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浆纱浆料

来源: 发布时间:2011年05月09日

浆料

为使浆纱获得理想的上浆效果,浆液及其成膜之后在下列各方面应具备优良的性能。

浆液性能:化学物理性质的均匀性和稳定性,浆液在使用过程中不易起泡,不易沉淀,遇酸、碱或某些金属离子时不析出絮状物;对纤维材料的亲和性及浸润性;适宜的粘度。

浆膜性能:对纤维材料的粘附性;强度、耐磨性、弹性、可弯性;适度的吸湿性,可溶性;防腐性。

但是,很难找到某种浆料能兼有优良的上述各项性能。为此,浆液中既有作为基本材料的粘着剂,也有起辅助作用的各种助剂,扬长避短,起到理想的综合效果。

一、粘着剂

粘着剂是一种具有粘着力的材料,它是构成浆液的主体材料(除溶剂水外),浆液的上浆性能主要由它决定。粘着剂的用量很大,因此选用时除从工艺方面考虑外,还需兼顾经济、资源丰富、节约用粮、减少污染等因素。

浆纱用的粘着剂分为天然粘着剂、化学粘着剂、合成粘着剂三大类,如表3-1所示。

下面就几种常用的粘着剂作简要介绍。

(一)淀粉

淀粉作为主粘着剂在浆纱工程中应用已有很久历史。它具有良好的上浆性能,并且资源丰富,价格低廉,退浆废液易处理,也不易造成环境污染。目前,浆纱生产中广泛使用的淀粉粘着剂一般为天然淀粉和变性淀粉。

1.天然淀粉

天然淀粉(以下简称淀粉)有很多种,纺织生产中常用的为小麦淀粉、玉蜀黍淀粉、马铃薯淀粉、米淀粉、木薯淀粉等。

(1)淀粉的一般性质

淀粉是由许多个α葡萄糖分子通过α型甙键连接而成的缩聚高分子化合物,它的分子式为(C6H10O5)n。淀粉有直链淀粉和支链淀粉,直链淀粉能溶于热水,水溶液不很粘稠,直链淀粉形成的浆膜具有良好的机械性能,浆膜坚韧,弹性较好。

支链淀粉不溶于水,在热水中膨胀,使浆液变得极其粘稠,所成薄膜比较脆弱。淀粉浆的粘度主要由支链淀粉形成,使纱线能吸附足够的

浆液量,保证浆膜一定的厚度。

直链淀粉和支链淀粉在上浆工艺中相辅相成,起到各自的作用。

表3-1浆纱用粘着剂分类表

天然粘着剂

化学粘着剂

合成粘着剂

植物性

动物性

纤维素衍生物

变性淀粉

乙烯类

丙烯酸类

各种淀粉:

小麦淀粉、玉蜀黍淀粉、米淀粉、甘薯淀粉、马铃薯淀粉、橡子淀粉、木薯淀粉

海藻类:

褐藻酸钠

植物性胶:

阿拉伯树胶、白芨粉、田仁粉、槐豆粉

动物性胶—鱼胶、明胶、骨胶、皮胶

甲壳质—蟹壳、虾壳等变性粘着剂

羧甲基纤素(CMC)、甲基纤维素(MC)、乙基纤维素(EC)、羟乙基纤维素(HEC)

转化淀粉——酸化淀粉、氧化淀粉、可溶性淀粉、糊精淀粉衍生物——变联淀粉、酯化淀粉、醚化淀粉、阳离子淀粉、接枝淀粉——淀粉的丙烯腈接枝共聚物,淀粉的水溶性接枝共聚物,淀粉的其它接枝共聚物

聚乙烯醇(PVA)

乙烯类共聚物—醋酸乙烯-丁烯酸共聚物、乙烯酸-马来酸共聚物、醋酸乙烯-马来酸共聚物

聚丙烯酸、聚丙烯酸酯、聚丙烯酰胺、丙烯酸酯类共聚物

(2)淀粉浆的粘度

浆液的粘度是描述浆液流动时的内摩擦力的物理量。粘度是浆液重要的性质指标之一,它直接影响了浆液对经纱的被覆和浸透能力。粘度越大,浆液越粘稠,流动性能就越差。这时,浆液被覆能力

加强,浸透能力削弱。上浆过程中,粘度应保持稳定,使上浆量和浆液对纱线的浸透与被覆程度维持不变。

在CGS制中,粘度的单位是泊(P),1P等于100cP(厘泊)。20℃时,水的粘度为1.0087cP。

在国际单位制中,粘度单位为帕·秒(Pa·s)。1P等于0.1Pa·s或1cP等于1mPa·s。泊和帕·秒都是绝对粘度单位。

在度量分散液体的粘度时,也可以使用相对粘度值ηr,其物理意义是分散液体的绝对粘度(η)与介质的绝对粘度(η0)之比

实验室中,浆液的粘度一般以乌式粘度计和旋转式粘度计测定。前者测得的是相对粘度,后者测得的是绝对粘度。在调浆和上浆的生产现场,一般使用黄铜或不锈钢制成的漏斗式粘度计,试验时,漏斗下端离浆液液面高约10cm,以浆液从漏斗式粘度计中漏完所需时间的秒数来衡量浆液粘度。

图3-3描述了几种淀粉浆液的粘度变化曲线。不同的淀粉种类,由于其支链淀粉含量不同,于是粘度也不同。含量高者,粘度亦大。

据上述分析可知:为稳定上浆质量,控制浆液对经纱的被覆和浸透程度,浆液用于经纱上浆宜处于粘度稳定阶段。在淀粉浆液调制时,浆液煮沸之后必须闷煮30min,待达到完全糊化之后,再放浆使用。同时,一次调制的浆使用时间不宜过长,玉蜀黍淀粉一般为3~4h。否则,在调浆和上浆装置中,由于长时间高温和搅拌剪切作用,浆液粘度会下降,从而影响上浆质量。

(3)淀粉浆的浸透性

未经分解剂分解作用的淀粉浆粘度很高,浸透性极差,不适宜经纱上浆使用。经分解剂分解作用后,部分支链淀粉分子链裂解,浆液粘度下降,浸透性能得以改善。

经分解剂分解后的小麦淀粉和玉蜀黍淀粉浆液浸透性均较好,适用于细特高密棉织物的经纱上浆。

(4)淀粉浆的粘附

淀粉大分子中含有羟基,因此具有较强的极性。根据“相似相容”原理,它对含有相同基团或极性较强的纤维材料有高的粘附力,如棉、麻、粘胶等亲水性纤维,相反,对疏水性纤维的粘附力就很差,不能用于纯合纤的经纱上浆。

(5)淀粉浆的成膜性

淀粉浆的浆膜一般比较脆硬,浆膜强度大,但弹性较差,断裂伸长小。玉蜀黍淀粉的浆膜机械性能优于小麦淀粉,其强度较大,弹性也稍好,因此玉蜀黍淀粉上浆效果比小麦淀粉好。但是,玉蜀黍淀粉浆膜手感粗糙,上浆率不宜过高。

以淀粉作为主粘着剂时,浆液中要加入适量柔软剂,以增加浆膜弹性,改善浆纱手感。柔软剂的加入可增加浆膜弹性、柔韧性,但浆膜机械强度亦有所下降。为此,柔软剂加入量应适度。淀粉浆膜过分干燥时会发脆,从纱身上剥落,在气候干燥季节,车间湿度偏低时,浆液中要适当添加吸湿剂,以改善浆膜弹性,减少剥落。

2.变性淀粉

以各种天然淀粉为母体,通过化学、物理或其它方式使天然淀粉的性能发生显著变化而形成的产品称为变性淀粉。

淀粉大分子结构中甙键及羟基决定着淀粉的化学、物理性质,也是各种变性可能的内在因素。淀粉的变性技术不断发展,变性淀粉的品种也层出不穷。各种变性淀粉的变性方式及变性目的如表3-2所示。

表3-2各种变性淀粉的变性方式及变性目的

变性技术发展阶段

第一代变性淀粉

——转化淀粉

第二代变性淀粉

——淀粉衍生物

第三代变性淀粉

——接枝淀粉

品种

酸解淀粉,糊精,氧化淀粉

交联淀粉,淀粉酶,醚化淀粉,阳离子淀粉

各种接枝淀粉

变性方式

解聚反应

氧化反应

引入化学基团或低分子化合物

接入具有一定聚合度的合成物

变性目的

降低聚合度及粘度,提高水分散性,增加使用浓度(高浓低粘浆)

提高对合纤的粘附性,增加浆膜柔韧性,提高水分散性,稳定浆液浓度

兼有淀粉及接入合成物的优点,代替全部或大部分合成浆料

下面介绍几种常用的变性淀粉。

(1)酸解淀粉

变性原理。在淀粉悬浊液中加入无机酸溶液,利用酸可以降低淀粉分子甙键活化能的原理,使淀粉大分子断裂,聚合度降低,形成酸解淀粉。酸解反应时及时地用碱中和,终止分解反应,控制淀粉的降解程度,是提高酸解淀粉质量的关键。

上浆性能。酸解淀粉的外观和原淀粉基本相同。在水中经加热后,酸解淀粉粒子容易分散,也容易达到完全糊化状态。由于淀粉粒子膨胀较小,分子量明显降低,故成浆后浆液粘度低,流动性好,但粘度稳定性比原淀粉略有下降。酸解淀粉浆膜较脆硬,与原淀粉相似。浆液对亲水性纤维具有很好的粘附性,在混合浆中可代替10%~30%的合成浆料,是一种适宜于一般混纺纱上浆的变性淀粉浆料。

(2)氧化淀粉

变性原理。氧化淀粉是用强氧化剂对淀粉大分子中甙键进行氧化断裂,并使其羟基氧化成醛基和羧基所形成的产品。氧化后,淀粉大分子得到裂解,聚合度下降,并含有羧基基团,羧基的存在是氧化淀粉的结构特点。

上浆性能。氧化淀粉外观为色泽洁白的粉末。成浆后粘度低,流动性好,浸透性强,粘度稳定性好,不易凝胶,与原淀粉相比,它对亲水性纤维的粘附性有所提高,形成浆膜比较坚韧,是棉纱,粘胶纱的良好浆料。

(3)酯化淀粉

变性原理。淀粉大分子中的羟基被化学

活泼性较强的酯化剂(有机酸或无机酸)酯化后形成的产物叫酯化淀粉。用于经纱上浆的主要有醋酸酯淀粉、磷酸酯淀粉、氨基甲酸酯淀粉(尿素淀粉)和其它酯化淀粉。

酯化淀粉的酯化程度以取代度(缩写成DS)表示,取代度是指淀粉大分子中每个葡萄糖基环上羟基的氢被取代的平均数,取代度的数值在0~3之间。

上浆性能。淀粉大分子中带有疏水性酯基后,对疏水性合成纤维的粘附性、亲和力加强。因此从原理上说,这类浆料对聚酯纤维混纺或纯纺纱有较好的上浆效果。与磷酸酯淀粉相比,醋酸酯淀粉和聚酯纤维的溶度参数比较接近,因此上浆效果比磷酸酯淀粉为好,也较为实用。

醋酸酯淀粉和磷酸酯淀粉的浆液粘度稳定,流动性好,不易凝胶,浆膜也较柔韧,可用于棉、毛、粘胶、涤棉混纺纱上浆。用于毛纱及粘胶纱上浆时,为防止高温对这类纤维的损伤而采取的较低温上浆,正是利用了该浆液凝胶倾向弱的特点。

(4)醚化淀粉

变性原理。淀粉大分子中的羟基被各种试剂(卤代烃、环氧乙烷等)醚化,生成的醚键化合物称为醚化淀粉。醚化淀粉除保留原有淀粉化学结构外,还引入了醚化基团。醚化基团的数量反映了淀粉的醚化程度,对醚化淀粉性质有很大影响。醚化淀粉的醚化程度亦以取代度表示。用于经纱上浆的醚化淀粉有羧甲基淀粉(CMS)、羟乙基淀粉(HES)、羧丙基淀粉等。

上浆性能。醚化淀粉的亲水性和水溶性改善程度与取代基性能及取代度有关。取代度过低,水溶性改善不明显;相反,则水溶性良好,溶解速度快,但成本提高。醚化淀粉浆液粘度稳定,浆膜较柔韧,对纤维素纤维有良好的粘附性。低温下浆液无凝胶倾向,故适宜于羊毛、粘胶纱的低温上浆(55~65℃)。醚化淀粉具有良好的混溶性,加入一定量的醚化淀粉,能使混合浆调制均匀。

(5)交联淀粉

变性原理。淀粉大分子的醇羟基与交联剂的多元官能团形成二醚键或二酯键,使两个或两个以上的淀粉

分子之间“架桥”在一起,呈多维空间网络结构的反应,称为交链反应。淀粉大分子的醇羟基与交联剂发生交链反应形成以化学键连接的交联状大分子,即成为交联淀粉。

上浆性能。交联淀粉粘度热稳定性好,聚合度增大,粘度也增加,浆膜刚性大、强度高、伸长小。浆纱中,一般使用低交联度的交联淀粉,进行以被覆为主的经纱上浆,如麻纱、毛纱上浆。也可与低粘度合成浆料一起,作为涤棉、涤麻、涤粘纱的混合浆料。

(6)接枝淀粉

变性原理。为了改善淀粉浆上浆浆膜脆、吸湿性差、对涤棉纱粘附力差的缺点,将改善淀粉浆上浆性能的高分子单体的低聚物接枝到淀粉大分子上,形成接枝淀粉。淀粉的接枝共聚是通过自由基反应来实现的,自由基是指含有未成对电子的原子和原子团,自由基因为含有未成对电子的游离价键,因而具有很充分的反应活性。淀粉的接枝就是应用物理和化学的方法使淀粉分子链产生自由基,在遇到高分子单体时,该自由基与一个单体结合,由于自由基具有可以传递的特点,因此这个单体与淀粉结合后,自由基就转移到该单体上,然后该单体又和其它单体结合,自由基又转移,这样形成了链式反应,在淀粉主链上产生了一条由高分子单体构成的侧链。

上浆性能。根据经纱上浆的要求,对淀粉进行接枝改性技术,可以使接枝淀粉兼有淀粉和高分子单体构成的侧链两者的长处,又平抑了两者的不足,表现出优良的综合上浆性能。譬如,以淀粉作为骨架大分子,把丙烯酸酯类的化合物作为支链接到淀粉上,所形成的接枝淀粉共聚物兼有淀粉和丙烯酸酯类浆料的特性。以丙烯酸酯或醋酸乙烯酯接枝的淀粉,可以对涤棉纱和合纤上浆,并且淀粉浆膜的柔软性和弹性得到改善。与其它变性淀粉相比,接枝淀粉对疏水性纤维的粘着性、浆膜弹性、成膜性、伸度及浆液粘度稳定性均有很大提高,因此,接枝淀粉是最新一代的、从原理上说也是最有前途的一种变性淀粉,例如,应用接枝淀粉对涤棉纱上浆,可以替

代部分或全部聚乙烯醇浆料,不仅可以减少浆纱毛羽,还可以减少由聚乙烯醇浆料退浆引起的环境污染。

变性淀粉还有许多种类。与天然淀粉相比,变性淀粉在水溶性、粘度稳定性、对合成纤维的粘附性、成膜性、低温上浆适应性等方面都有不同程度的改善。应当指出,在经纱上浆中,变性淀粉的使用品种将越来越多,使用比例、使用量也会越来越大,以至完全替代聚乙烯醇浆料,是一种绿色浆料。

(二)动物胶

动物胶属于硬朊类蛋白质,从动物骨、皮等结缔组织中提取得到。动物胶是由各种氨基酸的羧基(-COOH)与相邻的亚氨基(-NHR)首尾相连而成。动物胶可分为明胶、皮胶、骨胶等。精制品明胶无味、无臭、无色或带黄色的透明体。皮胶呈棕色半透明状,骨胶呈红色综色半透明状。

动物胶主要在毛纱、粘胶丝或醋酯长丝等浆纱生产中使用。动物胶的上浆性能分述如下。

水溶性。动物胶在低温水中不溶解,但能吸收水分而膨胀形成凝胶。将凝胶液加热到70℃以上,因网状分子裂解而溶解于水,成为水溶液。

粘度及浸透性。动物胶浆液的浓度和粘度之间,只有在浓度很低(1%~2%)时才维持正比关系。浓度增大后,粘度的增长速度远高于浓度的增长速度,以至上浆的动物胶浆液对经纱的浸透能力较差。为此,浆液配方中需加入适量助剂,以改善浆液的浸透性能。动物胶有明显的凝胶倾向,当浆液温度降低时,粘度显著增加,对纱线的浸透性能恶化。浆液温度65~80℃时,粘度比较稳定,90℃时浆液粘度下降。因此,上浆温度宜控制在65~80℃之间。

动物胶浆液的粘度与pH值关系如图3-4所示。由图可知:为稳定浆纱质量,生产中控制pH值为6~8,这时浆液的粘度大,稳定性也好。

粘附性。动物胶对纤维素纤维和蛋白质纤维具有良好的粘附性。

成膜性。动物胶浆液成膜比较粗硬,缺乏弹性,容易脆断,因

此浆液配方中要加入柔软剂,以提高浆膜柔韧性。

霉变性。动物胶是微生物的培殖剂,因此浆液在30~40℃温度下,十分容易霉变、腐败,而当温度在20℃以下或80℃时,由于细菌繁殖较慢,浆液不会发霉,因此,浆液不宜在30~40℃温度下久存,使用中应采取防腐措施。

(三)纤维素衍生物

浆纱使用的纤维素衍生物有羧甲基纤维素CMC、羟乙基纤维素HEC、甲基纤维素MC等,其中又以CMC为常用浆料。

水溶性。CMC为一种高分子阴离子型电解质,具有(-COONa)基团,它的亲水性、乳化性和扩散性都好。在调浆桶中以1000r/min的高速搅拌能溶解。

粘度。CMC的聚合度决定了其水溶液的粘度,聚合度越低,CMC在水中溶解的范围越宽,经纱上浆中常用的CMC的聚合度300~500之间,在2%浓度、25℃时,它的粘度为400~600mPa·s。CMC浆液的粘度随温度升高而下降;温度下降,粘度又重新回升。浆液在80℃以上长时间加热,粘度会发生下降。CMC浆液的粘度与pH值有密切关系,在浆液pH值偏离中性时,其粘度逐渐下降,当pH<5时,会析出沉淀物。为此,上浆时浆液应呈中性或微碱性。

上浆性质。CMC分子中由于极性基团的引入,使它对纤维素纤维具有良好的粘附性和亲和力。一般在纯棉细特纱和涤棉纱上浆中使用。CMC浆液成膜后光滑、柔韧,强度也较高。但是浆膜手感过软,以至浆纱刚性较差,在使用聚乙烯醇作为主浆料时,往往加入适量的CMC,以改善上浆后的浆纱分纱性能。CMC浆膜吸湿性较好。车间湿度大时,浆膜容易吸湿发软、发粘。因此CMC浆料一般不作为主粘着剂使用。CMC浆液有着良好的乳化性能,能与各种淀粉、合成浆料及助剂进行均匀的混合,是一种十分优秀的混溶剂。在混合浆料中加入少量CMC作为辅助粘着剂,

就是利用了它混溶性能好的优点,使混合浆调制均匀。

(四)聚乙烯醇

聚乙烯醇,又称PVA,是聚醋酸乙烯通过甲醇钠作用,在甲醇中进行醇解而制得的产物。

醇解产物有完全醇解型和部分醇解型等几种类型。前者称完全醇解PVA,后者称部分醇解PVA,完全醇解PVA的大分子侧基中只有羟基(—OH),而部分醇解PVA的大分子侧基中既有羟基(—OH),又有醋酸根(-CH3COO)。完全醇解PVA和部分醇解PVA的醇解度不同。完全醇解PVA的醇解度为(98±1)%;部分醇解PVA的醇解度为(88±1)%。

制造维纶的聚乙烯醇称纺丝级聚乙烯醇,其醇解度在99.8%以上。浆料级聚乙烯醇的醇解度为87%~99%。聚合度为500~2000。但是,目前受PVA的生产限制,浆纱中使用的部分醇解PVA的聚合度为500~1200,完全醇解PVA的聚合度为1700,如完全醇解PVA1799的聚合度为1700,醇解度为99%。

1.PVA的一般性质

PVA为无味、无臭、白色或淡黄色颗粒。成品有粉末状、片状或絮状,比重在1.21-1.34之间。

2.PVA的上浆性能

(1)水溶性

完全醇解PVA分子中尽管含有较多羟基,但大分子之间通过羟基已形成较强的氢键缔合,以致对水分子的结合能力很弱,水溶性很差。在65~75℃热水中不溶解,仅能吸湿及少量膨胀。在沸水中和在高速搅拌(1000r/min)的作用下,部分氢键被拆散,“游离”羟基数增加,水溶性提高,经长时间(1~2h)后充分溶解。部分醇解PVA的分子中有适量的醋酸根基团存在,醋酸根基团占有较大的空间体积,使羟基之间的氢键缔合力削弱,在热水中能被拆散,表现为良好的水溶性。部分醇解PVA在40~50℃温度中溶解,经保温搅拌能完全溶解

(2)粘度

PVA浆液的粘度和浓度关系在定温条件下接近成正比;在定浓条件下,粘度和温度关系接近于反比。浆液粘度还与PVA醇解度有着密切联系,图3-6所示为两者的关系曲线。曲线表明:当醇解度为87%时,PVA溶解的粘度最小。

完全醇解PVA的溶液粘度随时间延长逐渐上升,最终可成凝胶状。部分醇解PVA的溶液粘度则比较稳定,时间延续粘度很少变化。PVA的粘度还与聚合度有关,聚合度越高,粘度越大。PVA浆液在弱酸、弱碱中粘度比较稳定,在强酸中则被水解,粘度下降。

(3)粘附性

不同醇解度的PVA浆液对不同纤维的粘附性存在差异。完全醇解PVA对亲水性纤维具有良好的粘附性及亲和力,部分醇解PVA对亲水性纤维的粘附性则不及完全醇解PVA。由于大分子中疏水性醋酸根的作用,部分醇解PVA对疏水性)纤维具有较好的粘附性。而完全醇解PVA则很差,尤其是对疏水性强的涤纶纤维,见图3-7所示。

(4)成膜性

PVA浆膜弹性好,断裂强度高,断裂伸长大,耐磨性好。其拉伸强度、断裂强度及耐屈曲强度均较原淀粉、变性淀粉、CMC等浆料好。PVA聚合度越高,浆膜强度越高。由于大分子中羟基的作用,PVA浆膜具有一定的吸湿性能,吸湿性随醇解度、聚合度的增大而减小,在相对湿度65%以上的空气中能吸收水分,使浆膜柔韧,充分发挥其优良的力学机械性能。PVA浆液在静止时,由于水分的蒸发,液面有结皮现象,浆纱时易产生浆斑,使织造时经纱断头增加。由于PVA浆膜的内聚力大于浆膜与经纱之间的粘附力,分纱时易破坏经纱表面的浆膜完整性,使毛羽增加。

现将CMC、PVA和淀粉的浆膜性能列于表3-3,以作比较。

表3-3不同粘着剂的浆膜性能

粘着剂

断裂强度(cN)

急缓弹性伸长(%)

耐屈曲性(次)

吸湿率(%)

CMC

713

28.5

1151

25.5

PVA

645

93.0

10000以上

16.15

玉蜀黍淀粉

817

4.9

345

小麦淀粉

188

20.1

(5)混溶性

聚乙烯醇浆料具有良好的混溶性,在与其它浆料(如合成浆料等)混用时,能良好均匀地混合,混合液比较稳定,不易发生分层脱混现象。但与等量的天然淀粉混合时很易分层,使用时应十分注意。

(6)其它性能

由于聚乙烯醇具有良好的粘附性和力学机械性能,因此是理想的被覆材料。但是,PVA浆膜弹性好,断裂强度高,断裂伸长大,因此浆纱分纱性较差,在干浆纱分绞时分纱阻力大,浆膜容易撕裂,毛羽增加。为此,在PVA浆液中往往混入部分浆膜强度较低的粘着剂材料(如CMC、玉蜀黍淀粉、变性淀粉等),以改善干浆纱的分纱性能。

3.变性聚乙烯醇

聚乙烯醇调浆时浆液易起泡、浆液易结皮、浆膜分纱性差是其主要缺点。为克服这些缺点,可以对聚乙烯醇进行变性处理。比较成熟的变性方法有PVA丙烯酸酰胺共聚变性、PVA内酯化变性、PVA磺化变性及PVA接枝变性。变性聚乙烯醇浆料在40~50℃温水中保温搅拌一小时可溶,溶液均匀,与其它粘着剂混溶性强,浆液不会结皮,在调制和上浆过程中不易起泡。变性聚乙烯醇浆料适宜于低温(85℃以内)上浆,并且粘度稳定。浆

膜机械强度减小,于是分纱性良好,浆膜完整、光滑,而且退浆方便。

(五)丙烯酸类浆料

1.聚丙烯酸甲酯

聚丙烯酸甲酯简称PMA,属丙烯酸酯类浆料,工厂中简称“甲酯浆”。它由丙烯酸甲酯(85%)、丙烯酸(8%)、丙烯腈(7%)共聚而成。浆料为总固体率约14%的乳白色粘稠胶体,带有大蒜气味,pH值大约为7.5~8.5。聚丙烯酸甲酯可与任何比例的水相互混溶,水溶液粘度随温度升高而有所下降,恒温条件下粘度比较稳定。由于聚丙烯酸甲酯大分子中含有大量酯基,所以对疏水性合成纤维具良好的粘附性,特别是聚酯纤维。浆液成膜后光滑、柔软、延展性强,但强度低,弹性差(急弹性变形小,永久变形大),具有“柔而不坚”的特点。由于浆膜吸湿性强,玻璃化温度低,表现出较强的再粘性。

聚丙烯酸甲酯一般只作为辅助粘着剂使用。在涤棉纱上浆中,与PVA浆料混用,以提高混合浆对涤纶纤维的亲和力,改善PVA浆膜的分纱性能,使浆膜光滑、完整。

2.丙烯酸酯类共聚物

丙烯酸酯类共聚物常用于合纤(涤纶、锦纶)长丝上浆。它由丙烯酸甲酯、乙酯或丁酯、丙烯酯或丙烯酸盐等丙烯酸类单体多元共聚而成。共聚物发扬了各种单体的优势,对疏水性合成纤维具有优异的粘附性,浆膜柔软、光滑,浆液粘度稳定,并有一定的抗静电性能。由于水溶性良好,因此调浆简单,退浆方便。

用于涤纶长丝上浆的普通聚丙烯酸酯浆料一般为丙烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯(或丁酯)的三元共聚物,浆膜存在再粘性大、强度弱、手感过软的缺点。经改进后的聚丙烯酸酯中加入了丙烯腈,为四元共聚物,浆膜硬度提高、强度增大、吸湿再粘性下降,对合成纤维的粘附能力也进一步加强,改进前后浆料性能对比如表3-4示。

表3-4丙烯酸酯浆料改性前后性能对比

浆料

项目

普通丙烯

酸酯浆

GM-B改性

丙烯酸酯浆

GM-C改性

丙烯酸酯浆

单体聚合形式

三元溶剂共聚

四元溶剂共聚

四元乳液共聚

浆丝抱合力(平磨次数)

涤纶低弹丝

涤纶普通丝

150

25

600

40

1400

45

浆膜性能

断裂强度(N/cm2)

274

441

975

断裂伸长(%)

700

500

475

浆膜硬度(肖氏度)

40

70

75

RH85%时浆膜吸湿(%)

19.9

12.6

12.3

吸湿再粘程度(%)

58

30

10

粘并后分层剥离力(cN/cm)

900

500

380

注:三种浆液浓度均为6%。

改进的方法还有多种,如加入玻璃化温度高的甲基丙烯酸类单体进行共聚等。

用于喷水织机疏

水性合纤长丝织造的浆料分为两大类:聚丙烯酸盐类和水分散型聚丙烯酸酯类。聚丙烯酸盐类浆料是丙烯酸及其酯在引发剂的引发下聚合,用氨水增稠生成铵盐,浆料中含有极性基(-COONH4),使浆料具有水溶性,满足调浆的需要。烘燥时铵盐分解放出氨气,成为含有(-COOH)基团吸湿性低的浆料,使浆膜在织造时具有耐水性,符合喷水织造的要求。织物退浆时用碱液煮练,浆料变成具有水溶性基团的聚丙烯酸钠盐,达到退浆目的。

多数聚丙烯酸铵盐浆料使用中不能与阳离子助剂和强酸相混。否则会生成沉淀。这类浆料的主要特点是:(1)对疏水性纤维的粘附力较弱;(2)具有氨臭味;(3)浓度低不利于运输和储存;(4)烘燥时脱氨不完全,会影响浆膜的耐水性等。

近年来开发的水分散型聚丙烯酸酯乳液以丙烯酸、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、醋酸乙烯酯单体为原料,用乳液聚合法共聚而成。该浆料对疏水性纤维有良好的粘附力,烘燥时随水分子的逸出,乳胶粒子相互融合,形成具有耐水性的连续浆膜,它的耐水性优于聚丙烯

酸盐类浆料,织物退浆亦用碱液煮炼。

3.聚丙烯酰胺

聚丙烯酰胺由丙烯酰胺单体聚合而成,分完全水解型(PAAm)和部分水解型(PHP)两种。用于上浆的聚丙烯酰胺为无色透明胶状体,总固体率为8%~10%。

聚丙烯酰胺浆液粘度较大,具有低浓高粘特点,能与淀粉和各种合成浆料良好混溶。浆液粘度随浓度上升而增加,随温度上升而减小。浆液在碱作用下产生水解,与钙、镁离子相遇发生沉淀。由于大分子中酰胺基的作用,聚丙烯酰胺适宜于腈纶、锦纶、棉、毛、涤棉纱上浆。其浆膜机械强度大,与PVA相近,但弹性、柔软性、耐磨性较差。浆膜吸湿性强,吸湿后产生再粘现象,浆膜发软。由于存在以上缺点,聚丙烯酰胺一般不单独用于经纱上浆。

(六)共聚浆料

随着纤维生产和织造技术的不断发展,单一均聚物组成的粘着剂即使在各种助剂配合下

,也很难满足上浆要求。为此,经纱上浆工作中采用了混合浆料上浆,以综合各粘着剂之长的方法来达到目的。譬如,涤棉纱上浆时,可以使用聚乙烯醇和淀粉混合浆料,如加入适量聚丙烯酸甲酯、羧甲基纤维素钠盐,则效果更好。混合浆的使用,使浆料上浆性能得到提高,同时也带来浆料调制不便、质量容易波动等弊病。部分粘着剂之间混溶性差,容易分层脱混,会影响上浆的均匀程度。

近年来,各种共聚浆料应运而生。既满足了各种纤维、各种织物的严格上浆要求,又简化了调浆操作。

共聚浆料是根据实际的上浆要求,由两种或两种以上单体以适当比例共聚而成。前面介绍的丙烯酸酯浆料就是以几种各具特色的丙烯酸类单体聚合而成,因此亦是一种共聚浆料。此外,还有丙烯酰胺和醋酸乙烯酯的共聚浆料(用于纯棉、粘胶、涤棉混纺纱)、马来酸酐与苯乙烯的共聚浆料(用于醋酸长丝)等。

(七)聚酯浆料

聚酯浆料是由对苯二甲酸与二元醇及其它有机化合物共聚而成,浆料中含有—NH2,—OH,—COO-等基团,浆膜柔软光滑,韧性大,抗拉强度高,吸湿性能好,对涤/棉纱、纯棉纱有良好的粘附性能,根据有关材料介绍,能部分替代或完全替代PVA浆料,可减少后处理时产生的污染,如KD浆料等。

(八)即用浆料

即用浆料(又称组合浆料)是按上浆工艺要求,由几种粘着剂和助剂复合而成的一种固体浆料。它在使用时一般不必再加辅助浆料,因而使用方便,并能简化上浆工艺,对稳定浆液质量有利。目前国内即用浆料有三种类型,即纯合成浆料组合、变性PVA与淀粉或变性淀粉组合、丙烯酸类浆料与淀粉或变性淀粉组合。其工艺路线基本上均系物理性组合。即用浆料为今后浆料发展方向之一。即用浆料以少组份、高性能、适应品种广为好。变性淀粉、变性PVA和各种共聚浆料的研究开发为即用浆料提供了基础条件,尤其是接枝淀粉的研究和应用,使得少组份即用浆料这

种设想成为可能。

二、助剂

助剂是用于改善粘着剂某些性能不足,使浆液获得优良的综合性能的辅助材料。助剂种类很多,但用量一般较少。选用时要考虑其相溶性和调浆操作方便。

(一)分解剂

淀粉的分解剂有酸性、碱性和氧化分解剂三类。

图3-8所示为小麦淀粉加入碱性分解剂硅酸钠及不加硅酸钠的粘度变化曲线。曲线反映了淀粉分解剂使淀粉大分子水解,降低大分子的聚合度和粘度,使浆液达到适于经纱上浆的良好流动性和均匀性;降低淀粉的糊化温度,缩短淀粉浆液达到完全糊化状态所需的时间,从而缩短浆液调制时间。

1.碱性分解剂

碱在高温及氧存在的条件下使淀粉大分子裂解,粘度下降,起到分解作用。使用碱分解剂时操作比较方便,分解作用缓和,有利于粘度稳定。常用的碱性分解剂有硅酸钠和氢氧化钠。硅酸钠的用量一般为淀粉重量的4%~8%。氢氧化钠的用量为淀粉重量的0.5%~1%。

2.酸性分解剂和氧化分解剂

酸性分解剂和氧化分解剂一般用于天然淀粉的变性加工,产品为酸解淀粉和氧化淀粉。淀粉的大分子遇酸后迅速发生水解反应,淀粉的聚合度减小,淀粉浆液粘度下降,渗透性增大。纺织厂应用的酸性分解剂有盐酸(用量为淀粉重量的0.2%~0.3%)、硫酸(用量为淀粉重量的0.4%~0.5%)等。

氧化分解剂使淀粉中的羟基氧化成羧基,浆液的粘度下降,淀粉对水和纤维的亲和力增加。氧化分解剂有氯胺T(用量为淀粉重量的0.4%~0.5%)、次氯酸钠(有效氯重量为淀粉重量的0.5%~1.2%)、漂白粉(有效氯重量为淀粉重量的0.12%)。

3.生物酶分解剂

生物酶分解剂是应用酶在一定温度范围内与淀粉发生反应,使淀粉大分子1-4甙键断裂,淀粉降解,粘度降低,常在淀粉调浆时加入生物酶分解剂,目前应用较多的生物酶分解剂为DDF,其用量为淀粉的5%。

(二)浸透剂

浸透剂即润湿剂,是一种以润湿浸透为主的表面活性剂。经纱通过浆槽时,浆液向经纱内部的浸透扩散程度与浆液的表面张力有关。表面张力越小,浸透扩散能力越强,在浆液中加入少量浸透剂的作用是使浆液表面张力降低,增加浆液与经纱界面的活性,改善浆液的浸透润湿能力。

用于经纱上浆的浸透剂一般为阴离子型和非离子型表面活性剂。在中性及弱碱性浆液中使用阴离子型表面活性剂;在酸性浆液中宜采用非离子型表面活性剂。

浸透剂一般用于疏水性合成纤维上浆。在棉纤维的细特、高捻或精梳纱上浆时亦可使用,以加强浸透上浆的效果,其用量为粘着剂的1%以下。

(三)柔软剂

柔软剂的作用是减小浆膜大分子之间的结合力,增加浆膜的可塑性,同时也可提高浆膜表面的平滑程度。以淀粉为主体的浆液中加入适量柔软剂,可以克服浆膜粗糙、脆硬的缺点。

应当指出:柔软剂对浆膜的机械强度也有不良影响,随着浆膜大分子之间的结合力削弱,浆膜机械强度下降。因此,柔软剂的加入量不宜过多。动物油脂的用量为淀粉量的2%~6%,植物油脂的用量为淀粉的3%~8%。

化学合成浆料的浆膜柔韧性一般较好,浆液调合时可以不加柔软剂。但是,生产中为减少浆膜对烘燥部件的粘贴,抑制浆液起泡,减少浆液结皮,有时亦加入少量柔软剂。一般为合成粘着剂的2%以内。

用于浆纱的柔软剂有各种油脂:牛油、猪油、羊油、棉籽油、椰子油、浆纱用油脂以及经乳化处理的浆纱膏等。

用作柔软剂的还有部分以柔软润滑为主的表面活性剂。这些表面活性剂也有润湿分散作用。如柔软剂SG(用于合纤上浆)、柔软剂101、TS-40(用于合纤、粘胶纤维上浆),用量为粘着剂量的1%~2%。柔软剂KS-57(用于各类短纤维上浆),用量为粘着剂量的5%~10%

(四)抗静电剂

疏水性合成纤维吸湿性差,是电的不良导体。在浆纱和织造过程中容易形成静电积聚,以至纱线毛茸耸立

,在开口运动时与相邻经纱互相缠连,影响织造顺利进行。为克服这一缺点,在浆液中加入少量以消除静电为主的表面活性剂,不仅能起到良好的抗静电效果,而且还使浆膜平滑。作为抗静电剂的表面活性剂有离子型和吸湿型的两种,离子型的抗静电性能比吸湿型的抗静电剂好,如抗静电剂SFNY、静电消除剂SN等。

(五)润滑剂

润滑剂的作用是使浆纱表面润滑,以减小表面摩擦系数,提高浆纱的耐磨性能,同时还能起到减少静电的作用。这对于合成纤维和细特高密织物的经纱上浆尤为重要。

常用的润滑剂主要有蜡液和蜡辊。通过后上蜡方法给烘房出来的浆纱涂上一层蜡膜,可以使浆膜表面润滑光洁,并且不影响浆膜的原有性能。

固体蜡辊由石蜡(30%)、蜂蜡(50%)、硬脂酸(20%)混熔制成,上蜡率为0.1%左右。热熔性蜡由石蜡(60%)、硬脂酸(10%)、乳百灵等表面活性剂(30%)组成,上蜡率为0.2%~0.4%。水溶性蜡由醚型非离子表面活性剂(20%)、酯型非离子表面活性剂(80%)组成,上蜡率为0.2%~0.4%,这种蜡膜在印染加工时容易退净,因此用量可以提高。

(六)防腐剂

浆料中的淀粉、油脂、蛋白质等都是微生物的营养剂。坯布长期储存过程中,在一定的温度、湿度条件下容易长霉。在浆料配方中加入一定量的防腐剂,可以抑制霉菌的生长,防止坯布储存过程中的霉变。

浆纱常用防腐剂有2-萘酚与NL-4防腐剂。在碱性浆液中,2-萘酚的用量一般为粘着剂重量的0.2%~0.4%,酸性浆中为0.15%~0.3%。NL-4防腐剂主要成分为二羟基二氯二苯基甲烷,又称双氯酚,简称DDM,具有较强的杀菌能力,用量同2-萘酚。

(七)吸湿剂

吸湿剂的作用是提高浆膜的吸湿能力,使浆膜的弹性、柔性得到改善。合成浆料的浆膜一般具有良好的弹性和柔性,因此浆料配方中不必使用吸湿剂。淀粉浆膜的缺点是脆硬,过于干燥

时会脆裂、落浆。在冬季干燥的气候条件下,当淀粉上浆率较高时,可以考虑在浆液中加入适量的吸湿剂,以减少织造过程中经纱的脆断现象。

常用的吸湿剂是甘油,甘油是无色透明略带甜味的粘稠液体。甘油的使用量一般为淀粉重量的1%~2%。此外,具有大量亲水性基团的表面活性剂也可作为吸湿剂使用。

(八)消泡剂

浆液起泡不仅给浆纱操作带来不便,而且会引起上浆量不足和不匀,影响浆纱质量。产生浆液起泡的原因很多,如PVA浆的使用、调浆的水质、淀粉浆料的质量等,粘度大的浆液中“泡沫寿命”也长,一旦产生泡沫之后,就难以自然消除。

当浆液中泡沫生成之后,分批加入少量油脂类柔软剂,可以作为消泡剂降低气泡膜的强度和韧度,使气泡破裂。常用的有松节油、辛醇、硅油、可溶性蜡等。

三、浆料的质量指标

为保证浆纱质量稳定,浆料的质量必须符合上浆要求。纺织厂应对每批浆料的物理、化学性质进行抽样检查,并严格保管制度,控制使用期限。目前,抽样检查时所进行的都是常规检验项目,如淀粉的含水、色泽、细度、粘度、蛋白质、酸值、灰份、斑点等。随着各种新型合成粘着剂、变性粘着剂、助剂的不断开发及应用,检验项目也将逐步扩充,如浆料官能团的鉴别、混合浆的分析等。

随着科学技术的发展,近代有机分析手段已能基本满足浆料质量检验工作的需要。譬如在Fourier红外吸收光谱仪上,利用化合物中每一种官能团在各种振动方式上都有一定自振频率的特点,根据红外光照射该化合物时,红外光中某一频率与官能团的一种自振频率相同,将发生共振,该频率红外光将被吸收的原理,由红外吸收光谱图可以迅速、准确地进行各种官能团的定性及定量分析。在气相色谱仪上,混合浆料的各种组分被瞬时汽化分离,并进行色谱分析,最后由电子计算机打印出混合浆料成分的定性或定量的分析结果。


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