GS氧化交联变性淀粉浆料的性能分析

2014-07-24黄河柳沈兰萍

西安工程大学学报 2014年3期

黄河柳，沈兰萍

（西安工程大学纺织与材料学院，陕西西安710048）

经纱上浆是纺织品在织造前的一道重要工序，浆纱的质量高低，直接影响着织造的难易程度及成品的质量优劣.传统浆料主要有淀粉、PVA、聚丙烯酸类浆料.PVA性能优良，其应用解决了浆纱中的许多问题，但对环境污染大，不易自然生物降解［1］.近年来，随着行业的不断引导，纺织技术的持续发展及企业环保意识的不断增强，无PVA上浆概念正逐步成为现实［2］.变性淀粉作为原淀粉的升级产品，不仅弥补了淀粉类浆料上浆性能的不足，同时弥补了长期以来以PVA为主浆料所产生的环境污染问题.因此具有卓越性能的变性淀粉得到了各生产厂家的青睐，变性淀粉具有巨大的潜力是毋庸置疑的［3］.

我国变性淀粉的研究始于20世纪80年代，现已取得了长足的发展，但与欧美国家相比还有不小的差距，如产品品种少且多为单一改性，工艺落后，特别是基础理论研究偏少.本文通过对GS氧化交联变性淀粉浆料的基本性能、浆膜性能、浆纱性能的综合测试和分析，给出客观评价，以便对环保浆料的上浆性能研究提供参考.

1 实验

1.1 材料与仪器

（1）材料 GS氧化交联变性淀粉、普通变性淀粉、固体聚丙烯酸、PVA－1799、14.6tex纯棉纱、13tex涤棉纱等.

（2）仪器水浴锅、YT821漏斗式黏度计、HWS－250型恒温恒湿箱、YG171A型毛羽测试仪织物强力仪、Y731型纱线耐磨仪、ASS3000型全自动单纱浆纱机、HD021N电子单纱强力仪等.

1.2 性能测试

1.2.1 浆料与浆液 GS氧化交联变性淀粉浆料基本性能包括外观、气味、含水率、水溶性、pH值.GS氧化交联变性淀粉浆液性能包括：（1）黏度、黏度热稳定性：调制700mL质量浓度为6%的GS氧化交联变性淀粉浆液，匀速搅拌，恒温水浴加热至95℃开始计时，每0.5h测一次黏度值，保持恒温3h，共测6次.在保温1h时测得的黏度值即为GS氧化交联变性淀粉浆料的黏度值.黏度热稳定性（%）＝1－黏度波动率（后5次测定的黏度值极差与95℃保温1h测定的黏度值的比值即为黏度波动率）.（2）浆液黏附力作为浆液的一项重要指标［4］，反映了上浆后经纱的可织性.实验方法：（a）配置质量浓度为1%的GS氧化交联变性淀粉浆液1 800mL，置于2 000mL烧杯内，加盖后放入95℃恒温水浴锅中保温30min，使浆液温度保持恒定，待用；（b）按要求选取粗纱（一组为纯棉纱条，一组为涤棉纱条），将粗纱条轻绕在铝合金框架上，注意缠绕时不能使其有伸长，待用，每次实验粗纱条30根；（c）将烧杯中的浆液倒入水浴锅铝制方盒，并将试样框架浸入方盒，加盖保温，注意保证浸渍的均匀性，按下秒表计时5min，将纱线取出剪开悬挂晾干；（d）将晾干的试样从框架上剪下，在织物强力仪上测试上浆后粗纱条的断裂强力，并计算断裂强力的平均值，即浆液黏附力［5］.

1.2.2 浆膜目前常用的制备浆膜的方法为浇铸法.具体操作过程如下：（a）制备质量浓度为3%的GS氧化交联变性淀粉浆液200mL，在水浴锅中加热至完全溶解（1h左右），放置温度为50℃左右；（b）将聚酯薄膜洗净放置在桌面上，注意矫正其水平，薄膜下无气泡；（c）将浆液慢慢倒在玻璃板上，并用玻璃棒来回调整浆液流向，使浆液基本铺满在原定范围内.本次实验制作2个GS氧化交联变性淀粉浆膜，每个浆膜需要35mL浆液予以浇铸.待所有浆膜自然风干成膜后，仔细把浆膜从玻璃板上剥下，即为实验所需的浆膜.（注：夏季空气干燥，在浆膜完全成型后，放入HWS－250型恒温恒湿箱中调整湿度，避免浆膜干裂）

（1）厚度测试.将厚度仪调零，把浆膜置于厚度仪夹持面中间，缓慢转动旋钮使加持面加持浆膜，在表盘上直接读出数据.注意选择较为平整的地方进行加持，并且在加持浆膜时切勿用力过大避免浆膜产生碎裂.

（2）水溶速率测试.将浆膜裁成长30mm，宽10mm的长条，沿长度方向在中间画一直线；然后将浆膜条浸入80℃的水中，待水平面和浆膜中间直线重合时，快速按动秒表开始计时，直到浸没水中的一段浆膜断脱，再按下秒表终止计时，秒表显示的时间即浆膜的水溶速率.反复10次，求平均值［6］.

（3）强力测试.将浆膜剪成长≥100mm，宽5mm的浆膜条10条，在南通宏达HD021N型单纱强力仪上测试，调节机器隔距为100mm，将浆膜条夹在上、下夹头上，开动机器拉伸浆膜条，并记录数据.

（4）耐屈曲性测试.将浆膜剪成长25mm，宽5mm的浆膜条10条，用夹子固定，成直角手动反复屈曲，记录浆膜断裂时的次数，即浆膜的耐屈曲性.

1.2.3 浆纱性能为了对GS氧化交联变性淀粉有一个综合性的了解和评价，并研究其取代PVA浆纱的可行性，将GS氧化交联变性淀粉浆料和PVA分别与变性淀粉、固体聚丙烯酸进行配伍，配方见表1.

表1 浆料配方

分别调制质量浓度为10%的配方1、配方2浆液各700mL.将煮好的浆料倒入提前预热好的ASS3000型小样浆纱机中，对14.6tex纯棉纱上浆，上浆工艺参数见表2.

（1）浆纱毛羽.实验使用YG171A型毛羽测试仪，纱线通过速度为30m／min，每次测试纱线的长度为1m，共测30组，取平均值.

（2）浆纱耐磨性.浆纱耐磨性是浆纱质量的评价指标之一［7］，实验在Y731型纱线耐磨仪上进行.浆纱增磨率（m）计算公式为

式中 m为浆纱增磨率（%）；mj为浆纱磨断次数（次）；m0为原纱磨断次数（次）.

表2 上浆工艺参数

（3）浆纱强力.浆纱增强率、减伸率的大小对织造生产效率和产品质量有较大的影响，通过对比原纱上浆前后的断裂强力、断裂伸长率，可以了解浆纱物理性能的变化，作为改进浆纱工艺、提高浆纱质量的参考依据［8］.实验使用南通宏达 HD021N电子单纱强力仪进行测试，试样夹距为500mm，拉伸速度为500mm／min，共测30组.

（4）浆纱退浆率.采用氢氧化钠退浆法.浆纱在退浆时，纱线表面的部分纤维会脱落，因此在计算退浆率时，必须考虑纱线毛羽损失率［9］.计算公式为

式中 S为退浆率（%）；W0为试样退浆前干燥质量（g）；W1为试样退浆后干燥质量（g）；β为毛羽损失率（%）.

2 结果与讨论

2.1 基本性能

GS氧化交联变性淀粉浆料为白色无异味粉末，在92℃时完全溶解，含水率为12.88%，pH为6.5，属于绿色环保浆料，对环境无污染.

2.2 浆液性能

（1）黏度、黏度热稳定性不同保温时间下，GS氧化交联变性淀粉浆料黏度测试结果见表3.根据计算可知，其平均黏度为6.9s.黏度稳定性高达98.55%，有利于提高上浆质量.

（2）浆液黏附力根据1.2浆液黏附力测试方法，对纯棉、涤棉纱进行上浆并测其断裂强力及断裂伸长率.测得纯棉纱的平均断裂强力为51.29N，平均断裂伸长率为8.24%；涤棉纱的平均断裂强力为61.55N，平均断裂伸长率为12.31%.因此，GS氧化交联变性淀粉浆料更适用于涤棉上浆.

2.3 浆膜性能

浆膜性能直接影响到浆纱耐磨和浆纱毛羽等性能指标，从而影响浆纱质量和纱线的可织性［10］.浆膜各项指标的测试结果见表4.从表4可以看出，GS氧化交联变性淀粉浆膜完整且光滑，透明度好，浆膜较薄，水溶性较好，有利于退浆，断裂强力较好，耐屈曲次数高达978次，说明GS氧化交联变性淀粉在复合变性过程中，分子间作用力有所增加，使浆膜柔韧，弹性好.因此，GS氧化交联变性淀粉浆料具有良好的成膜性，有利于浆纱获得承受织造过程中各种外部机械作用的能力，提高浆纱的可织性.