纺织浆料的吸湿与放湿规律

武海良， 姚一军， 沈艳琴

(西安工程大学 纺织与材料学院， 陕西 西安 710048)

纺织浆料的吸湿与放湿规律

武海良， 姚一军， 沈艳琴

(西安工程大学 纺织与材料学院， 陕西 西安 710048)

通过研究纺织浆料的吸放湿规律，为织造车间相对湿度的设定提供理论参考。依据国标采用烘箱干燥法系统研究了淀粉类浆料、聚乙烯醇(PVA)类浆料及聚丙烯酸类浆料在不同相对湿度下的吸湿与放湿规律，从结构上分析了各类浆料吸放湿规律产生差异的原因。结果表明，在同一相对湿度下，聚丙烯酰胺的吸湿性最好，淀粉类浆料的吸湿性好于PVA浆料，聚丙烯酸酯的吸湿性最差，对湿度不敏感；淀粉类浆料和聚丙烯酰胺浆料放湿平衡回潮率高于其他浆料。相对湿度为56%时的吸湿平衡回潮率与放湿平衡回潮率的研究结果表明，纺织浆料均存在吸湿滞后性。

吸湿性； 吸湿速率； 放湿曲线； 回潮率

Abstract The moisture absorption and liberation regularities of textile sizes was studied to provide theoretical basis for setting up the relative humidity in weaving workshop. According to the national standards, the oven drying method was used to analyze the moisture absorption and liberation regularities of starch size, polyrinyl alcohol (PVA) and polyacrylic acid sizes.The differences of moisture absorption and liberation regularities among the sizes were also analyzed from their structures. The results show that for the moisture absorption performance at the same relative humidity, the polyacrylamide is the best, the starch is better than PVA, and polyacrylate is the worst. It means that polyacrylate is not sensitive to humidity. The liberation regularities of variety sizes show that starch size and polyacrylamide have higher moisture regains. The final moisture absorption regains and liberation regains of sizes under the relative humidity of 56% indicate that absorption hysteresis exists.Keywords moisture absorption property； moisture absorption rate； moisture liberation curve； moisture regain

浆纱回潮率直接影响浆纱和织造工艺[1]、浆纱质量[2]及浆纱工序的节能效果[3]。浆料的吸湿放湿性能对浆纱平衡回潮率起着关键作用[4-5]。常用的纺织浆料主要有聚乙烯醇(PVA)、聚丙烯酸类及淀粉类浆料。PVA分为完全醇解和部分醇解；聚丙烯酸类浆料分为聚丙烯酸盐、聚丙烯酰胺及聚丙烯酸酯；淀粉类浆料分为原淀粉及变性淀粉，氧化淀粉是最常用的变性淀粉浆料。本文分别研究了PVA、聚丙烯酸类浆料及淀粉浆料在不同相对湿度下的吸放湿规律，研究结果对合理设定织造车间相对湿度具有重要意义。

1 实验部分

1.1 实验材料

聚乙烯醇：PVA1799、PVA1788。

聚丙烯酸类：多元聚合聚丙烯酸浆料、聚丙烯酸酯、聚丙烯酰胺。

淀粉类：原淀粉、氧化淀粉。

1.2 实验方法

1.2.1 浆膜制备

利用质量分数为3%的浆液采用浇铸法制备测试用浆膜[6]。待浆膜制备完成后，在烘箱和HWS-250型恒温恒湿箱进行测试。

1.2.2 吸湿实验

依据GB/T 9995—1997《纺织材料含水率和回潮率的测定》和GB/T 6529—2008《纺织品调湿和试验用标准大气》，采用烘箱干燥法测试试样的吸湿性能[7]。试样在80 ℃烘箱内烘燥至质量恒定，记录试样的初始质量。分别在相对湿度为78%、74%、70%、65%、60%，温度为28 ℃进入吸湿过程，每隔15 min测试试样质量，直至吸湿平衡，计算回潮率。

1.2.3 放湿实验

试样在相对湿度为78%、温度为28 ℃的恒温恒湿箱内吸湿至平衡，记录初始质量，而后在相对湿度为56%、温度为28 ℃进入放湿过程，当试样达到放湿平衡后，计算回潮率。

2 结果与讨论

2.1 浆料结构分析

淀粉是由α-D-葡萄糖通过甙键连接而成的高分子化合物，属于多糖类物质，分子中含有许多羟基。氧化淀粉是原淀粉中部分伯羟基转变为羧基，且分子质量降低。完全醇解的PVA只含极性基团羟基(—OH)，而部分醇解PVA分子中除含有羟基外还含有酯基。

本文实验所用的多元聚合聚丙烯酸浆料的红外光谱如图1所示。由图可见，多元聚合聚丙烯酸浆料在3 340 cm-1附近有O—H伸缩振动带，在1 600～1 570 cm-1之间有不对称伸缩振动带，特征明显，即存在羧基(—COOH)。

2.2 淀粉类浆料的吸湿规律

分别在5种相对湿度下测试浆料的吸湿性能，结果如图4所示。可看出，不同相对湿度下淀粉类浆料吸湿规律相似，淀粉的回潮率随吸湿时间的延长最终达到平衡回潮率。在高相对湿度下(70%以上)，淀粉浆料1 h后达到吸湿平衡回潮率，在低相对湿度下(65%以下)，2 h达到吸湿平衡回潮率。这是因为高湿度下，淀粉浆料外部水分子的浓度高，内部分子浓度小，水自然有向浆料分子表面附着的趋势[8-10]，这个趋势随内外湿度梯度的增大而增大，湿度高，吸湿速率快，达到平衡所用时间短。从图4(a)可看出原淀粉浆料在相对湿度为65%～70%时吸湿曲线发生突跃，从4图(b)中可看出氧化淀粉在相对湿度为60%～65%时就开始发生突跃，这是因为氧化淀粉破坏了淀粉分子原有的规整分子链结构，分子质量下降，导致结晶性变差，结晶度变低，使得淀粉分子内部无定形区增大，水分子进入淀粉浆料内部阻力变小[11-13]，进而使水分子渗入浆料内部所需的最低湿度变低，即较低湿度下就会发生吸湿曲线突跃。在高相对湿度下，淀粉类浆料吸湿性差异不大，低湿度下吸湿性有显著差异，尤其是相对湿度在60%～65%之间。

2.3 PVA类浆料的吸湿规律

PVA浆料的吸湿规律如图5所示。图5(a)为完全醇解的PVA吸湿规律，图5(b)为部分醇解的PVA的吸湿规律。可看出，不同相对湿度下PVA吸湿曲线相似，回潮率随吸湿时间的延长最终达到平衡回潮率。PVA1799吸湿平衡回潮率高于PVA1788，这是因为在聚合度相同的情况下，PVA1799的醇解度高[14]，结构中有大量羟基，表现为吸湿性好；PVA1788结构中含有未醇解的酯基，亲水基团少于完全醇解的PVA，表现为吸湿平衡回潮率低。从图5(a)可看出，当相对湿度达到74%以上，PVA吸湿性显著提高，这是因为相对湿度高于74%时水的驱动力才能破坏无定形区，导致吸湿回潮率显著上升。当相对湿度为70%和74%时，PVA1799吸湿曲线几乎重合，这是因为相对湿度74%以下时，PVA1799分子结构的结晶区束缚了无定形区，导致水分子无法拓展内部空间而继续吸湿。由图5(b)可以看出，PVA1788吸湿平衡回潮率在相对湿度为74%和78%时基本一致，这是因为PVA1788醇解度低，结晶区破坏，当相对湿度达到74%时亲水基团和无定形区已经全部发挥作用，高相对湿度也无助于提高其吸湿回潮率。

2.4 聚丙烯酸类浆料的吸湿规律

图6示出多元聚合聚丙烯酸浆料、聚丙烯酸酯浆料和聚丙烯酰胺浆料的吸湿规律。可看出，聚丙烯酸类浆料吸湿曲线相似，呈先上升再平衡的特点。在初始阶段，吸湿速率都较快，随相对湿度的增大，吸湿回潮率也增大。由图6(a)可看出，任何湿度下，多元聚合聚丙烯酸浆料都能很快达到平衡，且高于图6(b)中相应吸湿平衡回潮率，这是因为聚丙烯酸中含有较多的亲水基团羧基(—COOH)，而聚丙烯酸酯中亲水性基团少或无亲水基团。由图6(b)可看出相对湿度60%以上时，聚丙烯酸酯浆料吸湿性出现突跃的过程，这是因为相对湿度60%时，水分子足以破坏无定形区使其继续吸湿。图6(b)中相对湿度74%时，先是亲水基团直接吸水，而后无定形区决定其吸湿，水分子的进入使分子间作用力减弱，拓展无定形区空间，束缚的亲水基团又发挥作用，同时在相对湿度78%时聚丙烯酸酯浆料吸湿平衡回潮率与相对湿度74%一致，这是因为相对湿度74%时，亲水基团和无定形区的作用已全部发挥出来。由图6(c)看出，相对湿度65%以下，聚丙烯酰胺浆料吸湿达到平衡时间明显延长，几乎接近3 h，但吸湿平衡回潮率依然不低于其他浆料，这是因为酰胺键极性强，玻璃化温度高，低湿度下链段运动受阻[15]，但随着时间延长水分还会降低，促使聚丙烯浆料继续吸湿。

2.5 各种浆料吸湿平衡回潮率比较

淀粉类、聚丙烯酸类及PVA类浆料吸湿平衡回潮率的规律比较如图7所示。可看出，聚丙烯酰胺吸湿性最好，这是因为酰胺类浆料分子中含有大量的吸湿性很强的亲水基团酰胺基(—CONH2)，与水分子亲和力大，即直接吸水。相对湿度70%以下，淀粉类浆料吸湿性好于聚丙烯酸，相对湿度70%以上，聚丙烯酸浆料吸湿能力又高于淀粉类浆料，这是因为聚丙烯酸浆料本身属于无规共聚，在相对湿度70%以下，分子间作用力牵制了羧基(—COOH)的内旋转，保持了较高的内旋转势垒，而湿度高于70%时，内旋转会自发地转动，羟基直接与空气接触，增强了聚丙烯酸浆料的吸湿能力。从实验结果还可看出，较低湿度下(相对湿度68%以下)，氧化淀粉吸湿平衡回潮率高于原淀粉，这是因为氧化淀粉聚合度降低，不易结晶，同时原淀粉中亲水性基团羟基(—OH)被氧化成各种基团，破坏了大分子链之间规整的结构，导致较低湿度下有更多吸水性基团露出，吸湿速率变快；超过相对湿度68%时，原淀粉外部驱动力足够大，使得原淀粉结晶区开始被拆散，也可以释放出更多的亲水基团，故吸湿回潮率又高于氧化淀粉。PVA1799、PVA1788吸湿性不及淀粉类浆料，是因为淀粉分子中有更多的亲水性基团羟基(—OH)。聚丙烯酸酯吸湿性最差，即使相对湿度非常高，回潮率都保持在3.5%左右，说明聚丙烯酸酯类浆料对湿度不敏感，这个结果对研究低湿度下的浆纱工艺具有重要意义。

2.6 各种浆料的放湿规律

淀粉类、聚丙烯酸类及PVA类浆料的放湿规律如图8所示。可看出，各类浆料的放湿曲线基本相似，呈前快后慢的特点。淀粉类浆料和聚丙烯酰胺浆料保湿性能好于其他浆料，聚丙烯酸浆料放湿平衡回潮率高于PVA类浆料放湿回潮率，聚丙烯酸酯浆料回潮率无明显变化，且放湿平衡回潮率最低，这与不同浆料分子中所含的亲水性基团、分子链结构及结晶度有关。浆料的放湿规律对织造车间相对湿度的设定有重要参考价值。

2.7 淀粉浆料及PVA的吸湿滞后性

图9示出在相对湿度56%下，原淀粉浆料、PVA1799吸湿平衡回潮率和放湿平衡回潮率对比。可看出，同一湿度下，浆料的放湿平衡回潮率高于吸湿平衡回潮率，二者之间存在着吸湿滞后性差异。如果浆纱在织造车间处于放湿状态，浆纱的平衡回潮率高于吸湿平衡回潮率，但浆纱回潮率过大，分绞困难，所以浆纱在织造车间通常是处于吸湿状态，浆料的吸湿滞后性是织造车间相对湿度设置高的原因。

3 结 论

1)各种浆料吸湿曲线相似，放湿曲线也相似，吸放湿速率都为先快后慢的状态。

2)相对湿度较高时，淀粉类浆料吸湿性差异不大，湿度较低时吸湿性有显著差异，尤其是相对湿度为60%和65%。相对湿度68%以下，氧化淀粉吸湿性好于原淀粉，相对湿度超过68%，原淀粉吸湿平衡回潮率又大于氧化淀粉，相对湿度78%时，二者吸湿平衡回潮率一致。

3)任何相对湿度下，醇解度高的PVA1799吸湿平衡回潮率都高于PVA1788。

4)聚丙烯酸类浆料中，聚丙烯酰胺吸湿性最好，含有亲水性基团的聚丙烯酸浆料次之，聚丙烯酸酯吸湿性最差，对湿度不敏感。

5)淀粉类浆料和聚丙烯酰胺浆料保湿性能好于其他浆料。

6)同一湿度下，浆料的放湿平衡回潮率高于吸湿平衡回潮率，纺织浆料存在吸湿滞后性。

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Moisture absorption and liberation regularities of textile sizes

WU Hailiang， YAO Yijun， SHEN Yanqin

(SchoolofTextileandMaterials,Xi′anPolytechnicUniversity,Xi′an,Shaanxi710048,China)

10.13475/j.fzxb.20150304906

2015-03-25

2015-12-09

陕西省科学技术研究与发展计划项目(2015GY161)；2014年纺织之光应用基础研究项目(J201407)

武海良(1962—)，男，教授。主要从事新型纺织浆料及浆纱工艺研究。E-mail:whl@xpu.edu.cn。

TS 103.846

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