纤维素结构|衣服为什么动不动就皱巴巴？那得怪不靠谱的它甲醛|生活|生活常

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撰文 | Mirror

没有麻麻在身边的日子，你的衣柜里是不是也是这番“妈见打”的景象？

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随意堆放的结果就是，一件件衣服皱得堪比被你扔进垃圾桶的废纸。

想偷懒，用手捋一捋，拽一拽，褶子却毫不给面子地纹丝不动，必须得上熨斗才能驯服。

衣服为什么这么容易变皱？

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而且，相比涤纶（聚酯纤维）、锦纶（尼龙，聚酰胺纤维）等合成纤维类衣物，以及羊毛、蚕丝质衣物，棉麻类的衣物更容易起皱。

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棉和麻分别来自棉属植物（左）种子的茸毛和亚麻（右）的茎杆 | 图源：Wikipedia
合成纤维大多是石油化工原料聚合而成；羊毛、蚕丝的主要成分是蛋白质；而棉麻的主要成分是植物的纤维素。

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纤维素分子结构（局部） | 图源：Wikipedia
每个纤维素分子都是由成百上千个葡萄糖单元手拉手连接而成的长链高分子聚合物。纤维素中的葡萄糖单元喜欢结交周围的朋友，和其他葡萄糖单元形成氢键。

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每个长长的纤维素分子都包含结晶区（crystalline region）和非结晶区（amorphous region）。虽然纤维素的结晶区排列紧密，限制了它们的活动自由，但纤维素之间的非结晶区结合松散，氢键很容易断裂。

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纤维素微观结构示意图 | 图源：Chengjun ZhouQinglin Wu (2012)
氢键是由氢原子和电负性大的原子（如氧、氮、氟）之间形成的一种次级键，它的作用力比分子间的范德华力强些，但远不及分子内化学键（如共价键）牢靠。

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水分子之间的氢键 | 图源：Min Lamb
压力、温度等外界因素稍微“胁迫”下，友谊的小船说翻就翻，脆弱的氢键说断就断，然后纤维素分子又跑去“勾搭”别的小伙伴。

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如果只是短时间弄皱还来得及，拉一拉还是能回头的好纤维素，但要是在衣柜里压久了，纤维素就有充分的时间和它周围的伙伴形成更多氢键，结构稳定下来后，就没法轻易回复到原来的样子了。

而洗衣服的时候，除了机械力会扭曲衣服，水分子也会蹿到纤维素之间，打乱它们原本的秩序，让纤维素发生更大幅度的滑动，形成新的氢键。
尤其是吸水性强的天然织物，如果不抖平整了再晾，衣服干了以后绝对会更“靓” ， “靓”到穿出门回头率百分百。

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湿掉的纸干了以后变皱，也是水分子和氢键在“乱点鸳鸯谱” 。

衣服已经皱成这样，就只有靠电熨斗来搞定了。电熨斗释放的热蒸汽会打破褶皱处纤维素的氢键，同时施加压力迫使分子们各归其位，恢复阵型，再重连氢键。

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一时找不到熨斗的，也可以试试重洗一遍衣服，然后理顺了再晾。

对于懒癌晚期来说，实在是连熨衣服的功夫都不想费，建议选择合成纤维类或者合成纤维与天然纤维混纺的衣物，但同时也得舍弃纯棉麻衣物的舒爽透气。分页标题

更彻底的偷懒方式是直接把褶皱扼杀在摇篮中。
一种传统的防皱方法是用淀粉给衣物“上浆” ，然后就可以下锅炸了，支链淀粉分子中有很多分支，可以和纤维素分子形成氢键，束缚住纤维素。

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图源：《工作细胞》
但淀粉是可溶的，水洗一次抗皱效果就消失了。

想持久抗皱，还是得来点狠的——把纤维素分子间的氢键替换成牢靠的共价键。

20世纪早期，人们就开始用尿素和甲醛来处理棉织物，让它们进入纤维素间的空隙，与纤维素反应形成牢靠的共价键， “拴住”纤维素，这个反应过程叫做“交联” ，起交联作用的化学物质就叫做交联剂或防皱整理剂。
尿素，没错，就是尿液里的代谢废物，也是滋养植物的氮肥；甲醛，浸泡动物标本经常使用的福尔马林就是浓度37%左右的甲醛水溶液，它具有固定（交联）大分子（如蛋白质）和防腐杀菌的作用，气味刺鼻、“闻”者落泪；大家更熟悉的是它致癌物的身份，家里装修后都得等它散掉才能入住。

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用来浸泡动物标本的福尔马林是甲醛水溶液
可想而知，这样处理过的衣物会有多难闻，而且刺激皮肤、威胁健康、容易发黄、损伤布料。
20世纪50年代，被誉为 “棉花女王”的美国化学家和发明家露丝·罗根·贝内里托（Ruth Rogan Benerito）在美国农业部（USDA）实验室工作时发明了一种抗皱技术：用顺丁烯二酸（马来酸）处理棉织物，当温度达到160℃以上时，这种酸在次磷酸钠催化下与纤维素发生交联，达到抗皱效果。

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露丝·罗根·贝内里托拥有55项发明专利 | 图源：Wikipedia
在抗皱性能更佳的合成纤维兴起的年代，贝内里托的防皱处理技术被认为是拯救了棉花产业。

到了20世纪六七十年代，一种新型防皱整理剂——DMDHEU（二羟甲基二羟基乙烯脲树脂，简称2D树脂）被开发了出来。因为价格低廉，效果又好，自然受到了纺织业的青睐。

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DMDHEU（红）交联纤维素分子（蓝）| 图源：cen
但DMDHEU的合成同样离不开尿素和甲醛，用它处理过的衣物仍会释放游离甲醛，同时也会伤布料。天然织物这么处理后，质地会变得更像合成纤维。

后来，人们对使用DMDHEU的防皱处理技术进行了一些改良，例如在交联时使用二氧化钛催化剂，可以减少甲醛的生成，也能让织物的色泽和耐磨度损失小一些。另外，将DMDHEU进行醚化处理也能起到降低甲醛释放量的作用。

直到今天， DMDHEU仍是最常用的防皱整理剂之一。
纺织业也在研发无甲醛防皱整理剂，比如BTCA（1,2,3,4-丁烷四羧酸），它不仅能使棉织物获得很好的抗皱效果，结合催化剂，对衣物耐磨度等各方面的损伤也较小。

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BTCA的分子结构，它通过酯化反应与纤维素结合 | 图源：pubchem
但问题是， BTCA贵呀，它的成本是DMDHEU的10倍，而且它需要的催化剂——次磷酸钠是含磷化合物，会导致水体富营养化，反应过程中也容易生成有毒的膦类化合物。
柠檬酸、壳聚糖等天然防皱整理剂倒是无毒无害，也不贵，可抗皱效果并不是很理想。

所以在衣物抗皱方面，暂时是鱼与熊掌不可兼得，还是先跟麻麻学学怎么叠衣服和熨衣服吧╮(╯▽╰)╭ 。

麻麻：你的衣服怎么能皱成这样？
我：麻麻你听我解释，这得怪氢键。
无标注图片来源网络。
参考资料储存于石墨：
【纤维素结构|衣服为什么动不动就皱巴巴？那得怪不靠谱的它】https://shimo.im/docs/dJqHD39VrjkKd39H/
来源：把科学带回家
编辑：小林绿子