廖苡君 / 工研院材化所
本文探討高機能紡織品後整理中柔軟與吸濕排汗助劑之發展現況，以及生質複合機能助劑之設計與應用。隨著紡織品應用擴展至運動、戶外及交通運輸領域，市場對舒適性、耐久性與多機能整合需求日益提高，另一方面，在ZDHC、bluesign®、REACH及ESPR等化學品管理與永續政策推動下，紡織特化品亦逐漸朝環境友善、耐久性與安全方向發展。現有柔軟與吸濕排汗整理材料雖已具有成熟應用技術，然而，傳統材料在親水性、耐洗性與柔軟手感間仍存在性能取捨，且可再生原料使用比例仍有提升空間。本文進一步以生質酸與多元醇等可再生原料建立聚酯骨架，並透過主鏈與鏈長設計、側鏈功能接枝及支化或梳狀空間結構調控，使柔軟、吸濕及耐洗所需機能鏈段整合於單一聚合物中。材料性能以ASTM D1388、Kawabata THV、AATCC 79、AATCC61及ASTMD6866等方法驗證，評估柔軟手感、吸水性、耐洗性與生物基含量。結果顯示，材料生物基含量提高至86%的同時，仍具單一材料多機能整合潛力。未來紡織機能助劑將朝向高生質含量、多機能整合及低碳製程發展，以提升高值化機能紡織品之產業競爭力。
【內容精選】
1. 生質複合機能助劑之分子設計
生質複合機能助劑並非僅以生質原料取代傳統石化材料，而是利用可再生來源單體建立聚合物架構，再從主鏈與鏈長、側鏈功能化及空間結構進行不同層次調控。以柔軟與吸濕機能為例，柔軟整理通常利用長鏈疏水結構降低纖維間摩擦，以改善織物的滑順度與柔軟性，但過度疏水化容易抑制水分傳遞；相反地，提高親水官能基比例雖可改善吸濕排汗能力，卻可能使織物失去原有的柔軟與蓬鬆手感。因此，材料設計的關鍵並非增加單一官能基，而是調整不同鏈段組成與排列，使親水與柔性鏈段各自發揮作用。
（1） 主鏈與鏈長設計
聚合物主鏈的化學組成、分子量及鏈段長度會影響材料的柔順性、成膜性及與纖維表面作用，進而影響手感整理效果，近年可利用衣康酸、丁二酸、乳酸等生質酸單體，搭配1,3-丙二醇、甘油等生質多元醇，建立部分或高度生物基之聚酯骨架。其中，多羧基生質酸單體具有較多反應位點，可進一步進行聚合、酯化及衍生反應，作為後續導入機能鏈段的基礎。
圖六 結構與空間排列之差異示意
除主鏈化學組成外，鏈段長度亦可作為調控性能的重要參數如圖六所示，在官能基相近的情況下，碳鏈長度會改變極性與非極性鏈段的相對比例，以及鏈段間的作用與排列。較長的柔性碳鏈可增加非極性鏈段的比例，有利於增加疏水鏈間作用力及纖維表面潤滑效果。相對而言，較短鏈段則可保留較高極性基團相對比例，有利於水分作用及纖維表面之氫鍵與吸附作用。因此，主鏈與鏈長的選擇可作為調整聚合物骨架柔順性、親疏水特性及側鏈反應位點的第一層結構設計。
（2） 側鏈功能接枝
主鏈提供聚合物基本架構後，可利用其反應位點導入不同功能側鏈，透過官能化反應導入聚醚、羥基、磺酸基或羧酸基等，可提升親水性與吸濕排汗能力，或可導入脂肪酸、脂肪胺衍生物或其他柔性碳鏈，可改善纖維柔軟性與潤滑性。
側鏈設計除了官能基種類，也需考量側鏈鏈長、導入比例及分布位置，使親水鏈段、柔性鏈段與纖維作用基團在同一主鏈中具有適當配置，進而可使吸濕、柔軟及纖維附著等功能整合於單一聚合物中，降低傳統須分別添加柔軟劑或其他整理劑的需求 ---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。
★本文節錄自《工業材料雜誌》478期，更多資料請見下方附檔。