殼聚糖纖維/棉混紡紗的漿紗配方及其上漿性能

閆紅芹，張尋，鄭文，朱純平

(安徽工程大學(xué) 紡織服裝學(xué)院，安徽 蕪湖 241000)

摘要：針對殼聚糖纖維/棉(20/80)混紡紗毛羽多、耐磨性差的缺點，選擇氧化淀粉為主要漿料，制定了兩種漿紗方案,一種為含有PVA的漿料配方，另一種為含有少量乙醇胺的漿料配方,討論了兩種漿紗工藝條件對混紡紗性能的影響.結(jié)果表明，含PVA的配方中，較高的PVA含量與含固率有利于漿紗性能的改善，但當(dāng)PVA含量過高時，再生毛羽增加、耐磨性降低；不含PVA的配方中，隨著乙醇胺含量的增加，漿紗毛羽指數(shù)和減伸率先變小后增大，含固率增加，上漿各項性能指標(biāo)提高，但當(dāng)含固率增加至12%時，上漿性能降低，該方案的上漿效果稍差，但可滿足織造要求.故殼聚糖纖維/棉混紡紗上漿配方中無PVA是可行的，當(dāng)其含固率為10%、乙醇胺占氧化淀粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%時上漿效果最好.

關(guān)鍵詞：殼聚糖纖維；混紡紗；漿紗配方；乙醇胺；上漿性能

中圖分類號：TS102.2文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

收稿日期：2015-05-26

基金項目：安徽省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項目(AH201410363203)

作者簡介：閆紅芹(1978-)，女，新疆昌吉人，講師，主要從事新型紡織材料與紡紗技術(shù)的研究.

殼聚糖又稱甲殼胺、聚氨基葡萄糖，是甲殼素脫乙?；蟮玫降闹辨湢罡叻肿踊衔铮蒁-氨基葡萄糖單體相互間以β-1,4-苷鍵連接而成[1].殼聚糖纖維是以殼聚糖為原料通過濕法紡絲制備而成，具有優(yōu)良的廣譜抗菌、消臭、保濕、生物相容和可降解性，在紡織、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景[2-4].用殼聚糖纖維織造抗菌紡織品具有獨(dú)特的優(yōu)勢，但純殼聚糖纖維纖度細(xì)、強(qiáng)度低、表面摩擦系數(shù)小、價格貴、純紡加工困難且生產(chǎn)成本高[5]，故一般將殼聚糖纖維與其他纖維混紡.但是殼聚糖纖維/棉混紡紗存在毛羽多、耐磨性差的缺點，為降低織造斷頭率、提高產(chǎn)品質(zhì)量，經(jīng)紗必須經(jīng)過漿紗處理.

工廠一般采用以淀粉和PVA為主的漿料配方進(jìn)行漿紗處理，但PVA的水溶性和生物降解性差、對環(huán)境污染嚴(yán)重，所以盡量少用或不用PVA上漿是漿紗發(fā)展的方向[6].眾所周知，淀粉具有易降解、環(huán)境污染小、價格低廉等優(yōu)勢，但淀粉成膜性不好、漿膜脆硬[7-8]，故純淀粉上漿不能滿足織造要求.合適的增塑劑可以改善淀粉漿膜的性能，提升上漿效果.用于淀粉的增塑劑有很多，本研究選用的是氨基增塑劑中的乙醇胺[9-10].用乙醇胺增塑氧化淀粉對殼聚糖纖維/棉混紡紗上漿，通過與含PVA傳統(tǒng)漿料上漿效果的對比，考察殼聚糖纖維/棉混紡紗無PVA上漿的可行性并確定最佳漿紗配方.

1殼聚糖纖維、混紡紗特性及漿料配方

纖維的形態(tài)結(jié)構(gòu)是上漿必須要考慮的，將殼聚糖纖維固定在試樣臺上，用DM2000型表面處理機(jī)對纖維表面進(jìn)行鍍金處理，用日立公司生產(chǎn)的S-4800型掃描電子顯微鏡進(jìn)行纖維形貌的觀察并拍照，圖1是放大倍數(shù)分別為8 000和3 000時殼聚糖纖維的形態(tài).可看出殼聚糖纖維表面較光滑，縱向有較淺的溝槽，橫截面為不規(guī)則橢圓形，有微小的孔洞和縫隙，這是濕法紡絲造成的[11].這種結(jié)構(gòu)使殼聚糖纖維有較強(qiáng)的毛細(xì)效應(yīng)，加上大分子中含有大量的親水性基團(tuán)羥基(—OH)和氨基(—NH2)，有利于吸漿速度和吸漿量的提高.

殼聚糖纖維/棉混紡紗毛羽多，耐磨性差，斷裂強(qiáng)力較高，伸長率適中.在保證混紡紗適當(dāng)強(qiáng)伸性能的條件下，上漿的重點是較好地伏貼毛羽且漿膜與纖維要有良好的黏附性.因此，殼聚糖纖維/棉混紡紗上漿以披覆為主、適當(dāng)?shù)慕笧檩o，以達(dá)到伏貼毛羽、增加耐磨性、保證伸長率的目的.殼聚糖纖維和棉纖維吸濕性好，漿料易于滲透，故工藝上宜選用稍低的漿槽溫度和壓漿力，以達(dá)到適當(dāng)?shù)呐埠徒?

圖1　殼聚糖纖維的形態(tài)結(jié)構(gòu) Fig.1　Morphological structure of chitosan fiber

殼聚糖纖維的活性基團(tuán)主要是羥基和氨基，棉纖維的活性基團(tuán)為羥基，漿料的選擇應(yīng)以淀粉類為主.根據(jù)殼聚糖纖維/棉混紡紗的特點，選擇對纖維黏附性大并且具有較好浸透性的氧化淀粉為主漿料.氧化淀粉成漿后具有黏度穩(wěn)定、流動性和黏著性良好、易退漿且無污染的特點.PVA具有優(yōu)異的成膜性和黏附性，適當(dāng)使用能增加紗線的耐磨性，而少量的丙烯酸能使脆硬的漿膜得到改善，使紗身柔軟滑爽，改善上漿質(zhì)量.

但含PVA的漿料退漿困難，會造成產(chǎn)品染色不勻.另外，PVA無法降解，嚴(yán)重污染環(huán)境.氧化淀粉的漿膜較脆硬，漿紗性能不好，小分子有機(jī)物乙醇胺能進(jìn)入氧化淀粉分子間拆開分子鏈上的氫鍵.另外，乙醇胺含有大量的羥基和氨基，能與淀粉分子形成新的氫鍵，使淀粉分子間距離增大、作用力減弱.因此，淀粉漿膜脆性下降、韌性提高，上漿效果得到了改善[12].

制定了兩種漿紗方案：一種為含有PVA(PVA-1799)的漿料配方，影響因素為漿料含固率及氧化淀粉與PVA的質(zhì)量比；另一種為含有少量乙醇胺的漿料配方，影響因素為漿料含固率及乙醇胺占氧化淀粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù).其中，在含PVA的漿料配方中，丙烯酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%，與漿料固體的質(zhì)量比為10%.

2實驗

2.1實驗材料及設(shè)備

實驗用的氧化淀粉由山東福洋生物科技有限公司提供，設(shè)備為HD021型電子單紗強(qiáng)力儀、YG172型紗線毛羽測試儀、Y731型抱合力機(jī)、501型超級恒溫器、HJ-5多功能恒溫攪拌器和GA391B單紗漿紗機(jī).

本課題所用的14.5 tex殼聚糖纖維/棉(20/80)混紡紗由山東海斯摩爾公司提供，殼聚糖纖維脫乙酰度為96%，混紡紗平均斷裂強(qiáng)力為297.1 cN，斷裂伸長率為4.4%，耐磨次數(shù)為8.2.另外，1 mm毛羽指數(shù)為1 543.5 根/m，2 mm毛羽指數(shù)為495 根/m，3 mm毛羽指數(shù)為176.2根/m，4 mm毛羽指數(shù)為73.6 根/m，5 mm毛羽指數(shù)為28.9 根/m.

2.2漿液制備及上漿工藝

取含固率為8%～12%的漿液1 000 g，煮漿溫度控制在(98±1)℃，漿液pH值為7.0左右，用攪拌機(jī)以120 r/min的速度進(jìn)行攪拌且邊攪拌邊加熱，煮漿2 h.在GA391B型單紗漿紗機(jī)上對混紡紗上漿，單浸單軋，漿槽溫度為(85±1)℃，烘燥溫度為60 ℃，車速為3 m/min.

2.3漿紗性能測試

紗線試樣調(diào)濕平衡24 h，實驗條件控制在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，溫度為(20±2)℃，相對濕度為(65±3)%.

紗線斷裂強(qiáng)度和伸長率在HD021型電子單紗強(qiáng)力儀上測試，測試方法依據(jù)GB/T 3916—1997《紡織品 卷裝紗單根紗線斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長測定方法》[13],夾持長度為500 mm，拉伸速度為500 mm/min，預(yù)加張力為12 cN，每個樣品隨機(jī)測試30次.紗線毛羽在YG172型紗線毛羽測試儀上測試，測試方法依據(jù)FZ/T 01086—2000《紡織品 紗線毛羽測定方法投影計數(shù)法》[14]，速度為30 m/min，片段長度為10 m，每個樣品測試30次.耐磨次數(shù)在Y731型抱合力機(jī)上測試，每個樣品測試20次.

3結(jié)果與分析

含PVA漿料配方及含乙醇胺漿料配方對殼聚糖纖維/棉混紡紗上漿后的漿紗性能見表1和表2.增強(qiáng)率和減伸率是工廠常規(guī)的檢測項目，用來評定漿紗可織性的主要指標(biāo)，但實際織造過程中的斷頭率與強(qiáng)伸指標(biāo)關(guān)系不大，隨著無梭織機(jī)的推廣，現(xiàn)在經(jīng)紗的耐磨性和毛羽指數(shù)對織造的影響更大.另外，殼聚糖纖維/棉混紡紗強(qiáng)力較大，增強(qiáng)不是漿紗的主要任務(wù)，所以本研究將增強(qiáng)率和減伸率作為漿紗的輔助指標(biāo)，將耐磨性與毛羽指數(shù)作為主要評價指標(biāo)進(jìn)行分析.由于3 mm以上的毛羽在織造時易使相鄰經(jīng)紗絞纏在一起，為危害毛羽，故只分析長度為3 mm的毛羽指數(shù).

表1　含PVA漿料配方的漿紗性能

表2　含乙醇胺漿料配方的漿紗性能

3.1含PVA漿料配方的實驗結(jié)果與分析

由表1可知,含PVA的漿料配方上漿后貼伏毛羽、改善耐磨性的效果非常明顯.經(jīng)過上漿處理，混紡紗的毛羽指數(shù)大幅度降低，尤其是3 mm以上的毛羽.上漿后，3 mm毛羽指數(shù)除含固率8%、氧化淀粉與PVA質(zhì)量比為6∶4的配方外，其余均在0.3~1.5 根/m.漿紗后，耐磨次數(shù)增加的幅度較大，最高達(dá)到了283次.上漿后，混紡紗的強(qiáng)力增加而伸長率有所降低，強(qiáng)力增加的程度用增強(qiáng)率衡量，增強(qiáng)率是漿紗后強(qiáng)力增加值與原紗強(qiáng)力的比值.伸長率的降低用減伸率來衡量，可表征漿紗彈性的變化，數(shù)值上等于漿紗伸長率減少值與原紗伸長率的比值，減伸率小說明漿紗彈性降低少，上漿后混紡紗的增強(qiáng)率最小為27.2%，減伸率最大為19.8%.

對增強(qiáng)率、減伸率、耐磨次數(shù)及毛羽指數(shù)分別做方差分析，給定顯著性水平5%，兩個影響因素中氧化淀粉與PVA的質(zhì)量比對毛羽指數(shù)與強(qiáng)伸性能影響顯著.當(dāng)?shù)矸叟cPVA的質(zhì)量比由8∶2降至7∶3時，漿紗強(qiáng)力增加；當(dāng)降至6∶4時，強(qiáng)力反而降低，此時毛羽最多.PVA含量的增加對浸透有利，故漿紗強(qiáng)力增加，此時伸長率損失較大，彈性變差.但當(dāng)PVA含量過大時，漿膜內(nèi)聚力大于漿膜與經(jīng)紗的黏附力，分紗時會出現(xiàn)劈紗現(xiàn)象，破壞漿膜的完整性，會導(dǎo)致再生毛羽的增加.

含固率對耐磨性的影響較顯著，當(dāng)含固率為8%時漿液的黏度較小，漿液具有較好的浸透性，使披覆作用減弱，試樣的減伸率變大，漿紗彈性較差，毛羽的伏貼和耐磨性也不好.隨著含固率的增加，漿液的黏度變大，對紗線的浸透作用減弱，披覆作用增強(qiáng)，表現(xiàn)為漿紗的耐磨性改善、毛羽指數(shù)減少、減伸率降低.由表1可知，當(dāng)含固率為12%時，漿紗的各項性能均改善較好，彈性損失小.

綜合各項性能指標(biāo)，確定含PVA漿料配方中當(dāng)含固率為12%、氧化淀粉與PVA-1799的質(zhì)量比為7∶3時，漿紗效果最佳.

3.2含乙醇胺的漿料配方實驗結(jié)果與分析

從表2可以看出，乙醇胺增塑氧化淀粉上漿后，混紡紗的各項性能均有改善，3 mm毛羽指數(shù)最低為1.4 根/m，耐磨次數(shù)為14.2~39.1，增強(qiáng)率為6.4%~34.4%，減伸率最小為4.5%.

對漿紗各項性能指標(biāo)分別做方差分析，給定顯著性水平5%，兩個影響因素中乙醇胺占氧化淀粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)對漿紗性能影響顯著.隨著乙醇胺占氧化淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，漿液的黏度降低，漿液與纖維的黏附性先增大后變小，使得浸透性提高而披覆減弱，漿紗毛羽指數(shù)和減伸率先變小后增大.當(dāng)漿料含固率為8%、乙醇胺占氧化淀粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為8%時，漿紗的效果最差，此時漿液黏度最小、浸透過高、漿紗脆硬，同時漿液與纖維的黏附性小，漿膜與纖維間結(jié)合弱，所以強(qiáng)力增加少、耐磨性差、毛羽伏貼差、伸長損失最大，使織造斷頭率大幅增加.

另外，當(dāng)乙醇胺占氧化淀粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%、漿料含固率為10%和12%時，漿紗毛羽伏貼不好、耐磨性差、減伸率較大.這是由于漿料的黏度較大、浸透小，此時漿料和纖維的黏附作用弱，造成表面上漿且漿膜披覆不可靠.綜合各項性能指標(biāo)，當(dāng)乙醇胺占氧化淀粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%時漿紗效果較好，其中當(dāng)含固率為10%、乙醇胺占氧化淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%時漿紗效果最好，和原紗3 mm毛羽指數(shù)176.2 根/m相比，毛羽伏貼率達(dá)99.2%.

3.3含PVA漿料和含乙醇胺漿料的上漿效果比較

由表1和表2可看出，含乙醇胺漿料配方的上漿性能不如含PVA的漿料配方，但含乙醇胺漿料配方中最佳方案的漿紗強(qiáng)力和耐磨性都有大幅度提高,毛羽伏貼率達(dá)99.2%，紗線伸長率減少12%，基本保持了原紗的彈性，完全可以滿足織造要求，故可用乙醇胺增塑劑取代PVA對殼聚糖纖維/棉混紡紗上漿.

4結(jié)論

(1)在含PVA的漿料配方中，當(dāng)漿料含固率為12%、氧化淀粉與PVA-1799的質(zhì)量比為7∶3時，上漿效果最好.PVA的含量增加，漿紗的耐磨性和毛羽伏貼較好且強(qiáng)力增加，但當(dāng)PVA的含量過大時，再生毛羽增加，耐磨性反而降低.漿料含固率的增加有利于漿紗性能改善.

(2)在含乙醇胺漿料配方中，當(dāng)漿料含固率為10%、乙醇胺占氧化淀粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%時，上漿效果最好.乙醇胺占氧化淀粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，漿紗毛羽伏貼和減伸率先變小后增大.隨著漿料含固率的增加，漿紗性能逐漸改善，但當(dāng)含固率增加至12%時，漿紗性能反而降低.

(3)含乙醇胺漿料配方的上漿效果不如含PVA的漿料配方，但上漿性能可滿足織造要求.因此，殼聚糖纖維/棉混紡紗上漿配方中無PVA是可行的.

參考文獻(xiàn)：

[1]Muzzarelli R A A.Human enzymatic activities related to the rapeutic administration of chitin derivatives[J].Cellular Molecular Life Sciences,1997(53):131.

[2]Knaul J,Hooper M,Chanyi C,et al.Improvements in the drying process for wet-spun chitosan fibers [J].Journal of Applied Polymer Science,1998,69(7):1435-1444.

[3]Knaul J Z,Hudson S M,Creber K A M.Crosslinking of chitosan fibers with dialdehyde:proposal of a new reaction mechanism[J].Journal of Applied Polymer Science,1999,72(13):1721-1732.

[4]周家村,林亮,付曉.純殼聚糖纖維關(guān)鍵技術(shù)研究及其產(chǎn)業(yè)化[J].高科技纖維與應(yīng)用, 2012,37(3):5-10.

[5]陸慧.甲殼質(zhì)抗菌針織物主要服用性能及抗菌性的研究與分析[D].上海:東華大學(xué),2005:26-27.

[6]申芳,郭建生.生物脫乙酰甲殼素漿料研究[J].紡織科技進(jìn)展,2010(1):19-21.

[7]Averous L,Fringant C,Moro L.Starch-based biodegradable material suitable for thermoforming packaging[J].Starch,2001,53(8):368-371.

[8]Wurzburg O B.Modified Starches:Properties and Uses[M].Florida:Chemical Rubber Company Press,1986:229-244.

[9]Huang M F,Yu J G.Ethanolamine as a novel plasticizer for thermoplastic starch[J].Polymer Degradation Stability,2005,90(3):501-507.

[10]Zhu Z F，Cao S J．Modifications to improve the adhesion of cross linked starch sizes to fiber sub-strates[J]．Textile Research Journal，2004，74(3)：253-258.

[11]劉彥.甲殼素纖維結(jié)構(gòu)與性能的研究[D].青島:青島大學(xué),2005:11-13.

[12]李偉,祝志峰.氨基增塑劑對淀粉漿料的增塑作用[J].紡織學(xué)報,2011,32(5):67-70.

[13]國家技術(shù)監(jiān)督局.GB/T 3916—1997 紡織品 卷裝紗 單根紗線斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長率的測定[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,1996.

[14]國家紡織工業(yè)局.FZ/T 01086—2000 紡織品 紗線毛羽測定方法 投影計數(shù)法[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2000.

Sizing formulations and sizing performance of chitosan fiber/

cotton blended yarn

YAN Hongqin, ZHANG Xun, ZHEN Wen, ZHU Chunping

(InstituteofTextileandGarment,AnhuiPolytechnicUniversity,Wuhu241000,China)

Abstract:To resolve the problems of chitosan fiber /cotton (20/80) blended yarn such as greater hairiness and poor wear resistance，select oxidized starch as main sizing composition and two sizing formulations were designed. The one contains PVA，the other one contains little ethanolamine. The influences of sizing process on blended yarn performance of two sizing formulations were analyzed. The results showed that increasing solid content of sizing and the content of PVA helps the improvement of performance of sized yarns in sizing formulations with PVA, and high content of PVA will cause the increase of reborn hairiness and the decrease of wear resistance. In sizing formulations without PVA, hairiness index and elongation reduction rate of the sized yarns decrease first and then increase with the increase of ethanolamine, and adding a small amount of the solid content benefits the improvement of the quality of the sized yarns. When of the solid content reaches to 12% the sizing quality degenerates, the sizing performance of this formulation is a bit poor, meeting the requirements of weaving process. It is feasible to size chitosan fiber/cotton blended yarn without PVA, and sizing has the best properties when the solid content is 10% and the content of ethanolamine based on weight of oxidized starch is 6%.

Key words: chitosan fiber; blended yarn; sizing formulation; ethanolamine; sizing performance