王 耀 王 菲 白 樺 姚一軍

（1.中國(guó)棉紡織行業(yè)協(xié)會(huì)，北京，100018；2.廣元市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)所，四川廣元，628017；3.西安工程大學(xué)，陜西西安，710048）

目前漿紗采用高溫（漿槽溫度92 ℃以上）上漿工藝，不但能源耗費(fèi)大，而且有些產(chǎn)品如粘膠纖維在高溫下強(qiáng)力下降，不適合高溫上漿［1］。中溫漿紗是一項(xiàng)新的漿紗工藝，調(diào)漿和上漿溫度在60 ℃～80 ℃，能顯著降低能耗。20 世紀(jì)90 年代，有學(xué)者提出并研究了冷上漿工藝［2］，在毛紡股線上得 到 應(yīng)用。CHAVAN H V 等［3］對(duì)14.6 tex 純棉紗開展了冷、熱上漿對(duì)比。武海良等［4］深入研究了中溫半糊化上漿機(jī)制。鄧玲俠等［5］對(duì)常溫上漿工藝進(jìn)行了試驗(yàn)。中溫漿紗漿液溫度低，對(duì)經(jīng)紗的滲透性下降，如何提高漿液滲透性成為中溫漿紗工藝應(yīng)用的關(guān)鍵。本課題研究表面活性劑與漿液協(xié)同作用對(duì)中溫上漿漿液滲透性、漿膜性能的影響，以期對(duì)中溫漿紗工藝應(yīng)用提供參考。

1 試驗(yàn)部分

1.1 材料和儀器

材料：C 14.6 tex 紗，變性淀粉SPR，快速滲透劑T，脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯（以下簡(jiǎn)稱AEO-3P），斯盤-20，十六烷基三甲基溴化銨（以下簡(jiǎn)稱CTMAB）。儀器：Quanta-450-PEG型掃描電鏡，0.5 mm×100 mm 玻璃點(diǎn)樣毛細(xì)管，GA392 型立式單紗漿紗機(jī)，Y171B-1 型毛羽測(cè)試儀。

1.2 試驗(yàn)方法

采用紗線沉降法測(cè)試漿液的滲透性［6］。采用毛細(xì)管法［7］測(cè)試漿液表面張力，制備含固率為3%的漿液，分別將不同種類、不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的表面活性劑加入漿液，測(cè)試加入表面活性劑后漿液的毛細(xì)高度，計(jì)算出表面張力系數(shù)。采用粗紗法［8］測(cè)試漿液的黏附性，在織物強(qiáng)力儀上測(cè)試粗紗的拉伸斷裂強(qiáng)力。采用澆鑄法制備漿膜［9］，測(cè)試漿膜斷裂強(qiáng)力及伸長(zhǎng)率，采用文獻(xiàn)［10］方法計(jì)算漿膜強(qiáng)度及伸長(zhǎng)率，按照文獻(xiàn)［11］的方法進(jìn)行漿膜水溶性和耐屈曲性測(cè)試。在YG061M 型電子單紗強(qiáng)力儀上測(cè)試漿膜的斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率。采用GA392 型立式單紗漿紗機(jī)進(jìn)行漿紗，按照文獻(xiàn)［12］方法測(cè)試漿紗性能。采用氫氧化鈉退漿法測(cè)試上漿率［13］。

2 結(jié)果與討論

2.1 表面活性劑的作用機(jī)理

表面活性劑有親水基團(tuán)和疏水基團(tuán)。表面活性劑分子在溶液內(nèi)部形成自聚，存在形式為膠團(tuán)，開始形成膠團(tuán)的濃度叫臨界膠束濃度［14］。溶液中表面活性劑濃度非常低時(shí)，漿液表面和空氣接觸，漿液表面張力降低不明顯。提高表面活性劑濃度，漿液表面張力會(huì)顯著下降。同時(shí)，水中的表面活性劑分子開始形成小膠團(tuán)。隨著表面活性劑濃度繼續(xù)增大，溶液達(dá)到飽和吸附，形成排列緊密的單分子膜。在表面活性劑濃度大于表面活性劑臨界膠束濃度時(shí)，繼續(xù)提高表面活性劑量，溶液表面張力不再下降［15］。當(dāng)漿液溫度降低時(shí)，其滲透性下降，上漿率降低，表面活性劑加入后，表面張力下降，漿液滲透性上升。根據(jù)表面活性劑的親水親油平衡（HLB）值確定了快速滲透劑T、AEO-3P、斯盤-20、CTMAB 這4 種表面活性劑，HLB值在8～10，可與水形成穩(wěn)定的乳液狀。

2.2 表面活性劑種類與漿液性能

2.2.1 漿液滲透性與表面張力

對(duì)比不同種類表面活性劑漿液與65 ℃、95 ℃下未添加表面活性劑漿液的滲透時(shí)間及最小表面張力系數(shù)，結(jié)果見表1。由表1 可知，添加表面活性劑后漿液滲透時(shí)間和表面張力系數(shù)都大幅降低。加入快速滲透劑T 后，漿液滲透時(shí)間僅為2.8 s，最小表面張力系數(shù)比其他3 種表面活性劑都低，對(duì)降低漿液表面張力效果最好，這是由于滲透劑具有兩親特性，加快了漿液對(duì)紗線中非纖維素物質(zhì)的擴(kuò)散能力。

表1 表面活性劑種類對(duì)漿液滲透性能的影響

2.2.2 漿液黏附性

不同表面活性劑對(duì)粗紗上漿率和強(qiáng)力的影響見表2，表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)均為0.3%。

由表2 可知，中溫條件下（65 ℃）的粗紗上漿率和粗紗強(qiáng)力比高溫條件下（95 ℃）的都低，中溫條件下漿液添加表面活性劑可使粗紗上漿率及對(duì)粗紗的黏附性顯著提高，快速滲透劑T 的性能優(yōu)于其他3 種表面活性劑。這是由于紗線組分中含有非纖維素棉蠟、果膠等疏水物質(zhì)，中溫條件下難以去除，降低了漿液對(duì)紗線的黏附能力，而中溫條件下滲透劑可加快漿液在紗線非纖維素物質(zhì)中的傳遞能力，表現(xiàn)出高的上漿率和黏附力。

2.2.3 漿膜性能

不同表面活性劑對(duì)漿膜性能的影響見表3。

表3 不同表面活性劑下的漿膜性能

漿液成膜性隨表面活性劑的加入明顯變差，耐屈曲性變差。加入快速滲透劑T 后，漿膜強(qiáng)度稍高于65 ℃時(shí)未添加表面活性劑的漿膜強(qiáng)度，而加入AEO-3P 及斯盤-20 后漿膜強(qiáng)度明顯降低，漿膜伸長(zhǎng)率、水溶速率變化不明顯，吸濕變?nèi)?。這是由于表面活性劑影響了漿料各組分之間的相容性，漿膜致密性變差，導(dǎo)致內(nèi)聚力降低，表現(xiàn)出低的斷裂強(qiáng)度。

2.3 表面活性劑的加入方式

將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%的快速滲透劑T 以兩種方式加入到溫度為65 ℃、含固率為12%的漿液中。方式1 是漿料與表面活性劑同時(shí)加入到調(diào)漿桶中；方式2 是在漿液調(diào)制好后再將表面活性劑加入。方式1 所得漿液在紗線中的平均滲透時(shí)間為16.5 s，滲透時(shí)間CV為0.105 6%；方式2 漿液平均滲透時(shí)間為12.5 s，滲透時(shí)間CV為0.166 4%。方式2 的漿液滲透時(shí)間明顯要短，說(shuō)明漿液調(diào)制好后加入滲透劑滲透性更好。

2.4 表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)漿液性能的影響

將表面活性劑加入到溫度為65 ℃、含固率為12%的漿液中，分別測(cè)試表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.1%～0.9%時(shí)漿液對(duì)粗紗的滲透性、黏附性及漿膜性能。

2.4.1 滲透性與表面張力系數(shù)

表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)與漿液滲透性、表面張力系數(shù)的關(guān)系見圖1。從圖1（a）可以看出，隨表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，漿液的滲透時(shí)間總體呈現(xiàn)降低趨勢(shì)。當(dāng)快速滲透劑T 的臨界膠束濃度為0.5%、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.6%時(shí)，漿液最短滲透時(shí)間為2.8 s；當(dāng)AEO-3P 臨界膠束濃度為0.4%、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%時(shí)，漿液最短滲透時(shí)間為3.4 s，此后隨著質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加滲透時(shí)間不再明顯降低；當(dāng)斯盤-20 臨界膠束濃度為0.6%、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.7%時(shí)，漿液最短滲透時(shí)間為5.8 s；當(dāng)CTMAB臨界膠束濃度為0.4%、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%時(shí)漿液最短滲透時(shí)間為3.0 s。由此可見，最短漿液滲透時(shí)間都出現(xiàn)在質(zhì)量分?jǐn)?shù)稍大于臨界膠束濃度時(shí)。從圖1（b）可以看出，隨著表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，漿液表面張力總體呈下降趨勢(shì)，漿液表面張力最小值都在臨界膠束濃度的下一個(gè)質(zhì)量分?jǐn)?shù)梯度時(shí)出現(xiàn)，這個(gè)結(jié)果和滲透性測(cè)試結(jié)果一致。

圖1 漿液滲透性、表面張力系數(shù)與表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系

2.4.2 漿液黏附性

表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)漿液黏附性的影響情況見圖2。從圖2（a）可看出，隨著表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，粗紗上漿率總體呈增大趨勢(shì)，都在稍大于表面活性劑臨界膠束濃度時(shí)有比較大的粗紗上漿率。這是由于此時(shí)漿液表面活性相對(duì)最強(qiáng)，漿液表面張力相對(duì)最小，足量的漿液滲透至粗紗中。對(duì)比65 ℃未添加表面活性劑和95 ℃未添加表面活性劑的粗紗上漿率6.88%、11.61%，當(dāng)添加表面活性劑后，粗紗上漿率在6.88%～11.61%，說(shuō)明表面活性劑有利于提高中溫漿紗的上漿率。從圖2（b）可看出，在表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%時(shí)，或小于0.3%時(shí)，粗紗強(qiáng)力相對(duì)較大，此后隨著表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大，粗紗上漿率雖然增大，但粗紗強(qiáng)力反而下降。這是由于粗紗上漿液雖然增多，但表面活性劑也增多，過(guò)多會(huì)阻礙漿液對(duì)纖維的黏附，因此出現(xiàn)強(qiáng)力下降。對(duì)比65 ℃未添加表面活性劑和95 ℃未添加表面活性劑的粗紗強(qiáng)力33.7 N、67.9 N，添加表面活性劑時(shí)，粗紗強(qiáng)力在33.7 N～67.9 N，說(shuō)明表面活性劑的添加有利于提高中溫漿紗時(shí)對(duì)粗紗的黏附性。

圖2 漿液黏附性與表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系

2.4.3 漿膜性能

表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)漿膜性能的影響見圖3。從圖3 可以看出，當(dāng)表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)最?。?.1%）時(shí)漿膜強(qiáng)度最大，隨著表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大，漿膜強(qiáng)度下降。這是由于漿料分子之間結(jié)合力無(wú)雜質(zhì)干擾，漿膜致密性高，強(qiáng)力大。加入表面活性劑使?jié){液和表面活性劑形成了兩相物質(zhì)，表面活性劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越大，漿膜中相疇尺寸也越大，界面結(jié)合力下降，導(dǎo)致漿膜力學(xué)性能下降，耐屈曲性也隨之下降。隨表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大，漿膜的吸濕率下降，漿膜的吸濕性能降低。

圖3 漿膜性能與表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系

2.5 中溫漿紗試驗(yàn)

選用SPR 淀粉為主的漿料配方，漿液含固率12%，其中配方1 為未添加表面活性劑且漿紗溫度95 ℃，配方2 為未添加表面活性劑且漿紗溫度為65 ℃，配方3 為添加0.2%快速滲透劑T 且漿紗溫度為65 ℃。各配方漿紗性能如下，其中C 14.6 tex 原紗斷裂強(qiáng)力為110.6 cN，斷裂伸長(zhǎng)率為6.40%。

采用表面活性劑中溫漿紗后漿紗強(qiáng)力、毛羽降低率接近高溫漿紗。這是因?yàn)榧尤氡砻婊钚詣┖?，漿液的滲透性顯著改善。

原紗和漿紗的縱向掃描電鏡見圖4。

圖4 原紗與漿紗縱面形態(tài)圖

從圖4 可以看出，加入表面活性劑后，漿紗表面非常光滑，集束性好，紗體外幾乎沒有毛羽。

3 結(jié)論

（1）漿液中加入表面活性劑后，漿液表面張力顯著降低，提高了漿液滲透性能。當(dāng)表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)稍大于表面活性劑臨界膠束濃度時(shí)，漿液表面張力最小，滲透時(shí)間最短，上漿率最大。

（2）漿液與表面活性劑協(xié)同作用，能顯著提高中溫漿紗的性能。在試驗(yàn)選用的表面活性劑中，快速滲透劑T 降低漿液表面張力效果最好，當(dāng)其質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.2%時(shí)，漿紗效果較好。