聚丙烯酰胺纺织浆料制备与应用

杨玉雪，郭 权，武海良，沈艳琴，姚一军

(西安工程大学纺织科学与工程学院，陕西 西安 710048)

0 前言

浆纱使用的纺织浆料主要有三大类，淀粉、PVA及聚丙烯酸类[1]。由于PVA退浆后废水处理困难，其应用受到限制[2]；淀粉浆料由于自身的环状结构，浆膜脆硬，对纤维黏附力不足[3－4]；聚丙烯酸类浆料可以按照浆纱需求设计其结构，因而成为很有发展潜力的纺织浆料。聚丙烯酸类浆料[5]分为聚丙烯酸盐类、聚丙烯酸酯类和聚丙烯酰胺类，聚丙烯酸盐类浆料吸湿再粘严重，不能多用；聚丙烯酸酯类浆料对疏水性纤维具有极好的黏附力，但退浆后废水处理更加困难，而且聚合过程复杂难控制，很少应用；聚丙烯酰胺由于结构中含有大量的酰胺基，易形成氢键，从而具有较好的稳定、絮凝作用，在污水处理、纺织工业等行业有广泛应用[6－7]。现有的聚丙烯酰胺由于分子量过大，水溶液黏度大，不适合于经纱上浆。本文将研究适于经纱上浆用的聚丙烯酰胺浆料，为开发环保型高性能纺织浆料奠定基础。

1 实验

1.1 实验材料及仪器

1.1.1 材料

丙烯酰胺(江西昌九农科化工)，过硫酸铵(天津大茂试剂)，去离子水(实验室自制)，变性淀粉SPR－SC(荷兰AVEBE公司)，PVA1799(兰州维尼纶厂)，纯棉纱:14.6tex(西纺集团)。

1.1.2 仪器

RWD150E型数显搅拌器(上海沪西分析仪器厂)，NDJ－1E型旋转式黏度仪(上海昌吉地质仪器有限公司)，YG061M型电子单纱强力仪(上海诺彩贸易有限公司)，60SXR型傅里叶变换红外光谱仪(美国尼高力仪器)。

1.2 聚丙烯酰胺浆料的制备

在反应器内加入去离子水，加热到25℃左右，搅拌加入丙烯酰胺，待完全溶解后，徐徐注入过硫酸铵溶液，将反应温度提高到45℃~55℃，30分钟左右聚合反应结束。

1.3 测试方法

1.3.1 黏度

采用NDJ－1E型旋转式黏度仪，配置500mL浓度为6%的浆液于烧杯中，保温1h，测得浆液黏度。

1.3.2 单体转化率

按文献[8]的方式，采用溴化法测定聚丙烯酰胺单体转化率。

2 结果与讨论

2.1 聚丙烯酰胺的制备及影响因素分析

(1)APS用量与聚丙烯酰胺黏度及单体转化率的关系

其他参数保持不变，改变APS的用量，反应温度50℃，反应时间30min。图1为APS用量与聚丙烯酰胺黏度及单体转化率的关系。

图1 APS量与聚丙烯酰胺黏度及单体转化率的关系

如图1所示，聚丙烯酰胺黏度及单体转化率随着APS添加量的增多，先升高后降低。这是由于随APS用量增加，反应体系中产生较多的自由基，引发速率快，而APS用量过大，单体聚合的速率过快会引起爆聚，反应不均匀、不完全，单体转化率呈下降趋势，因此APS的用量控制在0.5%时较为合适。

(2)反应温度与聚丙烯酰胺黏度及单体转化率的关系

反应温度与聚丙烯酰胺黏度及单体转化率的关系如图2所示。

图2 反应温度对于黏度及转化率的影响

由图2可知，当温度为35℃时，未到达反应所需温度，几乎不发生聚合反应。随着温度的增加，聚丙烯酰胺的黏度和单体转化率也随之增加，当反应温度为55℃时，单体转化率最高，且此时黏度适宜浆纱。当温度继续升高，超过55℃后，会产生爆聚现象，导致单体转化率急剧下降，因此反应温度控制在45~55℃为宜。

(3)聚丙烯酰胺浆料的结构表征

用傅里叶型红外光谱仪，参照文献[9]，采用溴化钾压片法，得到合成的聚丙烯酰胺浆料的红外光谱如图3。

图3 PAM浆料与AM单体的红外光谱图

从上述红外光谱对比图3可以看出，AM单体与低分子量PAM浆料的红外光谱图极为接近，AM单体样品在986cm－1处为亚甲基伸缩振动峰，910cm－1处为CH＝CH的振动吸收峰，而PAM浆料在此处并没有吸收峰出现，说明碳碳双键已经断裂，表明成功合成了聚丙烯酰胺。

2.2 聚丙烯酰胺浆料浆纱实践及浆纱性能测试

2.2.1 浆纱工艺

(1)上浆条件

浆纱机:GA392(立式)单纱浆纱机

纱线:14.6tex纯棉纱

浆纱速度:20m/min

(2)浆料配方

浆料配方聚丙烯酰胺与变性淀粉浆料组分如表1，上浆工艺参数如下页表2。

表1 浆料配方 %

表2 上浆工艺参数

2.3 浆纱性能测试及分析

(1)上浆率测试

原纱毛羽损失率、上浆率测试结果见表3、表4。

表3 纱线毛羽损失率

表4 上浆率测试

由表3可得，纯棉纱的毛羽损失率为1.64%，在合理范围内。

由表4可知，在同一上浆条件下，两种配方的上浆率相差不大。

(2)毛羽指数及其毛羽降低率

按文献[10]对毛羽指数及其毛羽降低率进行测试，原纱和浆纱的毛羽指数各测试30次，取平均值，计算毛羽降低率，测试结果见表5。

表5 浆纱毛羽

由上表5可知，经过上浆后纱线毛羽数量明显减少，且聚丙烯酰胺配方浆料的毛羽降低率好于配方一。

(3)浆纱耐磨性测试及分析

按文献[11]对浆纱耐磨性进行测试，原纱和浆纱的耐磨指数各测试30次，取平均值，计算耐磨次数提高率，测试结果见表6。

表6 浆纱增磨率

由表6可知，浆纱后纱线的耐磨性得到明显提高，聚丙烯酰胺配方的增磨率比配方一稍大一些。

(4)浆纱增强率、减伸率测试及分析

按文献[12]的方法对浆纱增强率、减伸率进行测试，原纱和浆纱的增强率、减伸率各测试30次，取平均值，计算增强率、减伸率，测试结果见表7。

表7 浆纱增强率、减伸率

由表7可知，两种配方的浆料均有增强、减伸的作用。加入聚丙烯酰胺配方增强率和减伸率效果都要比配方一的好。

(5)浆纱回潮率测试

按文献[13]的方法对浆纱回潮率进行测试，原纱和浆纱的回潮率各测试30次，取平均值，测试结果见表8。

表8 浆纱回潮率

聚丙烯酰胺有很好的吸湿性，采用聚丙烯酰胺浆纱后，浆纱回潮率高，有利于提高浆膜的柔韧性和浆纱的耐磨性。

3 结论

(1)聚丙烯胺浆料的制备条件为:反应温度45℃~55℃、引发剂用量0.5%、反应时间30min左右。红外光谱测试表明，在这种条件下可实现聚丙烯胺聚合反应，得到适于浆纱用的聚丙烯酰胺浆料。

(2)聚丙烯酰胺浆料与变性淀粉协同作用可用于纯棉纱上浆。