（纺织工程专业论文）涤棉用无PVA浆料及上浆配方的研究与应用[纺织工程专业优秀论文].pdf

涤，棉用无p v a 浆料及上浆配方的研究与应用 摘要 当今纺织领域，淀粉、p v a 、丙烯酸类浆料是三大类主用浆料， 各自对织造做出了应有的贡献。然而在人类环境保护意识增强、发展 经济可持续化情况下，这三大类主用浆料格局正发生悄然的改变。淀 粉类和丙烯酸类浆料呈发展上升趋势，而p v a 浆料由于对环境污染 性强，使用正受到限制，p v a 浆料尽管性能不是十分完美，但是成膜 强韧、浆料性能较好，是涤棉上浆的主用浆料之一。在此，替代p v a 的可能浆料是丙烯酸类浆料，这类浆料具有粘附性能好、膜柔韧等优 点，但吸湿、再粘、膜不强韧是以往这类浆料的缺点，使它们上浆时 只能小比例应用。本文合成的新型丙烯酸类浆料着重解决这些问题， 使之在浆纱性能上能与p v a 相当，完全替代p v a 作涤棉上浆主浆料 使用。) 为合成新型丙烯酸类浆料，本论文将高分子的设计方法用于分 析、设计浆料，通过对浆料功能性能争结构进行分析，认为浆 料分子在无规共聚结构情况下，其性能主要依赖于单体性能和单体相 对数量比例。所合成浆料的水溶性、退浆性和吸湿性与分子结构中离 子、极性基团有关。丙烯腈、丙烯酰胺含有强极性基团，吸湿重，不 宜使用；丙烯酸含羧基，可在中性和离子之间交换，正适合浆料低吸 湿、可溶需要。是浆料必备组分之一。所合成浆料粘附性、耐磨性等 与浆料分子链柔顺性有关。根据分析，柔顺性要求浆料分子具有室温 范围的玻璃化温度( t 。) ，是浆料分子在室温下具有一定刚性和柔性。 丙烯酸甲酯和丙烯酸丁酯使浆料具柔性，甲基丙烯酸甲酯使浆料柔性 降低，刚性增加，从而通过乳液聚合获得耐磨、吸湿低、不再粘的新 型浆料。 对合成的丙烯酸类浆料与国内外常用丙烯酸类浆料作性能对比， 证明该浆料克服了以往同类浆料的缺点，属于新型丙烯酸类浆料；同 时与p v a 浆料从上浆性能以及生物降解性能方面进行对比，说明合 成的丙烯酸类浆料c t a 完全可以取代p v a 浆料用于涤棉浆纱上 浆，v 以合成的丙烯酸类浆料与醋酸酯淀粉为原料，分别从粘附力和单 纱耐磨性确定两者之间的最佳混合比例，实验证明从这两个方面均可 以得到如下结论：当合成丙烯酸类浆料与醋酸酯淀粉之间的比例达到 7 0 ：3 0 时，混合浆料的上浆性能最佳，但当两者比例为6 0 ：4 0 时其 上浆性能同样可以超过参比方案。考虑上浆成本，因此选择合成浆料 与醋酸酯淀粉的比例为6 0 4 0 作为实际取代比例，并用片纱实验对 其验证。 用合成浆料c t a 与醋酸酯淀粉的比例分别为7 0 ：3 0 和6 0 ：4 0 的两个无p v a 浆料配方用于实际生产表明，用该配方上浆的织造效 率比正常生产的有p v a 浆料配方高约2 个百分点，达到了9 5 。另 外通过经济分析知道用合成浆料与醋酸酯淀粉的比例在6 0 ：4 0 时的 上浆成本与正常生产的上浆成本相比，其成本不会增加。 关键词：丙烯酸类浆料 分子设计 乳液聚合无p v a 浆料 涤棉主浆料 t h e d e v e l o p m e n t a n d a p p l i c a t i o n o fs i z ea n df o r m u l a t i o n u s e df o rp o l y e s t e r c o t t o ny a r n sw i t h o u tp v a a b s t r a c t n o w a d a y s ，s t a r c h ，p v aa n da c r y l i cs i z ea r et h et h r e ek i n d so fs i z e si n t e x t i l e ，h a v i n gg r e a tc o n t r i b u t i o nf o rw e a v i n g h o w e v e r , t h es i t u a t i o no f t h r e em a i nk i n d so fs i z e si sc h a n g i n ga sm a ni si n c r e a s i n gp r o t e c t i o nf o r e n v i r o n m e n ta n di sd e v e l o p i n ge c o n o m ys u s t a i n a b l e s t a r c ha n da c r y l i c a r e g o i n gu p ，b u tp v ai sg o 抽g d o w nb e c a u s ei th a s p o l l u t i o n t o e n v i r o n m e n t ip 叫c a l lf o r ms t r o n gf i l ma n dh a sg o o dp e r f o r m a n c eo n s i z i n gi ns p i t eo fs o m ed e f e c t i o n sa sas i z e i ti s o n eo ft h et w om a j o r s i z e sf o rp o l y e s t e r c o t t o ny a m s p o t e n t i a ls i z ef o rs u b s t i t u t i o no fp v ai s a c r y l i cs i z e e a r l i e ra c r y l i cs i z eh a st h em e r i t so fa d h e s i o na n df l e x i b i l i t y a n dt h ed e m e r i t so fh y g r o s c o p e , t a c k i n e s sa n dt o os o f tf i l mw h i c hd e f i n e a c r y l i cs i z ef r o m u s ei nl a r g eq u a n t i t y , t m sp a p e rr e s e a r c h e sn e w a c r y l i c s i z e ，a i m i n ga ts o l v i n ga b o v ep r o b l e m sa n dm a k i n gn e wa c r y l i cs i z et o h a v ep r o p e r t i e sh i g h e rt h a no ra ss a m ea sp 盼乃en e w a c r y l i cs i z ew i l l t a k ep l a c eo fp v aa t1 0 0 a sam a i o rs i z ew h i c hb l e n d sw i t hs t a r c hf o r s i z i n gt op o l y e s t e r c o r o ny a r n s i no r d e rt oc r e a t en e wa c r y l i cs i z e ，t h i sp a p e ra p p l i e st h em e t h o do ft h e m a c r o m o l e c u l ed e s i g n a t i o nt oa n a l y z ea n dd e s i g ns i z e a f t e ra n a l y z i n g f u n c t i o n ，n a t u r e , a n dm o l e c u l es t r u c t u r eo f s i z eb e i n gp r e p a r e d ，t h i sp a p e r t h i n kt h a tt h e p e r f o r m a n c eo fs i z ed e p e n d s o nt h e p r o p e r t i e s a n d p r o p o r t i o no fa c r y l i cm o n o m e r sw h e nt h e yc o p o l m e r i z e da tr a n d o m t h e p r o p e r t i e so f w a t e r s o l u b i l i t y , d e s i z i b i l i t ya n dw a t e ra b s o r p a b i l i t yd e p e n d o ni o n so r p o l a rg r o u p s i ns i z e m a c r o m o l e c u l e a c r y l o r t i t r i l e a n d a c r y l a m i d ef a i l e d t ob ee l e c t e db e c a u s eo ft h e i r s t r o n gp o l a rg r o u p s ， a c r y l i ca c i dc o n t a i n sc a r b o x y lg r o u pw h i c hc a nc h a n g eb e t w e e ni o na n d n o n i o n a c r y l i ca c i di so n et h ee s s e n t i a lm o n o m e r s i tm a k e ss i z el o w w a t e ra b s o r b a b l eb u tw a t e rs o l u b l e n ea d h e n s i o na n da b r a s i o n r e s i s t a n c eo fs i z eb e i n gp r e p a r e dr e l yo nt h ef l e x i b i l i t yo fm a c m m o l e c u l e c h a i n i fs i z eh a st au n d e rr o o m t e m p e r a t u r ea c c o r d i n g t oa n a l y s i s ，s i z ei s f l e x i b l eb u tn o tt a c k y m e t h y la c r y l a t ea n db u r y ia c r y l a t ec a u s es i z e s o f t n e s s m e t h y lm e t h y l a c r y l a t e c a u s e ss i z e h a r d n e s s c o n s i d e r i n g p o l y e s t e r c o t t o ny a r n st ob es i z e d ，t h i sp a p e rh a ss e l e c t e dt h ek i n d sa n d q u a n t i t yo f m o n o m e r s c o n t r a s t e dw i t hn o r m a la c r y l i cs i z ea n dp v a i np r o p e r t i e s ，i ti ss h o w e d t h a tt h en e w a c r y l i cs i z eo v e r c o m et h ed e f e c to f t h en o r m a la c r y l i cs i z e ， e s p e c i a l l yt h eb i o d e g r a d a t i o no ft h en e wa c r y l i c s i z em u c hb e t t e rt h a n p v a ，a n d t h en e w a c r y l i cs i z em a y t a k ep l a c eo f p v aa t1 0 0 a sam a j o r s i z ew h i c hb l e n d sw i t hs t a r c hf o rs i z i n gt op o l y e s t e r c o t t o n y a r n s t h en e w a c r y l i cs i z ei su s e di i ls i z ef o r m u l a t i o nw i t hs t a r c ha c e t a t ea n d w ec a ng e tac o n c l u s i o nf o r me i t h e ra d h e n s i o no ra b r a s i o nr e s i s t a n c eo f s i n g l ey a ms i z i n gt h a tt h eb e s tp r o p o r t i o no fb l e n do ft h et w os i z e s i s 7 0 ：3 0 ，a n dt h ep r o p o r t i o no f6 0 ：4 0c a na l s ot a k ep l a c eo f t h en o r m a ls i z e f o r m u l a t i o nw i t hp 溺w h i c hu s e di nf a c t o r y t h r o u g ht h es h e e t - y a m s i z i n ge x p e r i m e n tt h ec o n c l u s i o ni sc h e c k e da n df o r e s e et h a ti tc a na l s o b eu s e di nf a c t o r y a tl a s tt h ea p p l i c a t i o ni nf a c t o r ys h o wt h a tt h ee f f i c i e n c yo ft h en e w f o r m u l a t i o nw i t h o u tp v ai s h i g h e rt h a to ft h en o r m a ls i z ef o r m u l a t i o n w i t hp v aa n da tt h es a l t l et i m et h ec o s to fn e wf o r m u l a 缸o nw i t h o u tp v a i sa p p r o x i m a t e l y e q u a l t ot h a to f t h en o r m a ls i z ef o r m u l a t i o n h e x i a o d o n g ( t e x t i l ee n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db y ：p r o f e s s o rg u ol a m e i z h o u y o n g y u a n k e y w o r d s ：a c r y l i cs i z e ，e m u l s i o np o l y m e r i z a t i o n , m o l e c u l ed e s i g n m a j o r s i z ef o r p o l y e s t e r c o t t o ny a r n s ，s i z e w i t h o u tp v a 第一章概述 第一章概述 1 1 经纱上浆历史 众所周知，经纱在织机上织造时，要经受停经片、综丝和钢筘等 机件的反复摩擦；还要经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，提高经纱的可织性及产品质量，必 须赋予经纱以更高的耐磨性，并尽可能地保持经纱原有的弹性。因此， 经纱上浆是织造前经纱准备工程中的一个关键环节。生产中，除了一 些股线、强捻丝及某些类型的变形丝( 例如，网络丝) 外，大多数经 纱( 丝) 都需要上浆。早在唐代就已开始用上浆方式使经纱满足织造 要求。随着科技的进步，上世纪3 0 一5 0 年代，出现了人造纤维与合 成纤维，也出现了各种特种纤维，例如具有高强度的特佛纶纤维，耐 高温的碳纤维以及玻璃纤维等；伴随着各种新型高速织机的出现，织 布机已由有梭进展到以无梭为主体，引纬率已由2 0 0 3 0 0 纬分到喷 气织机6 0 0 8 0 0 纬分、喷水织机的9 0 0 1 3 0 0 纬分、而多相织机已 可达2 5 0 0 纬玢；需要上浆的经纱细度变化范围极大，不仅有很粗的 纱线，也有很细的纱线，达到5 8 8 4 9 t e x ( 1 0 0 1 2 0 支) ，同时织 物的紧度变化也很大。这些发展变化对经纱上浆都有一个共同的要求 完美的、稳定的、能再现可织性的浆纱。这些新的上浆要求，相 应也促进了传统浆纱工艺向现代化、科学化方向发展。上浆方式与上 浆工艺的研究已有较长历史，过去有溶剂上浆、泡沫上浆、高压上浆 等( 表1 1 ) ，近年来主要进展在预湿上浆、冷上浆、拖浆式上浆和 在线检测等方面。这些研究对提高上浆效果、降低浆料消耗和浆纱成 本、减少环境污染等都有一定作用。特别是近年来国内浆纱工作者根 据国外的上浆经验推出的高压上浆，引伸出了“两高一低”上浆方式， 即高浓、高压、低粘上浆方式，现在也有浆纱工作者将高压上浆和预 湿上浆相结合并取得了一定的成功，不但可以降低一定的浆料用量， 又可以节约能源【1 4 】。 第一章概述 表1 1 上浆方式研究概况 上浆方式研究年代( 2 0 世纪)进展状况 高压上浆7 0 年代1 9 7 5 年出产品，现已广为应用 溶剂上浆7 0 年代1 9 7 5 年出样机展出，1 9 7 9 年后消失 l热溶上浆7 0 年代1 9 7 4 年发表专利 f泡沫上浆8 0 年代有样机展出，无商品机 j预湿上浆9 0 年代1 9 9 2 年长丝机，1 9 9 7 年短纤纱上浆机 l冷上浆9 0 年代1 9 9 9 年有样机 i拖浆式上浆9 0 年代2 0 0 0 年有样机 1 2 浆料种类 目前用于织造上浆的浆料有许多品种，按其来源可分为三大类： 天然浆料、变性浆料和合成浆料，各类按其化学组成与结构的不同又 可分为许多种，如表l 一2 所示。从表1 2 可见，用作浆料的天然 物质和化学物质品种很多，它们的上浆特性各不相同，因而上浆的对 象也不相同。根据浆料的种类、发展和上浆消耗数量，目前有三类主 浆料之说 8 ，9 】：第一类为淀粉类浆料，包括天然淀粉和各种变性淀粉， 它们用量占浆料总消耗量的一半以上。第二类为聚乙烯醇( p v a ) 类， 其消耗量目前占第二位。第三类为丙烯酸类浆料，其消耗量占第三位， 这类浆料耗用量在上升，极有可能超过聚乙烯醇用量。 1 2 1 淀粉类浆料 淀粉用于经纱上浆已有近千年历史，因其是天然产物、资源丰富、 价格低廉、来源方便、对亲水性的天然纤维有良好的粘附性、具有一 定的成膜能力、基本上能满足这些纤维的上浆要求，从而作为浆料一 直在上浆中占主导地位。但原淀粉的不足之处是浆膜粗糙、脆硬、不 耐磨；退浆不易、需酶处理；浆液粘度高且稳定性较差。所以淀粉类 第一章概述 浆料的研究着重于克服其缺点，改善性能，因而称为淀粉变性研究。 淀粉变性有三个方向。第一个研究方向是对淀粉实行简单变性，将淀 粉高分子长链切断，使淀粉易分散于水，粘度降低，浓度提高，不易 凝胶。第二个研究方向是在淀粉分子中葡萄糖剩基上引入低分子有机 化学基团，使淀粉不仅在粘度和分散性上有所改善，对纤维的粘附性 也有一定改善，浆膜也变得柔韧一些。第三个研究方向是接枝淀粉 n o ，1 1 】，这类变性淀粉对合成纤维的粘附力增强，浆膜也较柔韧，能大 比例取代合成浆料，这类变性研究也是当前淀粉变性研究的热门。从 这三个研究方向可以对应三代变性淀粉，以下就对这三代变性淀粉作 一介绍。 表1 2 浆料品种分类表 艚r 各种淀粉：小麦、玉米、米、甘薯、马铃薯、 天f 茬j 木薯、橡子等淀粉 ，篆 篝l 海藻类：褐藻酸钠、红藻胶 ， 料 i l 树胶：阿拉伯树胶、黄者胶，刺槐树胶 l 、 其它多糖：白芨粉、田仁粉、槐豆粉 i动物性浆料：明胶、鱼胶、骨胶、皮胶 浆l ir 变性淀粉：糊精，可溶性淀粉、氧化淀粉、酸化淀粉 弋藿j 淀耪衍生物- 羧甲基淀粉、羟乙基淀鼽淀粉醋酸酯、 料 浆 1 淀粉磷酸酯、阳离子淀粉、接枝淀粉、交联淀粉 l【纤维索衍生物：甲基纤维索、乙基纤维索、羧甲基纤维素、 l 羧乙基纤维索 iar 聚乙烯醇、变性聚乙烯酵 l 囊丙烯酸类：聚丙烯酸、聚丙烯酰胺、各种丙烯酸酯 料 i 共聚类：醋酸乙烯一丙稀酰胺共聚物、苯乙烯一顺丁烯二酸酐共物 、特种浆料：聚乙烯毗咯烷酮，聚氧乙烯、聚乙烯甲基醚 第一代变性浆料：主要是酸化淀粉、氧化淀粉和精糊等，也有资 第一章概述 料称其为转化淀粉，这类淀粉变性方法最为简单，主要用酸或氧化剂 或加热方法使淀粉大分子解聚，达到降低粘度、增加流动性能等目的。 该方法成本较低，适用面广，现已在纯棉织物经纱上浆中被广泛地作 为主浆料使用，对提高织轴好轴率和浆纱质量，降低浆料成本均取得 了较显著的效果。转化淀粉的用量约占变性淀粉总消耗量的7 0 以 上吲。 第二代变性淀粉：主要是醚化淀粉( 羧甲基淀粉c m s 、羟乙基 淀粉 m s ) 、酯化淀粉( 醋酸酯、磷酸酯等) ，交联淀粉和阳离子淀粉 等。这是一类淀粉衍生物，是通过在淀粉大分子的羟基上引入一个基 团或引入一个低分子物，使淀粉大分子间的相互作用减弱；某些基团 或低分子物也改善了与合成纤维的相溶性和浆膜的柔韧性，现在也成 为常用的主体浆料。 醋酸酯淀粉结构片段原淀粉结构片段 图1 1 醋酸酯淀粉与原淀粉结构示意图 单就扩大使用范围和适应疏水性的合成纤维能力来说，这类变性 淀粉中应以醋酸酯淀粉为最好。经纱上浆中所用的低取代度醋酸酯淀 粉由原淀粉与醋酸酐或醋酸乙烯酯反应而得。主要特点是胶体较稳 定、流动性好、不易凝冻、易分散性与促进稳定性，同时也能调节它 的适应性，以供各种纤维的上浆需要。醋酸酯淀粉的化学结构式如图 1 1 所示。从化学结构上醋酸酯淀粉与原淀粉比较，在淀粉大分子 链的剩基上引入了一个醋酸根基团，这是一个疏水性官能团。显然， 这类变性淀粉对疏水性的合成纤维会有良好的粘附力，可以成功地用 于这类纤维及其混纺纱的上浆【1 3 1 。在涤棉混纺纱上浆中，与p v a 混 第一章概述 合使用，实用比例可在3 0 5 0 之间；也完全可与丙烯酸类浆料 混合使用；醋酸酯淀粉也可作为主体浆料使用( 即混合比可大于5 0 ) ，具有良好的贴伏毛羽的效能，很适宜喷气织机织造的要求 1 4 , 1 5 。 第三代变性淀粉：主要是接枝淀粉，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。这是新一代变性淀粉浆料，这种浆 料在我国已经研究了十多年，取得了一定的进展。一般的变性淀粉是 在淀粉大分子上引进一个基团或一个单体，而这类变性淀粉是在淀粉 大分子链中引入一个有一定聚合度的接枝侧链( 化学结构模型如图1 2 所示) ，从而它的性能有更显著的变化，不仅保持有良好的亲水 性，而且通过高分子设计的方法，使它对合成纤维具有良好的粘附性。 从而可在合纤混纺纱中作为主体浆料应用，在t c 纱上浆中，它的使 用比例可达7 0 8 0 ，其它的化学浆料用量比例2 0 3 0 。甚 至可进一步作为单组分浆料在经纱上浆中使用，接枝淀粉的实用意义 在于使价格低廉、来源较广的天然淀粉与上浆性能优良的化学浆料结 合在一起，互取两者之长，补两者之短。从而提高淀粉的使用价值和 扩大应用范围，有可能使这类变性淀粉浆料用于疏水性的合成纤维上 浆，以期减少或不用化学浆料【l 引。几年前国内在这方面作了很多的研 究应用，但现在这方面的研究较少，主要是因为它的制造过程对工艺 参数控制范围要求很严格，稍一波动，出来的产品成分和应用性能会 有很大变化，到目前为止市场上还没有质量稳定、性能优良的接枝淀 粉产品，所以要得到满意的接枝淀粉产品还有很多的问题需要研究解 决m 。 a g u a g u a g u a g u a g u a g u a g u 【 m m m 小1 一m - - - m m - m - m m - 其中：a 瞰卜原淀粉的葡萄糖基环 m 一单体 图l 一2 接枝淀粉的化学结构模型示意图 第一章概述 1 2 2 聚乙烯醇( p v a ) 浆料 聚乙烯醇常被称为p v a ( p o l y v i n y la l c o h 0 1 ) ，是一种典型的水溶 性合成高分子化合物，它由聚醋酸乙烯酯通过醇解而得。在1 9 2 5 年 被发现，1 9 3 9 年开始商业规模生产，而用于经纱上浆则从1 9 4 0 年开 始至今。在这6 0 来年的时间里，几乎一直作为主浆料使用，说明p v a 的上浆性能非同一般。p v a 是一种很好的浆料，它的成膜性非常好， 常被誉为“坚而韧”；对天然和一般的合成纤维也有较好的粘附性， 但对合成纤维不及丙烯酸酯类浆料。衡量p v a 主要质量指标有聚合 度( d p ) 和醇解度( d h ) 。现在我国、日本、美国等很多国家都以 这两个指标来表示产品规格，比如p v a l 7 9 9 、p v a l 7 8 8 ，前两位数字 的1 0 0 倍即是这p v a 的聚合度( d p = 1 7 0 0 ) ；后两位数字除以1 0 0 即是醇解度( d h = 9 9 m o l ；d h = 8 8 m o l ) 。它们的化学结构如图 1 3 所示。纯p v a 浆和以大比例的p v a 浆上浆时，在浆纱机的干分 绞处存在劈纱现象，导致浆膜不完整，再生毛羽增加，甚至可能出现 浆纱毛羽多于原纱毛羽的情况。近年来，环境保护要求越来越强，p v a 浆料分子稳定、难分解、对环境有污染的问题受到极大关注，其使用 量开始受到限制。目前合成浆料研究正朝着降低p v a 使用量或者完 全取代p v a 方向发展，这就促进了丙烯酸类浆料的研究。 c h 2 _ c h 一。 o h 完全醇锯 ( 9 8 士1 ) t 0 0 1 部分酵解 ( 8 8 士1 ) t o o l c 垃一c h i 。斤c h 3 o ( 2 1 ) t o o l ( 1 2 1 ) t o o l 图1 3 聚乙烯醇的化学结构 1 2 3 丙烯酸类浆料 丙烯酸类浆料( p o l y a c r y l a t es i z i n ga g e n t ) 是三大浆料之一，单 擀一章概述 独使用在喷水织机上已独领风骚，丙烯酸类浆料对环境友好，易被微 生物簿解，废拳处理容易，黧渡方便l 9 - 2 0 。 丙烯酸类浆料是丙烯酸类单体的均聚物、共聚物或共混物用作浆 料辩的蕊称。铺逵丙烯酸类浆料最基本的单体是丙烯酸( a a ) 、甲基 雨燎酸( m a a ) ，它们姻愆生物藤爝黢甲酯( m a ) 、两烯黢乙酯j 圈囵 第二章实验方法 压浆片弹簧调节。该装置上浆过程需要解决的首要问题是没有浆槽保 温装置，上浆过程中浆液温度变化幅度很大，可以达到4 0 多度。因 此必须对浆槽部分进行改造，以减小系统误差的影响，改造时可以选 择以下两种方案： 1 一原纱筒子2 一浆槽3 一压浆片4 一烘箱 5 一绕纱筒子6 一浸浆辊7 一导纱辊 图2 - - 3 单纱上浆机不葸幽 方案一： 选用耐高温的硅胶管将一水泵、浆槽相连形成一回路，将部分硅 胶管置于水温在9 8 4 c 以上的水浴锅中( 该部分最好用耐腐蚀易于导 热的金属管代替) 。浆槽中浆液在水泵的作用下通过硅胶管引出，经 过水浴锅的水浴加热后又注回到浆槽中，不仅可以搅拌浆液，还可以 保持浆液温度恒定。其缺点是上浆过程中水泵易于漏气而容易产生气 泡，水泵需用耐腐蚀材料制成，且每次需彻底清洗水泵，否则会堵塞 管道和浆泵。 方案二： 用耐高温的硅胶管将超级恒温水浴锅的进水口和出水口相连，形 成回路，并将硅胶管的一部分换成耐腐蚀的不锈钢管，并将其折成一 定的形状置于浆槽中，以增加加热面积，达到充分加热的目的。通过 高温循环热水保持浆槽浆液温度的方法可以克服方案一的不足。上浆 过程中，由于纱线快速移动，纱线周围的浆液由于黏滞力的作用而形 成较小的循环浆液流。该循环也可以达到均匀浆液的目的。 第二章实验方法 2 2 3 片纱上浆试验调浆设备的改进 片纱浆纱试验中所用j s s j - - 8 3 型片纱浆纱机的基本参数与生产 中的大型浆纱机基本一致。试验过程中需要浆液4 5 0 0 r a l ，因此上浆 前，需要在调浆装置中煮浆。其调浆装置如图2 4 所示： 1 一水浴锅2 一电动搅拌器3 一调浆锅4 - 浆液5 一水浴水 图2 4改造前的调浆装置 从图中可以看出，该调浆装置与粘附力试验中的调浆装置具有同 样的缺点，在开放的环境中调浆，长时间加热以及不停的搅拌，促使 大量水份蒸发。因此补救办法还是与粘附力试验一样。其中粘附力试 验的浆液浓度是1 ，而该试验中浆液的浓度为1 0 ，所以用该装置 煮浆的结果是浆液浓度的误差范围更大。 在此条件下进行调浆，必然导致片纱上浆的再现性差，因此很有 必要对该装置进行改造，改造后的装置见图2 5 。由图2 5 可见， 改造后的调浆装置系在原装置的基础上添加了一个密封装置以及冷 凝装置，冷凝装置可以接上自来水进行冷却，也可与超级恒温水浴锅 连接。调浆装置经过改造后，调浆完毕浆液的实际浓度与设计浓度相 第二章实验方法 符，从而为试验数据的准确性及可再现性提供了必要的保障。 6 l 一水浴锅2 一电动搅拌器3 一调浆锅 4 一浆液5 一开水 图2 5 改进后的片纱调浆装置 2 3 测试方法 2 3 1 浆料生物需氧量b o d 测定 9 5 生物需氧量( b o d ) 是指在规定的条件下，微生物分解存在于 水中的某些可氧化物质、特别是有机物所进行的生物化学过程中消耗 溶解氧的量。此生物氧化过程进行的时间很长，如在2 0 。c 培养时， 完成此过程需1 0 0 多天。目前国内外普遍规定于2 0 l 培养5 天， 分别测定样品培养前后的溶解氧，二者之差即为b o d 5 值，以氧的毫 克升( r a g l ) 表示。 纺织浆料是固体或较高浓度的液体，在测定其生物需氧量b o d 5 之前，需要对所测浆料进行溶解或稀释。稀释的程度应使培养过程中 所消耗的溶解氧大于或等于2 m g l 且不超过6 0 0 0 m g l ，而剩余溶解 第二章实验方法 氧在l m g l 以上，否则会因稀释带来一定的误差。具体操作见文献闻。 2 3 2 浆料化学需氧量c o d 测定 化学需氧量( c o d ) 是指在一定条件下，用强氧化剂处理水样 时所消耗氧化剂的量，以氧的毫克升( m g l ) 表示。水样的化学需 要量，可受加入氧化剂的种类及浓度，反应溶液的酸度、反应温度和 时间，以及催化剂的有无而获得不同的结果。因此，化学需氧量亦是 一个条件性指标，测量过程必须严格按操作步骤进行。 同样由于纺织浆料是固体或较高浓度的液体，在测定其化学需氧 量c o d 之前，需要对所测浆料进行溶解或稀释。稀释的程度应使c o d 值大于5 0 m g l ，同时用o 2 5 m o l l 浓度的重铬酸钾溶液测定。具体操 作步骤见文献【3 6 1 。 2 3 3 浆液含固率测定 用恒重称重法测定含固率。烘干( 1 0 5 。c ) 恒重的称量瓶中放入 浆液4 克，称重，再烘干( 1 2 小时) 至恒重称重。计算含固率： 含固率矽= 旷w 1 0 0 ( 2 - - 1 ) w ：干浆墓，w ：湿浆重 2 3 4 浆液粘度测定 绝对粘度测定配制所需浓度的浆液5 0 0 m l ，9 5 以上煮浆一 小时，用n d j - - 7 9 型旋转粘度计测定粘度。其中测定温度为9 5 ， 粘度计转子速度为7 5 0 转分。 相对粘度测定配制所需浓度的浆液1 0 0 0 m l ，9 5 。c 以上煮浆一 小时后保持浆液温度在9 5 c ，用漏斗粘度计测定其粘度。秒表计时 第二章实验方法 从漏斗粘度计最底部离开液面时开始，到浆液流出的形状由线状变为 滴状时结束。选择漏斗粘度计的3 # 孔径，常温下的水值为3 8 秒。 2 3 5 粘附力测定 配制1 6 0 0 m l 含固率为1 的浆液，在温度9 5 以上的条件下充 分调浆后，倒入特制的浆槽中，并保持9 0 c 以上的温度，将绕在特 制架子上的粗纱浸入浆液5 分钟，取出悬挂自然晾干。在2 0 。c 、r h 6 5 的环境中平衡2 4 小时后，用粘附力测试仪x l 一1 b 测定拉伸强度， 得到粘附力数据。测试条件为：夹距1 0 0 m m ，拉伸速度1 0 0 m m m i n ， 最大负载2 0 0 n ，样本容量为5 0 ，温度t = 2 0 。c ，相对湿度r h = 6 5 2 3 6 浆膜吸湿率测定 将含固率6 的浆液倒入铺有聚乙烯膜的盘中，低温( 2 5 。c ) 烘 干，然后揭下剪碎，烘干( 1 0 5 9 c ) 1 2 小时至恒重，称重。然后先后 放入2 0 。c 、r h 7 5 ，2 0 c 、r h 8 4 ，2 0 c 、r h 9 5 的恒湿器中平 衡7 2 小时，取出时称重，分别得到不同湿度下的湿重。用下列公式 计算得其吸湿率： 吸湿率：掣1 0 0 ( 2 2 ) w w ：湿膜重，w ：干膜重 2 3 7 粗纱浆纱上浆率、退浆率测定 烘干待浆粗纱至恒重，称量粗纱，得到浆纱前的粗纱重量，待粘 附力测定后，将该粗纱烘干至恒重，称重得到浆纱后的粗纱重量，随 后放入9 5 c 、2 n a o h 的溶液中浸2 0 分钟，取出用热水洗涤，再用 冷水清洗，然后烘干至恒重并称重得退浆后重量。同时用未浆粗纱做 第二章实验方法 对照试验。 毛羽损解膨。半x 1 0 。( 2 - - 3 ) 上浆率s = 半x 1 0 。( 2 - - 4 ) 旦一w 退浆后粗纱含浆率s = 牛x l o o ( 2 - - 5 ) 退浆率= 学1 0 。 ( 2 _ 6 ) w o 一对比未浆粗纱干重w o ，一对比未浆粗纱处理后干重 w l 一浆纱后褪纱干重w 一浆纱前粗纱干重s 一上浆率 掣一遇浆后粕纱含絮塞w 一遇颦屠粕纱千雷w 一嚣纱前 日纱千重 2 3 8 浆膜耐磨性测定 铺一聚酯薄膜于水平玻璃板，配制待测浆料成含固率为3 的溶 液。待溶液温度降为4 0 左右时，取1 0 0 m l 浇于该水平板，制成厚 度为3 4 呦的浆膜，晾干后置于2 0 、r h 6 5 的环境2 4 小时后， 剪成一定直径的圆形并称重，得到磨损前重量，然后在y 5 2 2 型织物 耐磨仪上进行耐磨实验，选用1 5 0 # 砂轮，加压重量为2 5 0 9 ，设定耐 磨仪的回转数为5 0 0 周，每种浆膜测试次数为1 0 次，磨损后称其重 量，得到磨损后重量。 个个 磨损率= ；1 0 0 ( 2 - 8 ) l t ：浆膜磨损前重量，t ：浆膜磨损后重量 2 3 9 浆纱强伸度试验 浆纱强伸度试验是在单纱强力仪x l 一1 上进行单纱拉伸，测试 第二章实验方法 样本容量为5 0 根，测试条件为2 04 c 、r h 6 5 ，夹距5 0 c m ，拉伸速 率4 0 0 r a m r a i n 。 2 3 1 0 浆纱毛羽再生量及毛羽再生率 浆纱毛羽再生率是评定浆纱毛羽情况的一个重要指标，可以预知 浆纱在织造过程中的毛羽再生情况。浆纱毛羽包括初始毛羽和再生毛 羽。初始毛羽和再生毛羽可以用毛羽仪加以测定，再生毛羽可以通过 如图2 6 所示的浆纱毛羽再生系统产生。原理如下：纱线2 经过两 个喂纱辊4 的喂入，绕过导纱辊和活动销钉1 后，以一定形式与纱线 缠绕，经过另一活动销钉后绕过另外的导纱辊，接着再一次与活动销 钉缠绕，最后经过导纱辊与引纱辊将纱线引出。实验中销钉l 以一定 的频率左右移动【3 7 1 。本文实验中销钉1 的频率设定了三个值，即 2 5 0 r m i n 、3 5 0 r m i n 以及4 5 0 r r a i n 。 上 l n 1 一活动销钉2 一已浆纱线3 一导纱辊4 一喂纱辊5 一引纱辊 2 3 1 1 浆纱耐磨试验 图2 6 浆纱毛羽再生系统 浆纱在织机上要承受张力、弯曲、摩擦等复杂的外力作用，浆纱 强伸度指标不能完全衡量浆纱可织造性，浆纱性能衡量指标还应包括 耐磨性，耐磨试验综合衡量了浆纱强伸、粘附、毛羽贴伏性诸方面的 第二章实验方法 因素，与浆纱织造性能有及其显著的相关性。耐磨试验仪原理如图2 7 所示，其中摩擦片的重量分为三档，分别为2 4 0 9 、3 0 0 9 和4 4 0 9 。 图2 7 单纱耐磨实验示意图 2 3 1 2 生产应用实验经纱断头率、织机效率的测定 在该生产应用实验中所用织机为国产1 5 1 5 型有梭织机，织机上 没有自动测定装置，经纱断头以及织机效率必须通过人工测定。经纱 断头率是织造过程中一定时间内经纱断头数与织机生产时间的比值。 而织机效率则是一定时间内实际产量与理论产量的比值。理论产量可 以通过织机的转速与织物规格求得。 第三章无p w l 浆料单体组分 第三章无p v a 浆料单体组分 本文采用新型聚丙烯酸酯类浆料取代p v a 浆料用于高比例涤纶 的涤棉经纱上浆，因此本文的无p v a 浆料指新型聚丙烯酸酯浆料。 3 1 丙烯酸类单体概述 丙烯酸类浆料是以丙烯酸类单体为主体，经聚合而制成的浆料。 丙烯酸类单体是指丙烯酸( 包括甲基丙烯酸) 及其衍生物，这一系列 物质是合成各种粘合材料的重要原料。 丙烯酸和甲基丙烯酸的物理性质如表3 一l 所示。 表3 1丙烯酸和甲基丙烯酸的物理性质 丙烯酸甲基丙烯酸 外观无色液体无色液体 气味与醋酸类似与醋酸类似 分子量 7 2 0 78 6 1 凝固点( ) 1 31 5 沸点( ) 1 4 l61 5 9 _ 一1 6 3 粘度( 2 5 c ，m p a s ) 1 1 4 91 3 2 0 闪点 6 87 6 比重1 0 5 1 ( 2 0 ) 1 0 5 l ( 2 0 ) 离解常数 4 2 6 l o 一54 6 6 x1 0 5 聚合热( k j m 0 1 ) 7 7 3 36 6 0 4 丙烯酸是聚合速率非常快的烯类单体，遇光、热、过氧化物等均 容易发生聚合，一般来说，成品单体中都含有微量的阻聚剂对甲 基苯酚，以防止贮存过程丙烯酸发生自发聚合反应，空气中氧也有阻 第三章无p 浆料单体组分 聚效果，一般单体存储时都留有空间以保持一定量的空气。丙烯酸和 甲基丙烯酸具有酸性，一般存储在耐酸容器中。 丙烯酸和甲基丙烯酸的酯衍生物( c h 2 = c h c o o r ) 很多，一r 基通常是烷基系列基( 一c 地。+ 1 ) ，在有些情况下，是带功能性基团 的烷基。一r 烷基的碳链越长，其沸点越高，比重越低，表3 2 中 列出常用丙烯酸酯的物理性质。 表3 2 常用丙烯酸酯的物理性质 甲基丙烯酸甲酯丙烯酸甲酯丙烯酸乙酯丙烯酸丁酯 分子量1 0 0 28 6 0 91 0 0 1 21 2 8 1 7 沸点( )1 0 28 01 0 01 4 7 比重( 2 5 )0 9 4 00 9 5 00 9 1 7o 8 9 4 溶解度( h 2 0 ) 1 551 5o 2 闪点( )1 31 01 04 9 丙烯酸酯类单体在储存和运输时也需加对甲基苯酚阻聚剂以防 止自发聚合，储存时避免阳光直射。丙烯酸及其酯类单体对人的皮肤 和眼睛有刺激作用，毒性属于轻微级，操作时，一般将单体置于封闭 系统内使用。 3 2 无p v a 浆料分子设计 3 2 1 丙烯酸类浆料一共聚高分子 各种丙烯酸类单体各自聚合后，可得各种单体的均一聚合物。均 聚物不能作为浆料使用，它们可能是坚硬固体或粘性体，不能同时既 具有水溶性又具有良好的粘附、成膜等为浆料必须具备的物理性能。 丙烯酸类浆料的合成一般采用共聚方法，将两种或两种以上性能不同 第三章无p l 浆料单体组分 的单体混合在一起进行聚合，对单体种类和数量进行目标性取舍，即 进行浆料分子设计，再采用适当共聚方法，所得共聚物就可能具有所 希望的性能。从分子结构角度来说，用共聚方法合成浆料，浆料分子 链的结构单元单体的性能、相对数量和排列方式几个内在结构因 素综合在一起决定浆料的宏观性质表现。 最简单的共聚物由两种单体聚合而成，当两种单体m ，、m 2 以无 序排列方式形成分子链时，称为无规共聚物，一般自由基共聚合所得 聚合物大都是这种类型，此外还有交替共聚物，嵌段共聚物和接枝共 聚物，它们有的要用特殊方法才能获得。 无规共聚物：m 1 m 2 m 1 m 1 m l m 2 m 1 m 2 m 1 交替共聚物：m 1 m 西山m 吐以l m 出喝m 2 嵌段共聚物：m 1 m 1 m 1 m 1 m 2 m 2 m 2 m 2 m 1 m l m l m i 接枝共聚物： m 1 m 1 m 1 m 1 m 1 m 1 m 2 m 2 m 2 共聚物中单体排列方式不同，即使两者比例一样，性能也有所不 同。浆料共聚合为一般自由基共聚，其排列方式为无规列式。尽管排 列无序，但理论上要求单体组分应在每一分子链中含量均匀、分布均 匀，这样浆料才具有组成单体的综合性能。但是由于参与共聚的单体 活性不一，控制共聚物组成均匀在理论计算上是一个相当复杂的问题 p 8 1 。在实践上，组成均匀的共聚物可由聚合工艺技术来控制，比如使 用连续加料方法可以控制活性不