王建坤，郭 晶，鄭 幗，張 昊

(天津工業(yè)大學(xué)紡織科學(xué)與工程學(xué)院，天津 300387)

0 前言

漿紗是織前準(zhǔn)備的一道重要工序，漿紗質(zhì)量的好壞直接影響了織造的速度、坯布的質(zhì)量。隨著織機(jī)高速化的發(fā)展，織機(jī)對(duì)漿紗質(zhì)量的要求越來(lái)越高，特別是高支紗線。高支紗原紗一般強(qiáng)力低、毛羽多、耐磨性能差，織造過(guò)程中經(jīng)紗斷頭率高、開(kāi)口不清，嚴(yán)重影響了織造的進(jìn)程[1-2]。

PVA因?yàn)槠鋬?yōu)良的成膜性能和對(duì)疏水纖維良好的粘附性，曾經(jīng)被認(rèn)為是理想的漿料[1]。但是經(jīng)過(guò)幾十年的使用，其環(huán)境影響越來(lái)越明顯，在日益關(guān)注環(huán)境保護(hù)的今天，全球范圍內(nèi)對(duì)無(wú)PVA上漿已經(jīng)達(dá)成共識(shí)，綠色無(wú)污染漿料必將取代PVA而成為主流漿料。綠色漿料已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外淀粉漿料研究的重點(diǎn)。淀粉經(jīng)過(guò)合理地接上一些單體后，不僅對(duì)親水性纖維有良好的上漿性能，還可以在很多的程度上滿足對(duì)疏水性纖維的上漿要求[2-3]。同時(shí)，接枝淀粉的生物降解性能好，對(duì)環(huán)境的污染少。因此，接枝淀粉研究成為實(shí)驗(yàn)室綠色漿料研究的重中之重[4]。

本論文從漿液粘度、粗紗粘附力，斷裂伸長(zhǎng)率、減伸率、毛羽降低率、耐磨增強(qiáng)率等方面研究微波法工藝制得的接枝淀粉的上漿漿紗性能，通過(guò)多次實(shí)驗(yàn)和PVA的配方對(duì)比，選出合適的上漿配方。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 滌/棉紗的各項(xiàng)性能

實(shí)驗(yàn)所用的紗線是通過(guò)環(huán)錠紡制得的 13tex 的滌/棉混紡紗，T/C比值為65/35。原紗的斷裂伸長(zhǎng)及毛羽指標(biāo)分別如表1、表2。

表1 原紗的拉伸性能

表2 紗線毛羽情況

此外，原紗的平均耐磨次數(shù)為194.5次。

1.2 漿料的選用

滌/棉紗線的毛羽多，吸漿性能差[5]，織造時(shí)的摩擦易產(chǎn)生靜電，使毛羽增多，互相纏繞；纖維表面光滑，毛羽貼伏困難，不易粘附漿料，漿膜易脫落。此外滌/棉紗線的滑移性較大。滌綸纖維表面光滑，受張力后易產(chǎn)生纖維間滑移，單紗細(xì)節(jié)增多，強(qiáng)力CV增大。

本文所選用的紗線為滌/棉混紡紗，根據(jù)相似相容原理來(lái)選用漿料。棉纖維含有親水性基團(tuán)羥基，具有很好的親水性，滌綸含有疏水性基團(tuán)酯基。因此，一般漿料很難同時(shí)保證親水和疏水。本文采用的接枝淀粉，經(jīng)過(guò)在原淀粉上接枝聚合丙烯酸(親水性基團(tuán))，甲基丙烯酸丁酯(疏水性基團(tuán))，來(lái)滿足滌/棉混紡紗上漿的要求。另外，醋酸酯淀粉漿料漿液粘度低且粘度穩(wěn)定性好，分散性好，漿膜較柔韌，對(duì)滌綸、棉纖維都具有良好的親和力。丙烯酸類漿料與淀粉、PVA等漿料有良好的混溶性，粘附力強(qiáng)，有利于提高纖維間的抱合力，提高漿紗強(qiáng)力。所以選用接枝淀粉、醋酸酯淀粉和丙烯酸漿料為主漿料。為了降低粘著劑分子間的聚合力，使?jié){膜平滑、柔軟，保持原紗伸長(zhǎng)性能，從而有利于分絞，加入適當(dāng)?shù)钠交瑒?。同時(shí)，為了使?jié){紗表面平滑，減小紗線摩擦系數(shù)，加入適當(dāng)?shù)臏p磨劑。

本文所采用的試劑有：PVA205、接枝淀粉(自制，六種，接枝率不同)、醋酸酯淀粉、立明-98(丙烯酸類漿料)、蠟片(平滑劑)、SLMO-02(減磨劑)。

1.3 漿料配方

1.3.1 PVA漿料配方

目的：探索PVA漿料漿紗配方，找出最優(yōu)方案，為接枝淀粉漿紗作準(zhǔn)備。

方法：在漿料中混入不同比例的PVA，調(diào)漿、漿紗，測(cè)試各配方漿紗性能，通過(guò)對(duì)比，選出最優(yōu)方案。PVA漿紗各成分及比例如表3所示，并按以上配方加水500mL，調(diào)漿，煮漿，配制成含固率11.50%的漿液備用。

表3 PVA漿料配方各成分比例

1.3.2 接枝淀粉漿料配方

根據(jù)PVA漿紗數(shù)據(jù)分析的結(jié)果，認(rèn)為3#配方為最優(yōu)配方(即PVA相對(duì)與醋酸酯淀粉的含量為100份)，則接枝淀粉的配方如表4所示，各接枝淀粉的接枝率如表5所示。按表4配方，加水500mL，調(diào)漿，煮漿，配制成含固率11.50%的漿液備用。

表4 PVA漿料配方各成分比例

表5 接枝淀粉接枝率

1.4 煮漿

在磁力旋轉(zhuǎn)恒溫?zé)崴≈兄鬂{，于調(diào)漿鍋中加入500mL的水，當(dāng)調(diào)漿鍋中水溫升至50℃時(shí)加入除SLMO-02以外的漿料(50℃時(shí)，各種漿料的溶解性最好，而且不會(huì)影響各漿料的性能)，攪拌15分鐘后，升溫至95℃時(shí)加入減磨劑SLMO-02，攪拌15分鐘，繼續(xù)加熱到98℃，并保持。調(diào)漿裝置示意圖如圖1所示。

圖1 調(diào)漿裝置示意圖

(1-磁力旋轉(zhuǎn)恒溫?zé)崴。?-磁力棒；3-調(diào)漿鍋；4-漿液；5-水浴水)

1.5 漿紗

如下頁(yè)圖2所示，所用的上漿槽為自制。紗線從紗管上退繞下來(lái)，經(jīng)過(guò)導(dǎo)紗輥然后進(jìn)入漿槽，繞過(guò)浸沒(méi)輥而浸入漿液中。經(jīng)過(guò)浸透的紗線受上漿輥和壓漿輥的拖引繼續(xù)前進(jìn)，漿液溫度為95℃，漿紗速度約為10m/min，漿液含固量為11.5%。

圖2 上漿工藝圖

1.6 紗線性能測(cè)試

1.6.1 紗線拉伸性能測(cè)試[6]

標(biāo)準(zhǔn)：GB/T3916、ISO2062《紡織品 卷裝紗 單根紗線斷裂強(qiáng)力和伸長(zhǎng)率的測(cè)定》

取樣：漿紗后紗線各取50個(gè)試樣進(jìn)行檢測(cè)。

儀器：YG061F行電子單紗強(qiáng)力儀

測(cè)試參數(shù)：牽引速度：500mm/min；距離：500mm

1.6.2 紗線毛羽測(cè)試[7]

標(biāo)準(zhǔn)：FZ/T01086《紡織品 紗線毛羽測(cè)定方法 投影計(jì)數(shù)法》

取樣：漿紗后的紡紗線各取一組，每組進(jìn)行五次測(cè)試

儀器與用具：YG172A型紗線毛羽測(cè)試儀

測(cè)試參數(shù)：片斷長(zhǎng)度10m；測(cè)試速度30m/min；測(cè)試管數(shù)5次

1.6.3 紗線耐磨性能測(cè)試

標(biāo)準(zhǔn)：FZ/T 01058-1999《紗線耐磨試驗(yàn)方法》

取樣：漿紗后紗線各取10個(gè)試樣進(jìn)行檢測(cè)。

儀器：A-2017.TM式系抱合力試驗(yàn)機(jī)

測(cè)試參數(shù)：頻率：50Hz；重錘：100g

1.7 紗線的表面形態(tài)測(cè)試

利用40倍(10×4)生物光學(xué)顯微鏡，觀察原紗、PVA3#漿紗、接枝3#漿紗的表面毛羽狀態(tài)以及漿紗紗線經(jīng)不同摩擦次數(shù)后的表面形態(tài)。

1.8 漿液粘附力測(cè)試

按照接枝淀粉或PVA相對(duì)醋酸酯淀粉含量為100份配制濃度為6%的漿液，使?jié){液升溫至95℃，保溫1h，然后加熱水稀釋至濃度為1%的漿液，置于95℃恒溫水浴中待用。選取精梳滌/棉(65/35)粗紗，輕輕將其纏繞在鋁合金框架上，待用。

將準(zhǔn)備好的粗紗浸入95℃、濃度為1%的漿液，浸滿5min立即將紗框架提出，使粗紗呈垂直狀態(tài)，晾干，在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下平衡24h。在織物強(qiáng)力機(jī)上測(cè)試粗紗的斷裂強(qiáng)力(N)。測(cè)試條件：夾持距離100mm，拉伸速度50mm/min。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同用量PVA漿紗性能

混入不同比例PVA漿料漿紗紗線的拉伸性能、毛羽指數(shù)以及紗線耐磨次數(shù)分別如表6、表7、表8所示。

表6 PVA漿紗紗線拉伸性能

表7 PVA漿紗紗線毛羽指數(shù)

表8 PVA漿紗紗線耐磨次數(shù)

與原紗各項(xiàng)性能指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比，PVA漿紗斷裂增強(qiáng)率，斷裂伸長(zhǎng)減伸率，耐磨增強(qiáng)率，毛羽降低率如表9所示。其中，漿紗增強(qiáng)率=( P2-P1) /P1×100%，P1、P2分別為原紗、漿紗的平均斷裂強(qiáng)力，cN；斷裂伸長(zhǎng)減伸率=(1-2) /1×100%，1、2分別為原紗、漿紗的平均斷裂伸長(zhǎng)率，%；耐磨增強(qiáng)率=(N2-N1) /N1×100%，N1、N2分別為原紗、漿紗的平均耐磨次數(shù)；漿紗毛羽降低率=(n2-n1) /n1×100%，n1、n2分別為原紗、漿紗的≥3mm毛羽指數(shù)平均值，根/m。

表9 PVA漿紗紗線各質(zhì)量指標(biāo)變化

由表6可知，1#～5#紗線，隨著PVA含量的增加，斷裂強(qiáng)力基本上沿著先增大后減小的趨勢(shì)變化，斷裂伸長(zhǎng)率先減小后增大，在4#紗(即PVA相對(duì)醋酸酯淀粉含量為120%)上斷裂增強(qiáng)率達(dá)到最大，此時(shí)，斷裂伸長(zhǎng)減伸率達(dá)到最小值。由表7、表8可知，1#～5#紗線的耐磨性能隨著PVA的增加先增大后減小，耐磨增強(qiáng)率在3#紗(PVA相對(duì)醋酸酯含量為100%)上達(dá)到極值，不小于3mm毛羽也隨著PVA的增大，先增大后減小，在4#紗上達(dá)到最大。

考慮到本課題所用的紗線為細(xì)特紗，上漿的目的以增強(qiáng)、增磨為主。3#與4#漿紗在斷裂增強(qiáng)率，斷裂伸長(zhǎng)率以及毛羽降低率方面差異不大，而3#耐磨性能遠(yuǎn)優(yōu)于4#紗。又有滌綸纖維表面光滑，受張力后易產(chǎn)生纖維間滑移，所以，滌/棉混紡紗細(xì)節(jié)較多，強(qiáng)力CV較大。3#紗斷裂強(qiáng)力CV值為10.32%，斷裂伸長(zhǎng)CV值為13.93%，分別小于4#紗斷裂強(qiáng)力CV值和斷裂伸長(zhǎng)CV值(分別為11.39%和16.52%)，即3#紗所用漿液滲透性優(yōu)于4#紗，更適合降低滌/棉紗的強(qiáng)力不勻。綜上所述，選取3#漿紗配方為PVA漿紗的最優(yōu)配方。

2.2 接枝淀粉漿紗性能

不同接枝率接枝淀粉漿料漿紗紗線的拉伸性能、毛羽指數(shù)以及紗線耐磨次數(shù)分別如表10、表11、表12所示。

表10 接枝淀粉漿紗紗線拉伸性能

表12 接枝淀粉漿紗紗線耐磨次數(shù)

與原紗相比，接枝淀粉漿紗斷裂增強(qiáng)率、斷裂伸長(zhǎng)減伸率、耐磨增強(qiáng)率、毛羽降低率如表13所示。

表13 PVA漿紗紗線各質(zhì)量指標(biāo)變化

由表11～表13可知，在一定的范圍內(nèi)，隨著接枝率的增加，漿紗的斷裂先增大后減小，斷裂伸長(zhǎng)率則隨著接枝率的增大而增大；毛羽波動(dòng)并不大，隨著接枝率的增大，毛羽降低率先增大，后減?。荒湍ピ鰪?qiáng)率先增大后減小，接枝率在17.96%達(dá)到耐磨性能最好。

由此可知，接枝率也不是越大越好，當(dāng)接枝率增大時(shí)，漿紗的斷裂強(qiáng)力、毛羽降低率都有著先上升后下降趨勢(shì)。雖然隨接枝率的增加，可以改善接枝淀粉對(duì)滌/棉纖維的粘附性，但接枝率超過(guò)一定值后，大分子鏈上有效活性部分已被占據(jù)，接枝支鏈必然過(guò)大，過(guò)大的支鏈柔順性變和靈活性變大，分子擴(kuò)散困難，不利于粘附性的提高，支鏈中酯基的疏水性也會(huì)突顯，接枝淀粉漿料水溶性變差，耐磨和毛羽、強(qiáng)力等效果變差。

綜合考慮，當(dāng)接枝率為18%左右時(shí)，漿紗效果最好，本實(shí)驗(yàn)選接枝率為17.96%的接枝3#紗的效果為最優(yōu)方案。

2.3 接枝淀粉與PVA漿紗性能的比較

2.3.1 漿紗表面形態(tài)

未經(jīng)摩擦的原紗、PVA3#漿紗、接枝3#漿紗的表面形態(tài)如圖3(a)、圖3(b)、圖3(c)所示。

(a)原紗

(b)接枝3#

(c)PVA3#

由圖可知，原紗表面纖維比較松散，毛羽較多，且雜亂無(wú)章。漿紗毛羽少，紗線周圍包裹了一層膜，使紗線表面纖維緊密貼伏于紗線主干上。與PVA漿紗相比，接枝淀粉漿紗表面更光滑，平整，毛羽最少，毛羽貼附效果明顯減羽效果最為顯著。

接枝3#與PVA3#漿紗經(jīng)摩擦后的表面形態(tài)如圖4所示。

G(50)

G(100)

G(150)

G(200)

G(250)

P(50)

P(100)

P(150)

P(200)

P(250)

(G-接枝3#漿紗紗；P-PVA3#漿紗；括號(hào)中數(shù)值-摩擦次數(shù))

從圖4可得，隨著摩擦次數(shù)的增加，漿紗表面毛羽越來(lái)越多，毛羽長(zhǎng)度也在增加。耐磨次數(shù)低于200時(shí)，兩者相比，毛羽情況相差不，只是表面漿膜在承受大多數(shù)的摩擦。耐磨次數(shù)超過(guò)200，PVA漿紗和接枝漿紗的毛羽突然增加，這是因?yàn)榘喐傻臐{膜遭到完全破壞，纖維從貼附狀態(tài)被扯出紗線主干。當(dāng)耐磨次數(shù)為250次的時(shí)候，接枝3#與PVA3#漿紗表面毛羽形態(tài)與原紗線表面狀況相似(見(jiàn)圖3a)，因此，接枝淀粉與PVA漿紗都已經(jīng)失去了對(duì)毛羽的帖服作用，這時(shí)的毛羽比較已經(jīng)毫無(wú)意義，250次以后，是對(duì)漿紗強(qiáng)力與摩擦的比較。

從G(250)、P(250) 的比較可知，接枝3#內(nèi)層纖維依然緊密貼伏在主干上，PVA3#紗線的纖維則有松散的趨勢(shì)， 表明，在內(nèi)聚力上，接枝3#優(yōu)于PVA漿紗，即，在經(jīng)受大量摩擦后，接枝淀粉漿紗比PVA漿紗更能夠承受沖擊力。

2.3.2 粘附力比較

3#接枝淀粉和PVA漿液的粗紗粘附力實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表14所示。

表14 粗紗粘附力實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由表14可知，接枝淀粉的粘附力大于PVA漿料的粘附力，這是因?yàn)榈矸鄞蠓肿咏尤肓吮┧岷图谆┧岫□?，大大改進(jìn)了玉米淀粉分子對(duì)棉纖維、滌綸纖維的粘附力。同時(shí)，可以看到接枝淀粉浸漿的粗紗斷裂伸長(zhǎng)率大于PVA浸漿粗紗，這是因?yàn)榻又χф湹娜犴樞?、靈活性較好，所以，粗紗的彈性也較大。

2.3.3 接枝淀粉與PVA漿紗效果比較

3#接枝淀粉與PVA漿紗各指標(biāo)對(duì)比如表15所示。

表15 3#接枝淀粉與PVA漿紗性能對(duì)比列表

由表15可知，接枝淀粉漿紗在毛羽降低率和斷裂伸長(zhǎng)方面優(yōu)于PVA漿紗，但就斷裂強(qiáng)力和耐磨性能而言，與PVA漿紗還是有著一定的差距。

3 結(jié)論

(1)通過(guò)用不同比例的PVA(60、80、100、120、140)對(duì)13tex滌/棉(65/35)紗進(jìn)行上漿，通過(guò)漿紗性能的對(duì)比，得出PVA相對(duì)含量為100份的3#漿紗整體效果最好。

(2)根據(jù)3#PVA漿液配方，調(diào)制接枝率不同接枝淀粉(接枝支鏈為丙烯酸、甲基丙烯酸丁酯)漿液，含固量為11.5%，對(duì)13tex滌/棉(65/35)紗進(jìn)行上漿，對(duì)漿紗性能測(cè)試，得出結(jié)論并不是接枝率越大越好，隨著接枝率的提高，接枝淀粉漿紗性能先增加后減小。當(dāng)接枝率在18%左右時(shí)，漿紗的耐磨、毛羽、強(qiáng)力效果都較好，漿紗總體效果最好。

(3)通過(guò)PVA、接枝淀粉兩者漿紗性能、粗紗粘附力的對(duì)比、數(shù)據(jù)分析，得出：接枝淀粉在貼附毛羽、保持紗線彈性、對(duì)纖維粘附力方面，優(yōu)于PVA漿料。