大青葉粘膠共混紡絲液的配制及其性能研究

田翠芳

(山東如意科技集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)寧 272000)

大青葉粘膠共混紡絲液的配制及其性能研究

田翠芳

(山東如意科技集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)寧 272000)

文章中添加大青葉提取物對(duì)粘膠紡絲原液的可紡性有一定的影響。試驗(yàn)配制了不同配比的大青葉粘膠共混紡絲液，研究了共混紡絲液的組分、溫度與其粘度的關(guān)系，從而為共混紡絲液的紡絲工藝提供數(shù)據(jù)參考。

大青葉粘膠共混紡絲液；配制；可紡性；溫度；粘度

1 引言

可紡性是表征纖維紡絲的一個(gè)重要參數(shù)。材料的可紡性與材料的實(shí)際拉伸粘度及材料的分子結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)[1]。

抗菌紡織品的生產(chǎn)方法主要有添加共混法、涂層法和后整理法。涂層法和后整理法雖然處理方便快捷，對(duì)抗菌劑要求不高，但纖維和織物的手感、舒適性較差，抗菌耐久性不好。共混改性法對(duì)抗菌劑耐酸堿性、與纖維素大分子相容性、共混粘膠原液可紡性等要求都比較高，但纖維和織物手感、舒適性較好，抗菌耐久性好，且不需要特殊的后處理工藝，生產(chǎn)過(guò)程和產(chǎn)品的環(huán)保性都較涂層法和后整理法好。

添加共混法是在粘膠纖維紡絲前或紡絲過(guò)程中將一定量的抗菌劑加入到粘膠原液中，通過(guò)紡絲獲得抗菌粘膠纖維，有些添加型抗菌改性方法還需要在紡絲成型后的后整理過(guò)程中改變一定工藝，從而達(dá)到更好的抗菌效果。添加抗菌劑獲得抗菌性能的同時(shí)，會(huì)給纖維結(jié)晶度、取向度、表面形態(tài)等帶來(lái)影響，從而進(jìn)一步對(duì)纖維的物理機(jī)械性能產(chǎn)生一定影響。因?yàn)檎衬z纖維的紡絲是在強(qiáng)酸強(qiáng)堿的環(huán)境下進(jìn)行，所以對(duì)抗菌劑也有較高的要求，抗菌劑不僅要耐酸、耐堿，還要在粘膠原液中具有比較好的分散性能，否則抗菌劑的合成與抗菌粘膠纖維的制備對(duì)可紡性會(huì)有一定影響。這些因素都決定了粘膠纖維抗菌劑的選擇。

可紡性是表征纖維紡絲的一個(gè)重要參數(shù)。材料的可紡性與材料的實(shí)際拉伸粘度及材料的分子結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)[1]。文中添加的大青葉提取物對(duì)粘膠紡絲原液的可紡性有一定的影響。本文采用兩種混合方法配置大青葉粘膠共混紡絲液。一種方法是直接將大青葉粉末加入到粘膠紡絲原液中；另一種方法是將大青葉提取物制成水溶液，然后與粘膠紡絲液共混進(jìn)行紡絲。本文配置了不同配比的大青葉粘膠共混紡絲液，并研究了共混紡絲液的組分、溫度與其粘度的關(guān)系，從而為共混紡絲液的紡絲工藝提供數(shù)據(jù)參考。

2 大青葉提取物的溶解度測(cè)試

2.1 試驗(yàn)材料及試驗(yàn)儀器

試驗(yàn)材料：大青葉提取物(直接定制，黃色顆粒狀固體，無(wú)固定形狀)，蒸餾水

試驗(yàn)儀器：50 mL燒杯、量杯、玻璃棒、溫度計(jì)、藥匙、DK-98-I型電熱恒溫水浴鍋、FA2004B電子天平。

2.2 試驗(yàn)方法

(1)打開(kāi)電熱恒溫水浴鍋，將其溫度調(diào)至20℃；

(2)取一只潔凈干燥的50 mL的燒杯，加入10 mL蒸餾水，放到恒溫水浴鍋中，使燒杯中的水溫溫度穩(wěn)定在20℃，然后向燒杯中緩慢加入重量已知的大青葉提取物并用玻璃棒不斷攪拌，直到它不再溶解為止，此時(shí)用加入大青葉提取物的重量乘以10即為在20℃時(shí)大青葉提取物的溶解度；

(3)將水浴鍋的溫度依次調(diào)至30℃、40℃、50℃、60℃，然后依次重復(fù)步驟2，這樣即可分別求出大青葉提取物在上述不同溫度下的溶解度。

2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

大青葉提取物在不同溫度下的溶解度見(jiàn)表1。

表1 大青葉提取物在不同溫度下的溶解度

由表1可以看出，大青葉提取物的溶解度較大，且其溶解度隨著溫度的升高而增大；而大青葉提取物在20℃時(shí)的溶解度為170.271 g，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于10 g，這說(shuō)明大青葉提取物極易溶于水。大青葉提取物良好的溶解性則有利于其與粘膠紡絲液共混。

大青葉提取物各溫度下的溶解度曲線見(jiàn)圖1。

圖1 大青葉提取物溶解度曲線

從圖1可以看出，此曲線呈上升趨勢(shì)，說(shuō)明大青葉提取物溶解度隨溫度的升高而增大；同時(shí)在40℃以下大青葉提取物的溶解度隨溫度的升高增幅較大。

3 大青葉提取物/粘膠共混紡絲液配制及其性能研究

3.1 大青葉提取物/粘膠共混紡絲液的配制

本文采用兩種混合方法配制大青葉/粘膠共混紡絲液。一種方法是將大青葉粉末直接加入到粘膠紡絲原液中；另一種方法是將大青葉粉末溶于蒸餾水中配制成溶液，然后再與粘膠紡絲液共混進(jìn)行紡絲。

3.1.1 試驗(yàn)材料及試驗(yàn)儀器

試驗(yàn)材料：大青葉提取物，大青葉水溶液(按本文1方法制備)，純粘膠紡絲液(纖維素含量為8.9%)

試驗(yàn)儀器：大小燒杯(若干)，玻璃棒，F(xiàn)A2004B電子天平，JB90-D型強(qiáng)力電動(dòng)攪拌機(jī)。

3.1.2 試驗(yàn)步驟

第一種混合法的試驗(yàn)步驟為：

(1)用電子天平稱取不同質(zhì)量的大青葉提取物；

(2)將稱好的大青葉粉末加入到粘膠紡絲液中，并用電動(dòng)攪拌機(jī)攪拌，直至大青葉提取物均勻的分散于粘膠紡絲液中；

(3)過(guò)濾，脫泡，備用。

第二種混合法的試驗(yàn)步驟為：

(1)用電子天平稱取20 g的大青葉粉末，將其溶于蒸餾水中，配制成100 mL大青葉水溶液；

(2)按一定的體積比，將大青葉水溶液加入到粘膠紡絲液中，并用電動(dòng)攪拌器攪拌，直至混合均勻?yàn)橹梗?/p>

(3)過(guò)濾，脫泡，并備用。

3.1.3 試驗(yàn)方案

共混紡絲液的配比方案見(jiàn)表2，其中S系列為第一種混合方法制得的共混紡絲液，L系列為第二種方法制得的共混紡絲液。

表2 不同配比的共混紡絲液方案

注：此表中所選擇的各種方案主要考慮了共混紡絲液的成絲性及大青葉提取物的添加成本。方案S1、S2、S3、S4、S5和方案L1、L2、L3、L4、L5中大青葉提取物的含量分別對(duì)應(yīng)相等。

3.2 大青葉提取物/粘膠共混紡絲液的性能研究

因?yàn)槠胀ㄕ衬z生產(chǎn)所采用的溫度一般在25℃左右，所以，文中以1℃為間隔測(cè)試了20℃～30℃范圍內(nèi)表2中不同實(shí)驗(yàn)方案的共混紡絲液的粘度。

3.2.1 試驗(yàn)儀器

NDJ-79型旋轉(zhuǎn)式粘度計(jì)，恒速750 rpm。

3.2.2 試驗(yàn)方法

用NDJ-79型旋轉(zhuǎn)式粘度計(jì)進(jìn)行測(cè)試，以1℃為間隔測(cè)試20℃～30℃區(qū)間內(nèi)純粘膠紡絲液及不同配比共混紡絲液的粘度。轉(zhuǎn)速選擇750 rpm，轉(zhuǎn)子選擇8#。

測(cè)試步驟：

將被測(cè)的大青葉/粘膠共混紡絲液倒入玻璃杯，直到液面高度低于杯口2 cm時(shí)，將轉(zhuǎn)片掛鉤穿進(jìn)左旋滾花螺母的孔圈內(nèi)，隨后將塑料環(huán)放入玻璃杯測(cè)量架內(nèi)，再將玻璃杯與儀器成45°傾斜，逐漸按入塑料環(huán)內(nèi)。測(cè)試時(shí)，必須使?jié)L花落幕掛鉤保持在液面的上部，然后啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)，使轉(zhuǎn)片旋轉(zhuǎn)，當(dāng)指針?lè)€(wěn)定后即可讀數(shù)。若粘度值讀數(shù)小于10格，應(yīng)換大一號(hào)轉(zhuǎn)片重新實(shí)驗(yàn)。

根據(jù)計(jì)算公式：

共混紡絲液的粘度值=1000+200×刻度讀數(shù)(mPa·S)

可得各方案的共混紡絲液的粘度值。

3.2.3 試驗(yàn)結(jié)果與討論

如圖2、圖3、圖4是純粘膠紡絲液和方案中共混紡絲液。

純粘膠紡絲液及第一種方法配制S系列的共混紡絲液在20℃～30℃溫度下的粘度變化規(guī)律如圖5所示。

由圖5可以看出，S系列各個(gè)方案配制的共混紡絲液的粘度均比純粘膠紡絲液的粘度大。在相同溫度下，隨著大青葉提取物粉末添加量的增大，共混紡絲液的粘度增大，這說(shuō)明加入大青葉提取物粉末有利于共混紡絲液的粘度的提高。還可以看出，S系列同一方案配制的共混紡絲液的粘度隨著溫度的升高而降低。

圖2 純粘膠紡絲液

圖3 方案S1

圖4 方案L1

在20℃～30℃溫度下，純粘膠紡絲液及采用第二種方案配制的L系列共混紡絲液的粘度變化規(guī)律如圖6所示。

圖6 不同溫度下L系列共混紡絲液的粘度儀顯示值

由圖6可以看出，L系列各個(gè)方案配制的共混紡絲液的粘度均比純粘膠紡絲液的粘度小。在相同溫度下，隨著大青葉提取物水溶液添加比例的增大，共混紡絲液的粘度減小，這說(shuō)明加入大青葉提取物水溶液使共混紡絲液的粘度降低。此外，由圖6還可以看出，L系列同一方案配制的共混紡絲液的粘度隨著溫度的升高而降低。

綜合純粘膠紡絲液和各實(shí)驗(yàn)方案配制的S系列和L系列共混紡絲液的粘度進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果如圖7。

圖7 不同溫度下純粘膠紡絲液和各共混紡絲液的粘度儀顯示值

由圖7可以看出，S系列方案配制的共混紡絲液的粘度比純粘膠紡絲液的粘度大，而L系列方案配制的共混紡絲液的粘度比純粘膠紡絲液的粘度小。各種方案的共混紡絲液的粘度均隨著溫度的升高而降低。

這是由于共混紡絲液的粘度是分子進(jìn)行相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的內(nèi)摩擦，分子間的相互作用越大，流動(dòng)時(shí)表現(xiàn)出來(lái)的粘度也越大。溶液粘度的大小主要取決于液體分子間相互作用力的大小。隨著溫度升高，大分子及大分子鏈的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)加劇，分子間距及大分子鏈間距增大，分子間及大分子鏈間的作用力減小，分子鏈更易于活動(dòng)，粘膠分子間的相互作用發(fā)生變化，大青葉和粘膠分子之間的相互作用力遭到破壞，同時(shí)粘膠分子間的締合結(jié)構(gòu)被破壞，分子間氫鍵結(jié)構(gòu)逐漸被破壞，氫鍵作用被削弱，由氫鍵形成所引起的分子間作用力也減??；隨著溫度的升高，熱力學(xué)能量增加，加劇了粘膠分子鏈的纏結(jié)，使伸展的粘膠分子鏈逐漸收縮，也導(dǎo)致解纏結(jié)點(diǎn)能力大于纏結(jié)能力，最終導(dǎo)致粘度隨著溫度的升高而降低。此外，升高溫度，還可以提高粘膠分子鏈的柔順性，從而使溶液粘度降低。因此，共混紡絲液的粘度隨溫度的升高而降低。

因?yàn)槠胀ㄕ衬z纖維生產(chǎn)所采用的溫度是在25℃左右，所以將各方案共混紡絲液的粘度在25℃時(shí)進(jìn)行對(duì)比分析，如圖8所示。

圖8 25℃時(shí)不同實(shí)驗(yàn)方案的共混紡絲液的粘度儀顯示值

由圖8可知，在相同溫度25℃下，S系列各方案共混紡絲液的粘度均比純粘膠紡絲液的粘度大，L系列各共混方案共混紡絲液的粘度均比純粘膠紡絲液的粘度小。隨著大青葉提取物粉末添加量的增大，共混紡絲液的粘度增大，而隨著大青葉提取物水溶液在共混紡絲液中添加比例的增加，共混紡絲液的粘度反而減小。因S系列共混膜添加為大青葉提取物粉末，粉末的添加使共混紡絲液分子間相互作用力增強(qiáng)；而L系列共混膜添加為大青葉水溶液，水分子作用，使共混紡絲液內(nèi)部分子間相互作用力減弱。從而使粘度增強(qiáng)各方案共混紡絲液的粘度從大到小排列依次為：S5>S4>S3>S2>S1>V>L1>L2>L3>L4>L5。

4 結(jié)論

4.1 一定條件下，采用第一種方法配制S系列的共混紡絲液(即在純粘膠紡絲液中直接加入大青葉提取物粉末)，加入大青葉提取物粉末會(huì)使共混紡絲液的粘度增大，同時(shí)大青葉提取物粉末添加量越大，S系列共混紡絲液的粘度越大。

4.2 一定條件下，采用第二種方法配制L系列共混紡絲液(即在純粘膠紡絲液中加入大青葉提取物的水溶液)，加入大青葉提取物水溶液會(huì)使共混紡絲液的粘度降低，同時(shí)大青葉提取物水溶液添加比例越大，L系列共混紡絲液的粘度越小。

4.3 各方案共混紡絲液的粘度隨著溫度的升高逐漸下降。

4.4 本文中各方案共混紡絲液在25℃時(shí)的粘度從大到小順序依次為：S5>S4>S3>S2>S1>V>L1>L2>L3>L4>L5。

由于方案中共混紡絲液的粘度與純粘膠紡絲液的粘度越接近越有利于紡絲，因此，從粘度方面考慮，各實(shí)驗(yàn)方案的共混紡絲液紡絲性能的優(yōu)劣順序?yàn)椋篖1>L2>L3>L4>L5>S1>S2>S3>S4>S5。

[1] 金日光.高分子物理[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005.

Research on Viscose Blended Folium Spinning Solution Preparation and its Performance

TianCuifang

(Shandong Ruyi Technology Group Co., Ltd., Jining 272000, China)

The extract of Folium Isatidis has a certain influence on the spinnability of viscose spinning solution. In this paper, different proportion of viscose blended Folium spinning solution was prepared. The relationship between the composition and temperature of the blended spinning solution and its viscosity was studied, which provided the data reference for the spinning process of blended spinning solution.

viscose blended folium spinning solution; preparation; spinnability; temperature; viscosity

2016-10-21

田翠芳(1989-)，女，山東濟(jì)寧人，助理工程師。

TQ340.41

B

1009-3028(2017)01-0049-05