李 格

奧美醫(yī)療用品股份有限公司,湖北 枝江 443200

0 引言

0.1 國(guó)內(nèi)外紡織漿料使用概況

針對(duì)織造過(guò)程中經(jīng)紗強(qiáng)力較小而易斷裂,進(jìn)而影響生產(chǎn)的問(wèn)題,通常采取上漿的方式以改善經(jīng)紗強(qiáng)力。目前,經(jīng)紗上漿用漿料主要有3大類(lèi)——淀粉類(lèi)、聚乙烯醇(PVA)類(lèi)和丙烯酸類(lèi)。據(jù)報(bào)道,美國(guó)每年消耗漿料約20萬(wàn)t,其中淀粉漿料約占該國(guó)漿料消耗總量的70%,且使用的淀粉幾乎是變性淀粉,這與天然淀粉漿料不能滿(mǎn)足現(xiàn)代紡織需求而被逐漸淘汰有關(guān)。我國(guó)作為人口大國(guó),對(duì)織物需求量較大,漿料年消耗量與美國(guó)相比略高,為20萬(wàn)～25萬(wàn)t,其中淀粉漿料約占70%,PVA漿料約占20%,丙烯酸類(lèi)漿料及其他漿料約占10%。西歐各國(guó)生產(chǎn)純棉紗線(xiàn)一般采用馬鈴薯變性淀粉作為主體漿料,滌棉混紡紗則采用以變性淀粉為主體的丙烯酸類(lèi)混合漿料。在日本和美國(guó),滌棉混紡紗線(xiàn)上漿以PVA漿料為主體,同時(shí)加入少量變性淀粉和丙烯酸類(lèi)漿料改善漿液性能[1];純棉紗線(xiàn)上漿以淀粉漿料為主,同時(shí)混入PVA漿料改善和提高漿液性能,其中PVA用量根據(jù)織物緊度的不同而有所不同。我國(guó)在生產(chǎn)中使用的漿料結(jié)構(gòu)相對(duì)較復(fù)雜,純棉紗線(xiàn)大多采用以淀粉作為主體的漿料上漿[2-5]。

0.2 硅烷偶聯(lián)劑與磷酸二氫銨在漿紗過(guò)程中的復(fù)合作用機(jī)制

硅烷偶聯(lián)劑是應(yīng)用較廣且性能較活潑的一種表面活性劑,其擁有較豐富的羥基,易與其他試劑以官能團(tuán)的形式結(jié)合。本研究中,硅烷偶聯(lián)劑將作為連接無(wú)機(jī)界面與有機(jī)淀粉間的橋梁,其中的X官能團(tuán)與無(wú)機(jī)物結(jié)合,Y官能團(tuán)與淀粉表面的羥基結(jié)合,作用機(jī)制如圖1所示。硅烷偶聯(lián)劑與磷酸二氫銨共同作用,會(huì)更大程度地改善漿液性能[7-8]。

圖1 硅烷偶聯(lián)劑耦合機(jī)制Fig.1 Coupling mechanism of silane coupling agent

本文將研究由磷酸酯淀粉與丙烯酸酯組成的共混漿料經(jīng)磷酸二氫銨和硅烷偶聯(lián)劑KH580處理后,所得漿膜的強(qiáng)力、成分和結(jié)晶度,探討磷酸二氫銨和硅烷偶聯(lián)劑KH580對(duì)紗線(xiàn)上漿后斷裂強(qiáng)力的影響[9-13]。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)材料、化學(xué)藥品及儀器

1.1.1 材料

純棉粗紗,線(xiàn)密度400 tex,捻系數(shù)115,安徽華茂集團(tuán)。

脫脂漂白后的純棉機(jī)織物,棉紗線(xiàn)密度14.6 tex,經(jīng)緯紗密度分別為108根/(10 cm)和84根/(10 cm),取樣尺寸5 cm×5 cm。

1.1.2 化學(xué)藥品

試驗(yàn)用化學(xué)藥品見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)用化學(xué)藥品Tab.1 Chemicals for testing

1.1.3 儀器

試驗(yàn)用儀器見(jiàn)表2。

表2 試驗(yàn)用儀器Tab.2 Instruments for testing

1.2 測(cè)試方法

1.2.1 力學(xué)性能測(cè)試

將經(jīng)恒溫恒濕處理的純棉粗紗置于INSTRON萬(wàn)能強(qiáng)力儀夾板內(nèi)夾緊,設(shè)置夾板間距為5 cm,拉伸速度為500 mm/min,選擇“紗線(xiàn)/纖維測(cè)試”模式。每種試樣測(cè)9次,結(jié)果取平均值。

1.2.2 紅外光譜測(cè)試

利用傅里葉變換紅外光譜儀對(duì)干燥的漿膜樣品進(jìn)行紅外光譜測(cè)試。設(shè)置掃描范圍為4 500～600 cm-1。

1.2.3 X射線(xiàn)衍射測(cè)試

利用X射線(xiàn)衍射儀對(duì)干燥的漿膜樣品進(jìn)行X射線(xiàn)衍射測(cè)試。測(cè)試條件:CuKα輻射,管壓40 kV,管流40 mA,連續(xù)掃描,掃描范圍5°～80°。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 磷酸二氫銨加入時(shí)機(jī)的確定

為考察漿料糊化前后加入磷酸二氫銨對(duì)純棉粗紗強(qiáng)力的影響,設(shè)計(jì)了6種漿液配方(表3),并對(duì)純棉粗紗進(jìn)行上漿。具體操作分為2類(lèi):

表3 6種漿液配方及其編號(hào)Tab.3 Six kinds of sizing formulas and their numbers

(1)稱(chēng)取相應(yīng)質(zhì)量的漿料和磷酸二氫銨一起加入1 000 mL的燒杯中,分別標(biāo)記為A1、B1和C1,加水至總質(zhì)量1 000 g;用玻璃棒將溶液攪拌均勻后置于100 ℃的水浴中加熱,同時(shí)使用電子攪拌器以400 r/min的轉(zhuǎn)速攪拌燒杯中的溶液,待漿液完全糊化后停止攪拌;用薄膜密封燒杯,并繼續(xù)置于95～100 ℃的水浴鍋中煮漿40 min;將繞好的純棉粗紗浸漿5 min,取出后烘干待用,粗紗編號(hào)同相應(yīng)的漿料配方編號(hào)。

(2)稱(chēng)取相應(yīng)質(zhì)量的漿料分別加入燒杯中配成1 000 g的溶液,分別標(biāo)記為A2、B2和C2;用玻璃棒將溶液攪拌均勻后置于100 ℃的水浴中加熱,同時(shí)使用電子攪拌器以400 r/min轉(zhuǎn)速攪拌燒杯中的溶液,待漿液糊化后加入對(duì)應(yīng)質(zhì)量的磷酸二氫銨,混合均勻后停止攪拌;用薄膜密封燒杯,并繼續(xù)置于95～100 ℃的水浴鍋中煮漿40 min;將繞好的純棉粗紗浸漿5 min,取出烘干后待用,粗紗編號(hào)同相應(yīng)的漿料配方編號(hào)。

將浸漿后烘干待用的純棉粗紗置于溫度為20 ℃、相對(duì)濕度為65%的環(huán)境中平衡24 h,再使用INSTRON萬(wàn)能強(qiáng)力儀對(duì)其進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試,結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 不同配方的漿液上漿后的純棉粗紗強(qiáng)力

由表4可以看出:A1與A2,B1與B2,各自的強(qiáng)力相近,表明磷酸酯淀粉或丙烯酸酯各自糊化前后加入磷酸二氫銨,對(duì)純棉粗紗強(qiáng)力影響不明顯;C1的強(qiáng)力明顯高于C2的強(qiáng)力,表明由磷酸酯淀粉與丙烯酸酯組成的共混漿料糊化前加入磷酸二氫銨,對(duì)純棉粗紗強(qiáng)力的提高更明顯。由此可見(jiàn),磷酸二氫銨在漿料糊化前加入,更有利于紗線(xiàn)強(qiáng)力的提高。

故下文均選擇在糊化前加入磷酸二氫銨。

2.2 磷酸二氫銨和硅烷偶聯(lián)劑對(duì)漿膜結(jié)構(gòu)的影響

2.2.1 漿膜的成分變化

圖2是由磷酸酯淀粉與丙烯酸酯組成的共混漿料加入磷酸二氫銨前后,所形成漿膜(即原樣和1#樣品)的紅外光譜圖。其中,為便于觀(guān)察和比較,1#樣品譜圖的縱坐標(biāo)增加了相等的數(shù)值。從圖2可以看出:1#樣品在2 300 cm-1附近存在明顯的振動(dòng)峰,對(duì)應(yīng)P—OH和P—H官能團(tuán)的振動(dòng);在小于2 200 cm-1和大于2 600 cm-1的區(qū)域,原樣和1#樣品的譜圖趨勢(shì)基本保持一致。這表明,加入的磷酸二氫銨沒(méi)有與共混漿料發(fā)生反應(yīng)生成新的物質(zhì),只是自身發(fā)生了水解和電離,其與共混漿料是以穩(wěn)定的物理形態(tài)融合的[14]。

圖2 共混漿料中加入磷酸二氫銨前后的紅外光譜圖Fig.2 Infrared spectra before and after adding ammonium dihydrogen phosphate into the blend sizing agent

圖3是共混漿料中加入硅烷偶聯(lián)劑前后,所形成漿膜(即原樣和2#樣品)的紅外光譜圖。其中,為了便于觀(guān)察和比較,2#樣品譜圖的縱坐標(biāo)也增加了相等的數(shù)值。從圖3可以看出:2#樣品在2 300 cm-1附近出現(xiàn)了明顯的伸縮振動(dòng),其為Si—O鍵的伸縮振動(dòng)峰;在小于2 200 cm-1和大于2 600 cm-1的區(qū)域,原樣和2#樣品的譜圖趨勢(shì)基本一致。這些都表明,加入的硅烷偶聯(lián)劑沒(méi)有與共混漿料發(fā)生反應(yīng)生成新的物質(zhì),只是自身發(fā)生了水解。

圖3 共混漿料中加入硅烷偶聯(lián)劑前后的紅外光譜圖Fig.3 Infrared spectra before and after adding silane coupling agent into the blend sizing agent

圖4 共混漿料中加入磷酸二氫銨和硅烷偶聯(lián)劑前后的紅外光譜圖Fig.4 Infrared spectra before and after adding ammonium dihydrogen phosphate and silane coupling agent into the blend sizing agent

綜上分析可知:糊化前,磷酸二氫銨和硅烷偶聯(lián)劑分別加入由磷酸酯淀粉和丙烯酸酯組成的共混漿料中時(shí),對(duì)漿料性能無(wú)明顯影響;但同時(shí)加入時(shí),它們會(huì)與共混漿料發(fā)生反應(yīng),生成新的化學(xué)鍵[15]。

2.2.2 漿膜結(jié)晶度

圖5是共混漿料中加入磷酸二氫銨前后,所形成漿膜(原樣和1#樣品)的XRD譜圖。從圖5可以看出,原樣漿膜在2θ為20°～40°的范圍內(nèi)出現(xiàn)了較多的波峰,其中2θ為22°時(shí)波峰最明顯,對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度最大;加入磷酸二氫銨后,1#樣品漿膜的結(jié)晶度較原樣漿膜的明顯下降,這可能與加入磷酸二氫銨后共混漿液呈酸性有關(guān)。淀粉分子中苷鍵對(duì)酸的穩(wěn)定性很差,其會(huì)發(fā)生水解降解,這便限制了磷酸酯淀粉分子鏈的活動(dòng)能力,分子鏈的規(guī)整性被破壞,分子間作用力和氫鍵明顯減弱,晶相被破壞,結(jié)晶度較原樣漿膜下降[16]。

圖5 共混漿料中加入磷酸二氫銨前后的XRD譜圖Fig.5 XRD spectra before and after adding ammonium dihydrogen phosphate into the blend sizing agent

圖6是共混漿料中加入硅烷偶聯(lián)劑前后,所形成漿膜(原樣和2#樣品)的XRD譜圖。從圖6可以看出:加入硅烷偶聯(lián)劑后,2#樣品漿膜的衍射峰較原樣漿膜的明顯增多,其在2θ為21°～35°的范圍內(nèi)出現(xiàn)了多個(gè)較大峰值的波峰,并以2θ為22°和31°時(shí)最為明顯?？梢?jiàn),加入硅烷偶聯(lián)劑后,共混漿料的結(jié)晶度增長(zhǎng),這可能與硅烷偶聯(lián)劑水解后和磷酸酯淀粉大分子結(jié)合,吸附在磷酸酯淀粉大分子表面有關(guān)。

圖6 共混漿料中加入硅烷偶聯(lián)劑前后的XRD譜圖Fig.6 XRD spectra before and after adding silane coupling agent into the blend sizing agent

圖7是共混漿料中加入硅烷偶聯(lián)劑和磷酸二氫銨前后,所形成的漿膜(原樣和3#樣品)的XRD譜圖。從圖7可以看出:加入硅烷偶聯(lián)劑和磷酸二氫銨后,3#樣品漿膜的衍射峰較原樣漿膜的明顯增多,波峰也較明顯,強(qiáng)度值也較大,說(shuō)明加入硅烷偶聯(lián)劑和磷酸二氫銨后,共混漿料的結(jié)晶度增大,這可能是硅烷偶聯(lián)劑水解后與磷酸酯淀粉大分子、無(wú)機(jī)分子結(jié)合,吸附在磷酸酯淀粉大分子表面所致。

圖7 共混漿料中加入磷酸二氫銨和硅烷偶聯(lián)劑前后的XRD譜圖Fig.7 XRD spectra before and after adding ammonium dihydrogen phosphate and silane coupling agent into the blend sizing agent

綜合本小節(jié)分析可知:糊化前,硅烷偶聯(lián)劑和磷酸二氫銨分別加入共混漿料,會(huì)對(duì)漿膜的結(jié)晶度有一定影響,當(dāng)兩者同時(shí)加入還會(huì)形成一定的促進(jìn)作用。

2.3 磷酸二氫銨和硅烷偶聯(lián)劑對(duì)織物上漿率的影響

將脫脂漂白后的純棉機(jī)織物試樣分別編號(hào)1～20,稱(chēng)取織物初始質(zhì)量后分別放入表5相應(yīng)配方的漿液中上漿,漿液總質(zhì)量皆為1 000 g,織物編號(hào)同漿液配方編號(hào);經(jīng)軋車(chē)二浸二軋后,試樣置于60 ℃的烘箱中烘干30 min,取出后再放入溫度為20 ℃、相對(duì)濕度為65%的恒溫恒溫室中24 h,稱(chēng)取織物上漿后質(zhì)量;最后對(duì)試樣進(jìn)行退漿處理,燒杯內(nèi)熱水煮洗3～4次,烘干后再置于溫度為20 ℃、相對(duì)濕度為65%的恒溫恒濕室中24 h,稱(chēng)取退漿后質(zhì)量。不同配方漿液上漿與退漿結(jié)果如表6所示。

表5 純棉機(jī)織物漿液配方Tab.5 Pure cotton woven fabrics sizing formula

表6 純棉機(jī)織物不同配方漿液上漿和退漿結(jié)果Tab.6 Results of sizing and desizing of pure cotton woven fabrics with different formulations

從表6可以看出:隨著磷酸二氫銨加入量的增加,2～5號(hào)純棉機(jī)織物的上漿率增加,退漿率也整體呈增加趨勢(shì),且當(dāng)磷酸二氫銨加入量大于2%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))時(shí),織物的上漿率都高于未加入磷酸二氫銨的1號(hào)織物的上漿率;隨著硅烷偶聯(lián)劑加入量的增加,織物的上漿率及退漿率變化規(guī)律不明顯;綜合分析9～20號(hào)織物發(fā)現(xiàn),9～11、12～14、15～17號(hào)這3組的上漿率整體偏低,只有18～20號(hào)這組的上漿率較高,即磷酸二氫銨加入量為4%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))時(shí)上漿率較高。

可見(jiàn),改變硅烷偶聯(lián)劑的加入量對(duì)上漿率的影響不明顯,但增加磷酸二氫銨的加入量,織物上漿率增加。

3 結(jié)論

(1)磷酸二氫銨在由磷酸酯淀粉與丙烯酸酯組成的共混漿料糊化前加入,對(duì)共混漿料性能的提升效果較糊化后加入的好。

(2)在共混漿料糊化前加入磷酸二氫銨,漿膜的強(qiáng)力增加,漿料的滲透性改善;硅烷偶聯(lián)劑對(duì)漿膜強(qiáng)力有所增強(qiáng);兩者共同作用時(shí)對(duì)漿膜性能改善情況較好。

(3)改變硅烷偶聯(lián)劑的加入量對(duì)上漿率的影響不明顯,但增加磷酸二氫銨的加入量,織物上漿率增加。

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