淀粉/納米Si O2組合漿料性能研究

喻永青

(廣東匯美淀粉科技有限公司,廣東 東莞 523143)

淀粉作為地球上第二大生物質(zhì)材料,具有來(lái)源廣泛、成本低廉、環(huán)?？稍偕膬?yōu)點(diǎn),一直以來(lái)都是紡織經(jīng)紗上漿的主要漿料[1-2]。然而由于其漿膜成膜硬脆、漿液流動(dòng)性差[3],在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中,往往需要與一定量的聚乙烯醇(PVA)進(jìn)行復(fù)配使用,以滿足漿紗工藝要求。PVA分子結(jié)構(gòu)規(guī)整穩(wěn)定,致使其生物降解性差,易造成環(huán)境污染[4],在制定漿料配方時(shí),應(yīng)不用或少用PVA。

由于納米顆粒巨大的比表面積以及奇異的表面效應(yīng),有研究者將其應(yīng)用于紡織漿料領(lǐng)域,發(fā)現(xiàn)納米顆粒對(duì)淀粉漿料的上漿性能具有顯著影響,并認(rèn)為通過(guò)將納米顆粒與淀粉組合上漿,有利于降低對(duì)PVA組分的需求量,保護(hù)環(huán)境[5-7]。基于此,制定了兩種不同的淀粉/納米級(jí)Si O2組合漿料配方,對(duì)淀粉/納米級(jí)Si O2組合漿料的漿液及漿紗性能進(jìn)行測(cè)試分析,研究淀粉/納米級(jí)Si O2組合漿料的性能,以期為相關(guān)從業(yè)者提供一定參考。

1 試驗(yàn)部分

1.1 材料和儀器

材料:變性淀粉、玉米淀粉、聚丙烯酰胺、納米級(jí)Si O2。

儀器:FA2004B型電子天平、Y801型電熱恒溫干燥箱、H WS-250型恒溫恒濕箱、HD021N型電子單紗強(qiáng)力儀、ZBH-4型漿膜厚度儀、HD026PC電子織物強(qiáng)力儀、YT821型漏斗式漿液黏度計(jì)、H H-2型恒溫水浴鍋、JJ-1型 電動(dòng)攪拌 器、YG172 A型 毛 羽 測(cè)試儀、GA392單紗漿紗機(jī)。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 漿料配方

本試驗(yàn)采用淀粉為主漿料,所采用的漿料配方見(jiàn)表1。

表1 淀粉/納米級(jí)Si O2組合漿料配方

1.2.2 漿膜的制備與性能測(cè)試

(1)漿膜的制備

使用濃度為3%的漿液制成漿膜,采用澆鑄法[8]制備測(cè)試用漿膜。

(2)漿膜力學(xué)性能測(cè)試

在相對(duì)濕度65%、溫度28℃條件下,將試樣漿膜放置于恒溫恒濕箱,平衡24 h。采用ZBH-4型漿膜厚度儀,測(cè)試漿膜厚度,有效樣本容量為10。采用HD021 N+型單紗強(qiáng)力儀,測(cè)試漿膜拉伸斷裂強(qiáng)力及拉伸斷裂伸長(zhǎng)率。測(cè)試條件:夾持長(zhǎng)度100 mm,拉伸速度100 mm/min,測(cè)試10次,取平均值。按照文獻(xiàn)[9]所述方法,測(cè)試漿膜的耐屈曲性,有效樣本容量為10。

(3)漿膜回潮率測(cè)試

根據(jù)文獻(xiàn)[10]所述方法,采用烘箱干燥法測(cè)試漿膜的回潮率。

(4)漿膜水溶性測(cè)試

漿膜的水溶速率反映了其水溶性。參考文獻(xiàn)[11],測(cè)試其水溶速率。

1.2.3 漿液性能測(cè)試

(1)漿液黏度及黏度熱穩(wěn)定性

依據(jù)文獻(xiàn)[12]的方法,使用YT821型漏斗式漿液黏度計(jì),測(cè)試液黏度及黏度熱穩(wěn)定性,有效樣本容量為10。

(2)漿液黏附力測(cè)試

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)FZ/T15001—2008測(cè)定漿液黏附力,將自然風(fēng)干后的純棉粗紗條在相對(duì)濕度65%、溫度25℃條件下,調(diào)濕處理24 h,隨后測(cè)試純棉粗紗條的斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率,純棉粗紗條的斷裂強(qiáng)力即為粗紗黏附力[13]。測(cè)試條件為:試樣夾持長(zhǎng)度100 mm,拉伸速度100 mm/min,有效樣本容量為30。

1.2.4 漿紗試驗(yàn)及性能測(cè)試

(1)漿紗試驗(yàn)

使用GA392單紗漿紗機(jī)(單浸單壓),卷繞速度20 m/min,烘房溫度80℃,對(duì)14.6 tex純棉紗進(jìn)行漿紗試驗(yàn)。試驗(yàn)用漿料配方見(jiàn)表1,上漿工藝參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 上漿工藝參數(shù)

(2)漿紗增強(qiáng)率、減伸率

原紗及漿紗的斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率采用HD021 N電子單紗強(qiáng)力儀進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試條件:夾距500 mm,拉伸速度500 m/min,有效樣本容量為30。依據(jù)文獻(xiàn)[14]計(jì)算增強(qiáng)率及減伸率。

(3)漿紗耐磨性能

使用Y731型抱合力機(jī),根據(jù)文獻(xiàn)[14]所述方法,測(cè)試漿紗的耐磨性,并計(jì)算其增磨率。

(4)漿紗毛羽

在YG172 A型毛羽測(cè)試儀上測(cè)試漿紗毛羽,測(cè)試條件:速度為30 m/min,紗線片段長(zhǎng)度為1 m,共測(cè)30組。毛羽降低率的計(jì)算方法見(jiàn)文獻(xiàn)[15]。

(5)漿紗回潮率及退漿率

采用烘箱干燥法(詳見(jiàn)1.2.2),測(cè)試漿紗回潮率。根據(jù)文獻(xiàn)[15],采用堿法退漿并計(jì)算上漿率。

2 結(jié)果與討論

2.1 漿膜性能

淀粉/納米級(jí)Si O2組合漿料的漿膜外觀如圖1、2所示?？梢钥闯龅矸?納米級(jí)Si O2組合漿料的配方一及配方二的漿膜均成膜較為完整,且由于配方二中淀粉組分占比較大,配方一的漿膜較配方二更為透明。

圖1 配方一漿膜外觀

分別對(duì)配方一及配方二漿膜的力學(xué)性能、吸濕性及水溶速率進(jìn)行測(cè)試,其結(jié)果見(jiàn)表3。

圖2 配方二漿膜外觀

由表3可知,配方一及配方二淀粉/納米級(jí)Si O2組合漿料漿膜的力學(xué)性能表現(xiàn)差異不大,均具有較好的成膜柔韌性、耐屈曲性,可見(jiàn)納米級(jí)Si O2的添加能夠顯著改善淀粉漿膜硬脆的特性。此外,配方二漿膜的回潮率及水溶速率均優(yōu)于配方一,吸濕性更強(qiáng),更易退漿。這可能是由于配方二淀粉/納米級(jí)Si O2組合漿料的體系中引入了更多的親水性酰胺基及羥基基團(tuán)所致[17-18]。

表3 淀粉/納米級(jí)Si O2組合漿料漿膜性能

2.2 漿液性能

2.2.1 漿液黏度及黏度熱穩(wěn)定性

漿液黏度決定了漿液的流動(dòng)性,漿液黏度熱穩(wěn)定性反映了漿液黏度隨煮漿時(shí)間延長(zhǎng)的變化規(guī)律,二者對(duì)經(jīng)紗上漿質(zhì)量的影響顯著[19]。分別對(duì)配方一、配方二淀粉/納米級(jí)SiO2組合漿料的漿液性能進(jìn)行測(cè)試。其黏度及黏度熱穩(wěn)定性測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表4。

由表4可以看出:兩種漿料配方的漿液黏度熱穩(wěn)定性均≥85%,黏度穩(wěn)定。這表明淀粉/納米級(jí)SiO2組合漿料的黏度較為穩(wěn)定,滿足漿紗要求。此外,配方二漿液的黏度穩(wěn)定性略大,更有利于在上漿過(guò)程中保持漿液黏度的穩(wěn)定,有利于提高漿液上漿的均勻性。

表4 淀粉/納米級(jí)Si O2組合漿料的黏度及黏度熱穩(wěn)定性 單位:mPa·s

2.2.2 淀粉/納米級(jí)Si O2組合漿料黏度與濃度的關(guān)系

分別按照配方一、配方二淀粉/納米級(jí)Si O2組合漿料調(diào)制濃度為2%、4%、6%、8%、10%漿液,恒溫水浴加熱到95℃,測(cè)試其在95℃時(shí)的黏度。黏度隨濃度變化情況見(jiàn)表5。

表5 淀粉/納米級(jí)Si O 2組合漿料的黏度與濃度的關(guān)系單位:mPa·s

由表5可知,淀粉/納米級(jí)Si O2組合漿料配方一及配方二的黏度均隨濃度的降低而降低。這主要是因?yàn)楫?dāng)漿液濃度越大時(shí),漿液中的分子鏈段也越多,且由于分子運(yùn)動(dòng)的各向異性,使得分子鏈段運(yùn)動(dòng)過(guò)程中作用力相互抵消,漿液的流動(dòng)性變差,表現(xiàn)為漿液的黏度增大。漿液的黏度過(guò)大會(huì)影響漿紗質(zhì)量,黏度過(guò)小會(huì)難以上漿。綜合以上數(shù)據(jù)來(lái)看,淀粉/納米級(jí)Si O2組合漿料選擇8%濃度來(lái)進(jìn)行紗線上漿,較為合適。

2.2.3 淀粉/納米級(jí)Si O2組合漿料黏度與溫度的關(guān)系

配制濃度為6%的漿液500 mL,在水浴鍋中加熱,在溫度分別為90、80、70、60、50℃時(shí)測(cè)其黏度,黏度隨溫度變化情況見(jiàn)表6。

表6 淀粉/納米級(jí)Si O2組合漿料的黏度與溫度的關(guān)系單位:mPa·s

由表6可知,配方一及配方二淀粉/Si O2組合漿料的黏度均隨溫度的降低而升高。這是由于在高溫條件下,分子間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)較為劇烈,分子間作用力相對(duì)減弱,宏觀表現(xiàn)為黏度低,而溫度降低后分子運(yùn)動(dòng)減緩,黏度出現(xiàn)上升趨勢(shì)。由于漿液的黏度過(guò)大會(huì)影響漿紗質(zhì)量,過(guò)小則難以上漿。因此,確定漿槽溫度為90℃。

2

.2.4 漿料黏附性

漿液黏附性體現(xiàn)著漿料與纖維之間的結(jié)合能力[20],淀粉/納米級(jí)Si O2組合漿料對(duì)純棉粗紗的黏附力測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表7。

表7 淀粉/納米級(jí)Si O2組合漿料的黏附力測(cè)試

由表7可知,配方一及配方二淀粉/納米級(jí)Si O2組合漿料對(duì)純棉粗紗均有一定的黏附性,配方一漿液對(duì)純棉粗紗的黏附力略優(yōu)于配方二漿液。這可能是由于納米級(jí)Si O2與淀粉基體大分子相互構(gòu)成立體網(wǎng)狀,漿料配方一中的納米級(jí)Si O2對(duì)淀粉的質(zhì)量比有所增加,對(duì)漿液在棉纖維表面所形成的黏合層起到了更大的增強(qiáng)作用[21]。

2.3 淀粉/納米級(jí)Si O2組合漿料上漿工藝實(shí)踐

表8和圖3分別為淀粉/納米級(jí)Si O2組合漿料對(duì)14.6 tex純棉紗的漿紗性能表現(xiàn)及上漿前后紗線微觀形貌圖。

圖3 淀粉/納米級(jí)Si O2組合漿料上漿前后狀態(tài)對(duì)比

表8 漿紗性能測(cè)試

由表8可知,淀粉/納米級(jí)Si O2組合漿料可有效改善純棉紗的漿紗性能,紗線經(jīng)過(guò)上漿后毛羽數(shù)量明顯減少,耐磨性得到明顯提高,且兩種漿料配方均對(duì)14.6 tex純棉紗起到了增強(qiáng)、減伸的作用,在堿液中進(jìn)行退漿,退漿率均滿足退漿工藝要求。此外,配方一上漿后的紗線毛羽降低率、退漿率略大于淀粉/納米級(jí)Si O2組合漿料配方二上漿后的紗線,而其增強(qiáng)率、減伸率、增磨率、回潮率均小于配方二上漿后的紗線,綜合配方一及配方二在各個(gè)方面的性能表現(xiàn),可知淀粉/Si O2組合漿料配方二在漿紗上所展現(xiàn)的性能要略優(yōu)于配方一。

由圖3的淀粉/納米級(jí)Si O2組合漿料漿紗與原紗的紗線形態(tài)對(duì)比可得:經(jīng)過(guò)淀粉/Si O2組合漿料上漿后的紗線外觀形態(tài)得到明顯改善,毛羽顯著降低,條干也更為均勻,能夠滿足后續(xù)工序?qū)喚€加工生產(chǎn)的需求。此外,紗線經(jīng)過(guò)上漿后毛羽數(shù)量明顯減少,配方一漿液淀粉/納米級(jí)Si O2組合漿料的漿紗毛羽較少,配方一對(duì)純棉紗線有著更強(qiáng)的毛羽貼伏能力。

3 結(jié) 論

(1)淀粉/納米級(jí)Si O2組合漿料漿膜成膜柔韌,漿液流動(dòng)性佳且黏度穩(wěn)定,對(duì)純棉粗紗有著良好的黏附性,漿紗力學(xué)性能表現(xiàn)優(yōu)異,毛羽少,能夠滿足實(shí)際生產(chǎn)的需求。

(2)納米級(jí)Si O2與淀粉漿料組合上漿,可以提高淀粉漿料的各項(xiàng)性能,能夠有效改善淀粉漿料成膜硬脆、漿液流動(dòng)性差的問(wèn)題,可進(jìn)一步探討其部分取代或取代PVA進(jìn)行上漿的可能性,以期促進(jìn)紡織清潔化生產(chǎn)的發(fā)展。