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浆纱柔软剂中的小分子与淀粉的相互作用

来源:印染在线 发布时间:2009年06月26日
0 前言淀粉是植物光合作用贮存碳水化合物的主要形式。分解淀粉的细菌经过自然界亿万年的驯化,使淀粉无论在水中还是泥土中都完全可生物降解。淀粉价格便宜,原料易得,是可再生的天然高分子资源,在绿色环保意义上是纺织浆料的最佳选择。淀粉是α-D-葡萄糖的聚合物,每一个葡萄糖剩基在其2-,3-和6-位上含有三个羟基,因此淀粉具有一定的反应活性,也可以在分子内或分子间形成氢键。淀粉浆料成膜性好,有一定的浆膜强度和耐磨性,对纤维素纤维具有良好的粘附性,对于锦纶、涤纶等弱极性合成纤维也有一定的粘附性,这些性质使淀粉浆料相对于合成浆料具有较大的竞争力。但是,淀粉类浆料在现阶段还不能够完全代替合成浆料。其主要原因除了对合成纤维的粘附性不如合成浆料以外,淀粉类浆料的浆膜硬脆,弯曲或摩擦时粉化,特别是在缺乏有效柔软剂的情况下。淀粉高分子重复单元为葡萄糖环状结构,分子链僵硬,分子之间由于强烈的氢键作用使淀粉浆成膜后表现出硬脆性,容易折断,即具有较高的初始模量和较小的断裂伸长,尤其在环境湿度较低时,浆膜容易龟裂脱落。所以纯淀粉浆常常只适用于棉、麻等粗号纱线的上浆,对化学纤维上浆后在经纱分绞和织造时落浆较多,表观粘附性不够;甚至对纯棉的细号纱也不宜完全使用淀粉类浆料,因为细号高密经纱一般上浆率较高,浆膜脆硬将导致织机效率低,严重的情况引起经纱脆断。由此可见,淀粉浆膜缺乏柔韧性是其致命的弱点。为了改善淀粉浆料对合成纤维的粘附性和浆膜的硬脆性,常用的方法是在淀粉浆料配方中加入一定比例的合成浆料,如PVA和丙烯酸类浆料,并且再加入相当于淀粉重1%~8%的浆纱柔软剂。传统的浆纱柔软剂,有浆纱膏,主要由动植物油脂部分皂化而成,其中含有甘油三酯(未皂化的油脂)、游离脂肪酸、脂肪酸盐表面活性剂和少量无机盐;或者由动植物油脂进行氢化,再经过部分皂化或者添加乳化剂等组成,有些配方中还可能含有矿物油等。纺织技术人
员使用这些助剂在很大程度上依靠经验,其实际效果往往看最终的织造效率,而织机效率的影响因素很多,因此助剂的实际作用以及对淀粉性质的影响很难说清楚。我们研究小组最近发现,将浆纱膏加入到淀粉浆料中会加重淀粉浆膜的脆硬性,引起经纱分绞和织造时落物增加,这与加入浆纱柔软剂的初衷背道而驰。关于助剂的误用源于国内浆纱技术人员对传统浆纱实践经验的依赖及对浆纱的基础研究不够,国内外也很少见浆纱柔软剂对淀粉浆料影响的报道,因此有必要从应用基础出发讨论淀粉与柔软剂相关的小分子(如脂肪、游离脂肪酸、表面活性剂和无机盐)的相互作用。本文主要对这方面国际已有的科技成果进行综述。1 直链淀粉与配体形成的包合配合物淀粉含有直链淀粉和支链淀粉两个主要组分。普通天然淀粉包含10%~25%直链淀粉和75%~90%支链淀粉,随淀粉来源不同差别很大,例如,细号链玉米淀粉中直链淀粉含量小于3%,高直链玉米淀粉中直链淀粉含量大于40%。直链淀粉本质上是线性高分子,由1,4-α-D-脱水葡萄糖单元组成,而支链淀粉含高度的α-1,6-支链结构。对于淀粉颗粒结构通常一致的观点是这两种淀粉高分子组装在一个簇结构中构成结晶和无定形区域。支链淀粉的线性部分组成结晶区,而支链点和直链淀粉是无定形部分的主要组分。众所周知,直链淀粉分子之间容易形成氢键,在淀粉糊化冷却后形成较为有序的结构,并产生脱水收缩,在纺织行业称为淀粉浆的“退减”(retrogradation)。?

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