聚丙烯酸聚乙烯醇共聚浆料的浆纱性能分析

郭 欢 刘召英 刘 馨 夏 凯 张晓东

（青岛大学，山东青岛，266071）

细号高密纯棉织物通常具有滑爽、柔软的手感以及典雅的外观，因而受到越来越多消费者的青睐。但是由于细号纱的线密度较小，纤维断裂强力低，因此细号高密纯棉织物的浆纱难度通常较大［1］。当今纺织浆料市场中，淀粉类浆料、聚乙烯醇（以下简称PVA）类浆料和聚丙烯酸类浆料依然占据主导地位［2‐4］。由于具有非常好的黏附性、成膜性以及相容性，PVA 多年来一直是细号高密纯棉织物的理想上浆剂。然而PVA 存在不易完全退浆和难以生物降解的问题。对PVA 浆料进行有效改性，可以调整其分子之间的结构，使分子间的氢键作用减弱，以降低结晶度［5］，提高浆料的溶解性和退浆性能。针对细号纯棉纱线的结构特点和上浆要求，本研究合成制备了聚丙烯酸聚乙烯醇共聚浆料（以下简称APVA），并以某纺织厂细号高密纯棉织物品种的实际生产浆纱配方为参照，研究适合于细号纯棉纱线的浆纱配方。

1 试验部分

1.1 试验材料与试剂

醋酸乙烯酯（以下简称VAc）、丙烯酸、偶氮二异丁腈、甲醇、氢氧化钠，均为分析纯，上海国药集团化学试剂有限公司；醋酸酯淀粉DF‐A、聚丙烯酸浆料QL‐98、聚丙烯酸浆料QB918、组合浆料SuperSizes、PVA205、PVA1799、磷酯淀粉、马铃薯变性淀粉GM8‐60、马铃薯变性淀粉CP‐L；纯棉9.8 tex 纱和纯棉7.4 tex 纱。

1.2 APVA 的制备及表征

按照文献［6］工艺，采用丙烯酸与VAc 先共聚而后醇解的方法制备了APVA。性能测试显示，所制备APVA 的平均聚合度为1 300，羧基含量为3.9%，醇解度为93.3%。

采用D8 型X 射线衍射仪对APVA 的晶体结构进行分析。按照文献［4］方法，配置质量分数为5%的APVA 浆液，加入适量硫酸调节浆液的pH值小于2，静置2 h 进行酸析反应，过滤，沉淀物水洗3 次后干燥至恒重，计算APVA 的酸析率。

1.3 纱线上浆试验

1.3.1 浆料配方

某工厂实际生产纯棉纱的浆料配方见表1。实际生产的配方中浆料组分较多，浆料的固含量较高，而且PVA 浆料不能很好地退浆，易对环境造成污染。本试验设计的配方使用APVA 浆料代替传统的PVA 浆料，同时减少浆料组分及浆料的添加剂用量，降低浆料的固含量，以期有效简化调浆工艺及降低生产成本，具体配方见表2。4 种新配方均用于纯棉9.8 tex 和7.4 tex 纱的上浆。

表1 实际生产中的浆料配方

表2 试验设计配方

1.3.2 浆液性能测试

按照表1 和表2 的配方，分别配制不同的组合浆液，在95 ℃条件下保温糊化1 h，采用DV3T型黏度计测定浆液的表观黏度。参照文献［7］方法，采用DCAT21 型自动表面张力仪测定浆液在90 ℃时的表面张力。根据浆液静置8 h 后的分层情况来评价浆液的混溶性。参照文献［8］方法，将制得的浆膜在温度为105 ℃的烘箱内干燥至恒重，然后称取厚度均匀的浆膜各1 g，置于相对湿度75%的干燥器中进行吸湿试验，10 天后取出称重，计算浆膜的吸湿率。

1.3.3 浆纱性能分析

按照原配方和新配方配制浆液，升温至95 ℃，糊化保温1 h，采用JSSJ‐83 型小样浆纱机上浆，上浆温度95 ℃，浆槽浆液恒温循环，浆纱速度50 m/min，压浆辊压力12 kN。

依据GB/T 3916—2013《纺织品 卷装纱 单根纱线断裂强力和断裂伸长率的测定（CRE 法）》测定单纱断裂强力，采用YG061F 型电子单纱强力仪测试浆纱强伸性能。依据FZ/T 01058—1999《纱线耐磨试验方法 往复式磨辊法》，采用LLY‐63 型纱线耐磨仪测试浆纱的耐磨性能，测试纱线20 根，测试速度60 次/min，外加张力20 cN。依据FZ/T 01086—2020《纺织品 纱线毛羽测定方法 投影计数法》，采用YG171LB 型测试仪测试浆纱的毛羽数，测试10 次取平均值。采用蔡司研究级显微镜观察浆纱的表面形态。

2 结果与讨论

2.1 APVA 的性能分析

2.1.1 结晶性能分析

APVA 与PVA 的X 射线衍射图见图1。从图1 可以看出，在2θ为20.22°和41.18°处出现了明显特征衍射峰。APVA 的X 射线衍射图谱基本与原PVA 相同，但特征衍射峰值略有减小，这表明羧基的引入会使PVA 结晶度下降。

图1 PVA1799 与APVA 的X 射线衍射图谱

2.1.2 酸析性

酸析试验测试结果显示APVA 浆料的酸析率为97.6%，表明APVA 浆料具有较高的酸析性。因此可利用该性能事先对退浆废水调酸絮凝沉降，过滤去除APVA 浆料后，再进行生化降解处理，这样即可减少因PVA 浆料难以絮凝沉降、过滤脱除而导致的退浆废水难以生化降解的环境污染问题。

2.2 浆液性能

工厂实际生产配方和本试验设计配方的浆液性能见表3。各配方均不发生分层现象。

从表3 可以看出，4 种原配方的浆液表面张力值均低于纯棉织物的表面张力（62.0 cN/m），因此能够保证浆液更好地渗透到纱线内部，满足上浆的要求，4 种新配方的浆液表面张力较原配方略有降低；原配方与新配方的浆液静置后均不会出现明显的分层现象，均具有较好的稳定性；新配方的浆膜吸湿性与原配方相差不大，而新配方2 由于使用了水性丙烯酸浆料QB918，其浆膜吸湿率较大。

表3 工厂实际生产配方和本试验设计配方的浆液性能对比

2.3 浆纱性能

纯棉9.8 tex 纱性能：断裂强力122 cN，断裂伸长18.9 mm，摩擦次数64次，1 mm毛羽24.9根/m，2 mm 毛羽16.1 根/m。纯棉7.4 tex 纱性能：断裂强力96 cN，断裂伸长15.2 mm，摩擦次数38 次，1 mm 毛羽36.2 根/m，2 mm 毛羽28.9 根/m。

工厂实际生产配方和本试验设计配方对纯棉9.8 tex 的浆纱性能见表4。由于实际生产配方与试验设计配方的3 mm 毛羽降低性能测试结果基本相似，因此我们采用1 mm 和2 mm 的毛羽长度，以便于两种配方的毛羽降低性能有明显的区别。

表4 纯棉9.8 tex 纱浆纱性能

从表4 可以看出，对于纯棉9.8 tex 纱，新配方的上浆率相比原配方均有所降低；而在浆纱增强性能方面，新配方1 和新配方4 的浆纱增强率明显高于原配方；在减伸性能方面，新配方2 的浆纱减伸率明显高于原配方，新配方1 和新配方4 的浆纱减伸率略低于原配方；在耐磨性能方面，新配方均优于原配方，其中新配方3 的耐磨性能最好；在毛羽贴伏方面，新配方的浆纱毛羽降低率都优于原配方。综上各性能的评价结果，新配方1 和新配方4 均可替代原配方用于纯棉9.8 tex 纱的上浆。

工厂实际生产配方和本试验设计配方对纯棉7.4 tex 纱的浆纱性能见表5。

从表5 可以看出，对于纯棉7.3 tex 纱，新配方的上浆率相比原配方均有所降低；而在增强性能方面，新配方1、新配方3 和新配方4 的浆纱增强率均明显高于原配方，其中新配方1 的增强率最大；在减伸性能方面，新配方的浆纱减伸率均高于原配方；在耐磨性能方面，新配方均优于原配方，其中新配方3 的耐磨性能最好；在毛羽贴伏方面，仅有新配方1 和新配方4 的浆纱毛羽贴伏性能优于原配方。综上，根据强伸性能、耐磨性能和毛羽贴伏性能的评价结果，新配方1 和新配方4 均可替代原配方用于纯棉7.4 tex 纱的上浆。

表5 纯棉7.4 tex 纱浆纱性能

图2 为纯棉9.8 tex 纱原纱与使用新配方1 上浆的浆纱的显微镜图。从图2 可以看出，未上浆的原纱结构松散，而浆纱结构紧密，毛羽贴伏纱线主干，基本不外露。

图2 纯棉9.8 tex 原纱与浆纱的显微镜照片

纯棉细号纱在上浆过程中对浆液的要求较高，尤其是浆纱强伸性能及耐磨性能。本试验设计配方中使用了水溶性更好的APVA 浆料，避免了传统PVA 溶解不完全造成的上浆隐患问题，同时APVA 浆液具有更好的渗透作用，适合细号纱以浸透为主的上浆方式。其中新配方1 的综合性能最佳，这主要是因为APVA 浆料能够提高浆纱强度，GM8‐60 与QL‐98 能够提高浆液的稳定性及柔软性，能够得到柔韧的浆膜。

3 结论

采用丙烯酸与醋酸乙烯酯先共聚而后醇解的方法制备了APVA，APVA 的结晶性能低于原PVA，但其水溶性增强，而且具有较高的酸析沉淀性能，有利于克服因PVA 浆料难以事先絮凝脱除所导致的退浆废水难以生化降解问题。通过与某纺织厂细号高密纯棉织物的实际生产浆纱配方作对比试验，证实采用APVA 替代传统PVA 上浆，不仅可以提高浆纱性能，而且可以减少经纱上浆的浆料组分，降低经纱上浆率，减少环境污染。