乙醇胺对淀粉浆料增塑作用的研究

张希文　沈艳琴　武海良　崔桂新　严燕钫

摘要：为改善淀粉大分子塑性差这一缺陷，采用增塑剂乙醇胺[NH2（CH2）2OH]对淀粉浆料进行增塑处理。分析了NH2（CH2）2OH加入淀粉浆料的增塑作用机理，采用红外光谱对加入不同量NH2（CH2）2OH进行了表征，同时，测试了加入NH2（CH2）2OH后浆液性能、浆膜性能及浆纱性能。结果表明，NH2（CH2）2OH的添加量占淀粉干基重的3%时，浆膜各项性能优异，浆液性能稳定，经纱上浆效果良好，即此含量的NH2（CH2）2OH增塑作用最好。

关键词：乙醇胺；增塑剂；浆膜性能；浆纱性能

中图分类号：TS105.2

文献标志码：A

文章编号：1009-265X（2017）06-0013-05

Study on the Effect of Ethanolamine on Plasticization of Starch Sizing Agents

ZHANG Xiwen1， SHEN Yanqin1， WU Hailiang1， CUI Guixin2， YAN Yanfang2

（1.School of Textile and Materials， Xian Polytechnic University， Xian 710048， China；2.Shaoxing China Textile Academy Jiangnan Branch Co.Ltd， Shaoxing 312000， China）

Abstract：In order to improve poor plasticity of the starch molecules， the starch sizing agent was treated with NH2（CH2）2OH. The plasticization mechanism of ethanolamine in starch sizing agent was analyzed and the addition of different amounts of ethanolamine was characterized by infrared spectrum. Through a lot of experiments， the slurry performance， size film performance and sizing performance were tested after joining ethanolamine. The results demonstrate that when the additive amount of NH2（CH2）2OH accounts for 3% of the dry weight of starch， the size film has excellent performance， the slurry performance is stable and sizing effect is good. In other words， such content of NH2（CH2）2OH has the best plasticization.

Key words：ethanolamine； plasticizer； size film performance； sizing performance

淀粉是多羟基聚合物，由于分子成环状结构，分子内及分子间存在大量的氢键，因此分子的柔顺性变差，使淀粉浆膜呈现硬而脆的性能。另外淀粉浆液对纤维的黏附性较差，使黏附在纱体表面上的淀粉浆膜容易破裂脱落，且浆纱表面的浆膜不完整，这样不仅降低了浆纱的耐磨性，还会产生大量的再生毛羽[1]，严重影响浆纱质量和织造效率。为了改善淀粉浆膜的脆硬性及提高聚合物的塑性，使其氢键破坏，降低分子间的内聚力，需要加入能与淀粉间形成氢键的小分子增塑剂。小分子增塑剂的作用机理是，增塑剂分子插入到聚合物分子链之间，削弱了聚合物分子链之间的应力，使淀粉大分子玻璃化温度Tg降低，聚合物分子链之间的流动性变好，宏观表现为聚合物塑性增强[2]。根据相似相溶性原则，本文选用乙醇胺[NH2（CH2）2OH]为增塑剂。乙醇胺是一种伯胺有机化合物，常温下为无色粘稠液体带氨味，溶于水，溶液呈强碱性，且具有一定的吸湿性、可燃性和腐蚀性。根据其特性，通过NH2（CH2）2OH与淀粉进行共混处理，达到对淀粉浆料增塑的目的，为企业合理使用淀粉浆料提供理论依据和参考。

1实验部分

1.1材料和仪器

实验材料：乙醇胺（天津市富宇精细化工有限公司），淀粉浆料，JC 14.6 tex（西北国棉一厂），T/C 65/35 13 tex（山东浩宇纺织）。

實验仪器：HWS250型恒温恒湿箱（上海精宏实验设备有限公司），YG061M型电子单纱强力仪（上海诺彩贸易有限公司），FA2004B电子天平（上海越平科学仪器有限公司），JJ1精密增力电动搅拌器（常州国华电器有限公司），EQU INX55型傅里叶型红外光谱仪（德国Bruker公司），PNPT6型纸张厚度计测定仪（杭州品享科技有限公司），HD026D电子织物强力仪（南通宏大实验仪器有限公司），YT821型漏斗黏度计（常州德普纺织科技有限公司）。

1.2测试方法

a）浆膜性能配置质量分数6%的700 mL浆液，分别添加0%、1%、2%、3%、4%的NH2（CH2）2OH，水浴锅加热，将煮好的浆液冷却至50℃左右，调至浆液的浓度为3%，分别取45 mL的浆液导入聚四氟乙烯槽内浇制成膜并编号，干燥后待浆膜性能测试。浆膜水溶性测：把浆膜裁剪成长3 cm、宽1 cm的长条，在长度方向沿中央位置画直线作为记号，然后把裁剪好的的浆膜浸入80℃的水中；测试方法见文献[3]。然后将浆膜剪成宽5 mm的条状试样，在YG061M型电子单纱强力仪上测试断裂强力及其伸长率，计算出断裂强度。计算公式见文献[4]。

b）浆液测试配置质量分数6%的700 mL浆液，分别添加0%、3%的NH2（CH2）2OH，水浴锅加热至95℃以上，保温30 min。用YT821型漏斗黏度计测试其相对黏度，黏度及其黏度稳定性的计算方法见文献[5]。本实验选用粗纱法测试浆液的黏附力，具体方法见文献[6]。使用HD026D电子织物强力仪测试粗纱的断裂强力。

c）上浆性能选用ASS3000型全自动单纱浆纱机进行上浆实验，该机器属于双浸双压型浆纱机，选用卷曲速度为40 m/min。分别将添加增塑剂和未添加增塑剂的浆液质量浓度调制11%进行上浆，测试浆纱的强伸性、耐磨性和毛羽指数方法及其计算见文献[7]。

2结果与讨论

2.1乙醇胺与淀粉浆料的作用机理

在淀粉浆料中添加NH2（CH2）2OH后，其反应机理如图1所示，乙醇胺中的—NH2和—OH既可以和一条大分子中的—OH形成氢键，也可以一个乙醇胺分子中的—OH与一条淀粉大分子中的—OH形成氢键，而—NH2则与另一条淀粉大分子中的—OH形成氢键，减少了淀粉大分子之间氢键的数目，以此来削弱淀粉分大子之间的作用力，达到增塑作用。

2.2乙醇胺对淀粉浆膜性能的影响

淀粉浆膜最大的缺陷是硬脆，所以生产中通常需要对其进行增塑处理。将NH2（CH2）2OH与淀粉共混后，NH2（CH2）2OH小分子中—NH2与淀粉大分子中的羟基—OH和糖苷键—O—偶合而成氢键，并通过空间位阻作用使NH2（CH2）2OH与淀粉间羟基缔合所形成的氢键，来部分取代淀粉大分子—OH间的氢键作用，从而减小淀粉大分子之间的联结点，即降低了氢键的数目，减弱了大分子之间的作用力，以此来达到增塑作用。为了明确NH2（CH2）2OH添加量多少为适宜，以浆膜的性能来进行表征。表1是淀粉浆液中添加不同量的增塑剂NH2（CH2）2OH后浆膜性能测试情况。

由表1分析可得，当淀粉浆料中不含NH2（CH2）2OH时，淀粉浆膜脆硬，同时断裂伸长率最低。随着NH2（CH2）2OH的加入，淀粉浆膜的断裂伸长率和耐屈曲性逐渐增加，这是因为淀粉大分子间的氢键数目减少，大分子间作用力减弱。乙醇胺添加量为3%时达到峰值；当继续添加NH2（CH2）2OH后，就会出现反增塑效果，即大量的NH2（CH2）2OH小分子之间的—NH2和—OH形成氢键，减弱了淀粉中—OH或C—O—C中C—O基团的氢键作用，使得淀粉分之间的氢键作用能力减弱。因此NH2（CH2）2OH的用量为淀粉干基重量的3%时，淀粉浆膜柔韧透明，增塑效果最好。

2.3红外光谱分析

由图2可知，原淀粉在3340 cm-1处出现吸收峰，这是—OH的吸收峰。当在淀粉浆料中加入3% NH2（CH2）2OH后，在3 205 cm-1处出现了吸收峰，这是—NH2的吸收峰。通过与原淀粉中—OH的波数比较，加入NH2（CH2）2OH后，其—OH的波数变为3 440 cm-1，3 355 cm-1。淀粉塑化后，淀粉大分子中C—O伸缩振动峰的区域有微弱变动，且—NH2的吸收峰波数随乙醇胺加入量的不同，吸收峰波数发生变化，说明—NH2能与C—O键形成氢键。另外，由于增塑剂的加入量增多，其各基团的波数并不总是呈下降趋势，当NH2（CH2）2OH加入量为4%时，在红外光谱图中，—OH的峰高出现了波动，其原因是NH2（CH2）2OH的添加量过多时，增塑剂之间形成氢键，使得NH2（CH2）2OH小分子对淀粉大分子中—OH形成氢键的能力减弱，表明增塑剂添加过多会使增塑效果变差，因此，在淀粉浆料中加入NH2（CH2）2OH的量为3%时，对淀粉浆料的增塑较好。

2.4浆液性能

2.4.1浆液黏度及其热稳定性

以NH2（CH2）2OH与淀粉共混制得的浆膜性能为指标，得出NH2（CH2）2OH添加量为3%的最优值，测试该添加量下淀粉浆液黏度变化情况，如表2。

由表2可看出，未加入增塑剂的浆液黏度波动率不大，说明浆液流动性好，均匀度高。当加入NH2（CH2）2OH后，浆液的黏度、波动率略微下降，这是因为淀粉大分子与NH2（CH2）2OH小分子共混后，增塑剂NH2（CH2）2OH小分子进入淀粉大分子链间，破坏链与链之间的氢键，链段间相互作用减小，同时淀粉大分子链活动性增强，流动性有所提高。因此在淀粉浆液中添加3% NH2（CH2）2OH时，浆液的稳定性满足上浆工艺的要求，保障了经纱在浆液中易于润湿和铺展，并渗透到纱体内部。

2.4.2浆液黏附力

测试了添加3% NH2（CH2）2OH的淀粉浆液对纯棉粗纱和涤棉65/35粗纱断裂强力和断裂伸长率的情况，并通过文献[7]中比黏附力的计算方法，计算出比黏附力，结果如表3所示。

由表3可知，添加3% NH2（CH2）2OH后，純棉粗纱和涤棉粗纱的比黏附力明显增加，这是由于小分子NH2（CH2）2OH的介入，淀粉大分子链中的—OH含量增加，导致淀粉浆料自身的脆硬性降低，同时降低了淀粉大分子胶接层纤维表面的的应力集中，纤维间的抱和力增强，断裂强力增大。说明在淀粉中添加3% NH2（CH2）2OH后，浆液的粘附性增强。

2.4.3浆液黏度与质量分数的关系

分别配置质量分数2%、4%、6%、8%、10%的淀粉浆液和添加3% NH2（CH2）2OH的浆液。在水浴锅中加热至温度达到90℃时，分别测试黏度后绘制浆液黏度与质量分数的曲线图，如图3所示。

由图3可知，NH2（CH2）2OH添加到淀粉浆液中，对质量分数黏度影响不大，因为添加的NH2（CH2）2OH只占淀粉干基的3%，即含量较少，虽然NH2（CH2）2OH小分子与淀粉大分子羟基作用，使得（C6H10O5）n大分子之间的作用力减弱，大分子链的运动能力和形变能力增强，但（C6H10O5）n分子间的作用力较强，增塑剂小分子对整个大分子链段的整体滑移和破坏很微弱。宏观表现为黏度变化。

2.4.4浆液黏度与温度的关系

配置质量分数6%的淀粉浆液和加入3% NH2（CH2）2OH的浆液各500 mL，在温度分别为45、55、65、75、85、95 ℃时测试浆液黏度并绘制曲线图，结果如图4所示。

由图4可知，与未添加NH2（CH2）2OH的淀粉相比，添加NH2（CH2）2OH的浆液其黏度受温度影响的波动性明显降低。这是由于大分子链间的作用力被增塑剂小分子削弱后，温度改变不易使大分子链间内聚能发生较大波动，宏观表现为添加NH2（CH2）2OH后的浆液黏度具有更好的温度稳定性。

2.5浆纱性能

2.5.1浆料配方

为探究浆液中添加NH2（CH2）2OH后其对浆纱性能的影响，用配方一和配方二分别对T/C 65/35 13 tex纱上浆，浆料配方如表4所示。

2.5.2浆纱性能

对T/C 65/35 13 tex纱上浆后，观察其形态结构，图5是在生物显微镜下的纱线表面毛羽形态。

从图5中可看出，原纱表面毛羽耸立且毛羽较多，经过采用未添加NH2（CH2）2OH和添加NH2（CH2）2OH的配方对T/C 65/35 13 tex经纱上浆后，纱线毛羽贴伏，表面光滑。浆纱各项性能测试结果见表5。

由表5可看出，纱线在上述两种配方浆液中上浆后，纱线的耐磨次数和断裂强力均高于原纱，但在加入3% NH2（CH2）2OH浆液中上浆后，纱线耐磨次数、断裂强力和毛羽降低率都优于前者，这是因为淀粉浆液中添加增塑剂后，T/C 65/35 13 tex纱对浆液的渗透能力增强，且上浆质量较高，利于纱线织造。

3结论

a） 在淀粉浆料中加入不同比例的NH2（CH2）2OH后，对其浆膜的断裂强度、吸湿性及耐屈曲性的测试及其红外光谱分析后，得出淀粉浆料中加入3% NH2（CH2）2OH时，浆膜各项性能最优，增塑作用较好，淀粉浆膜脆硬性得到改善。

b） NH2（CH2）2OH添加量为3%时，淀粉浆液的黏附性能提高，浆液流动性更好，有助于浆液渗透到纱线内部，从而提高浆纱质量，减少断头。

c） 纱线在添加3% NH2（CH2）2OH浆料配方中上浆后，浆纱耐磨性好，断裂强力明显提高，上浆效果良好。

参考文献：

[1] 李伟，祝志峰.羟基增塑剂的羟基数目对淀粉浆料增塑作用的影响[J].东华大学学报（自然科学版），2012（1）：21-25.

[2] 周永元.纺织浆料学[M].北京：中国纺织出版社，2004：143-144.

[3] 严瑞瑄.水溶性高分子[M].北京：中国纺织出版社，2007：48-50.

[4] 张惠，祝志峰.丙酸酯变性淀粉浆料的研究[J].东华大学学报（自然科学版），2009，35（5）：537-540.

[5] 谷文静，武海良，沈艳琴.KS浆料对涤/棉混纺纱浆纱工艺的影响[J].西安工程大学学报，2013，27（5）：578-581.

[6] 沈艳琴，武海良，周丹.柠檬酸氢二铵改善淀粉浆料成膜性的研究[J].棉纺织术，2012（7）：1-3.

[7] 朱苏康，高卫东.机织学[M].北京：中国纺织出版社，2005：84-106.

（责任编辑：张会巍）

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