紡織漿料應用現狀及相關問題
漿紗是織造工程的關鍵工序,漿紗的目的主要是提高紗線的耐磨性,減少毛羽,適當增加紗線的強力,減少伸度,以承受紗在織造過程中復雜的機械作用能力,提高紗線的可織性能。半個多世紀以來國內外紡織和化工專家通力合用,采用多種方法(如對化纖紗線采用熱處理、采用特殊的化學劑或潤滑劑,對紗線表面進行潤滑處理等)期望革除上漿工序以期解決由于上漿而耗費大量資源,以及印染退漿污水對環境的污染,以達到節約能源降低生產成本和清潔生產的目的。但由于不同紗線,織物規格,溫濕度條件以及織機的類型,速度等問題,迄今為止還未能實現用更實用的方法來替代傳統的上漿方法。相反由于新型纖維的研制開發應用,高速智能化無梭織機近幾年來以萬臺以上速度遞增,機織物細支高密高緊度,寬幅化進一步提高,我國對環境保護重視程度越來越高,清潔化生產、可持續發展的理念不斷深化以及貫徹各項政策力度的加強,對漿料提出了更加苛刻的要求。由此可見,漿料不僅是確保產品質量,提高織造效率降低生產成本的重要環節,而且也是有效的開發新的織物品種,充分發揮織造先進設備的又一重要環節,因此開發新的漿料,適應紡織產品的發展。在織物品種漿料設備確定后合理選擇漿料就是關鍵問題。
1紡織漿料應用現狀
紡織漿料有淀粉、聚乙烯醇(PVA)和丙烯酸類漿料三大類。現在國內外主要使用的仍然是這三大類漿料。我國現有織機約100萬臺左右,其中無梭織機約占30%。據有關資料報導,2006年產布437.97億米,按產布量估算,年消耗漿料在30萬噸以上。其中淀粉類(包括變性淀粉)約占70%以上,PVA用量不到20%,丙烯酸類及其他漿料約在10%左右?,F就漿料應用情況作一些介紹,并就漿料應用中的幾個問題講點個人看法,供大家參考。
1.1淀粉類漿料
淀粉用于經紗上漿歷史悠久,這是因為淀粉是一種再生植物,資源豐富來源廣,價格低廉,對親水性
1.1.1轉化淀粉
轉化淀粉(酸化和氧化)可根據紡織產品上漿和漿紗設備的要求,較為方便的生產出不同粘度的系列產品,該產品由于具有高濃低粘的特點漿膜強力不因粘度變化而下降(如表1)漿液流動性好,粘度較為穩定等優點。且制造方便,生產成本低經過多年生產應用已作為一般純棉織物的主漿料,在滌綸混紡織物上漿也可部分替代PVA。轉化淀粉是所有變性淀粉中用量最多的變性淀粉,已成為變性淀粉中的主體。
表1酸解淀粉粘度與漿膜強力的關系
淀粉流度 |
特性粘度 |
抗張強力 |
伸長率 |
原淀粉 |
34 |
4.67 |
3.2 |
15 |
15.1 |
4.47 |
2.7 |
34 |
8.5 |
4.45 |
2.6 |
50 |
6.0 |
4.95 |
2.7 |
71 |
3.6 |
4.57 |
2.9 |
89 |
3 |
4.58 |
2.2 |
注:從表1可知,酸解淀粉粘度大范圍內漿膜的抗張強度與原淀粉相當,但伸長率有所下降。
1.1.2淀粉衍生物
由于保護環境,清潔生產替代不潔漿料(PVA)的要求,近年來,淀粉衍生物的研制使用有了較快的發展,其中以淀粉醋酸酯,淀粉磷酸酯和醚化型羧甲基淀粉(CMS)、和陽離子淀粉受到漿紗工作者更多的關注。
(1)淀粉醋酸酯是在淀粉大分子中引入疏水性醋酸根()基團,提高了對疏水性纖維的粘著性能(表2、3),對纖維素纖維也有較好的粘附性,其漿膜的撫彎性耐磨性比原淀粉都有一定程度的提高,且有很好的抗老化性能,因此在低溫狀態下不易凝凍,用于滌棉織物上漿可替代較多的PVA也可用于低溫條件下上漿,如色織、毛紗、玻璃纖維等織物的上漿
表2淀粉醋酸酯與原淀粉粘著力的比較
名稱 |
原淀粉/N |
淀粉醋酸酯/N |
純棉 |
10.19 |
12.94 |
滌綿 |
46.13 |
93.88 |
表3漿紗性能比較
性能 |
原紗 |
原淀粉漿紗 |
淀粉醋酸酯漿紗(中粘度) |
淀粉醋酸酯漿紗(低粘度) |
退漿率/% |
|
8.03 |
11.69 |
10.85 |
耐磨/次 |
18.4 |
39.4 |
41.2 |
59.5 |
斷裂強度/N |
2.56 |
2.61 |
2.74 |
2.79 |
斷裂伸長率/% |
8.86 |
5.62 |
5.67 |
5.10 |
>3 mm毛羽/根·(10M)-1 |
24 |
18 |
11 |
9 |
決定淀粉衍生物性能有一個很重要的指標,即其取代度(DS)。取代度是指淀粉分子中葡萄糖殘基中羥基中(OH)被取代基團取代的平均數,如取代度為0.02表示每100個葡萄糖單位有二個羥基被取代。紡織用淀粉醋酸酯一般屬于低取代度,DS在0.01—0.2之間。紡織用淀粉醋酸酯的研發雖較早,但對于經紗上漿用的取代度,缺乏系統的研究和生產實踐的驗證,現在市場上銷售的淀粉醋酸酯由于價格因素一般取代度都很低,在0.05左右,甚至更低至0.05以下,因此難以顯示其漿紗的效果。
(2)淀粉磷酸酯是淀粉中的羥基與磷酸鹽生成的酯化淀粉。由于磷酸(H3PO4)為三價酸具有多官能特性,能與淀粉分子中的三個羥基起反應生成單酯、雙酯和三酯,用于經紗上漿主要是單淀粉磷酸酯其結構式為:
淀粉磷酸酯具有較好的分散性能和乳化性,抗老化性能、穩定性好,低溫下不會凝凍,它與PVA具有很好的混溶性。由于淀粉磷酸酯是親水性的無機酸酯,所以對纖維素纖維(天然纖維)具有較好的粘附性,可作為棉、麻、粘膠上漿的主體漿料,但對疏水性纖維的粘附性沒有淀粉醋酸酯好。
淀粉磷酸酯的取代度,對它的性能有較大的影響,取代度在0.05~0.25之間,漿液所制成的漿膜透明易彎曲,較強韌,具有易再水性有利于回漿利用,易于退漿。現在淀粉磷酸醋的耗用量僅次于酸解淀粉和氧化淀粉,但應該指出現紡織上漿所應用的淀粉磷酸酯,由于價格等因素,取代度很低,據有關測試資料表明其取代度僅為0.003~0.005并含有較多的磷酸鹽(干法生產)漿膜發脆、落物增多,在使用中要引起注意。
(3)陽離子淀粉是由淀粉和陽離子化學劑(醚化劑如季胺、季磷或叔胺)反應而成,已于上世紀五十年代中期開始工業化生產。廣泛用于造紙工業是一種很好的添加劑,它能
名稱 |
棉 |
滌/棉 |
||
強力/N |
CV/% |
強力/N |
CV/% |
|
陽離子淀粉(DS=0.03) |
80.46 |
8.55 |
108.6 |
12.74 |
玉米原淀粉 |
56.35 |
9.83 |
95.98 |
12.64 |
酸解淀粉 |
55.37 |
8.61 |
106.27 |
11.43 |
淀粉醋酸酯 |
66.57 |
9.22 |
97.04 |
12.44 |
淀粉磷酸醋 |
60.52 |
11.24 |
103.35 |
8.75 |
接技淀粉 |
63.56 |
8.64 |
100.41 |
12.48 |
表5陽離子淀粉的抗靜電性能
測試指標和品種 |
電荷面密度/µ |
電荷半衰期/S |
陽離子淀粉(DS=0.003) |
0.134 |
1.2 |
玉米淀粉 |
0.148 |
1.8 |
玉米淀粉+抗靜電劑 |
0.128 |
0.8 |
表6陽離子淀粉取代度對性能的關系
取代度/DS |
粘著力/cN |
耐磨次數/次 |
再生毛羽數/個·(10cm)-1 |
0 |
|
22 |
7.8 |
0.0341 |
52.90 |
32 |
5.1 |
0.0830 |
55.85 |
28 |
5.4 |
0.1200 |
61.62 |
32.5 |
5.1 |
0.1660 |
53.180(DS=0.1610) |
28.0 |
5.0 |
1.1.3接技淀粉
接技淀粉是上世紀90年代中期發展起來的第三代變性淀粉,它是在淀粉大分子鍵中引入有一定聚合度的高分子聚合物(一般由二個以上單體的聚合物),因此它是有天然淀粉和化學漿料二者相結合的有良好性能的變性淀粉。它的特點是:其一,由于接枝支鏈導致分子間堆積松散故改變了漿膜的柔順性;其二,對淀粉分子間氫鍵間重新締合具有較強的抑制作用能大幅降低凝凍現象;其三,支鏈可以多種烯類同時接枝共聚具有較強的粘著性。但多年來在實際生產使用中存在吸濕性過大,粘著性能不夠理想等問題而未得到廣泛應用。近幾年來努力于研究接技淀粉的高校及研究單位,對其性能上已有突破,相信今后會有較大的發展前途。
1.1.4淀粉改性
淀粉改性劑是二十世紀八十年代中期到九十年代初逐步發展起來的,它是由淀粉酶或氧化劑和填
1.2聚乙烯醇(PVA)
PVA具有優良的上漿性能,對纖維素纖維和疏水性纖維都有很好的粘著性能(如1799、1788)與淀粉漿料相比,PVA具有更好的成膜性,漿膜強伸度高(漿膜強力4.9g/,伸度在200%左右)耐疲勞性能好(屈曲次數>10000,淀粉是400左右)耐磨性也很好。
PVA主要以聚合度(DP)和醇解度(DH)兩個質量指標來衡量它的上漿性能,由于歷史的原因和種種因素長期以來我國經紗上漿用的PVA為纖維級的1799(DP=1700DH=99.6moL/%)為完全醇解型,由于它的聚合度醇解度高,導致水溶性差一般要在95℃以上高速攪拌(760~1400R/M)2.5小時以上才能完全溶解,其次易于結皮,在上漿過程中易于造成漿斑,且因漿膜強度過高造成干分絞時分紗困難,再生毛羽多,倒斷頭、并絞頭增加。隨著細支高密織物、高比例滌/棉及純滌產品的開拓與發展,以1799為主體的漿料配方,上述矛盾更為突出。為此在沒有適當聚合度PVA的條件下,采用低聚合度PVA(DP=500、DH=88moL/%)(如205MB、0588、KT-15、BP05A等)一般以30%等量替代1799PVA以降低漿液粘度和漿膜強度,從而提高了高支高密、中粗支高緊度織物的漿紗質量和織造效率。根據試驗資料表明,經紗上漿用PVA以其綜合性能考慮選用聚合度和醇解度(DP=1000~1100
1.3丙烯酸類漿料
丙烯酸類漿料是丙烯酸類單體的均聚物、共聚物或共混物的總稱。丙烯酸類漿料與淀粉、PVA漿料相比最大的特點是對各類纖維都具有優良的粘附性能,且水溶性好,易于退漿,易于生物降解。但其最大的弱點是漿膜吸濕性高,再粘
表7丙烯酸類漿料與PVA粘著力比較單位:cN/c㎡
漿料名稱 |
滌綸薄膜/滌綸織物 |
滌綸薄膜/棉織物 |
部分醇解PVA |
4~6 |
4~6 |
丙烯酸共聚物A |
350~460 |
60~125 |
丙烯酸共聚物B |
300~420 |
50~125 |
聚丙烯酸乙酯皂化物 |
930~1200 |
150~300 |
聚丙烯酸類漿料是以丙烯酸類單體在引發劑的作用下,通過加成聚合反應合成的大分子鏈,完全由碳原子組成的均聚物或共聚物。在我國用于紡織漿料雖然有30多年的歷史,但還是在二十世紀九十年代中期得到了迅速的發展。由于丙烯酸類漿料對多種纖維具有優良的粘著性能,已使它成為國內外紡織漿紗工作者所關注。同時這類漿料從單體的配伍、聚合方法及條件的多樣化,因此性能的變化復雜,分子量及側鏈上所帶的官能團的結構,決定了它們的主要性能。聚丙烯酸類漿料可分為聚丙烯酸鹽、聚丙烯酸酯和聚丙烯酰胺三類。
表8聚丙烯酸類漿料的常用單體和物理性能
名稱 |
結構式 |
外觀 |
氣味 |
沸點/℃ |
玻璃化溫度/℃ |
丙烯酸 |
|
無色液體 |
似醋酸 |
141.6 |
87 |
甲基丙烯酸 |
|
無色液體 |
似醋酸 |
160 |
185 |
|
無色液體 |
大蒜味 |
80 |
10 |
|
丙烯酸乙酯 |
|
無色液體 |
大蒜味 |
100 |
-30 |
丙烯酸丁酯 |
|
無色液體 |
|
147 |
-70 |
甲基丙烯酸甲酯 |
|
無色液體 |
|
101 |
57 |
丙烯腈 |
|
液體 |
|
|
96(101)(聚丙烯腈) |
丙烯酰胺 |
|
白色片狀固體或液體(含量20-40%) |
|
溶點:84 |
165(聚丙烯酰胺) |
聚丙烯酸鹽是以二個或二個以上的單體共聚而成的,這類漿料的漿膜強力高,伸度小,對親水性纖維有很好的粘附性,但吸濕、再粘性高,一般與淀粉漿混合使用于純棉織物上漿,以提高漿紗的耐磨性能有較好的效果。這類漿料應注意的是如用量太高(如超過20%),漿液增稠,對上漿造成很大的困難。現在這類漿料在單體的選配,聚合方法等進行了改進基本上解決了增稠問題,上漿性能也有了進一步提高。
聚丙烯酸酯漿料是以丙烯酸酯單體為主體,加入一定量的水溶性丙烯酸單體的共聚物。它是丙烯酸類漿料最主要的類型。主要是它與疏水性纖維具有優異的粘著性能,其次聚丙烯酸酯漿料熱濕再粘問題,通過高分子設計原理,科學的選配丙烯酸酯單體,在不影響粘附性的條件下,搭配玻璃化溫度較高的單體,克服熱濕再粘問題,實踐證明了取得較好的效果,如表9。
表9低吸濕聚丙烯酸酯漿料與PVA比較
項目 |
低吸濕丙烯漿 |
PVA |
(粗紗)粘附力/N |
121. 5 |
106.8 |
吸濕率/% |
5.6 |
13.9 |
漿紗耐磨性/次 |
155 |
97 |
漿紗增強率/% |
12 |
4.7 |
漿紗減伸率/% |
13 |
16 |
上漿率/% |
4.4 |
4.4 |
回潮率/% |
2.5 |
2.9 |
聚丙烯酰胺漿料是以丙烯酰胺單體在引發劑的作用下聚合而成的均聚物,它是一種線型的水溶性高分子化合物,其分子量有很寬的調節范圍(),聚丙烯酰胺在上世紀七十年代就用于紡織上漿作輔助粘著劑,含固率一般在8—10%,它具有良好的水溶性,與親水性纖維具有很好的粘著性能,是一種高強低伸的漿料,易于退漿,生物降解快,對環境污染小,但吸濕再粘性強,一般與淀粉漿混用,對棉纖維具有很好的上漿性能。隨著科學技術的發展聚合工藝的改進,聚丙烯酰胺漿料含固率可達25~30%,粘度可根據使用要求調節(現在已有固體產品)這類漿料已被廣泛應用于生產,取得了良好的效果。
1.4聚酯漿料
聚酯漿料是研發漿料中最為引人關注的一種新型漿料,聚酯漿料是采用與滌綸相同或相似原料如對苯二甲酸(二甲酯)和乙二醇類單體,在高溫條件下通過縮聚反應合成的大分子中含有酯基(-COO-)和水溶性基團的一種新型漿料。由于該漿料與滌綸纖維分子結構相似,對滌綸纖維具有優異的粘著性能,水溶性好,易于退漿。聚酯漿料粘度低,表面張力小對紗線潤濕性、滲透性好。它與淀粉、PVA有很好的混溶性,且對淀粉有較好的增塑作用,漿膜脆性得到了改善。該漿料對環保有否影響有待進一步研究。
表10幾種常用漿料的、CODcr及/CODcr值
漿料 |
酸解淀粉 |
JD聚酯漿料 |
CMC |
1788 |
1799 |
BOD5(mg/kg) |
38000 |
6030 |
2700 |
1630 |
800 |
CODcr(mg/kg) |
124000 |
111000 |
94900 |
181000 |
182000 |
BOD5/CODcr |
0.306 |
0.054 |
0.029 |
0.009 |
0.004 |
聚酯漿料早在上世紀七、八十年代,美、英、法和日本等國已有產品用于滌綸長絲上漿,但由于吸濕性強,價格貴,使用受到了很大的限制。近年來德國漢高公司生產的P28聚酯漿料已引入我國,并與PVA(低聚合度)、淀粉混合用于高吸濕快干短纖維織物經紗上漿取得了較好的效果。近年來國內對聚酯漿料的研制有了很大的進展,產品已投放生產使用。以1:4(聚酯漿料低聚合度PVA)全部取代低聚合度PVA。全部取代1799目前已在試驗階段,也取得了較好的進展。
2幾個問題的討論
2.1關于變性淀粉原料(原淀粉)的選擇對性能的關系
變性淀粉的原料有多種,紡織漿料變性淀粉主要有玉米淀粉、小麥淀粉、馬鈴薯淀粉和木薯淀粉,其它如甘薯(山芋)淀粉基本上不用。從上述各種原淀粉的性能比較,玉米淀粉對天然纖維有比較好的粘著性能,耐煮、漿液粘度較為穩定,小麥淀粉對天然纖維的粘著力略次于玉米淀粉,但流動性比玉米淀粉好,馬鈴薯淀粉含有0.07~0.09%磷酸鹽(玉米淀粉為0.015%),漿液分散性好,對上漿較為有利,但是對天然纖維的粘附性較差,粘度高且不夠穩定。木薯淀粉粘度很高且不穩定,不耐久煮,粘著力不及上述三種淀粉。按照經紗上漿性能按次序排列為:玉米淀粉>小
對原淀粉進行變性處理的目的有三:
(1)通過對原淀粉的變性處理,(如酸解等)降低原淀粉粘度,改善漿液的流動性和漿液的滲透能力,特別對高支高密高緊度織物的上漿更為重要。
(2)通過對原淀粉的變性處理提供高濃低粘漿料,這是實行“二高一低”上漿新工藝的首要條件。
(3)通過對原淀粉的變性處理,提高對疏水性纖維的粘著力,提升淀粉的性能,擴大淀粉的應用范圍,減少PVA用量降低漿料成本。
由此可見原淀粉通過變性處理后,淀粉性質有了質的變化,原淀粉的性能是不能與變性淀粉等同的。但對于純棉中粗支低中密度的織物采用傳統的上漿工藝,采用原淀粉加入一定量的降粘劑(淀粉改性劑)煮漿后,漿液達到工藝要求也是可行的。
2.3關于“干法”生產“變性淀粉”的質量問題
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