甲醛热固化，也就是说所希望的固化要求加热到不高于212°F的情况有效，第2种.饱和高压(过热的)蒸汽，由于不损失水分，对于超过212°F(水的沸点)温度进行的含水甲醛热固化为理想的方法。
第3种.饱和蒸汽与红外辐射的组合，也属本发明范围。远红外和红外辐射可用于提高织物的温度，但不或几乎不提高周围的温度。以远红外或红外照射织物可在饱和蒸汽室内实施，或在其离开饱和蒸汽室之后立即单独进行该处理。
第4种.饱和蒸汽与高频诱导无线电波相结合，也在本发明考虑之列。高频无线电波(即所谓微波)可用于提高织物的温度，但不或几乎不提高周围的温度。以高频无线电波照射织物可在饱和蒸汽室内实施，或在其离开饱和蒸汽室之后立即单独实施该处理。该高频无线电波固化的波长范围与能导致水变热的波长相同。
II.过热蒸汽固化耐久性压熨法另一种方法是采用过热蒸汽，其中在用于织物处理的含水甲醛和催化剂中可加入或不加保湿添加剂，用以防止热固化期间纤维素纤维水分的损失。
过热蒸汽具有下列特征
大气压下过热蒸汽温度相对湿度212°F (100℃)100％213.8(101) 96.5215.6(102) 93.1217.4(103) 90219.2(104) 86.9221 (105) 83.8230 (110) 70.7248 (120) 51266 (130) 37.5284 (140) 28302 (150) 21.3330 (160) 15.6348 (170) 12.5356 (180) 9.8先有技术采用干加热，即几乎没有湿度、温度等于或高于212°F(100℃)。然而，一般来说，过热蒸汽具有远比干加热高的湿度，这将减轻对织物中水分的夺取。因此，含水甲醛也不会像干加热那样被从织物中移出。
过热蒸汽固化的一项重要优点是其气氛中相对湿度的可控性。不论大气中的湿度是高还是低，过热蒸汽在给定温度下具有固定的相对湿度。例如，若过热蒸汽被控制在120℃，则它永远具有51％的相对湿度，这与干加热不同，后者无法控制气氛中的湿度。因此，通过控制过热蒸汽的温度，相对湿度便自动得到控制，于是，交联(固化温度下)时含水甲醛和催化剂从织物中的散失将因而可得到精确的控制。
在这种情况下，织物首先在水润湿工艺中，增加水分、含水甲醛和催化剂的量，其增加的量恰好等于织物在固化温度下损失的含水量。
织物初始含水量应确定到维持防止固化期间氢键增加所需要的水平。保湿添加剂可进一步减少固化时水分从织物中的散失。此类添加剂的分子中不应包含能与甲醛起反应并导致织物变硬的羟基(OH)。
III.湿固化含水量的精确控制可由湿固化实现，该方法包括在采用浸轧、浸渍、喷洒之类的水润湿之后，使织物保持所要求的含湿、含水甲醛以及催化剂水平打成卷，用塑料片材或薄膜将打成卷的织物严密包裹起来，以防止水分从成卷织物中蒸发出去。便很容易实现非常精确的含水量控制。
甲醛与纤维素分子之间的交联反应在适中的室温下按渐近方式在长时间内完成。上表2给出棉花公司报道的湿固化交联配方，它与氨基塑性树脂配合使用。由于氢键减少，撕裂、抗张及耐磨强度与干固化相比有了显著改善。其明显的无皱/防皱增强效果载于上面提到的Masuda等人的文献的117页，表3中。
本发明采用含水甲醛及催化剂来代替氨基塑性树脂，在同样精确的含湿控制条件下实施交联，而这在先有技术中尚未见报道过。
采用含水甲醛与催化剂的湿固化可辅以远红外或红外和/或高频诱导无线电波等手段。达到所要求的含湿、含水甲醛及催化剂水平的织物成卷之后，卷材被置于控制温湿度的密闭室内。在织物被转移到同一室内的另一个空辊筒期间，织物受到远红外或红外和/或高频诱导无线电波的照射，照射剂量是使含水甲醛与纤维素分子交联所需要的大小。
IV.温和固化尽管不像饱和蒸汽、过热蒸汽固化和湿固化在控制含水量水平上那样精确，但采用低于212°F(100℃)的蒸汽，正如表1所示，温和固化在使含水甲醛与含纤维素纤维织物中含羟基基团分子之间发生催化交联，以达到高水平无皱/防皱性能及较高强度方面也是有效的。
在本发明中，采用低于212°F蒸汽的温和固化，使得固化时的含水量保持在为达到要求交联度所需含水甲醛及催化剂的水平，并含有为防止氢键增加的水分，故而保持所希望的撕裂、抗张及耐磨强度。要使蒸汽温度控制在低于212°F(100℃)的恒定水平，就要求精心地构造汽蒸设备并对蒸汽压力实施良好控制。
用于上述固化方法中任何一种的保湿添加剂能减少固化时织物中水分的散失。此类添加剂的分子中不应包含能与甲醛起反应并使织物变硬的羟基(OH)。
III.交联控制因素有3种控制交联度的方法。一种是控制甲醛量(织物重量的0.5％～20％，视要求的交联度水平而定)并有足量以上(过量)的催化剂。第2种是控制催化剂量(织物重量的0.01％～10％，视要求的交联度而定)并有足量以上的甲醛。例如，相当于织物重量的0.5％～20％的液态甲醛(37％甲醛、5％甲醇、48％水)在过量催化剂存在下施涂到织物上，从而控制要求的无皱性能水平。催化剂可以是任何酸类物质，包括路易斯酸，如氯化镁和氯化铝，甲磺酸、对甲苯磺酸、硫酸、亚硫酸、二氧化硫、盐酸等。
加热温度在最高约350°F下变化，具体视催化剂的类型而定。譬如，二氧化硫要求约265°F；氯化铝要求约320°F。
第3种是精确控制甲醛和催化剂各自的量。
归纳起来，甲醛是含纤维素纤维织物防皱整理的最佳化学试剂。它保持纤维素纤维的吸水(吸湿)性及其天然特性，这与树脂(氨基塑料)整理迥然不同，后者在纤维素纤维表面覆盖上一层氨基塑料膜，从而降低了吸水(吸湿)性。然而，目前只有蒸汽相甲醛固化已成功地应用于工业生产。最方便的方式是借助浸轧或浸渍或喷洒等方法将含水甲醛施涂到织物上，然而从未真正成为一种能够占得住脚的工业方法，原因就在于在干加热处理期间大量水分(湿气)连同甲醛一起从织物中蒸发掉了。对含水甲醛的定量控制迄今在干加热及按照先有技术的固化中尚无法实现。
再者，对纤维素纤维中含水量的控制乃是减少强度损失的关键，它是通过防止纤维素纤维中，特别是100％棉织物中氢键的增加起作用的。
本发明实现了达到定量控制的含水量精确控制，从而将含水甲醛与催化剂以及水分定量控制在防止氢键增加所需要的水平上，这是通过下列固化方法实现的(1)饱和蒸汽固化，可施加或不施加高压和/或远红外或红外和/或高频无线电波，加入或不加保湿添加剂。
(2)过热蒸汽固化，可施加或不施加远红外或红外和/或高频无线电波，加入或不加保湿添加剂。
(3)湿固化，施加或不施加远红外或红外和/或高频无线电波，加入或不加保湿添加剂。
(4)温和固化，施加或不施加远红外或红外和/或高频无线电波，加入或不加保湿添加剂。
在进行上述任何形式的固化之前，织物在诸如浸轧、浸渍、喷洒之类的水润湿处理中接受加工，以便浸渍上甲醛及催化剂，并减少纤维素纤维中的氢键，其中可实施或不实施液氨预处理，然后，进行处理以达到所要求的水分、甲醛及催化剂，最后进行固化。
3.优选实施方案描述3.1饱和蒸汽固化实例(I)将含纤维素纤维织物以液氨进行处理，以37％甲醛带有催化剂，即二氧化硫的水溶液浸轧并挤榨到100％的轧液率，从而使织物获得约0.5％～20％(以织物重量为基准)甲醛和0.01％～10％(以织物重量计)催化剂以及0.1％非离子润湿剂。固化时，织物在280°F下，在饱和蒸汽室(212°F)内进行处理，同时还辅以远红外或红外和/或高频无线电波。然后，织物进行洗涤和干燥。
甲醛及催化剂的量根据纤维素纤维种类、织物类型、要求的防皱水平等因素进行调节。固化步骤期间的温度根据所使用的催化剂类型调节。例如，使用二氧化硫时，固化在265°F～280°F进行；使用氯化铝时，固化在320°F；使用甲磺酸时，固化在230℃进行，等等。
3.2饱和蒸汽固化实例(II)将含纤维素纤维织物以液氨进行处理，以37％甲醛带有催化剂氯化镁MgCl2.6H2O组成的水溶液浸轧并挤榨到100％的轧液率，从而使织物获得约0.5％～20％甲醛和0.01％～10％催化剂以及0.1％润湿剂。
固化时，织物在330°F下，高压饱和蒸汽中进行处理，然后进行洗涤和干燥。
甲醛及催化剂的量根据纤维素纤维种类、织物类型、要求的防皱水平等因素进行调节。
3.3过热蒸汽固化实例将含纤维素纤维织物以液氨进行处理，浸渍在37％甲醛带有催化剂二氧化硫的水溶液中并挤榨到100％的轧液率，从而使织物获得约0.5％～20％甲醛和0.01％～10％催化剂。
当在280℃，也就是足以使二氧化硫催化该交联反应的温度，进行固化时，织物的水分迅速散失到37.5％相对湿度的280°F过热蒸汽气氛中。
织物水分散失的程度受固化历程的影响。假定固化时间是5分钟而含水量损失为50％，则溶液中的甲醛含量应增加到2倍于含有足够量(体积)甲醛和催化剂的原有溶液固化时不损失水分情况下的甲醛水平。
过热蒸汽固化的一大优点就在于，温度固定，便可获得固定的相对湿度，这使之能将水分损失在任何时刻都精确控制在恒定水平。固化后，将织物进行洗涤并干燥。
3.4湿固化实例将100％棉衬衫布料以液氨进行处理，以37％甲醛带有催化剂盐酸(浓)和润湿剂的水溶液进行浸轧，然后挤榨到70％的轧液率，从而使织物获得0.5％～20％甲醛和0.01％～10％催化剂及0.1％润湿剂。
将织物干燥到5％～15％含水量并成卷。用塑料片将布卷完全包裹起来以防止水分蒸发。织物在15℃～30℃固化5～30h，具体视所要求的防皱水平而定。然后，将织物进行洗涤和干燥。
此种固化时的含水量精确控制，防止了固化时氢键的增加，并基本上保持了在以水润湿和/或液氨进行预处理时获得的织物撕裂、抗张及耐磨强度。
3.5温和固化实例实施或不实施液氨处理，将100％棉衬衫布料以37％甲醛带有催化剂MgCl2.6H2O(50％)与柠檬酸(50％)以及润湿剂组成的水溶液进行浸轧，随后挤榨，使织物获得0.5％～20％甲醛、0.01％～10％催化剂及0.1润湿剂，进而干燥到4～10％含水量。织物在167°F(75℃)进行固化。最后，将织物进行洗涤和干燥。
权利要求
1.一种含纤维素纤维织物的耐久性压熨法，包括让织物与用于甲醛与纤维素之间交联反应的含水甲醛及催化剂进行接触而进行织物处理；在控制湿度的加热区内，在一定温度，或在该加热区内温度逐步升高的条件下，对处理后的织物实施热固化，其中织物的温度逐步升高，在此期间防止可能引起固化程度降低的甲醛散失，并且固化期间织物含水量也维持在足以防止纤维中氢键显著增加的高水平上。
2.权利要求1的方法，其中加热区内控制的湿度水平是借助饱和蒸汽达到的。
3.权利要求1的方法，其中加热区内控制的湿度水平是借助过热蒸汽达到的。
4.权利要求1的方法，其中加热区内控制的湿度水平是借助湿固化达到的。
5.权利要求1的方法，其中加热区内控制的湿度水平是借助温和固化达到的。
6.权利要求1的方法，其中加热区内织物温度的升高是借助选自远红外，或红外辐射，及高频无线电波的手段造成的。
7.权利要求1的方法，其中热固化步骤期间加热区温度升高到最高约350°F的范围。
8.权利要求1的方法，其中催化剂是酸类物质。
9.权利要求1的方法，其中纤维中氢键在加工开始时的最初降低量，是通过以液氨和/或水润湿进行织物预处理实现的，其中可加入或不加保湿添加剂。
10.权利要求1的方法，其中含水甲醛中的甲醛浓度以及催化剂浓度，以织物重量为基准计，分别为约0.5～20％和约0.01～10％。
11.按权利要求1的方法获得的无皱/防皱含纤维素纤维的织物。
全文摘要
一种无皱/防皱含纤维素纤维织物,其制法包括:以含水甲醛和能催化甲醛与纤维素之间交联反应的催化剂处理该含纤维素纤维织物。此种交联反应是通过令含纤维素纤维织物在饱和蒸汽存在下进行热固化实现的,其中可以也可不辅以高压和/或红外,或远红外辐射和/或高频(诱导)无线电波。在此种条件下,甲醛与纤维素在催化剂存在下起反应,其中在所述反应之前不发生甲醛的大量散失,从而改善了织物的无皱或防皱性能且不显著损失强度。这是通过固化期间将湿度水平维持在高到足以防止氢键增加到有害程度而实现的,这可经过液氨处理和/或水润湿等先有技术减少氢键。对固化期间含湿及甲醛的精确控制也可通过过热蒸汽固化、湿固化来实现,其中含水量在固化处理的全过程均控制在相同的水平,或者通过低于212°F(100℃)的蒸汽温和固化来实现。
文档编号D06M10/08GK1276841SQ98810241
公开日2000年12月13日 申请日期1998年8月21日 优先权日1997年8月22日
发明者冈本洋治 申请人:冈本洋治