（纺织工程专业论文）poes浆纱平滑剂分子结构与作用效果的研究.pdf

摘要 摘要 本论文探讨硬脂酸聚氧乙烯酯( p o e s ) 对淀粉浆料使用性能的影响。在使用硬脂 酸聚氧乙烯酯助剂的前提下，通过与淀粉浆液共混的方式，研究了硬脂酸聚氧乙烯酯对 淀粉浆料的浆液特性、粘附性能、浆膜性能、浆纱性能的影响，探索了硬脂酸聚氧乙烯 酯作为浆纱平滑剂的可行性，以便寻求新型的浆纱平滑剂来代替原有平滑剂，避免现有 平滑剂在使用中所存在的缺陷。 首先通过选取硬脂酸聚氧乙烯酯的环氧乙烷缩合数( e o 数) 作为研究变量，以确 定硬脂酸聚氧乙烯酯的分子结构。选取环氧乙烷缩合数在6 4 0 的范围内变化，研究了 这种e o 数对淀粉粘附性能、浆膜性能以及浆液表面张力、粘度的影响，以明确作为浆 纱平滑剂使用的硬脂酸聚氧乙烯酯所应具备的分子结构。实验结果表明：硬脂酸聚氧乙 烯酯助剂对淀粉浆料的粘附性能、浆膜性能有显著的影响，硬脂酸聚氧乙烯酯有利于保 持淀粉浆料对纤维的粘附性能。当e o 数为l o 时，硬脂酸聚氧乙烯酯使淀粉浆料与棉 纤维间的粘附性能优于浆纱膏，与涤纶纤维的粘附性能优于蜡片；浆膜性能优于蜡片和 浆纱膏。 本文还研究了缩合数为1 0 的硬脂酸聚氧乙烯酯对淀粉粘附性能、浆膜性能的影响， 探索了其用量与淀粉浆料的浆液特性、粘附性能、浆膜性能及浆纱性能的变化关系，以 明确硬脂酸聚氧乙烯酯合适的用量，并与浆纱膏进行浆纱实验对比，探讨了硬脂酸聚氧 乙烯酯取代传统浆纱平滑剂浆纱膏的可能性。实验结果表明，随着用量的增加，硬脂酸 聚氧乙烯酯、浆纱膏均会降低淀粉对棉纤维、涤纶纤维的粘附性能。当用量在0 6 1 3 之间时，硬脂酸聚氧乙烯酯( 1 0 ) 使得淀粉对棉纤维的粘附性能优于浆纱膏；而对于涤 纶纤维，两者效果相当。但在用量超过2 时，硬脂酸聚氧乙烯酯( 1 0 ) 使淀粉对涤纶 纤维的粘附性能变化不大。对于浆膜而言，随着硬脂酸聚氧乙烯酯( 1 0 ) 用量的增大， 提高了浆膜的断裂强度、断裂伸长率和耐磨性能，在用量为1 3 是浆膜性能达到最好， 优于浆纱膏。因此，当用量在0 6 1 3 之间时，硬脂酸聚氧乙烯酯( 1 0 ) 较浆纱膏有 利于保持淀粉对纤维的粘附性能，浆膜性能。同时对于浆纱性能而言，在用量为1 0 时，硬脂酸聚氧乙烯酯( 1 0 ) 对纯棉浆纱的增强率和毛羽降低率的干扰较小，棉纱耐磨 性能好于浆纱膏，使用效果优于浆纱膏。 关键词：硬脂酸聚氧乙烯酯；助剂；e o 数；淀粉；粘附性能；浆膜性能；浆纱性能 a b s t r a c t a b s t r a c t t h em a i no b j e c to ft h ep a p e ri st os t u d yt h ee f f e c to fp o l y o x y e t h y l e n es t e a r a t e ( p o e s ) a s s i z i n ga u x i l i a r yo ns t a r c hs i z i n gp r o p e r t i e s w h e np o l y o x y e t h y l e n es t e a r a t es i z i n ga u x i l i a r y w a su s e d ，t h ee f f e c to fs t a r c ho np a s t eb e h a v i o r s ，m e c h a n i c a lp r o p e r t i e so fs i z i n gf i l m ，t h e a d h e s i o nt of i b e r sa n dt h eb e h a v i o r so fs i z e dy a m sw e r ei n v e s t i g a t e d t h ep r o b a b i l i t yo f u s i n g p o l y o x y e t h y l e n es t e a r a t e ( p o e s ) a ss m o o t h i n ga g e n t si nw a r ps i z i n gw a se v a l u a t e di no r d e r t oo v e r c o m et h ed e f e c t so ft r a d i t i o n a l l yu s e ds m o o t h i n ga g e n t ss u c ha sw a xf l a k e sa n d s i z i n g c r e a m n l eu s a b i l i t yo fp o e sw a se s t i m a t e dt h r o u g ha d d i n gi ti n t os t a r c ha n dm e a s u r i n gt h e b e h a v i o r so ft h eb l e n d sf o r m e d e on u m b e ro fp o e sw a sc o n s i d e r e di nar a n g eo f6 4 0a n dt h ei n f l u e n c eo ft h ee ou p o n t h ea d h e s i o no fs t a r c ht of i b e r s ，m e c h a n i c a lp r o p e r t i e so fs i z i n gf i l m ，s u r f a c et e n s i o n ，a n d p a s t eb e h a v i o r sw e r ei n v e s t i g a t e d ，a n dt h ef a v o r a b l ee on u m b e r so fp o e sm o l e c u l ef o rw a r p s i z i n gw a sa c q u i r e d t h er e s u l t sd e m o n s t r a t et h a tp o l y o x y e t h y l e n es t e a r a t ea sa u x i l i a r ys h o w e v i d e n ti n f l u e n c eo nt h eb e h a v i o r so fs t a r c hf i l m sa n da d h e s i o nt of i b e r p o l y o x y e t h y l e n e s t e a r a t ef a v o r st ok e e pt h ea d h e s i o n o fs t a r c ho nf i b e r s w h e ne on u m b e ri s10 ， p o l y o x y e t h y l e r i es t e a r a t ei ss u p e r i o rt os i z i n gc r e a mi nt h ea d h e s i o no fs t a r c ho nc o h e nf i b e r s ， a n ds u p e r i o rt ow a xf l a k e so np o l y e s t e rf i b e r s m e c h a n i c a lp r o p e r t i e so fs t a r c hs i z i n gf i l m i n c o r p o r a t i n gp o l y o x y e t h y l e n es t e a r a t ea r es u p e r i o rt ot h a tc o n t a i n i n gw a xf l a k e sa n ds i z i n g c r e a m t h ee f f e c to ft h ep o l y o x y e t h y l e n es t e a r a t e ( 1o ) c o n t e n to nt h eb e h a v i o r so fs t a r c hf i l m s a n da d h e s i o nt of i b e r sw a sa l s oi n v e s t i g a t e d m e a n w h i l et h ep o s s i b i l i t yb yu s i n gt h es u i t a b l e a m o u n t so fp o l y o x y e t h y l e n es t e a r a t e ( 10 ) t or e p l a c et h es i z i n gc r e a n lw a ss t u d i e di nt e r m so f e x p e r i m e n t so fs i z i n g i ti sf o u n dt h a tt h ea d h e s i o no fs t a r c ho nf i b e r sd e c r e a s e dw i t ht h e i n c r e a s eo ft h ep o l y o x y e t h y l e r i es t e a r a t e ( 10 ) c o n t e n t , a n dw i t ht h ei n c r e a s eo ft h es i z i n gc r e a m c o n t e n t 帆e l lt h ec o n t e n ti sa m o n g0 6 t o1 3 ，p o l y o x y e t h y l e r i es t e a r a t e ( 1 0 ) i ss u p e r i o rt o s i z i n gc r e a mi nt h ea d h e s i o no fs t a r c ho nc o t t o nf i b e r s h o w e v e r , t h es a m ee f f e c tw a sf o u n d f o rt h ea d h e s i o no fs t a r c ht op o l y e s t e rf i b e r s w h e nt h ec o n t e n te x c e e d s2 ，t h ed e c r e a s ei n v a l u ei sb i g g e ri nt h ea d h e s i o no fs t a r c ho np o l y e s t e rf i b e r sf o rs i z i n gc r e a m t h eb r e a k i n g s t r e n g t h ，b r e a k i n ge l o n g a t i o na n df l e x r e s i s t a n c eo fs t a r c hf i l mw i t ht h ei n c r e a s eo f p o l y o x y e t h y l e n es t e a r a t e ( 1o ) ，a n dt h em e c h a n i c a lp r o p e r t i e so fs i z i n gf i l mw e r eo p t i m u m w h e nt h eu s a g ew a s1 3 a n ds u p e r i o rt o s i z i n gc r e a m u n d e rt h em i n o rc o n t e n t p o l y o x y e t h y l e n es t e a r a t e ( 10 ) f a v o r st ok e e pt h ea d h e s i o no fs t a r c ho nf i b e r sa n dm e c h a n i c a l p r o p e r t i e so fs i z i n gf i l m t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t sp r o v et h a tt h et e n s i l es t r e n g t hi n c r e a s i n g r a t e , h a i r i n e s s d e c r e a s i n g r a t eo ft h ec o t t o n y a r n ss i z e d w i t l ls t a r c h c o n t a i n i n g p o l y o x y e t h y l e n es t e a r a t e ( 10 ) w e r es u p e r i o rt ot h o s eo fw i t hs i z i n gc r e a m a n dt h ea b r a s i o n r e s i s t a n c ew a ss i m i l a r k e y w o r d s ：p o l y o x y e t h y l e n es t e a r a t e ；a u x i l i a r y ；e on u m b e r s ；s t a r c h ；a d h e s i o n ； m e c h a n i c a lp r o p e r t i e so fs i z i n gf i l m 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含本人为获得江南 大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志 对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意 签 名：j 过卜日 期：塑星旦厶一 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解江南大学有关保留、使用学位论文的规定： 江南大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允 许论文被查阅和借阅，可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文， 并且本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致 保密的学位论文在解密后也遵守此规定 签 名：童塑i 导师签名： 日 期：本止 0 乏一驻 第一章绪论 第一章绪论 1 1 纺织经纱上浆目的和要求 经纱上浆是纺织加工中一个非常重要的工序，以达到减少织布时产生的断头、消除 布面上的疵点的目的【l 】，常被纺织界称为“老虎口 ，在纺织厂也有“浆纱一分钟，织 机一个班之说 2 3 l 。这是因为浆纱在织机上织造时，不仅要经受停经片、综丝和钢招等 机件以及经纱之间的反复摩擦，还要承受由于各种机构运动而产生的反复拉伸、曲折及 冲击。为了降低经纱断头率，提高经纱可织性及产品质量，必然要求经纱具有良好的耐 磨性能，纱线表面毛羽贴伏，适当增加经纱强度，并尽可能地保持经纱原有的弹性。在 实际生产中，除了一些股线、强捻丝及某些类型的变形丝、网络丝外，大多数经纱在织 造之前都必须经过上浆【4 1 。浆纱质量的好坏，直接影响着织造效率和织造质量【5 】，因此 抓住浆纱质量，是提高织机生产效率和产品质量的可靠保证。浆纱工作的细小疏忽，都 会给织造生产带来严重的不良后果。因此，对于每个浆纱工作者来说，要使经纱上浆达 到预期的目的，必然要做到了解上浆的机理、熟悉浆料性能以及掌握浆纱工艺。 纺织用经纱上浆使用的浆料，所要求具备的基本性能【6 ，7 】是：( 1 ) 浆料必须有足够的 粘着力，在纤维外表形成的浆膜能防止纤维起毛，使纤维之间的粘结能力增强，毛羽伏 贴，增加经纱强度；( 2 ) 浆液成膜性要好，形成的浆膜应具有较高的强力、延伸性、柔 软性和适当的吸湿性，使其在织布过程中能经受剧烈摩擦，减少断头；( 3 ) 浆料各组分 应具有良好的混溶性，既要保证浆纱质量均匀稳定，又要容易退浆，对环境无污染；( 4 ) 浆液的粘度要适当，具有良好的流动性，使浆液不仅能被覆在纱线的表甄，又能渗透到 纱线的内部，使单纱相互粘结，保证单纱强度能满足织造要求；同时浆液要有良好的粘 度稳定性、调煮浆液时不起泡、无嗅味；( 5 ) 浆料不应对纱线、设备、人体健康有害， 易于退浆，否则将影响织物的漂白、染色和后整理；( 6 ) 来源广、价格适中。 1 2 纺织浆料概况 浆料是影响浆纱质量的重要因素。国外每年浆纱所耗用的浆料量已超过6 0 万吨， 我国每年浆料耗用量也在3 0 万吨【s 】左右，特别是高速无梭织机每年以l 万台的速度在递 增，更促进了浆料的发展【9 1 。浆料是纺织工厂的第二大耗用材料，用量仅次于纤维，历 来为纺织界所重视。经纱上浆为我国纺织工业的发展曾作出过并仍将会作出新的贡献。 当前我国浆料的生产量与市场需求量也已基本平衡，或者说供略大于求，而且我国 浆料生产与发展也很快，并不落后于国外，例如，三大类主浆料的总体水平并不低于目 前在国内市场上的进口浆料。但同时也应该认识到，国内浆料生产厂家的生产规模“大 的没有，中的不多，小的过多 ，低水平产品重复较多，高质量、高性能的稳定性产品 却很少见到。 过去，经纱上浆的目的是增强、保伸与耐磨【i0 1 ，然而近二十多年来，经纱上浆的主 要目的已经明确，即增加经纱耐磨性能和贴伏毛羽，对细号纱也需要考虑适宜的增强与 江南大学硕十学位论文 保伸。因此，要求浆料既有成膜能力，又应与纤维材料具有良好的粘附性能。要同时具 备这两个条件的材料，它们必然是一种高分子化合物。随着纺织产品原料结构的变化， 新型纤维的研制开发与应用，淀粉及变性淀粉、p v a 浆料和聚丙烯酸类浆料这三大类已 形成了三足鼎立之势。1 9 9 7 年1 1 月，中国纺织总会经贸部、中国棉纺织行业协会在南 昌召开了全国浆纱经验交流会暨1 9 9 7 年浆料年会，对当前各类主要浆料的生产与应用 取得了共识。 1 2 1 淀粉浆料 玉米、小麦等是一种再生植物，玉米是淀粉生产的最重要来源【l l 】，所以天然淀粉的 资源丰富、价格低廉，对纤维素纤维等亲水性纤维具有良好的粘附性，作为经纱上浆的 主要浆料，已有悠久的历史，但由于受品种、土壤、气候、提取技术及方法等众多因素 的影响，它的质量不稳定。此外，由于淀粉大分子本身的结构缺陷，而使其不能符合众 多纤维的上浆要求【1 2 1 ，不足之处有浆膜粗糙、脆硬、耐磨性差；浆液粘度高且稳定性差， 使它的应用受到许多限制。具体原因有：( 1 ) 天然淀粉分子的相对分子质量大，浆液流 动性差；由环状结构的葡萄糖剩基构成的淀粉大分子链，导致其柔顺性差，玻璃化温度 高，浆膜脆硬：( 2 ) 当天然淀粉的浓度为4 时，糊化后冷却至室温的浆液将形成可塑 性的凝胶，因而经纱往往上浆需要在高温下进行；( 3 ) 天然淀粉浆液对疏水性纤维粘附 力差。为适应现代高速浆纱机上浆工艺的要求，淀粉浆液必须要求在较高浓度时仍具有 一定的流动性，即在经纱需要的强力下，要求浆液粘度低而且稳定，浸透性强，具有良 好的浆膜性能以保证织造效率，还要求易于退浆等。 为了克服天然淀粉存在的缺点，发挥它源广、价廉、易生物降解的特性，人们对天 然淀粉进行了一系列的变性，使淀粉资源得到了较充分的应用。现在它已在纺织工业、 食品工业、造纸、医药等部门中成为不可缺少的原材料。根据将天然淀粉进行变性后应 用于浆料中的状况，主要可分为三个阶段【l5 1 ，人们把它划分为第一、二、三代变性淀粉。 ( 1 ) 第一代变性淀粉：酸解淀粉、氧化淀粉和糊精等。该类淀粉的研究始于十九 世纪，主要是用酸或氧化剂或加热方法使天然淀粉大分子降解，以达到降低粘度、增加 流动性的目的。国内在上世纪6 0 年代初开始研究并少量应用，8 0 年代初开始广泛用于 经纱上浆。氧化淀粉和酸解淀粉变性方法简单，成本最低，适应面广，目前它们仍然在 普通织物的经纱上浆中仍占相当一部分。 ( 2 ) 第二代变性淀粉：主要是醚化淀粉、酯化淀粉，交联淀粉和阳离子淀粉等。 这类淀粉主要是通过在淀粉大分子的羟基上引入一些基团，使淀粉大分子之间的相互作 用力削弱；有的也改善了与合成纤维的相溶性和浆膜的柔韧性。第二代变性淀粉的研究 虽然也开始于十九世纪末，但较系统的研究是在二十世纪初，在4 0 5 0 年代开始有工业 化应用，我国主要在上个世纪3 0 年代初进行研究，并逐步在纺织工业上应用【1 3 】。目前 这类变性淀粉已成为纺织厂常用的主体浆料，而其中以磷酸酯淀粉浆料的用量最大，一 般用于棉、麻及其混纺纱的上浆。 ( 3 ) 第三代变性淀粉：以接枝淀粉为主。这是新出现的一种变性淀粉，它是在淀 粉大分子链上引入具有一定聚合度的高分子化合物，从而使最终产品具有淀粉及合成物 2 第一苹绪论 的优点，即使淀粉不仅保持有良好的亲水性，而且对合成纤维有优良的粘附性，从而可 在合成纤维混纺纱中作为主体浆料应用。国外早在2 0 世纪初就开始研究接枝变性淀粉， 由于它有诸多优异性能，引起国内外专家的关注，国内在淀粉接枝共聚方面也作了大量 研究，这些研究在造纸、石油、采矿与冶金、环保及新材料等领域已有应用。但因性能、 价格原因，在纺织经纱上浆方面还没有广泛使用，所以目前仍然是淀粉浆料研究中的一 个热点【i4 1 。但研究接枝淀粉其中一个最关键的就是寻找一种有效的引发剂，在淀粉大分 子链上产生活性基，主要有化学引发和物理方法引发。化学引发方法应用最多的引发荆 是m i n o 和高铈硝酸铵或其它高铈盐；物理引发方法中使用较多的是辐射引发，即是指 在高能射线辐照下或电子束照射淀粉，产生游离基，引发的接枝聚合反应。另外紫外光 引发接枝聚合和微波技术应用也取得了一定的进展。 1 2 2 聚乙烯醇( p v a ) 浆料 聚乙烯醇( p v a ) 浆料，是一种典型的水溶性合成高分子化合物，由德国人希尔曼 ( w o h e r r m a n ) 于1 9 2 5 年发现的；德国b l u m e r 纺织公司在1 9 2 6 年p v a 在经纱上浆 中首次被使用1 9 3 9 年，聚乙烯醇( p v a ) 先后在美国、日本开始商业化规模生产，其 产量也急剧增加；2 0 世纪5 0 年代，聚乙烯醇( p v a ) 很好的的解决了合成纤维上浆的 问题；从6 0 年代我国是开始用于t c 经纱上浆【1 5 。由于聚乙烯醇( p v a ) 浆料能形成 良好的浆膜、对各类纤维均有良好的粘附性，浆液粘度稳定，浆膜坚丽韧，与其他浆料 也能很好地混容，曾一度被认为是“理想”的浆料 1 6 】，长期以来，广泛应用于涤棉混纺 纱和纯棉低特高密织物上浆。但p v a 也有其缺陷，由于侧基单一，大分子中的羟基以 氢键缔合在一起，分子链间形成许多氢键，水分子浸入p v a 大分子之间而使其溶解困 难；结构整齐，内聚力大，在干燥成膜时易结晶定型，造成湿浆纱干燥后分绞阻力大， 产生二次毛羽；p v a 浆液在高温时易于结皮，造成浆斑影响上浆质量；p v a 的生物降解 性能差，退浆废液中的p v a 很难被微生物分解，c o d 值很高，造成环境污染【1 7 , 1 8 1 。美 国自上世纪8 0 年代初就提出这个闯题，国际上已有国家禁止使用p v a ，到9 0 年代后， 德国等欧盟国家经纱上浆中已禁止使用p v a 1 9 , 2 0 。在国内，1 9 9 6 年在无锡召开的“全 国新浆料开发应用技术交流研讨会”提出了“少用或不用p v a 的要求。2 0 0 2 年的全国 浆料和浆纱技术年会将“经纱上浆少用或不用p v a ”定为全国浆料和浆纱技术研究的课 题，经纱上浆少用或不用p v a 己成为科研人员的主要努力方向。 1 2 3 聚丙烯酸类浆料 聚丙烯酸类浆料是三大浆料之一，单独使用在喷水织机上已独领风骚，这类浆料对 环境友好，易被微生物降解，废水处理容易，回收方便。它属于热塑性高分子化合物， 分子量和侧链上所带的官能团的结构决定着它们的主要性能。 聚丙烯酸类浆料是丙烯酸类单体的均聚物、共聚物或共混物的总称【2 1 1 ，近年来，由 二元共聚发展到三元、四元或多元共聚【2 2 】。共聚单体一般为丙烯酸、丙烯酸盐、丙烯酰 胺、丙烯酸甲酯、丙烯腈、醋酸乙烯酯等。根据上浆要求，利用各种单体的特性，选择 合理的组分配比，共聚后改变了大分子的结构和性能，满足上浆工艺要求。总体来说， 3 江南大学硕十学位论文 聚丙烯酸类浆料组成单体本身的性能、各单体的配比以及聚合工艺对其性能的变化有较 大影响。为此，从上浆性能与适应性上可将它们分成三类：聚丙烯酸盐类、聚酰胺类和 聚酯类。聚丙烯酸和聚丙烯酸酰胺是两个最早问世的聚丙烯酸类浆料，聚丙烯酸类浆料 用于经纱上浆，始于1 9 3 0 年，2 0 世纪5 0 年代将它们用于较大规模经纱上浆，国内在 6 0 年代开始用于合成纤维长丝上浆。 聚丙烯酸类浆料的最大特点是对疏水性纤维具有良好的粘附性能。另外，水溶性及 柔韧性好，易于退浆，不易结皮，对环境污染小，并且该类浆料性能可调余地很大。通 过使用不同的单体和适当的聚合方法，可以生产出各种性能的聚丙烯酸类浆料，在我国， 聚丙烯酸类浆料曾被形象地称为“裁缝浆料 f 2 3 , 2 4 3 ，说明它可以根据上浆的不同要求量 体裁衣。由于聚丙烯酸类浆料的水溶性良好这一优点，液体浆料可以与水以任意比例混 溶，即使是固体浆料，在调浆时也很快溶解，与p v a 相比其操作非常方便。而且，近 年来世界各国对环保的重视，聚丙烯酸类浆料以其低污染而被广泛使用，成为少用或不 用p v a 的主要替代品之一，是一种具有广阔发展前景的浆料【2 1 1 。但是由于聚丙烯酸类 浆料吸湿性和再粘性强、浆膜太软及耐磨不够的缺点，而且聚丙烯酸类浆料的价格较昂 贵【1 0 , 1 5 , 1 8 】，因此，聚丙烯酸浆料一般以“添加剂 的形式作为辅助浆料在使用，同时聚 丙烯酸浆料的配伍性好，能与淀粉、p v a 浆料很好的混合使用，适用于各类纤维的经纱 上浆【2 5 】。 1 3 助剂在纺织染整工程中的作用 助剂又称添加剂，被广泛应用于化学工业、造纸工业、纺织印染工业等，有“工业 味精 的美称。纺织染整助剂的大发展始于第一次世界大战期间，当时是为了弥补油脂 供应不足的问题【2 6 l 。随着二战后新技术革命的兴起，精细化工领域的发展突飞猛进，新 品种日新月异，纺织染整助剂作为精细化工领域的一个重要门类也得到了前所未有的全 面发展。目前世界纺织染整助剂产量达2 8 0 万吨，1 5 万个以上的品种，大类品种近1 0 0 种。发达国家使用助剂已达纤维质量的1 5 ，世界平均水平约为7 1 2 6 , 2 7 。7 0 年代纺织 助剂的年消耗量只有数千吨，8 0 年代上升到1 0 万吨，到9 0 年代已上升到2 0 万吨，国 产助剂自给率达到8 0 2 8 1 。我国目前的纺织染整助剂的产量已达2 5 万吨，其中前处理剂 7 5 万吨，印染助剂1 1 5 万吨，后整理剂6 5 万吨，品种1 4 0 0 余种。然而我国纺织染整 助剂的年消耗量仅为世界年消耗量的1 0 ，助剂的品种数也仅为世界品种数的1 0 ，这 些与我国纺织大国的地位显得很不相称。另外纺织染整助剂产量占纤维产量的百分比， 我国仅为3 7 。目前出现的主要问题是通用助剂生产能力过剩，专用高档助剂发展缓 慢，有些产品质量低劣，不稳定。同时按照世界范围可持续发展的战略要求，“健康、 安全、环保”是新世纪纺织工业的发展趋势，低毒、无毒和易生物降解的环保型助剂将 是新世纪发展的主要方向。纺织染整助剂工业当前最重要的就是提高环境意识，积极开 展纺织助剂生态学及其发展趋势的研究，不断开发“绿色 环保型助剂，将我国纺织染 整助剂的生产提高到一个新的水平。 纺织染整助剂是纺织工业中在合成纤维纺丝、纺纱、织造以及染整加工的各道工序 4 第一苹绪论 中，根据加工特点及性能需要而使用的辅助化学药剂和化学品，其目的是提高纺织品质 量、改善加工效果、简化工艺过程、降低生产成本，并赋予纺织品各种功能性 2 9 1 。纺织 染整助剂用于纺织加工中的方方面面，在整个纤维开始到织物成品的加工过程中，如纺 丝、织布、练漂、印染、后整理等多道加工工序，每道工序都需要不同的助剂，根据应 用工序，纺织染整助剂可分为纺丝油剂、纺织助剂和染整助剂三大类。纺丝油剂用于纤 维后加工；纺织助剂包括纺纱、织造工序中的上油、上浆等工序所用的助剂；染整助剂 分为印染助剂和后整理助剂，印染助剂又分为前处理助剂、染色助剂和印花助剂【2 6 】，后 整理剂包括树脂整理剂、柔软剂、防水剂、阻燃剂、抗静电整理剂、防蛀防霉整理剂、 涂层剂等。 纺织助剂是纺织染整助剂中重要的一部分，2 0 世纪3 0 年代以后，纺织助剂迅速发 展，我国纺织助剂从7 0 年代初开始出口，随着国际市场的不断开拓，出口量增长较快， 近年年均出口量约2 万吨，占纺织助剂年产量的7 左右，但是我国纺织助剂在品种质 量和制造技术上都与国际水平存在着较大的差距，主要表现在：助剂品种少，尤其是专 用高档助剂缺少，主要依赖进口；通用助剂生产力过剩，且生产企业竞相压价；环保型 纺织助剂的开发和发展缓慢，这是最为突出的问题；纺织助剂制造企业过多，规模小而 分散，形不成规模经济，缺乏竞争力。但是纺织助剂在纺织品加工工艺中又起着不可或 缺的作用，它的开发对纺织产品的品种、质量及其附加值至关重要。原因主要有以下几 点：( 1 ) 有利于纺织产品在纺、织、上浆过程中提高制成率与质量，克服诸如起毛、卷 绕的缺点；( 2 ) 有利于制成特有的功能型纺织品，例如使纺织产品具有更加柔软、光洁、 抗静电等功能，提高产品的质量，以满足不同类型、层次人的需求；( 3 ) 有利于节约能 源和保护环境。如在纺织经纱上浆中使用助剂，在保证甚至改善上浆效果的前提下，可 减少主浆料的使用量，从而减少浆料的浪费及环境的污染等。 在经纱上浆中浆液中主要有粘着剂和助剂两大类【3 0 1 ，粘着剂在上浆中粘着纤维，并 在纱线外表形成浆膜，浆纱助剂一般都是无自粘性的，在浆液配方中使用助剂的目的是 改善主体粘着剂某些方面性能上的不足。助剂的用量虽少，但起着不容忽视的作用，能 促使主浆料能有效地发挥作用，从而提高浆纱质量和织造效率，如在淀粉浆料中加入柔 软剂可改善淀粉浆膜的塑性，使浆膜柔软、平滑、伸长率增加，提高淀粉浆料的使用效 果，提高浆纱柔软性、光滑性，降低摩擦系数等作用明显。但由于它对粘着剂的成膜性 和粘附性有一定的影响，因此浆料助剂的使用量应有一定的限度，在调浆成分中不宜多 用，以最少的助剂量发挥最大的效能，使浆纱质量有显著改进，这也是使用助剂的基本 原则。 浆料助剂属于表面活性剂，一般选用阴离子型和非离子型表面活性剂【l 】。表面活性 剂在经纱上浆中是一种泛称，按照用途及运用方式不同分润湿剂、浸透剂、分散剂、洗 涤剂、乳化剂、消泡剂和起泡剂等。如在合成纤维纱线的浆液中添加抗静电剂和平滑剂， 可减小纤维间的摩擦，改善合成纤维的上浆效果；有些浆料在调浆的过程中会产生大量 泡沫，泡沫会溢出调浆桶，造成配浆体积不准，使浆液成分配比改变。所以根据不同的 浆料特性有时需要在浆纱过程中加入消泡剂，避免因泡沫过多给上浆操作带来困难，改 5 江南大学硕士学位论文 善渗透，从而提高浆纱质量，使生产正常进行。 1 4 硬脂酸聚氧乙烯酯助剂的研究现状 在医药业，国外硬脂酸聚氧乙烯酯除作为水溶性栓剂基质，还作为乳膏的基质和乳 化剂滴丸基质。a r m a n dm i c h o e l t 3 3 j 等人研究发现在聚合物p v pv a ( 聚乙烯吡咯烷酮与 醋酸乙烯共聚物) 和斯皮仁诺( r r a c o n a z o l e ) 中加入少量的硬脂酸聚氧乙烯酯( 4 0 ) 引 起药物中斯皮仁诺分离。王茂林、李仕林【3 4 】曾研究过过硬脂酸聚氧乙烯酯在霜剂中的应 用，结果表明，硬脂酸聚氧乙烯酯( 4 0 ) 毒性低，对直肠和眼结膜均无明显刺激作用， 美国药典规定它作栓剂的赋形剂。用硬脂酸聚氧乙烯酯( 4 0 ) 配制的霜剂，基质稳定， 膏体晶亮、细腻。王杰、陈大兵【3 5 】等人用硬脂酸聚氧乙烯酯( 5 0 、1 0 0 ) 采用乳化蒸发 一低温固化法制备硬脂酸纳米粒混悬液，以小鼠腹腔巨噬细胞为细胞模型研究硬脂酸纳 米粒表面修饰后的表面特性以及其体外细胞摄取的相关性。a j b r y a n t 3 1 】等人研究了硬脂 酸聚氧乙烯酯在不同含量对粘膜组织和通过肠道屏障的流体运动的影响作用。结果表明 高含量的硬脂酸聚氧乙烯酯诱发细胞缺失和上皮细胞损伤。l i i s at u r a k k a t 3 2 l 等人在甘油 三酯赋形剂对水杨酸的缓释性研究中发现，硬脂酸聚氧乙烯酯减缓了水杨酸的释放，随 着表面活性剂分子中氧乙基单元的增加，水杨酸释放量减少。 在食品工业，d d l o r d 3 6 】早在1 9 5 0 年就在淀粉中加入硬脂酸聚氧乙烯酯，研究它 对面包的软化作用。江南大学的徐爱国【3 7 】等人研究了低取代度的硬脂酸淀粉酯的合成工 艺，尝试作为淀粉酯脂肪的替代品，研究表明，硬脂酸淀粉酯作为淀粉酯脂肪的替代品， 比一般的商业碳水化合物型模拟淀粉无论在口感上还是性能上都比单一的水解淀粉更 优良。浙江工业大学的吾国吲3 8 】等人研究了淀粉脂肪酸酯的合成和应用，研究了表明， 淀粉脂肪酸酯在食品行业中能用作稳定剂、凝胶剂、调味剂等。淀粉脂肪酸酯在果冻生 产中可取代琼脂作为凝胶剂使用，也可应用于果酱生产，其凝胶具有良好的透明度和稠 度。另外淮阴市食品工业研究所的丁中【3 9 】研究了脂肪酸聚氧乙烯酯合成方法，以及在低 度酒除浊效果方面的应用。 在造纸工业，生产餐巾纸、医院用纸床单和纸衣服时，用硬脂酸聚氧乙烯酯作为柔 软剂，不仅能使这类纸制品柔软，而且可以提高它的吸湿性 4 0 4 1 1 。同时在化浆中用作蒸 煮助剂，促进蒸煮液对纤维原料的渗透，增进蒸煮液对木材或非木材中木质素和树脂的 脱除，起到分散树脂的作用( 4 2 】。 柔软剂在浆纱方面的研究早在1 9 8 5 年，r o b e r te w a l k e r 和w a r r e ns p e r k i n s 4 3 l 就研 究了浆纱用蜡对于浆纱强力、耐磨性能及其织造效果的影响。结果表明，蜡片的加入， 对于浆纱的强力、耐磨性能及其织造效果是不利的。祝志峰等脚1 人研究了十二烷基磺酸 钠、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠等阴离子助剂对混合浆液粘着性能的影响，研 究结果表明，十二烷基磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠等改善混合浆液对 纯棉纤维的粘着性能，而对于疏水性涤纶纤维粘着性能则是降低的。而硬脂酸聚氧乙烯 酯助齐l j 在纺织浆纱方面没有见到报道。从理论上来说，硬脂酸聚氧乙烯酯具有一定的表 面活性，具有良好的去污力及乳化力，可起到润湿、平滑、柔软、增塑、洗涤等作用。 6 第一苹绪论 因此，如果在浆纱过程中使用硬脂酸聚氧乙烯酯，有可能降低浆纱的摩擦系数，起到平 滑柔软剂的作用。然而硬脂酸聚氧乙烯酯在浆纱方面的研究没有见到报道。 1 5 本课题研究的目的、意义和内容 1 5 1 本课题研究的目的、意义 淀粉大分子链是由环状结构的葡萄糖剩基所构成的，因而柔顺性差，玻璃化温度高， 成膜性差，浆膜硬脆【l 】，浆液粘度高且浸透性差。因而对纤维特别是合成纤维的上浆效 果并不能令人满意【4 5 4 7 1 。所以，要提高淀粉浆料的浆纱质量，就应该对淀粉进行改性， 或在使用中通过添加助剂的方式，以改善淀粉的使用性能。 柔软剂和平滑剂是浆纱生产中常用的助剂1 4 8 1 ，能够降低淀粉浆膜表面的摩擦系数 【4 9 】，提高淀粉浆膜韧性，使之获得柔软和平滑的效果，提高淀粉浆料的使用效果，改善 浆纱质量。目前浆纱生产中常用的柔软平滑剂有浆纱膏和蜡片。蜡片通常是将石蜡经乳 化处理而制成，但在使用中容易导致退浆不净的问题，引起纤维拒染，造成色花和色差 等染色疵点【5 0 j ；以天然动植物油脂为原料，经皂化而制成的浆纱膏或浆纱油脂，在浆纱 过程中容易使淀粉对纤维的粘附力下降，并造成输浆管道的堵塞，一些纺织企业不得不 在输浆管道加装电热丝来提高浆液的温度，以避免堵塞问题的产生。由此可见，寻找和 探索其他类型的浆纱用平滑柔软剂，以避免上述问题对生产工艺和产品质量的负面影 响，势在必行。 硬脂酸聚氧乙烯酯具有一定的表面活性，能够起到平滑和柔软等作用。然而，硬脂 酸聚氧乙烯酯能否作为浆纱生产中的平滑和柔软助剂使用，要看它对淀粉浆液特性、粘 附性能、浆膜性能及浆纱性能的影响。硬脂酸聚氧乙烯酯助剂对淀粉浆料粘附性能和浆 膜性能及其浆纱性能的影响如何，目前尚未见报道。此外，硬脂酸聚氧乙烯酯分子中环 氧乙烷的缩合数( e o ) ，不仅决定着这类物质的分子结构，也是影响其使用性能的重要 参数。为此，本文研究硬脂酸聚氧乙烯酯对淀粉上述性能的影响，探索该缩合数的适用 值，以确定可用于浆纱领域中的硬脂酸聚氧乙烯酯的分子结构，并寻求其合适的用量， 为浆纱生产提供参考和依据。同时硬脂酸聚氧乙烯酯的应用和机理的研究，在纺织上浆 方面的探讨目前国内没有报道。 本文正是针对淀粉大分子本身结构上的缺陷，通过在淀粉浆料中加入浆纱助剂的方 式，试图提高淀粉浆料的使用性能，改善上浆效果。研究硬脂酸聚氧乙烯酯对淀粉浆料 的性能影响，这对于改善淀粉浆料的浆纱质量，降低浆纱浆料成本，减小环境污染，不 仅具有比较大的实用价值，同时也具有一定的理论意义。 1 5 2 本课题研究的主要内容 本课题的研究内容具体如下： ( 1 ) 研究硬脂酸聚氧乙烯酯分子结构对淀粉浆液粘度及其热稳定性的影响，考察 它的环氧乙烷缩合数与浆液特性之间的内在联系。 ( 2 ) 研究硬脂酸聚氧乙烯酯分子结构对棉纤维、涤纶纤维粘附性能和浆膜性能的 7 江南大学硕士学位论文 影响，探索这类物质的分子结构对淀粉使用性能的影响，从而确定出硬脂酸聚氧乙烯酯 合适的分子结构。 ( 3 ) 研究硬脂酸聚氧乙烯酯适用的分子结构p o e s ( 1 0 ) 的用量对淀粉浆液特性、 粘附性能和浆膜性能的影响，并与传统浆纱平滑剂浆纱膏进行比较。 ( 4 ) 确定硬脂酸聚氧乙烯酯( 1 0 ) 合适的用量，在此用量下与相同用量的浆纱膏 进行浆纱实验的比较，以确定能否用硬脂酸聚氧乙烯酯( 1 0 ) 取代传统平滑剂浆纱膏， 为浆纱生产提供依据。 8 第二章p o e s 分子结构对淀粉使用性能的影响 第二章p o e s 分子结构对淀粉使用性能的影响 对于硬脂酸聚氧乙烯酯( p o e s ) 分子结构变化参数只有环氧乙烷缩合数( e o 数) 一个参数，因而，本章以硬脂酸聚氧乙烯酯助剂环氧乙烷缩合数为变量，通过与淀粉浆 液共混的方式，研究了硬脂酸聚氧乙烯酯分子结构对淀粉浆料性能的影响，以浆液性能、 粘附性能和浆膜性能为评价指标，探索了硬脂酸聚氧乙烯酯助剂环氧乙烷缩合数的适用 值，以确定可用于浆纱领域中的硬脂酸聚氧乙烯酯的分子结构，为浆纱生产提供参考和 依据。 2 1 实验部分 2 1 1 试验材料与仪器 ( 1 ) 原淀粉参数 淀粉为工业玉米淀粉，有宜兴国营淀粉厂提供，其粘度值为4 7m p a s ( 6 ，9 5 ， 保温l h ) ，热浆液粘度波动率为1 4 9 。 ( 2 ) 化学试剂 本章主要使用的实验药品及化学试剂见表2 1 。 表2 1 化学试剂 t a b l e2 1c h e m i c a lr e a g e n t s ( 3 ) 粗纱参数 本章所使用的粗纱其参数见表2 2 。 表2 2 粗纱参数 t a b l e2 2r o v i n gp a r a m e t e r ( 4 ) 实验仪器 9 江南大学硕士学位论文 本章使用的主要仪器见表2 3 。 表2 3 仪器设备 t a b l e2 3a p p a r a t u s 仪器生产厂家 m p 2 0 0 b 型电子天平 j p 1 托盘天平 8 5 - 2 型恒温电磁搅拌器 j j i 型定时电动搅拌器 s h z - d ( i i i ) 循环水式真空泵 1 0 1 l 型电热恒温鼓风干燥箱 h h 数显恒温水浴锅 断水自控不锈钢电热蒸馏水器 c s 5 0 1 型超级恒温水浴锅 n d j 7 9 型旋转式粘度计 上海精科天平厂 江苏常熟衡器厂 上海司乐仪器厂 上海标本模型厂 浙江黄岩求精真空泵厂 上海锦星科学仪器有限公司 金坛市金城国胜实验仪器厂 三申医疗器械有限公司 上海浦东跃欣科学仪器厂 同济大学电机厂 2 1 2 原淀粉的精制 本实验使用的原淀粉为工业产品，然而工业用的淀粉常常含有较多的脂肪、蛋白质、 灰分等杂质，需对原淀粉进行精制后才能使用。那些可溶性的蛋白质是一种表面活性剂， 所以它的存在会使浆液起泡沫，从而影响上浆质量；其次，淀粉中的粗蛋白质是微生物 良好的培养基，当水分含量较高时易导致淀粉腐败，使浆液泛黄变质，造成浆纱霉斑等 疵点。容易产生“浆斑 。因此，在纺织经纱上浆过程中，要求淀粉中的蛋白质含量越 低越好。因此，原淀粉使用前需对其进行精制处理，精制过程如下f 5 1 , 5 2 ： 称取一定量的原淀粉，将其分散于甲醇蒸馏水溶液( 甲醇蒸馏水溶液按体积比为 8 5 ：1 5 的比例配制) 中，配制成浓度为4 0 的淀粉乳，然后将淀粉乳移入三口烧瓶中， 并置于4 0 8 c 的水浴中加热，搅拌l h 后用布氏漏斗过滤。用5 0 0 m l 甲醇蒸馏水溶液浇 洗淀粉4 - 5 次，直至滤液几乎无色，然后将滤饼分散于5 0 0 r n l 蒸馏水中洗涤，直至没 有淀粉结块倒入布氏漏斗过滤。过滤后再用蒸馏水反复洗涤淀粉几次，将滤饼在6 0 下 烘干、粉碎，并且过1 0 0 目分样筛，装袋备用。 2 1 3 淀粉酸解 原淀粉粘度过大，粘度热稳定性差。为了克服原淀粉的这种缺陷，使用前一般要进 行降粘，以提高上浆过程中浸透的比例【5 3 l 。其缺点具体表现为：原淀粉浆料的粘度较大， 不利于浆液大分子的流动，从而影响浆液对纤维的润湿与及向纤维内部渗透；其次，原 淀粉的粘度