莱赛尔、棉、粘胶的丝光或“苛化”

文摘   2024-12-14 17:32   浙江  
      1844年,麦塞Mercer发现利用烧碱溶液处理棉织物能改善其性能。到1890年得到进一步发展后,逐渐成为棉纺织品染整的一个重要工序,被称为麦赛处理Mercerizing,英文中丝光的对应词就是Mercerizing。

   麦塞处理有两种模式,一种是有张力下的碱处理,会使棉织物获得良好的光泽,如丝绸般,因此这个被称为丝光;另一个的无张力下的碱处理,有捻纱棉织物变得紧密并富有弹性,这个被称为碱缩,详情请见《盐缩与碱缩辨析》。

   棉纤维在有张力的碱溶胀处理,由腰子形变为圆形,光泽增强,赋予织物丝绸般的外观,这是当初人们给这个工序命名为丝光的重要原因。

    对棉来说,这个命名很形象,抓住了这个工序对棉织物品质改善的显著特征,但掩盖和弱化了麦赛处理对棉织物其他性能改善的重要作用,以至于后续莱赛尔染整领域,人们产生了对莱赛尔没有必要做丝光工序的误解,皆源自这个丝光中文名的误导。就比如有人会问:莱赛尔纤维已经是圆形截面了,为什么还要去做丝光,还有必要增加它的光泽吗?

   这种误解来自对丝光的作用的望文生义式的理解。丝光这个词也历经了非常复杂的含义演变,乃至到今日它们在有些场景下使用已经远远偏离了它的本意,我有时甚至觉得,“丝光”这个词的翻译实在是个错误,用更为中性的“麦塞处理”来表述应该是更为准确。要澄清这些误解,需要更深入的去理解丝光的本质以及它能给棉和莱赛尔织物带来什么品质上提升与改变。
     通常把涤纶锦纶这类化纤叫热塑性纤维,是因为在热作用下,这类纤维大分子运动加剧,分子链发生重排,晶区发生溶融和重结晶,内应力消除,大分子在新的位置建立稳定相互作用和联结,即在热作用下发生了超分子结构层面的重塑,热定型是热塑性纤维织物最重要的染整工序。而棉麻这类纤维素纤维不具备热塑性,它们要发生上述类似的超分子结构层面的重塑,要在其“溶胀-溶解”态下,比如液碱或液氨丝光条件下,纤维素大分子链发生重排,半晶区发生溶解,转变为无定形区,内应力消除,大分子在新的位置建立稳定相互作用和联结,如果这时外界施加张力其取向度也会随之增加,即在“溶胀-溶解”作用下发生了超分子结构层面的重塑,这才是纤维素纤维丝光的本质,这类纤维可被称为溶塑性纤维,麦塞处理是溶塑纤维织物最重要染整工序,它的作用不仅仅是改善织物光泽,随着它的分子链的重排,超分子结构重塑,还会给它带来非常多的改善织物具体应用性能的功效。  
对于棉织物来说,它还可以提升以下性能:

1,染深性增加:纤维内部的孔隙经丝光后增大,半晶区被溶解,转变成无定形区,无定形区占比增大,

2,反应活性增加:原先在水中不可及的羟基,经丝光后变得可及,与染料、纤维素酶等药剂的反应活性提高。这个主要是纤维内部的孔隙经丝光后增大导致。

3,尺寸稳定性增加:内应力消除,大分子在新的位置建立稳定相互作用和联结,全棉梭织布纬向门幅控制,丝光落布门幅是关键控制点。

4,消除布面褶皱:在有张力下将褶皱拉平,通过强碱的溶胀-溶解作用重塑纤维超分子结构,令纤维素大分子在平整状态下再次建立稳定的相互作用和联结,而达到去除褶皱的目的。

5,布面变得更平整:通过消除内应力的方式消除纺丝残留扭矩,使纱线在布面上更帖服,不发生布面扭结扭转拱起。

6,缓解或消除配棉差的棉布面染后死棉白点。

 而对于莱赛尔织物来说,业内对它的丝光存在一些争议,主要集中在两个层面,一个是能不能的问题,另一个是要不要的问题。
在“能不能丝光”这个问题上,反对者主要有两点顾虑,一个是莱赛尔的耐碱性是否能耐受丝光工序,即丝光后强力是否有显著下降,另一个是丝光后,莱赛尔的原纤化是否会立即发生原纤化或令其原纤化变得更剧烈?
   关于丝光强降的顾虑,再生纤维素的碱耐受性和其聚合度密切相关,普通粘胶因聚合度只有250-300,其耐碱性就不够优良,无法耐受烧碱丝光工艺,只有聚合度超过450的再生纤维素如莫代尔才对丝光工艺有一定的耐受性,而莱赛尔的聚合度一般在500-600,可以耐受一定强度的丝光工艺。

我们 做了40s纯莱梭织布的经向拉伸强力在不同烧碱浓度下的强力保留率曲线,如下:

(ps:纬向的拉伸强力保留率低于经向,这个我们将另文讨论,因此对于超过180g/L的烧碱丝光,有拉伸强度要求的,最好先试匹样看纬向强力是否满足订单要求)
同时,根据朱华等人对莱赛尔在烧碱下溶胀数据表明,莱赛尔的最佳丝光浓度在110-120g/L左右,在这个浓度下,莱赛尔的强力下降其实非常,接近不变化。


萧绍地区缸染厂普遍采取80-120g/L的烧碱丝光,从跟踪的实测数据来看,并未发生大的强力下降,而且莱赛尔本身的强力非常高,是同规格棉布的1.5-2倍,因此,即使强力发生一些小幅下降,也不会影响最终的成品品质。对于一些一定要做200g/L以上烧碱丝光同时对强度要求又非常高容不得一点强度下降的订单,可以考虑将普通型莱赛尔更换为赛得利交联型莱赛尔CL,CL有比普通型莱赛尔更好的耐碱性,丝光强降会更小。另外,也要考虑更保守丝光前的漂白强度甚至不做漂白,以防止漂白导致的潜在损伤在碱丝光中强降。详见《答杨总:染整工艺中的纤维强力变化问题(五)——纤维素的选择性氧化和非选择性氧化》。
另外,有些染厂的工程师在生产实践中遇到个情况,会令他们也对纯莱织物丝光产生顾虑,就是纯莱织物雅碱后,呈半透明状态,与棉布不太一样,看起来像果冻状,令他们很担心会随时断布。

这种半透明其实是莱赛尔织通过钠的水合作用吸收了大量的水导致的,对于不均匀体的织物材料,其内部投射投射比可由反射系数R,散射分fsc和吸收分数fab的代数和求得:

这其中的反射系数R,可以通过浸润与其折光率一致的液体来消除,比如棉,它的折光率1.53,空气的折射率1,水的折光率1.33,水的折光率和棉更接近,因而获得上述公式中更小的R值,同时,水对织物浸润导致其毛羽帖服,结构均匀性增加,而色散fsc大幅减少,因而透射比值更高,就更透明。如果将水换成液碱,其透明还会进一步上升,原因可能在于液碱的钠水合作用令纤维素纤维发生比单纯的水更大的溶胀(单纯的水莱赛尔横向溶胀率40%,而120g/L烧碱作用下莱赛尔的直径增大率接近200%),即纤维内部有更多水,从而导致其折光率更接近纤维材质,增加了透明度。这个其实是不用怕的。我们也做了接近大生产时常用丝光浓度下的40s纯莱湿强力,发现确实在碱溶胀下,湿态下的纯莱织物有较大的强力下降率,但仍然有超过300N的强力,因此只要丝光机张力不要过大,织物丝光过机是没有问题的。

生产实践中,有些厂的在做稀薄纯莱织物丝光时,也有断布的情况发生,主要原因是丝光机经向张力过大、纬斜导致张力不均以及布边锁边不良导致的,降低丝光机经向张力,或者干脆把前面的那两组绷布筒跳穿,以及注意机台辊正常运转,织造锁边ok后均可以解决。详见

关于丝光会导致立即发生原纤化或令其原纤化变得更剧烈的顾虑,我们在生产实践中并未观测到这种现象,而是相反,丝光后,其织物层面的抗原纤化效果反而变好(原纤化指数越高,原纤化越严重)。这种变好如果不考虑纤维层面的原因,应该是丝光令织物的端圈毛羽变少,以及纱线和组织紧度增加导致的。
而在生产实践中,萧绍地区的某些染厂也敏锐的注意到了,没做丝光的纯莱布,深色发客人成衣洗后很容易有折白痕,洗后布面也更容易起毛,而做过丝光的纯莱深色布不容易出现洗后折百痕,洗后布面毛羽也较前者要少。甚至还有工程师抱怨,丝光后的纯莱织物不如未丝光纯莱织物“好开纤”。
  在纤维层面,我们也为观察到经丝光后其原纤化性能发生显著变化的现象。有人认为在丝光的大溶胀下,莱赛尔的皮层会破裂,导致它即使出现原纤化,我们对比了多家染厂丝光前后的布样,通过显微镜观察,均没有发现丝光后的莱赛尔发生原纤化的情况。至于皮层的捆扎保护作用,其实可以忽略不计(其实我们也没有看到皮层的破裂),因为莱赛尔的皮层很薄,在绳状染整场景,因有剪切作用,皮层很快就会破裂,即使在家庭洗涤这样温和的绳状剪切场景,它也很快就会破裂,而失去对原纤的困扎作用,因此它的保留与否对莱赛尔抗原纤化性能基本没有影响。
而在唐人杰老师的著作中,引用了Courtaulds公司的实验结果,也验证了我们上述的观点。

因此,在莱赛尔”能不能丝光”这个问题上,我们的回答是:能。
而在“要不要丝光“这个问题上,则主要要看,莱赛尔丝光后品质的改善点是否契合该织物的实际品质需求。
比如,梭织纯莱缸染,则基本是要做丝光,因为做了丝光,可以降低莱赛尔入水硬度,从而大大降低了擦伤发生概率。纤维素纤维织物入水变硬是由于其纤维入水以后横向产生大溶胀,导致纱线变粗,织物紧度变大而变硬。而入水变硬程度降低主要原因是丝光后的内塌缩效应(详见《为何丝光对纤维素织物的起毛起球有改善作用———兼论溶塑性纤维有捻纱在高溶胀下内塌缩机理》)使组织组织缝隙变大,入水紧度下降,降低了在水中发生褶皱和擦伤的概率和程度。

同时,有捻纱织物活络度变好,悬垂性增加:强碱大溶胀导致有捻纱线发生内塌缩,纱线变得更紧实更细,使得织物间留有缝隙,这些缝隙成为纱线的自由活动空间,使织物变得更活络,悬垂感更好。而且这些纱线弯曲的内应力处于消除状态,而不是紧绷状态,也会令活络感有所提升。
以上两点,在萧绍地区的纯莱梭织缸染厂已经反复验证,主流的纯莱缸染厂均会做丝光。
对于纯莱平幅长车染色,目前做丝光和不做丝光均有,做丝光的认为,丝光让布面毛羽更干净,减少长车染色时的刷毛白点,但不做丝光的认为不做丝光他们也有其它方法控制好刷毛白点的发生,这就属于见仁见智了。
因此,“要不要做丝光”则主要是要看丝光改善点是否契合后道工序或成品品质的要求。丝光对莱赛尔织物的品质改善,除了棉布的那6条,和前述的三条条防擦伤、手感变或活络、洗后平整度提升。

以及它还有一些其它的品质上变化,详见由赛得利莱赛尔研发部编写的《l莱赛尔面料应用问题问答手册》。
而粘胶由于其聚合度较低,只有300左右,耐碱性很差,导致它不能丝光。高碱处理粘胶会让粘胶强力下降厉害并且手感变很硬(关于不同纤维素在不同烧碱浓度下丝光中的手感变化问题,我们将另文再述)。

但合适烧碱处理依然会对粘胶的性能尤其是它的染深性能有很大的提升,萧绍地区有人把这种碱处理称之为“苛化”。苛化这个词最初是一个化工词汇,是指用碳酸钠和石灰发生苛化反应制备烧碱(苛性钠)和碳酸钙(又称苛化泥)的过程。

    这个词最早在纺织文献上看到是1993年扬州印染厂丁海龙先生发表在《印染》第十九卷第十一期,按照丁海龙先生的定义,苛化是指液碱将部分粘胶分子溶解于碱液中,使致密的粘胶皮层被破坏,提升了粘胶的上染率和得色率。按照丁海龙先生的这个理论,我们应该能观测到苛化以后的粘胶失重。

    后面2000年左右的文献,就只强调液碱对粘胶皮层的破坏而提升了得色率,不再提液碱对粘胶的局部溶解。后面一段时间,有部分工厂把对再生纤维素织物的碱处理都叫苛化,其内涵基本是对纤维的皮层进行一定程度的破坏提升其染深性。

   到了2010年代,莱赛尔织物染整的增多,苛化这个概念被用到莱赛尔织物的染整上。这个时候苛化的内涵又发生了 变化,由于莱赛尔没有致密的皮层,这个时候的文献中基本是在说液碱溶胀纤维使染料更容易进入纤维,就基本接近传统意义上丝光内涵了。

    时至今日,苛化概念偶有使用,但已经很少有人能精准讲出它的具体内涵了。萧绍地区有些使用者会一再强调,我这是苛化,不是丝光,在萧绍地区的印染文化语境里,苛化更多的是一种“蚀刻”,将纤维表面刻蚀而令织物获得更好的上色性能,这一点上,他们和丁海龙先生的“部分溶解说”一脉相承。而丝光在萧绍地区的印染文化中,则没有“蚀刻”的含义。 这个就是“苛化”在染整领域的词义演变以及在萧绍地区印染文化语境的大概内涵。

萧绍印染语境中关于苛化的”刻蚀“作用以及丁海龙先生的”部分溶解说“存在几个问题,让我认为这种说法是不太准确的,第一这个理论解释不了大聚合度且也厚皮层莫代尔的丝光机理,它被刻蚀要比粘胶要难,第二解释不了没有厚皮层的莱赛尔织物经碱处理后性能变化,第三刻蚀和溶解都应该能观测到织物的皮层失重,目前并没有看到相关实验能够显示这一点。

   因此,我们的观点是,所谓苛化对染深性的提升,不是刻蚀和部分溶解皮层,仍然是孔隙的被溶胀,致密的皮层或没有致密皮层的纤维,都是在大溶胀的可塑态下,重塑超分子结构并发生了令孔隙变大的溶胀,让染料大分子更容易进入纤维内部,而提升了上染性能。这样的话,苛化和丝光,在理论上就完全统一了,具备同构性和一致性。

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