呂 坤 坤，　季 英 超，　由 東 方

( 1.大連工業(yè)大學(xué) 紡織與材料工程學(xué)院， 遼寧 大連　116034；2.大連工紡科技有限公司， 遼寧 大連　116034 )

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大麻稈纖維素醚漿料的環(huán)保性與漿紗工藝

呂 坤 坤1，季 英 超1，由 東 方2

( 1.大連工業(yè)大學(xué) 紡織與材料工程學(xué)院， 遼寧 大連116034；2.大連工紡科技有限公司， 遼寧 大連116034 )

摘要:以大麻稈纖維素醚與變性淀粉復(fù)配漿料逐步替代PVA與變性淀粉復(fù)配漿料，研究了大麻稈纖維素醚作為漿料的環(huán)保性能及漿紗工藝。通過(guò)對(duì)漿液的黏度、COD進(jìn)行測(cè)試，對(duì)漿液性能及環(huán)保性能分析。結(jié)果表明，大麻稈纖維素醚與變性淀粉的組合漿料最佳復(fù)配比為1∶2.8，較含PVA漿料的COD降低了50%，更有利于環(huán)保。通過(guò)對(duì)同批棉麻混紡紗進(jìn)行上漿實(shí)驗(yàn)，大麻稈纖維素醚上漿得到的漿紗與含PVA漿料的漿紗相比，增強(qiáng)率和增磨率分別提高6.4%和8.6%，有效地改善了漿紗的機(jī)械性能。

關(guān)鍵詞:大麻稈纖維素醚；環(huán)保性；漿紗工藝

0引言

目前，化學(xué)需氧量(COD)排放量過(guò)高是紡織工業(yè)廢水的主要污染問(wèn)題，其中，漿紗廢液中的污染尤其嚴(yán)重[1-2]。為保護(hù)環(huán)境，進(jìn)一步倡導(dǎo)無(wú)PVA上漿，全國(guó)漿料和漿紗技術(shù)2013年會(huì)提出了綠色環(huán)保漿料的應(yīng)用將是未來(lái)上漿工藝的發(fā)展趨勢(shì)。

漿紗工序產(chǎn)生的污染主要取決于所選用漿料。劉海濤、瞿才新等[3-4]對(duì)PVA及聚丙烯酸類化學(xué)漿料的生物降解性進(jìn)行了研究，研究表明，聚乙烯醇(PVA)和聚丙烯酸類這兩種漿料的生物降解性較低，尤其是PVA漿料。Mostafa等[5]研究了一種新型的預(yù)凝膠改性淀粉，對(duì)棉紗的上漿效果較好。武海良等[6-7]研究了微波輻射制備接枝變性淀粉,發(fā)現(xiàn)其強(qiáng)力、伸長(zhǎng)及耐磨性能較原紗有了較大提高。周丹等[8]制備出取代度為0.021 5 的醋酸酯淀粉，漿液、漿膜性能良好，漿紗性能較理想。劉曉云等[9]對(duì)兩性丙烯酸酯類漿料ZF的上漿性能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試分析,結(jié)果表明這種上漿劑對(duì)棉紗的漿紗性能良好、易退漿。

雖然對(duì)取代PVA的淀粉及聚丙烯酸類漿料的改性研究甚多，但是還有很多缺陷，開(kāi)發(fā)利用能完全替代PVA的環(huán)保漿料非常關(guān)鍵[10]。本實(shí)驗(yàn)選用新型大麻稈纖維素醚與變性淀粉復(fù)配，對(duì)同批同品種棉麻混紡紗線進(jìn)行替代PVA的上漿實(shí)驗(yàn)，并對(duì)漿液性能、環(huán)保性能及漿紗性能進(jìn)行一系列測(cè)試，重點(diǎn)對(duì)廢液中環(huán)保及漿紗工藝進(jìn)行研究，以適應(yīng)實(shí)際生產(chǎn)。

1材料與方法

1.1原料

大麻稈纖維素醚，馬鈴薯變性淀粉(以下簡(jiǎn)稱變性淀粉)，PVA-1799，PVA-0588， FS-101(聚丙烯酸類漿料)，棉麻混紡紗(JC70/H30 36s)。

大麻/棉混紡紗毛羽多且長(zhǎng)、紗線細(xì)、強(qiáng)力低且不勻率高、斷裂伸長(zhǎng)率、彈性小[11]，所以合理的漿紗工藝對(duì)于棉麻紗的加工非常重要。

自主研發(fā)的新型大麻稈纖維素醚[12]為纖維素衍生物類非離子型漿料，基本質(zhì)量指標(biāo)：外觀為淡黃色粉末狀，含水率10.6%，pH 6.16，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%時(shí)黏度為262.4 mPa·s，易溶于水。

根據(jù)相似相容原理，其對(duì)棉麻混紡紗的黏附力強(qiáng)，但由于黏度過(guò)大，漿膜厚度過(guò)大，浸透較少，易形成表面上漿，發(fā)生漿膜脫落，需與變性淀粉混合使用，增加滲透，提高漿紗柔韌性、耐磨性，減少紗線表面毛羽及再生毛羽[13]。

1.2儀器

DV-79數(shù)字式黏度計(jì)，重鉻酸鉀回流法測(cè)定COD裝置(回流裝置、電爐子及有關(guān)試劑)，ESS1000小樣漿紗機(jī)，YG061F型電子單紗強(qiáng)力儀，LFY-109B型電腦紗線耐磨性能測(cè)試儀。

1.3方法

1.3.1漿紗配方設(shè)計(jì)

根據(jù)大麻稈纖維素醚、變性淀粉及棉麻混紡紗的性能，在原配方[14]的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化，合理設(shè)計(jì)大麻稈纖維素醚與變性淀粉的復(fù)配比例。原配方及設(shè)計(jì)的新配方見(jiàn)表1。

1.3.2漿液黏度及黏度熱穩(wěn)定性測(cè)試

漿液黏度及黏度穩(wěn)定性的測(cè)試參照GB/T 22427.7—2008進(jìn)行測(cè)試[15]。根據(jù)表1所設(shè)計(jì)的漿料配方，調(diào)制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的漿液300 mL，恒溫水浴加熱，使?jié){液溫度升高至95 ℃，開(kāi)始計(jì)時(shí)，保溫，每隔30 min測(cè)定一次黏度，共測(cè)定6次。

表1　大麻稈纖維素醚漿料配方

1.3.3漿液環(huán)保性能測(cè)試

退漿廢水產(chǎn)生的污染主要取決于所選用漿料，因此需對(duì)漿液的環(huán)保性能進(jìn)行測(cè)試。漿液COD的測(cè)試參照GB/T 11914—1989《水質(zhì) 化學(xué)需氧量的測(cè)定 重鉻酸鹽法》執(zhí)行[16]。質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的漿液在95 ℃下煮漿1 h后，放置1 d左右，測(cè)定COD。

1.3.4漿紗實(shí)驗(yàn)及漿紗性能測(cè)試

選擇適宜漿液配方，利用ESS1000小樣漿紗機(jī)進(jìn)行上漿實(shí)驗(yàn)，在煮漿溫度95 ℃，漿槽溫度80～83 ℃，煮漿1 h，漿紗速度10 r/min，確定最佳上漿工藝參數(shù)[17]，設(shè)計(jì)3種方案，如表2所示。分別對(duì)漿紗后的紗線進(jìn)行強(qiáng)伸性能及耐磨性能進(jìn)行測(cè)試。

表2　漿紗工藝參數(shù)設(shè)計(jì)

2結(jié)果與分析

2.1漿液黏度及黏度熱穩(wěn)定性分析

保溫1 h時(shí)測(cè)定的黏度即為該漿液的黏度，后5次測(cè)定的黏度極差與95 ℃保溫1 h測(cè)定的黏度的比為黏度波動(dòng)率，然后計(jì)算各配方的黏度穩(wěn)定性，黏度穩(wěn)定性越大，說(shuō)明漿液的熱穩(wěn)定性越高。實(shí)驗(yàn)測(cè)得各配方的漿液黏度及黏度熱穩(wěn)定性見(jiàn)表3。由表3可知，大麻稈纖維素醚與變性淀粉復(fù)配的漿液黏度比PVA與變性淀粉復(fù)配的漿液黏度要大，并且隨著大麻稈纖維素醚比例的增大漿液黏度也增大。所有配方漿液的黏度變化不大，其黏度熱穩(wěn)定性良好，均符合漿紗過(guò)程中對(duì)漿液黏度熱穩(wěn)定性的要求。

表3　漿液的黏度波動(dòng)率和黏度熱穩(wěn)定性

2.2漿液環(huán)保性能分析

對(duì)各漿料COD測(cè)試結(jié)果如圖1所示。大麻稈纖維素醚的COD最低，而PVA-1799的COD最高，PVA-0588的COD也相對(duì)較高。說(shuō)明以大麻稈纖維素醚與變性淀粉做主漿料，漿液環(huán)保性較好。

A, 100%變性淀粉； B, 100%麻稈纖維素醚；

圖2為各配方漿液的COD。由圖2可知，大麻稈纖維素醚在一定含量范圍內(nèi)，隨著大麻稈纖維素醚與變性淀粉的比值增大，漿液COD降低。原配方(0號(hào)配方)的COD最大，為26 448 mg/L，6號(hào)配方的COD最小，為13 235.2 mg/L。說(shuō)明新設(shè)計(jì)的大麻稈纖維素醚與變性淀粉復(fù)配的漿料環(huán)保性能明顯優(yōu)于以PVA為主漿料的原配方。而當(dāng)大麻稈纖維素醚/變性淀粉超過(guò)24/66時(shí)，漿液COD又增大。所以選擇0～6號(hào)配方進(jìn)行上漿實(shí)驗(yàn)。

圖2　各配方漿液的COD

2.3漿紗性能

2.3.1強(qiáng)伸性能分析

對(duì)原紗及在不同工藝條件下0～6號(hào)配方上漿的紗線所測(cè)得的增強(qiáng)率及減伸性見(jiàn)圖3和4。由圖3可知，相同漿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)條件下，壓漿力越高，漿紗增強(qiáng)率越高。這是因?yàn)閴簼{力提高，會(huì)增大漿液的滲透，增強(qiáng)紗線內(nèi)部纖維之間的抱合力，從而提高紗線強(qiáng)力。各配方漿紗的減伸率均為負(fù)值，紗線的斷裂伸長(zhǎng)率不僅沒(méi)有減小反而增大，說(shuō)明經(jīng)過(guò)漿紗工序，紗線更加柔韌，達(dá)到了增強(qiáng)保伸的效果。相同壓漿力條件下，濃度增大，漿紗增強(qiáng)率大幅度提高，斷裂伸長(zhǎng)率也在一定程度上增大。

圖3　漿紗增強(qiáng)率對(duì)比

圖4　漿紗減伸率對(duì)比

因此，從漿紗強(qiáng)伸性能方面分析選擇方案3為最佳上漿工藝，即漿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.5%，壓漿力為0.66 MPa。由圖4中可知，大麻稈纖維素醚逐步替代PVA后，漿紗增強(qiáng)率呈上升趨勢(shì)，且逐漸高于含PVA的配方，斷裂伸長(zhǎng)率顯著增大。原配方的增強(qiáng)率較小，4、5、6號(hào)漿紗增強(qiáng)率較大。

2.3.2耐磨性能分析

由漿紗耐磨性能測(cè)試結(jié)果如圖5所示，漿紗增磨率隨著漿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)、壓力的增大而增高，即當(dāng)漿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.5%、壓漿力為0.66 MPa時(shí)漿紗耐磨性最好。原因可能是漿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)大有利于披覆，壓漿力大有利于漿液滲透，兩者共同作用使毛羽更加貼伏，有利于提高漿紗耐磨性能。并且當(dāng)大麻稈纖維素醚完全取代PVA時(shí)，大麻稈纖維素醚/變性淀粉越大增磨率越高，其中6號(hào)配方的漿紗增磨率高達(dá)82.25%，而原配方的漿紗增磨率只有73.67%。

圖5　漿紗增磨率對(duì)比

3結(jié)論

大麻稈纖維素醚與變性淀粉復(fù)配的漿液黏度比PVA與變性淀粉復(fù)配的漿液黏度大，說(shuō)明大麻稈纖維素的黏附性比PVA的黏附性好，且大麻稈纖維素醚漿液的熱穩(wěn)定性優(yōu)良，是一種優(yōu)良的上漿劑。

PVA與變性淀粉復(fù)配漿料的COD較高，而大麻稈纖維素醚與變性淀粉復(fù)配的漿料COD較低，較PVA與變性淀粉復(fù)配漿料COD降低約50%，說(shuō)明大麻稈纖維素醚漿料的環(huán)保性能高于以PVA為主的漿料，大麻稈纖維素醚可替代PVA用作綠色漿料。

最佳漿紗工藝條件下，大麻稈纖維素醚漿料漿紗的強(qiáng)伸性能與耐磨性能都接近甚至優(yōu)于以PVA為主漿料的漿紗性能，前者的增強(qiáng)率、增磨率分別比后者高出6.4%和8.6%。

大麻稈纖維素醚既有利于環(huán)保，又能最大程度提高漿紗性能，最佳漿料組合為大麻稈纖維素醚與變性淀粉組合漿料，且兩者復(fù)配比例約為1∶2.8時(shí)漿紗效果最佳。

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Sizing technology and environmental performance of the hemp pole cellulose ether compound paste

LYUKunkun1，JIYingchao1，YOUDongfang2

( 1.School of Textile and Materials Engineering, Dalian Polytechnic University, Dalian 116034, China；2.Dalian Industrial Textile Technology Company Limited, Dalian 116034, China )

Abstract:The environmental performance and sizing technology of the hemp pole cellulose were researched, through replacing PVA and modified starch slurry with the hemp pole cellulose ether and modified starch slurry gradually. The property of slurry and the environmental performance were analyzed by testing viscosity and COD of slurry. The results showed that the best ratio of the hemp pole cellulose ether and modified starch compound was about 1∶2.8, and COD of the compound paste was 50% lower than that of PVA slurry, which was more environment friendly. Compared with PVA, the enhancement rate and the increasing grinding rate increased by 6.4% and 8.6% with the same batch of cotton fiber blended yarn sizing respectively, which improved the sizing mechanical properties.

Key words:hemp pole cellulose ether; environmental; sizing technology

中圖分類號(hào):TS102.9

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

作者簡(jiǎn)介:呂坤坤(1990-)，女，碩士研究生；通信作者：季英超(1957-)，男，教授.

收稿日期:2015-05-06.

文章編號(hào):1674-1404(2016)02-0119-04