聚丙烯酰胺紡織漿料制備與應(yīng)用

楊玉雪，郭 權(quán)，武海良，沈艷琴，姚一軍

(西安工程大學(xué)紡織科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安 710048)

0 前言

漿紗使用的紡織漿料主要有三大類，淀粉、PVA及聚丙烯酸類[1]。由于PVA退漿后廢水處理困難，其應(yīng)用受到限制[2]；淀粉漿料由于自身的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，漿膜脆硬，對纖維黏附力不足[3－4]；聚丙烯酸類漿料可以按照漿紗需求設(shè)計其結(jié)構(gòu)，因而成為很有發(fā)展?jié)摿Φ募徔棟{料。聚丙烯酸類漿料[5]分為聚丙烯酸鹽類、聚丙烯酸酯類和聚丙烯酰胺類，聚丙烯酸鹽類漿料吸濕再粘嚴(yán)重，不能多用；聚丙烯酸酯類漿料對疏水性纖維具有極好的黏附力，但退漿后廢水處理更加困難，而且聚合過程復(fù)雜難控制，很少應(yīng)用；聚丙烯酰胺由于結(jié)構(gòu)中含有大量的酰胺基，易形成氫鍵，從而具有較好的穩(wěn)定、絮凝作用，在污水處理、紡織工業(yè)等行業(yè)有廣泛應(yīng)用[6－7]?，F(xiàn)有的聚丙烯酰胺由于分子量過大，水溶液黏度大，不適合于經(jīng)紗上漿。本文將研究適于經(jīng)紗上漿用的聚丙烯酰胺漿料，為開發(fā)環(huán)保型高性能紡織漿料奠定基礎(chǔ)。

1 實驗

1.1 實驗材料及儀器

1.1.1 材料

丙烯酰胺(江西昌九農(nóng)科化工)，過硫酸銨(天津大茂試劑)，去離子水(實驗室自制)，變性淀粉SPR－SC(荷蘭AVEBE公司)，PVA1799(蘭州維尼綸廠)，純棉紗:14.6tex(西紡集團)。

1.1.2 儀器

RWD150E型數(shù)顯攪拌器(上海滬西分析儀器廠)，NDJ－1E型旋轉(zhuǎn)式黏度儀(上海昌吉地質(zhì)儀器有限公司)，YG061M型電子單紗強力儀(上海諾彩貿(mào)易有限公司)，60SXR型傅里葉變換紅外光譜儀(美國尼高力儀器)。

1.2 聚丙烯酰胺漿料的制備

在反應(yīng)器內(nèi)加入去離子水，加熱到25℃左右，攪拌加入丙烯酰胺，待完全溶解后，徐徐注入過硫酸銨溶液，將反應(yīng)溫度提高到45℃~55℃，30分鐘左右聚合反應(yīng)結(jié)束。

1.3 測試方法

1.3.1 黏度

采用NDJ－1E型旋轉(zhuǎn)式黏度儀，配置500mL濃度為6%的漿液于燒杯中，保溫1h，測得漿液黏度。

1.3.2 單體轉(zhuǎn)化率

按文獻[8]的方式，采用溴化法測定聚丙烯酰胺單體轉(zhuǎn)化率。

2 結(jié)果與討論

2.1 聚丙烯酰胺的制備及影響因素分析

(1)APS用量與聚丙烯酰胺黏度及單體轉(zhuǎn)化率的關(guān)系

其他參數(shù)保持不變，改變APS的用量，反應(yīng)溫度50℃，反應(yīng)時間30min。圖1為APS用量與聚丙烯酰胺黏度及單體轉(zhuǎn)化率的關(guān)系。

圖1 APS量與聚丙烯酰胺黏度及單體轉(zhuǎn)化率的關(guān)系

如圖1所示，聚丙烯酰胺黏度及單體轉(zhuǎn)化率隨著APS添加量的增多，先升高后降低。這是由于隨APS用量增加，反應(yīng)體系中產(chǎn)生較多的自由基，引發(fā)速率快，而APS用量過大，單體聚合的速率過快會引起爆聚，反應(yīng)不均勻、不完全，單體轉(zhuǎn)化率呈下降趨勢，因此APS的用量控制在0.5%時較為合適。

(2)反應(yīng)溫度與聚丙烯酰胺黏度及單體轉(zhuǎn)化率的關(guān)系

反應(yīng)溫度與聚丙烯酰胺黏度及單體轉(zhuǎn)化率的關(guān)系如圖2所示。

圖2 反應(yīng)溫度對于黏度及轉(zhuǎn)化率的影響

由圖2可知，當(dāng)溫度為35℃時，未到達反應(yīng)所需溫度，幾乎不發(fā)生聚合反應(yīng)。隨著溫度的增加，聚丙烯酰胺的黏度和單體轉(zhuǎn)化率也隨之增加，當(dāng)反應(yīng)溫度為55℃時，單體轉(zhuǎn)化率最高，且此時黏度適宜漿紗。當(dāng)溫度繼續(xù)升高，超過55℃后，會產(chǎn)生爆聚現(xiàn)象，導(dǎo)致單體轉(zhuǎn)化率急劇下降，因此反應(yīng)溫度控制在45~55℃為宜。

(3)聚丙烯酰胺漿料的結(jié)構(gòu)表征

用傅里葉型紅外光譜儀，參照文獻[9]，采用溴化鉀壓片法，得到合成的聚丙烯酰胺漿料的紅外光譜如圖3。

圖3 PAM漿料與AM單體的紅外光譜圖

從上述紅外光譜對比圖3可以看出，AM單體與低分子量PAM漿料的紅外光譜圖極為接近，AM單體樣品在986cm－1處為亞甲基伸縮振動峰，910cm－1處為CH＝CH的振動吸收峰，而PAM漿料在此處并沒有吸收峰出現(xiàn)，說明碳碳雙鍵已經(jīng)斷裂，表明成功合成了聚丙烯酰胺。

2.2 聚丙烯酰胺漿料漿紗實踐及漿紗性能測試

2.2.1 漿紗工藝

(1)上漿條件

漿紗機:GA392(立式)單紗漿紗機

紗線:14.6tex純棉紗

漿紗速度:20m/min

(2)漿料配方

漿料配方聚丙烯酰胺與變性淀粉漿料組分如表1，上漿工藝參數(shù)如下頁表2。

表1 漿料配方 %

表2 上漿工藝參數(shù)

2.3 漿紗性能測試及分析

(1)上漿率測試

原紗毛羽損失率、上漿率測試結(jié)果見表3、表4。

表3 紗線毛羽損失率

表4 上漿率測試

由表3可得，純棉紗的毛羽損失率為1.64%，在合理范圍內(nèi)。

由表4可知，在同一上漿條件下，兩種配方的上漿率相差不大。

(2)毛羽指數(shù)及其毛羽降低率

按文獻[10]對毛羽指數(shù)及其毛羽降低率進行測試，原紗和漿紗的毛羽指數(shù)各測試30次，取平均值，計算毛羽降低率，測試結(jié)果見表5。

表5 漿紗毛羽

由上表5可知，經(jīng)過上漿后紗線毛羽數(shù)量明顯減少，且聚丙烯酰胺配方漿料的毛羽降低率好于配方一。

(3)漿紗耐磨性測試及分析

按文獻[11]對漿紗耐磨性進行測試，原紗和漿紗的耐磨指數(shù)各測試30次，取平均值，計算耐磨次數(shù)提高率，測試結(jié)果見表6。

表6 漿紗增磨率

由表6可知，漿紗后紗線的耐磨性得到明顯提高，聚丙烯酰胺配方的增磨率比配方一稍大一些。

(4)漿紗增強率、減伸率測試及分析

按文獻[12]的方法對漿紗增強率、減伸率進行測試，原紗和漿紗的增強率、減伸率各測試30次，取平均值，計算增強率、減伸率，測試結(jié)果見表7。

表7 漿紗增強率、減伸率

由表7可知，兩種配方的漿料均有增強、減伸的作用。加入聚丙烯酰胺配方增強率和減伸率效果都要比配方一的好。

(5)漿紗回潮率測試

按文獻[13]的方法對漿紗回潮率進行測試，原紗和漿紗的回潮率各測試30次，取平均值，測試結(jié)果見表8。

表8 漿紗回潮率

聚丙烯酰胺有很好的吸濕性，采用聚丙烯酰胺漿紗后，漿紗回潮率高，有利于提高漿膜的柔韌性和漿紗的耐磨性。

3 結(jié)論

(1)聚丙烯胺漿料的制備條件為:反應(yīng)溫度45℃~55℃、引發(fā)劑用量0.5%、反應(yīng)時間30min左右。紅外光譜測試表明，在這種條件下可實現(xiàn)聚丙烯胺聚合反應(yīng)，得到適于漿紗用的聚丙烯酰胺漿料。

(2)聚丙烯酰胺漿料與變性淀粉協(xié)同作用可用于純棉紗上漿。