孫燕琳，曹建達，顏志勇，肖順立，姚勇波，林雪燕，田 修，胡 英*

(1. 桐昆集團股份有限公司，浙江 桐鄉(xiāng) 314513；2.嘉興學院 材料與紡織工程學院，浙江 嘉興 314001；3.長三角(嘉興)納米科技產業(yè)發(fā)展研究院，浙江 嘉興 314031)

聚己二酸戊二胺(PA 56)是由戊二胺和己二酸經縮聚反應而合成，分子結構和聚己二酰己二胺(PA 66)類似[1]。我國已擁有微生物發(fā)酵生產戊二胺技術的自主知識產權，能規(guī)?；a生物基PA 56及其纖維材料。PA 56纖維是一種新型生物基纖維材料，具有良好的染色性能和吸濕性能，在服用領域有著良好的應用前景[2-3]。纖維在織造過程中，承受機構運動產生的反復拉伸和磨損作用，使得紗線毛羽突出、起毛，纖維與纖維之間以及纖維與設備部件之間極易發(fā)生纏結粘連現象，會出現開口不清、經紗斷頭、產生織疵等情況，嚴重影響織造效果。因此，纖維需要經過上漿工藝，使?jié){液與纖維吸附，包覆在纖維表面形成一層光滑、柔韌而牢固的漿膜，增強纖維之間的抱合力，減少毛羽突出，提高纖維之間的抱合力和耐磨性，降低織造過程中的斷頭率。目前有關PA 56纖維的漿液和上漿工藝的研究鮮有報道。

漿液主要成分有淀粉、變性淀粉、聚乙烯醇(PVA)及丙烯酸類[4-6]。淀粉成膜比較脆，對纖維的附著力不夠強，手感粗糙。淀粉可以通過化學改性為變性淀粉，使得漿液的流動黏度降低、耐溫性能提高[7]。PVA漿液比變性淀粉的成膜性能更好，對化學纖維的附著力增強，上漿效果明顯增強，然而，PVA 降解所需要的時間大大高于變性淀粉，其水溶液對環(huán)境污染嚴重，水處理成本高，研發(fā)無污染的環(huán)保漿液替代PVA漿液是漿料開發(fā)的重要方向[8-12]。

聚酰胺纖維由酰胺鍵連接，分子鏈上有極性基團，聚酰胺長絲上漿主要以丙烯酸及其衍生物作為漿料，漿料與酰胺鍵親和力比較強[13]。生物基PA 56纖維主要采用淀粉等天然材料上漿，但淀粉漿液的成膜性有待提高。纖維素的分子式和淀粉相同，都是葡萄糖分子通過苷鍵連接成高分子鏈，只是重復單元空間排列不同，淀粉能微溶于水，而纖維素不溶于水，為提高淀粉漿液的成膜性，在淀粉漿液中添加納米纖維素的研究越來越受到關注[14-16]。

作者通過均質機將微生物纖維素超微粉碎、酸解制成納米纖維素，然后與改性淀粉均勻混合、分散，制成納米纖維素/改性淀粉混合漿液，并用于PA 56纖維上漿，研究納米纖維素/改性淀粉混合漿液對上漿后PA 56纖維性能的影響。

1 實驗

1.1 主要原料及助劑

PA 56纖維：77.8 dtex/36 f假捻變形絲(DTY)，自制；改性淀粉：自制；納米纖維素干粉：纖維直徑小于80 nm，長度小于3 μm，自制。

1.2 主要設備及儀器

NDJ-5S型數字式黏度計：上海尼潤智能科技有限公司制；GA391型單紗上漿機：江陰市通源紡機有限公司制；YG171L型紗線毛羽測試儀：萊州市電子儀器有限公司制；Y731型抱合力機：常州紡織儀器廠有限公司制；YG086型縷紗測長儀：萊州市電子儀器有限公司制。

1.3 實驗方法

1.3.1 改性淀粉漿液的制備

按照表1配方稱量改性淀粉和蒸餾水，二者混合攪拌均勻，形成均勻穩(wěn)定不分層的透明漿液，即改性淀粉漿液。根據改性淀粉質量及漿液總質量，計算漿液中改性淀粉的質量分數即漿液的固含量。

表1 改性淀粉漿液配方Tab.1 Formula of modified starch size

1.3.2 納米纖維素/改性淀粉混合漿液的制備

將改性淀粉、納米纖維素干粉和蒸餾水按照表2配比稱量，混合攪拌均勻，形成穩(wěn)定不分層的透明漿液，即納米纖維素/改性淀粉混合漿液。根據漿液中納米纖維素和改性淀粉的質量之和，以及漿液總質量，計算混合漿液的固含量。

表2 納米纖維素/改性淀粉混合漿液配方Tab.2 Proportion of nano-cellulose/modified starch size mixture

1.3.3 PA 56纖維上漿

在GA391型單紗上漿機上對PA 56纖維進行上漿，將漿液均勻分散在長方形漿液槽中，纖維經過漿液槽，漿液吸附黏結在纖維上，進入烘房，烘房溫度設置為50 °C，纖維進入烘房的紗線張力控制在6.0 cN，從烘房到成形筒子之間的紗線張力控制在7.0 cN，通過控制卷繞電機頻率保持卷繞速度為260 m/min，卷繞成筒，得到不同漿液試樣上漿后的PA 56纖維。

1.4 分析與測試

漿液黏度：采用數字式黏度計測試漿液黏度，選用2號轉子，轉子轉速為60 r/min，從黏度計上直接讀出漿液黏度。

纖維力學性能：根據GB/T 3916—2013，采用單紗強力機測試單根纖維的斷裂強度和斷裂伸長率。采用等速伸長型模式，拉伸夾距250 mm，拉伸速度500 mm/min，每個纖維試樣測試10次取平均值。

纖維毛羽指數：根據FZ/T 01086—2020《紡織品紗線毛羽測定方法投影計數法》規(guī)定，伸出紗線主體的纖維端或圈稱為毛羽，單位長度紗線上毛羽的總根數稱為毛羽指數。按照GB/T 6529—2008《紡織品的調濕和試驗用標準大氣》，采用YG171L型紗線毛羽測試儀測試PA 56纖維的毛羽指數，設定環(huán)境溫度20 °C，相對濕度65%，測試速度30 m/min，紗線張力0.4 cN/tex，從毛羽測試儀讀出毛羽指數。PA 56纖維上漿前后的毛羽指數之差占上漿前纖維毛羽指數的百分數為毛羽降低率。

2 結果與討論

2.1 納米纖維素對漿液黏度的影響

從表3可以看出：1#～4#漿液試樣的黏度隨著漿液固含量的增加而增加，漿液固含量從6%增加到8%，漿液黏度從131.0 mPa·s增加到253.1 mPa·s，黏度增長率達93.2%；漿液固含量從8%增加到10%，漿液黏度增長率為17.5%，漿液固含量從10%增加到12%，漿液黏度增長率為11.8%。這表明漿液中改性淀粉達到一定含量后，漿液黏度增長幅度逐漸減少，主要是因為淀粉分子是大分子鏈，產生氫鍵、分子間作用力，分子鏈之間相互纏結，表現出一定的流動黏度，漿液中大分子鏈濃度越多，分子鏈作用機會越多，漿液黏度越大，而繼續(xù)提高改性淀粉分子鏈濃度，分子鏈之間的相互作用力不能成比例增加，表現為漿液黏度增長率減小。

表3 漿液試樣的黏度對比 Tab.3 Viscosity comparison of different size samples

從表3還可以看出：對于5#～8#漿液試樣，隨著漿液固含量的增加，漿液黏度增加；漿液固含量由11.3%增加到14.8%，漿液黏度增長率為108.9%，漿液固含量從14.8%增加到18.2%，漿液黏度增長率為24.2%，漿液固含量從18.2%增加到21.4%，漿液黏度增長率為14.3%。這是因為漿液中改性淀粉和納米纖維素含量達到一定值后，漿液中大分子鏈濃度也達到一定值，繼續(xù)增加改性淀粉和納米纖維素含量，即繼續(xù)增加大分子鏈濃度，分子鏈之間的相互作用力增加幅度降低，因而漿液黏度增長率降低。

對比1#和5#漿液試樣，1#漿液中含有30 g改性淀粉，漿液黏度為131.0 mPa·s，5#漿液中含有30 g改性淀粉和30 g納米纖維素，漿液黏度為136.5 mPa·s，5#漿液黏度只比1#漿液增加5.5 mPa·s，黏度增長率只有4.2%，表明漿液黏度主要來自改性淀粉，納米纖維素對漿液黏度的貢獻很小，這可能是因為納米纖維素不溶于水，在水中的溶脹度很小，分散在漿液中的纖維素分子鏈數量比較少，分子鏈之間的纏結點更少，纖維素分子鏈形成的黏度很小。

對比4#和5#漿液試樣，4#漿液含改性淀粉60.0 g，固含量為12.0%，黏度為332.3 mPa·s，5#漿液含改性淀粉30.0 g、納米纖維素30.0 g，固含量為11.3%，黏度為136.5 mPa·s，5#漿液的黏度只有4#漿液黏度的41.1%，這表明在漿液固含量相同情況下，減少改性淀粉用量，增加納米纖維素用量，漿液黏度大大降低，主要原因是納米纖維素不溶于水，分散在淀粉分子中，增加淀粉分子鏈之間的距離，阻礙淀粉大分子鏈之間的纏結，起到增塑劑的作用，使得淀粉漿液黏度降低。因此，在改性淀粉中添加納米纖維素，可降低漿液黏度，有利于漿液對纖維的上漿。

2.2 漿液對PA 56纖維力學性能的影響

從表4可以看出：未上漿時，PA 56纖維的斷裂強度為3.47 cN/dtex，使用漿液上漿后纖維斷裂強度均增大；比較1#～4#漿液試樣，經2#漿液上漿后，PA 56纖維的斷裂強度最高，達3.62 cN/dtex，經1#漿液上漿后纖維的斷裂強度最低，為3.57 cN/dtex，經3#和4#漿液上漿后PA 56纖維的斷裂強度均為3.60 cN/dtex；經1#和2#漿液上漿后，PA 56纖維斷裂伸長率比未上漿的纖維明顯增加，經3#和4#漿液上漿后纖維的斷裂伸長率略有下降；比較1#～4#漿液試樣，經2#漿液上漿，可有效提高PA 56纖維的斷裂強度和斷裂伸長率，這表明固含量8%的改性淀粉漿液增強PA 56纖維之間抱合力的效果更顯著。

表4 不同漿液上漿后PA 56纖維的斷裂強度和斷裂伸長率Tab.4 Breaking strength and elongation at break of PA 56 fiber after sizing with different sizes

從表4還可以看出：經5#～8#漿液試樣上漿后，PA 56纖維斷裂強度沒有明顯差異，為3.63～3.67 cN/dtex，都比1#～4#漿液試樣上漿后的高；7#漿液上漿后，PA 56纖維的斷裂伸長率最高，達28.50%，7#漿液增韌效果較好；5#漿液以納米纖維素替代了4#漿液中部分改性淀粉，經4#與5#漿液上漿后，PA 56纖維的斷裂強度沒有明顯差異，但5#漿液上漿后PA 56纖維的斷裂伸長率比4#漿液上漿后增加23.8%，這表明漿液中的納米纖維素起到了增韌作用。

綜合比較，7#漿液上漿后， PA 56纖維斷裂強度和斷裂伸長率的改善效果最好，這表明固含量為18.2%的納米纖維素/改性淀粉混合漿液對PA 56纖維的增強增韌效果最好。

2.3 漿液對PA 56纖維毛羽指數的影響

通常，超過3 mm的毛羽為有害毛羽，生產中一般以4 mm毛羽指數作為控制指標。從表5可以看出：未經上漿的PA 56纖維中4 mm毛羽指數高達36.2根/m；經1#～8#漿液上漿后，纖維毛羽指數顯著降低，為1.4～8.2根/m，這表明經漿液上漿后纖維抱合力增強，毛羽突出減少。

表5 不同漿液上漿后PA 56纖維的毛羽指數Tab.5 Hairiness index of PA 56 fibers after sizing with different sizes

從表6可以看出：對比1#～4#漿液試樣，經2#漿液上漿后PA 56纖維的4 mm毛羽降低率最高，為90.6%，且4 mm毛羽指數最小(為3.4根/m)，表明固含量8%的改性淀粉漿液PA 56纖維黏結更加緊密，漿液的成膜性最好；對比5#～8#漿液試樣，經5#，6#，7#，8#漿液上漿后，PA 56纖維的4 mm毛羽降低率分別為92.2%，92.8%，94.5%，96.1%，隨著納米纖維素/改性淀粉混合漿液的固含量增加，PA 56纖維上漿后的4 mm毛羽指數逐漸減少、4 mm毛羽降低率呈增大趨勢；對比5#和4#漿液試樣，經5#，4#漿液上漿后，PA 56纖維的4 mm毛羽降低率分別為92.2%，82.3%，表明5#漿液比4#漿液更能緊密黏合PA 56纖維，具有更強的黏著力和滲透性，在PA 56纖維表面的成膜性能更好，毛羽突出大大減少，這說明漿液中以納米纖維素替代部分改性淀粉，更有利于漿液成膜。

表6 不同漿液上漿后PA 56纖維的4 mm毛羽降低率Tab.6 4 mm hairiness reduction rate of PA 56 fibers after sizing with different sizes

3 結論

a. 以納米纖維素、改性淀粉為原料，均勻混合、分散，制得納米纖維素/改性淀粉混合漿液。漿液黏度隨漿液固含量的增加而增加，漿液固含量達一定值后，漿液黏度的增加幅度降低；在漿液固含量不變的情況下，以納米纖維素替代部分改性淀粉，漿液黏度會減小，漿液黏度主要來自改性淀粉，納米纖維素對漿液黏度的貢獻很小。

b. PA 56纖維經改性淀粉漿液和納米纖維素/改性淀粉混合漿液上漿后，PA 56纖維的斷裂強度都增加；經固含量為8%的改性淀粉漿液上漿后，PA 56纖維的斷裂強度和斷裂伸長率改善效果最好；在漿液固含量不變的情況下，采用納米纖維素/改性淀粉混合漿液上漿后PA 56纖維的斷裂強度和斷裂伸長率比單一的改性淀粉漿液上漿的更高，混合漿液固含量為18.2%時，PA 56纖維上漿后的增強增韌效果最好。

c. 經改性淀粉漿液及納米纖維素/改性淀粉混合漿液上漿后，PA 56纖維的4 mm毛羽指數顯著降低；漿液固含量不變的情況下，采用納米纖維素替代部分改性淀粉，PA 56纖維的4 mm毛羽降低率更高，納米纖維素可有效提高漿液在PA 56纖維表面的成膜性能。