（纺织工程专业论文）烷基羧酸助剂在浆纱工程中的作用和效果研究.pdf

摘要 摘要 本论文探讨了，采用添加烷基羧酸助剂的方式提高淀粉浆料的使用性能，研究了淀 粉浆料的粘附性能、浆膜性能、浆纱性能以及烷基羧酸助剂的耐硬水性能。实验结果表 明：烷基羧酸助剂对淀粉浆料的粘附性能、浆膜性能以及浆纱性能有显著的影响。烷基 羧酸助剂提高了淀粉对棉纤维的粘附性能，反而降低了淀粉对涤纶纤维的粘附性能。当 碳原子数在8 一1 8 之间时，淀粉对棉纤维的粘附力先随着碳链长度的减小而增大，当碳 链长度为1 0 时，粘附力达到最大，而后随着碳链长度的减小，反而降低了淀粉对棉纤 维的粘附性能。而对涤纶纤维来说，无论烷基羧酸助剂的碳链长度如何，烷基羧酸助剂 都会降低淀粉对涤纶纤维的粘附性能。对于浆膜性能而言，烷基羧酸助剂能够提高淀粉 浆膜的断裂强度、断裂伸长率和耐磨性能，增大耐屈曲次数，且随着碳链长度的减小， 更有利于改善淀粉的浆膜性能。同时对于浆纱性能而言，烷基羧酸助剂提高了淀粉对纯 棉浆纱的增强率、耐磨性能和毛羽降低率，降低了浆纱的减伸率和纱线的摩擦系数，且 随着碳链长度的减小，浆纱质量进一步提高。另外电解质的存在降低了烷基羧酸助剂的 使用效果，而烷基羧酸钠助剂的烷基碳链长度不同，其耐硬水特性也不尽相同，在1 8 8 碳原子范围内，随着碳链长度的降低，耐硬水性能有所提高。 本文还探索了烷基羧酸助剂对淀粉p v a 混合浆料性能的影响，并通过与目标配方 对比，探讨在使用烷基羧酸助剂的前提下，以淀粉浆料替代p v a 的可能性。实验结果 表明，烷基羧酸助剂可以增大淀粉取代p v a 的比例。由此可见，在浆纱工程使用烷基 羧酸助剂，对于提高淀粉的使用性能和减少浆纱工程对p v a 合成浆料的依赖性、缓解 退浆废水对环境的污染、降低浆纱浆料成本具有重要作用。 关键词：烷基羧酸；碳链长度；助剂；淀粉；粘附性能；浆膜性能；p v a a b s t r a c t a b s t r a c t t h em a i na i mo ft h ep a p e ri st h a tn a t u r a ls t a r c hs i z e sw e r em o d i f i e db ya d d t i o ni n t oa l k y l c a r b o x y l i ca c i d ss i z i n ga u x i l i a r ym e t h o di no r d e rt oe n h a n c ei t ss i z i n gp r o p e r t i e s 。谨乃筋a l k y l c a r b o x y l i ca c i d ss i z i n ga u x i l i a r yw e r eu s e d ，t h ee f f e c t so fs t a r c ho nt h eb e h a v i o r so ft h ef i l m s ， a d h e s i o nt of i b e r s ，b e h a v i o r so fs i z e dy a m sa n dt h ea l k y lc a r b o c h a i no ft h ea u x i l i a r y t o l e r a n c et oh a r dw a t e rw e r ei n v e s t i g a t e d t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t sd e m o n s t r a t et h a tt h ea l k y l c a r b o x y l i ca c i da u x i l i a r y , s h o we v i d e n ti n f l u e n c e so nt h eb e h a v i o r so fs t a r c hf i l m sa d h e s i o nt o f i b e r sa n db e h a v i o r so fs i z e dy a m s t h ea u x i l i a r ye n h a n c e st h ea d h e s i o nt oc o t t o nf i b e r s ，b u t r e d u c e st h ea d h e s i o nt op o l y e s t e ro n e s a st h el e n g t ho ft h ec a r b o nc h a i nd e c r e a s e sw h e nt h e c a r b o a t o mn u m b e ro ft h ec h a i ni sw i t h i n8t ol8 t h ea d h e s i o no fs t a r c ht op u r ec o t t o nf i b e r s u b s t r a t e si n i t i a l l yi n c r e a s e s am a x i m a lb o n d i n gs t r e n g t hc a l lb ea c h i e v e dw h e nt h e c a r b o a t o mn u m b e ri s1o h o w e v e r , t h ea d h e s i o n so fs t a r c ht oa 1 1p o l y e s t e rf i b e rs u b s t r a t e s d e c r e a s ea st h el e n g t ho ft h ec a r b o nc h a i ni n c r e a s e s a l k y lc a r b o x y l i ca c i d sa u x i l i a r yc a n i m p r o v et h eb r e a k i n gs t r e n g t h ，b r e a k i n ge l o n g a t i o n ，f l e xr e s i s t a n c ea n dw e a rl o s so fs t a r c h f i l m a n dt h e yc a ni m p r o v et h ee n s i l es t r e n g t hi n c r e a s i n gr a t e ，a b r a s i o nr e s i s t a n c e , f l e x e l o n g a t i o nd e c r e a s i n gr a t e ，h a i r i n e s sd e c r e a s i n gr a t eo ft h es i z e dc o t t o ny a m s ，s u r f a c et e n s i o n a n df r i c t i o nf a c t o ro ft h es i z e dy a r n s e l e c t r o l y t e sa c c e d et os t a r c hp a s t ed e c r e a s e st h e s e r v i c e a b i l i t yo fs o d i u ma l k y lc a r b o x y l i ca c i d ，w h i c hm e a n st h a tt h ea d h e s i o nt of i b e r s r e d u c e s d i f f e r e n tc a r b o c h a i nl e n g t hi ns o d i u ma l k y lc a r b o x y l i ca c i da u x i l i a r i e sg i y e s d if f e r e n tt o l e r a n c et oh a r dw a t e r t h et o l e r a n c ei n c r e a s e sw i t ht h ed e c r e a s e si nl e n g t ho ft h e c a r b o c h a i nw h e nt h ec a r b o a t o mn u m b e ro ft h ec h a i ni sw i t h i n8t o18 l a s tn o tt h el e a s t t h ee f f e c t so fb l e n d i n gr a t eo fs t a r c hw i t hp v al7 9 9o nt h eb e h a v i o r s o ft h eb l e n d i n gf i l m sa n da d h e s i o nt of i b e r sw e r ea l s oi n v e s t i g a t e dw h e na l k y lc a r b o x y l i c a c i d ss i z i n ga u x i l i a r yw e r eu s e d a n dt h ep o s s i b i l i t yo fu s i n gs t a r c ht os u b s t i t u t ep v a c o m p o n e n tw a se v a l u a t e db yc o n t r a s te x p e r i m e n t s t h er e s u l t so fe x p e r i m e n ts h o wt h a ts t a r c h c a ne n h a n c et h e p r o p o r t i o no fr e p l a c i n gp v aa sc o m p a r e dt o t h ec o n v e n t i o n a ls i z e f o r m u l a t i o nu s e di nm o d e ms i z i n go p e r a t i o n a l k y lc a r b o x y l i ca c i d su s e da ss i z i n ga u x i l i a r yf o r s i z i n gw a r py a m st h a te n h a n c es t a r c hs i z i n gp r o p e r t i e s ，b e n e f i t e dt h er e d u c t i o no ft h ep v a a m o u n t , p r o t e c t e dt h ee n v i r o n m e n ta n dd e c r e a s e dt h ep r o d u c t i v ec o s t s k e y w o r d s ：a l k y lc a r b o x y l i ca c i d ；c a r b o c h a i nl e n g t h ；a u x i l i a r y ；s t a r c h ；a d h e s i o n ；f i l m b e h a v i o r s ；p v a 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： 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： 许盈华蟛3 ，舛 导师签名： 杰竖垒：醯 日 期： 亟18 ：主：兰垡 第一章绪论 1 1 概述 1 1 1 经纱上浆的目的和意义 第一章绪论 在织造过程中，织机的丌口、投梭、打纬运动会使经纱受到强烈的拉伸、冲击以及 曲折等机械作用，并与织机部件如综、筘、停经片等存在着剧烈的摩擦作用，此外还存 在着自身相互之间及其与纬纱之间的强烈摩擦。未经上浆的经纱，其表面毛羽突出，纤 维之间抱合力不足，在织机机械力的作用下，纱身会起毛，使经纱相互粘连，导致开口 不清，经纱断头，产生织疵，甚至会使织造无法进行。为了降低经纱断头率，提高经纱 的可织性、织造效率及产品质量，必须对经纱进行上浆，赋予经纱更高的耐磨性，贴伏 毛羽，并尽可能地保持经纱原有的弹性。因此，经纱上浆是织造生产中一道非常重要的 工序，国外的纺织学术界评论：“浆纱一分钟，布机一个班”，即一分钟的经纱上浆能影 响织造的一个轮班。而在我国，纺织工人也将浆纱称为“老虎口”。这些都形象地说明了 经纱上浆在纺织加工中的地位。 经纱上浆的主要目的是增加耐磨和贴伏毛羽；对细支纱也需要考虑适当的增强和保 伸。特别是喷气织机织造时，贴伏毛羽的要求更为突出。因此，要求浆料不仅有成膜能 力，而且应与纤维材料之间具有良好的粘附能力。经纱上浆的最终目的在于提高经纱的 可织性。对于短纤维经纱而言，上浆的主要作用是贴伏毛羽，使纱线表面的纤维游离端 紧贴纱身，在纱线表面形成保护性的浆膜，以提高其耐磨性；对于长丝经纱而言，上浆 的目的主要是通过浆液浸透在纱线内部，加强单丝之间的粘结抱合能力，使经纱断裂强 度得到提高，并通过增强集束作用而提高其耐磨性；对于强度不够的经纱，也可以通过 增强纤维之间的粘附性来提高强度【l j 。 1 1 2 经纱上浆对浆料性能的基本要求 浆料要满足经纱上浆的目的，这类物质只能是高分子化合物，必须要具备以下几个 方面的物理化学性能【2 】： ( 1 ) 浆料必须具有足够的粘着力，增强纤维之间的粘结抱合能力，增加纱线强度， 并贴伏毛羽。 ( 2 ) 浆料应具有良好成膜性，形成的浆膜应有很好的机械强度和延伸性。 ( 3 ) 浆液的粘度要适当，具有良好的流动性，使浆料不仅能被覆在纱线的表面而 且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；其次，浆液 的粘度热稳定性要好。 ( 4 ) 浆液性质要稳定，不易起泡沫，不易霉变。 ( 5 ) 与其它浆料组分具有良好的混溶性，以保证浆纱质量均匀稳定。 ( 6 ) 浆料不应对纱线、设备、人体健康有害，退浆容易，不会对织物后处理带来 江南人学硕十学位论文 不良的影响。 ( 7 ) 随着人类对绿色纺织品的要求及对坏境保护意识的提高，浆料应具有较好的 生物可降解性。 1 1 2 1 浆料的粘附性能 粘附性又称粘着性或粘合性，是指两个或两个以上物体接触时，发生相互结合的能 力。粘着力是粘着剂( 浆料) 与被粘物( 纤维材料) 在粘附界面上的作用力，粘合的实 质是粘着剂分子或原子与被粘物的分子或原子在粘附界面上的相互作用力。根据物理化 学的观点：当两种不同材料的表面足够地靠近在一起时，不管它们是部分接触或是完全 接触，都会引起粘合。要获得强的粘合，首先要求粘着剂能很好地润湿被粘物。若粘着 剂润湿作用好，则它能迅速而均匀地在被粘物表面铺展，为纤维良好的粘合创造了条件。 在经纱上浆过程中，由于浆液具有一定的流动性和较小的表面张力，浆液能在纤维表面 产生润湿作用，并通过纱线之间的毛细管或孔隙渗透到纱线的内部，在界面上达到分子 级别的紧密接触。随后，浆液分子和纤维在界面上发生超越界面的相互扩散，形成扩散 界面层，最后形成以次价键为主的粘合，这就是经纱上浆中浆料与纤维粘附的基本过程。 但由于织造后必需退浆的工艺要求，浆料与纤维的粘合界面之间不能形成化学键形式的 粘合，所以这种界面力主要是范德华力、氢键以及聚合物分子端部链段、侧链或局部链 段跨越界面扩散所产生的机械作用等【3 】。 在经纱上浆过程中，浆料与纤维之间的粘附性能所起到的主要作用是：促使经纱内 的单纤维相互粘结，增大浆纱强度：将经纱上的毛羽粘附于经纱表面，贴伏毛羽：增强 浆膜与纱体的结合牢度，使之被覆于经纱表面，提高浆纱的耐磨性【5 1 。可见，浆料的粘 附性能与浆纱质量密切相关，是纺织浆料最重要的基本性能之一【6 7 1 ，其性能的好坏直 接影响浆纱物理机械性能，决定上浆率的需求数值【8 】，甚至会影响到织机生产效率和坯 布质量。目前，该性能已作为评价浆料性能优劣的重要指标之一，并受到浆料浆纱科技 工作者的普遍关注，关于这方面的专题文献也越来越多1 1 。 浆料的粘附性能可以由浆液与被浆纤维的粘附力的大小来反映。粘附性高可使渗透 到纱线内的浆液在纤维间强力粘合，从而可提高纱线内纤维之间的抱合力，增强纱线的 强力和耐磨性能。同时，粘附性高也使被覆在经纱表面的浆膜能与纱线牢固结合，使纱 线毛羽伏贴，而降低经纱的毛羽是上浆过程的主要目标之一。目前，在纺织行业中浆料 粘附性能的测试方法有织物条试验法和粗纱法两种。 织物条试验法是以直接性指标表示浆液与纤维间的粘附性能，通过测试剥离两块由 浆料粘合的织物所需的功，来反映浆料的粘附性能。即使用一定的液态粘附剂涂抹在两 块织物上。在一定压力下使其粘合干燥后( 一般使用5 0 6 5 的干燥温度) ，在单纤维强力 仪或是单纱强力仪上测定剥离所需的功。然而其结果受粘合剂浓度，温度以及实验室的 条件等较多因素的影响，因此需严格的试验条件才有可比性。 粗纱法是以粗纱被粘着剂粘合后的物理机械性能的变化来表示，它是一种间接的方 法。由于粗纱本身强度很低，可忽略不计，因此可以用上浆后的粗纱所测得的断裂强度， 2 第一章绪论 实际上是纤维与浆料之间的粘附力与浆料本身内聚力的综合体现。测试时粗纱作为浆料 的被粘材料较为合适，这是因为粗纱法的影响因素相对较少，对实验条件的要求相对较 低。为此，目前大多都采用粗纱法来测试浆料的粘附性能。使用粗纱法测试的轻浆粗纱 条典型拉伸曲线如图1 1 【1 2 】： 善 r 骠 晕 掣 051 0 1 5 e h 断裂伸长( r m n ) 图1 1 粗纱条典型的拉伸曲线图 f i g1 - 1at y p i c a ld r a w i n gc u r v eo fs l i g h t ys i z e dr o v i n g 图1 1 为轻浆粗纱条典型的拉伸曲线图，它反映了粗纱条在拉伸和断裂时的状况。 b 点和m 点分别表示粗纱条的断裂点和最大强力点。s m 和e h 分别对应粗纱条的最大强 力和断裂伸长。通常，s m 表示浆料对纤维的粘附力，常用来表征粘附性能。s m 越大， 对纤维的粘附性能也就越好。 1 1 2 2 浆料的浆膜性能 1 1 2 2 1 成膜机理及成膜过程1 4 l 纺织经纱上浆工程要求浆料具有良好的成膜能力，能在经纱表面形成一层薄膜，以 抵御织造时所受到的各种机械外力，保护经纱。因此，成膜性是浆料的重要性能之一。 物质的成膜能力实质上是该物质的内聚能力，也称为自粘性。任何物质要具有高的自粘 性，就必须具备以下两个条件： ( 1 ) 物质本身应具有高的内聚强度。 ( 2 ) 当该物质的两个表面接触时，能发生粘合作用。 在自然界的一切物质中，能同时具备上述两个条件的只有高分子化合物。然而，要 使高分子化合物之间能够充分地结合在一起，仅依靠表面的接触是不够的，至少还要求 它们在接触区域之间，能够完全地或部分地相互扩散和相互纠缠。 以上是浆膜成膜的一种模型，这种模型认为在含有成膜物质的浆液中，成膜物质按 江南人学硕十学位论文 不同程度，以球形或类球形粒子分散在水相当中。这种分散体经历水分蒸发、颗粒变形 和高分子化合物分子的相互渗透和相互扩散三个阶段，而形成浆膜。 水分蒸发阶段：浆液分散体系中的水分不断蒸发，使浆液中成膜物质的浓度显著增 大，分散体系中的粒子丌始接近和接触，形成浓度极大的分散体层，而层中的颗粒则按 一定的程序排列。 颗粒变形阶段：水分继续从粒子间的空隙蒸发，球形高分子粒子由于各种力作用而 相互接触，接触程度越来越紧密，进而将粒子挤压成多面体。 高分子化合物分子的相互渗透和相互扩散阶段：在这个阶段，水分基本被蒸发掉， 高分子粒子间紧密接触变形，与此同时，高分子化合物分子间相互渗透和相互扩散，彼 此纠缠而粘合在一起，最终形成坚牢的薄膜。 1 1 2 2 2 浆膜的主要性能 在织造过程中，浆膜作为各种机械应力的承受者。为了有效地提高经纱的织造效果， 则要求浆膜具有一定的强伸度、耐磨性、屈曲强度等物理机械性能，同时也要求浆膜具 有良好的溶解性及较低的再粘性。 在浆膜的测试过程中，常用断裂强度及断裂伸长率来反映浆膜的强伸度。断裂强度 表示在一定面积上浆膜所能够承受的力。而一般认为，浆纱强度的提高，主要是由于浆 液浸透于纱线内部，使纤维之间粘合，阻止纤维受拉时发生相对滑移，而浆膜本身强力 所起的作用是微不足道的，因而对浆膜的强度要求不是很高。断裂伸长率一般以百分比 的形式来描述，断裂伸长率的高低决定着浆膜弹性的好坏，即断裂伸长率越大，其拉伸 变形能力越好；反之，其拉伸变形能力就越差。经纱在织机上会受到拉伸变形，这要求 浆膜要有良好的弹性，又要求浆膜的拉伸曲线尽可能与纱线的拉伸曲线相近，因此浆膜 的弹性变形是以高些为好。 在织造过程中，被覆于经纱表面的浆膜是摩擦力的主要承受者。浆膜耐磨性的好坏， 是浆膜测试中一个重要指标。而耐磨性能的好坏，通常是用磨耗值的大小来表示。一般 认为，磨耗值小，浆膜的耐磨性好；反之，浆膜的耐磨性差。在三大浆料中，浆膜耐磨 性以p v a 为最好，而聚丙烯酸酯钠盐和淀粉浆膜的耐磨性都不够理想。 经纱在织机上除了受到反复经受拉伸外，还承受着反复屈曲的疲劳应力。未经上浆 的经纱承受弯曲应力的能力是很强的，但上浆后却显得僵硬，屈曲强度下降，造成浆纱 屈曲强度下降的主要原因是浆膜比较僵硬，承受弯曲应力的能力不如原纱。这就要求浆 膜的屈曲强度高些好。 必须指出，目前用于测试用的浆膜主要是通过浇注法制备，是在2 0 ，6 5 r h 条 件下，缓慢干燥而成。而上浆实际过程中所形成的浆膜，是在烘筒上面热空气中快速干 燥而成。从成膜条件来看，它们有显著差别，不同成膜条件对浆膜性能的影响难以估计。 其次，浇注法所制得的浆膜与浆纱实际过程中所形成的浆膜有明显区别。浇注法制得的 浆膜厚度比较均匀，但在剥离时会受到意外的变形；而浆纱上的浆膜则很薄，而且很不 均匀，也不是十分完整。因此，浆膜的试验数据一般只供参考。尽管使用浆膜性能来评 4 第一章绪论 价浆纱质量存在上述缺陷，但由于尚没有更好的方法，故目前还采用此方法评价浆膜的 性能【4 1 。 1 1 2 3 浆液性能 在测试浆液的性能时，粘度是一个非常重要的指标。浆槽中浆液的粘度要适当，才 能使浆纱的质量达到所设计的要求。 浆纱的目的之一是增强，使浆液渗透到纱的内部，在各单纤维间隙中形成胶层，以 粘合作用防止纤维互相滑移，从而增加经纱强度，这要求浆液的粘度要适当。而对于短 纤纱上浆的另一重要目的是伏贴毛羽。在上浆过程中，毛羽不能伏贴的原因之一就是由 于浆液的粘度低、上浆率偏低，被覆不良；另外，在织造中落浆多的一个原因也是由于 浆液的粘度不当造成的【1 3 - 1 4 】。上浆时浆液的粘度必须适当。浆液的粘度大，被覆性好， 毛羽伏贴好，但浆液的流动性差，浸透不充分，浆纱的强度下降，织造时断头增加，落 浆增多，织机效率下降，甚至使织造生产无法正常进行。然而，浆液的粘度小时，浆液 的浸透充分，经纱中纤维粘着良好，经纱的强力有所提高，但纱的被覆减少，贴伏毛羽 不良，在织造时相邻纱的毛羽相互纠缠在一起，也造成织机的效率下降，产品质量下降。 因此浆液的粘度必须要适中，才能保证良好的浸透性和被覆性，浸透性好使浆液均匀地 浸透到纱的内部，从而使纤维相互紧密地粘接在一起，被覆性好使毛羽伏贴良好，使浆 纱的质量能够达到所设计的要求。 粘度的稳定性在上浆中也应该予以重视。粘度将影响浆液的流动性、浸透性与纱线 的吸浆量，粘度的波动会造成上浆率的差异，影响浆纱质量。上浆率必须经常保持均匀 一致，这在上浆中很重要。上浆率差异大，则上浆率低的纱段强度就不足，毛羽不伏贴， 因而导致断头增加；而上浆率过高的则会造成落浆过多，织造车间环境恶化。上浆率不 匀也会造成布幅、码长、布重等发生差异。因此浆液的粘度必须保持均匀稳定，这样才 能保证上浆率的均匀一致【1 3 】。因此浆液的粘度须适当，粘度的稳定性良好，是使浆纱质 量合格的重要之一。浆液的粘度也是评定浆料质量性能的一个重要指标【4 j 。因此浆料粘 度仍然是浆料生产者和使用者应该重视的质量指标之一。 1 1 2 4 浆料的生物降解性能 随着科技的发展，人们的生活水平的提高，环境保护越来越受到人类的重视，经济 的发展再也不能以牺牲环境为代价。为了我们赖以生存的环境，必须减少环境污染。纺 织工业的污染是工业污染的一个重要来源，特别是对中国这个纺织大国来说，纺织工业 所造成的污染更不容我们忽视。 纺织工业的污染主要是由于湿加工整理排放的污水造成的。这些湿加工整理包括： 织物的退浆、煮练、漂白、染色、印花以及后整理等。其中，浆纱造成的污染占相当大 的比重，据不完全统计，超过纺织工业污染的一半。浆纱对环境的污染主要有以下途径： 一是浆纱过程中的废水污染；二是退浆带来的废液污染；三是面料上的污染残留物引起 江南人学硕十学位论文 的服装再污染。因此应采用环保型浆料上浆，使浆料能通过我国的生态纺织品) ) h j b z 3 0 - - 2 0 0 0 标准。具体说来，环保浆料除了满足上浆的工艺条件外还应满足以下条件：( 1 ) 成分中不含坏境标志中列出的不应有的物质；( 2 ) 在上浆时不应有有害挥发物；( 3 ) 退浆后溶液应有较好的生物降解性，坯布不应含有甲醛等有害物质。造成退浆污染的根 源是浆纱过程中所用的浆料，因此为了减少纺织行业的污染，保护环境，减少浆纱污染 就显得特别重要。 众所周知，经纱上浆是为织造而设置的一道重要的准备工序，织造工序完成以后， 浆料即完成了它的使命。为了确保织物的后整理加工，必须对其进行退浆处理，但退浆 废液的排放对环境会造成污染。当今评价废水能否进行生化处理的指标是以b o d 和 c o d 的比值来衡量，其值越大，反映污染物的生物降解性越好。b o d 称为生化需氧量， 是指微生物在一定的温度和时间条件下分解氧化有机物所消耗的溶解氧量，以每升水样 消耗的氧的毫克数( m g l ) 表示，培养天数为5 天，测定的b o d 以b o d 5 表示引。c o d 称为化学需氧量，是指在一定的条件下，用强氧化剂氧化废水中有机物所消耗的氧量， 以每升水样消耗的氧的毫克数( m g l ) 表示，我国规定废水c o d 检测标准采用重铬酸钾 为氧化剂，因而记作c o d 。有关文献对几种常用浆料的b o d 5 和c o d 。，值进行了测试， 其测试值见表1 1 【l 引。 表1 1 几种常用浆料的b o d 5 和c o d 。，值 t a b1 ii nc o m m o nu s e ds o m es i z e sb o d 5a n dc o d c r 对同一水质而言，c o d 值一般高于b o d 值，普遍认为【1 7 1 ： ( 1 ) 当b o d 5 c o d 。， o 4 5 时，表示可生化性较好。 ( 2 ) 当0 3 0 b o d 5 c o d 。， o 4 5 时，表示废水可生化处理。 ( 3 ) 当0 2 5 b o d 5 c o d 。， o 3 0 时，表示废水可生化性较差。 ( 4 ) 当b o d 5 c o d 。， 0 3 0 ，表明可生化降解；而p v a 的b o d 5 c o d 。r 远远小于0 2 5 ，难生化处理。 丙烯酸类浆料由于种类和组分的不同，生物降解性能差异较大。中国棉纺织行业协 会浆料检测中心对1 3 种丙烯酸类浆料进行了质量检测，测试结果见表1 2 t 博j 。 可见，大多数产品的生物降解性能不及淀粉，虽然优于p v a ，但b o d 5 c o d c r 大多 数均小于0 2 5 ，难以生化处理。因此，淀粉和环境的亲和性好，污染很小，p v a 严重污 染环境，丙烯酸类浆料介于二者之间。 6 第一章绪论 表1 2 聚丙烯酸类浆料的b o d 5 和c o d c r 值 t a b1 2p o l y a c r y l a t es i z e sb o d 5a n dc o d c r 样 l 序列号c o d 。m g l b o d s m g l - 1 b o d jc o d 。， 1 1 3 助剂在浆纱工程的作用 助剂是一个即古老又新兴的产品，助剂有“工业味精”的美称，助剂用量虽少，但起 的作用是不容忽视的。助剂是化工行业中的一大类产品，被广泛应用于化学工业、化工 材料以及石油炼制、纺织印染、涂料、造纸工业等。助剂的作用早已引起纺织工作者的 高度重视，过去人们在浆纱工程中添加油剂的方式来改善淀粉浆膜柔软可绕，补充粘着 剂某些方面性能上的不足，改善浆液的上浆性能，增进上浆效果。 浆料是上浆材料的主体。由于浆纱工艺要求提高纱线耐磨性能、毛羽贴伏性和增强， 而且还要求保持经纱良好的弹性和伸长。单独使用一种或几种粘附性材料，有时还难以 达到完善效果，因而需要加入各种助剂来改善上浆性能。在经纱上浆中使用助剂的目的 是为了改善主体粘着剂的不足，促使主浆料有效地发挥作用，从而提高浆纱质量和织造 效果。特别是随着各种合成纤维和新型纤维的发展以及化学合成浆料的不断开发，对各 类纱线上浆的需要，在经纱上浆过程中更需要添加助剂来改善浆料的使用性能。因此， 加强助剂方面的研究和应用对进一步改善浆纱质量是有必要的。 助剂范畴很广，而用于上浆浆液中的助剂大多数属于表面活性剂，如常用的润湿剂、 浸透剂、抗静电剂、消泡剂、柔软剂、乳化剂等。在浆纱过程中添加助剂，改变了浆液 和纤维( 液一固) 的界面作用，比如在毛纱和合成纤维纱的浆液中添加些乳化剂和抗静 电剂，可以改善毛纱和合成纤维的上浆效果，另外在细号纱则需要加些浸透剂，高弹性 纱线宜则加点增塑剂，而易起跑的浆液中则加消泡剂等，这些助剂都可以改善上浆效果， 最终提高织造效率。 而柔软剂和平滑剂则是在浆纱上浆中最为普遍、用量最大的助剂圳，过去加入的油 脂类的柔软剂、平滑剂会引起粘着力、浆膜断裂强度和断裂伸长率、耐屈曲次数的明显 下降等缺点，弊大于利，基本上已不用【2 0 】。而烷基羧酸助剂具有一定的表面活性，从理 论上来说，烷基羧酸助剂，在浆纱中可起到润湿、平滑、柔软、增塑、洗涤等作用，可 江南人学硕十学位论文 能降低纱线之间的摩擦系数，改善上浆效果。然而烷基羧酸助剂对淀粉浆料的性能影响 如何，是否也存在着类似于柔软剂、平滑剂的缺陷，目前尚未见到报道。为了寻找不会 对淀粉浆料性能产生负面影响的新型浆纱助剂，本文主要研究了烷基羧酸对淀粉浆料性 能的影响。 1 2 烷基羧酸助剂的研究现状 烷基羧酸类物质，具有一定的表面活性，在化工、食品、造纸等行业作为助剂使用 是十分广泛的。 国内外对于烷基羧酸的研究很多，其中也有涉及到烷基羧酸对淀粉性能的影响，如 i s a b e lm i r a 等【2 1 】人研究了碳链为1 2 1 6 的烷基助剂的对淀粉糊化温度的影响，实验结 果表明：碳链较短时对淀粉的糊化温度具有降低作用，而碳链较长时则使淀粉的糊化温 度升高的；h e n r i kl u n d q v i s t 等【2 2 】人研究了烷基羧酸助剂对淀粉浆液表面张力的影响， 表明烷基羧酸助剂对淀粉浆液的表面张力有显著的影响；j o h nk a r k a l s a 等【2 3 】人研究了脂 肪酸对直链淀粉玻璃化温度、热焓及分裂温度的影响，直链淀粉与脂肪酸的共混物在弱 碱条件下具有很好的相容性。g e o r g eef a n t a 2 4 】等人研究了脂肪酸对淀粉糊化后颗粒的 影响，主要利用s e m 和x 射线衍射等手段表征了糊化后的淀粉颗粒的变化。实验结果 为，脂肪酸的加入对糊化后的淀粉颗粒有显著的影响。也与测试的温度有关。 在食品方面，烷基羧酸助剂主要作为淀粉改性剂使用，江南大学的徐爱国【2 5 】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划2 6 】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。苏州大学的周建琴嘭7 】则研究了十二烯基琥珀酸淀 粉酯作为食品添加剂的性质，结果表明，十二烯基琥珀酸淀粉酯作为食品添加剂，不但 能够改善产品的稳定性，而且产品的口感也很好，是目前食品行业中的一个很重要的食 品添加剂。 在造纸行业，k a z u m i c h ia s a k u r a 2 8 - 2 9 】等人研究了烷基羧酸以及烷基羧酸酸酐等对二 聚烷基乙烯酮蜡的乳胶稳定性及其对纸张施胶工程的影响。研究结果表明，当脂肪酸中 硬脂酸和棕榈酸等的量占二聚烷基乙烯酮蜡的3 左右时，二聚烷基乙烯酮蜡的乳胶最 不稳定，而当烷基羧酸的量达到1 2 时，稳定性则有所提高。但是，这种制品对于纸张 的施胶则是不利的，因而必须减少二聚烷基乙烯酮蜡中烷基羧酸及其烷基羧酸酸酐的 量。 在化工材料方面，o s m a nm a g e da t 3 0 】等人研究了烷基羧酸碳链长度对充满c a c 0 3 的聚乙烯性能的影响。研究表明，烷基羧酸碳链长度对这种聚乙烯的性能有显著的影响。 于建【3 l 】等人研究烷基羧酸盐对h d p e c a c 0 3 复合体系的增韧效果，烷基羧酸盐在适合的 碳链长度和用量下，可以和基体进行有效的物理缠结，形成具有较高界面强度的第二相 第一章绪论 界面；而只有在h d p e c a c 0 3 复合体系中第一相界面、第二相界面均具有较高的界面强 度，可以提高复合体系的断裂伸长。 关于柔软剂在浆纱方面的研究可追溯到1 9 8 5 年，r o b e r tp w a l k e r 和w a r r e ns p e r k i n s 【3 2 】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。而在2 0 0 4 年，江南大 学的荣瑞萍等【2 0 】人研究了柔软剂在浆纱中的利与弊，结果表明，在浆液中加入柔软剂显 著降低了浆膜的力学强度和断裂伸长。祝志峰等【3 3 】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，而对于缩水性涤纶纤维粘着性能则是降低的。从理论上来说，烷基羧酸助剂具 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。因此，如果在浆纱过程中使用烷基羧酸助剂，有可能降低浆纱的摩擦系数， 起到柔软剂和平滑剂的作用。 1 3 本课题研究的目的、意义和内容 1 3 1 本课题研究的目的和意义 淀粉浆料作为纺织经纱上浆最常用的主浆料之一，淀粉具有来源广泛，资源丰富， 价格便宜，对环境污染小，对亲水性的天然纤维具有较好的粘附性，也有一定的成膜能 力，因此，在纺织经纱上浆中，淀粉及其变性淀粉的用量大约占浆料总消耗量的7 4 ， 成为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。然而，原淀粉浆料由 于其大分子的刚性环状结构和羟基的极性，造成它的浆膜脆硬、粘度大、粘度热稳定性 差及浆液易凝胶，因而对纤维特别是合成纤维的上浆效果并不能令人满= 啻：1 3 4 j 。 要改善淀粉浆料的上浆性能，目前有两种做法：一是对原淀粉进行改性，来提高淀 粉浆料的使用性能；二是在淀粉中加入助剂，以改善淀粉在某些方面所存在的不足，提 高浆纱质量。而柔软剂和平滑剂是浆纱生产中用量很大的助剂，赋予浆膜柔软可饶的宝 贵性质，在浆纱生产中通常都要使用。目前使用的这类助剂主要有浆纱油脂和蜡片等， 但油脂在浆纱过程中会造成粘附力【4 , 3 5 】及浆膜强度【4 2 0 】的下降，不利于浆纱的增强、耐磨 性和贴伏毛羽【3 2 】。蜡片虽然也能起到油脂的功能，但如果处理不当，容易造成退浆不净， 形成染整疵点。因而寻找不会对淀粉浆料粘附性能和浆膜性能产生负面影响的新型浆纱 助剂，能够更好的服务与浆纱生产是至关重要的。是浆纱工作者和研究者的研究的热点。 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。研究了烷基羧酸助剂对淀粉浆料的 性能影响，探讨在使用烷基羧酸助剂的前提下，增大淀粉取代p v a 的可能性及取代量， 这对于改善淀粉浆料的浆纱质量，降低p v a 合成浆料的消耗量，降低浆纱浆料成本，减 小环境污染，不仅具有比较大的经济效益，同时具有重大的社会效益。 9 江南人学硕士学位论文 1 3 1 本课题研究的内容 本课题的研究内容主要是烷基羧酸助剂碳链长度对淀粉粘附性能、浆膜性能及其浆 纱性能；烷基羧酸助剂的耐硬水特性和在使用烷基羧酸助剂的前提下，淀粉与p v a 混 合浆料性能。课题的研究内容具体如下： ( 1 ) 研究烷基羧酸助剂及其用量对淀粉浆液浆液性能的影响。 ( 2 ) 研究烷基羧酸助剂及其用量对浆膜性能的影响。 ( 3 ) 研究烷基羧酸助剂及其用量对棉和涤纶纤维粘附性能的影响。 ( 4 ) 研究烷基羧酸助剂及其用量对纯棉浆纱质量的影响。 ( 5 ) 研究在使用烷基羧酸钠的前提下，淀粉与p v a l 7 9 9 之间的共混比例，对共混 浆料性能的影响。 ( 6 ) 研究烷基羧酸助剂的耐硬水特性。 l o 第二章烷皋羧酸碳链长度对淀粉浆液、柚和浆膜性能的影响 第二章烷基羧酸碳链长度对淀粉浆液、粘附和浆膜性能的影响 对于直链型的烷基羧酸助剂分子结构的变化参数为碳链长度、羧基类型两个参数， 因而，本章以烷基羧酸助剂羧基类型、碳链长度及其用量为变量，研究了烷基羧酸助剂 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，探讨了烷基羧 酸助剂羧基类型及其碳链长度与淀粉粘附性能之间的关系，以及烷基羧酸助剂的用量与 粘附性能的内在联系，还研究了这类助剂对淀粉浆膜性能的影响。 2 1 实验部分 2 1 1 原材料与仪器 2 1 1 1 原淀粉 淀粉为玉米原淀粉，由宜兴国营淀粉厂提供，其粘度值为4 3m p a s ( 6 ，9 5 。c ，保 温l h ) ，粘度热稳定为7 8 8 。 2 1 1 2 化学试剂 本章实验所使用的化学试剂见表2 1 。 袁2 1 化学试剂 t a b2 1c h e m i c a lr e a g e n t s 江南人学硕十学位论文 2 1 1 3 粗纱 本章所采用的粗纱参数见表2 2 。 表2 2 粗纱参数 t a b2 2r o v i n gp a r a m e t e r 2 1 1 4 仪器设备 本章实验所用的主要仪器设备见表2 3 。 表2 3 仪器设备 t a b2 3a p p a r a t u s 仪器生产厂家 j j i 型定时电动搅拌器 n d j 7 9 型旋转式粘度计 c s 5 01 型超级恒温水浴锅 h h 数显恒温水浴锅 s h z - d ( i i i ) 循环水式真空泵 1 0 1 i 型电热恒温鼓风干燥箱 z w i c k 万能材料测试仪 g 5 5 2 型耐磨仪 y g l 4 1 型厚度仪 y 7 3 1 型抱合力机 c d c a 10 0 f 单纤维动态接触角张力仪 上海标本模型厂 同济大学电机厂 上海浦东跃欣科学仪器厂 金坛市金城国胜实验仪器厂 浙江黄岩求精真空泵厂 上海锦星科学仪器有限公司 德国z w i c k 公司 德国滋威格公司 常州市第二纺织机械厂 国营常州纺织仪器厂 英国c a m t e l 有限公司 2 1 2 原淀粉的精制 本章实验使用的原淀粉为工业产品，然而工业用的淀粉常含有蛋白质，它的存在会 使浆液起泡沫，从而影响浆纱质量；其次，蛋白质还会使浆液泛黄色，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。为此，原淀粉使用 前需对其进行精制处理，精制过程如下【3 7 】： ( 1 ) 取定量的淀粉，将它分散于甲醇水溶液( 甲醇水溶液按体积比为8 5 ：1 5 的 比例配制) 中，制成4 0 的淀粉乳。 ( 2 ) 将上述淀粉乳倒入三口烧瓶中，并置于4 0 的水浴中加热，搅拌l h 。 ( 3 ) 使用s h z d ( i i i ) 循环水式真空泵抽滤，滤饼以一定量的甲醇水溶液洗4 5 1 2 第一二帝烷皋羧胺碳链长度对淀粉浆液、柚附和浆膜性能的影响 次，直至滤液近乎无色。 ( 4 ) 将滤饼分散一定量的蒸馏水中洗涤( 直至无淀粉结块) ，倒入漏斗抽滤，然后再 重复一次( 注意不要将杯底渣子倒入) 。 ( 5 ) 用蒸馏水浇洗，过滤。 ( 6 ) 在6 0 - 6 5 下，烘4 5 h 至淀粉近干，粉碎过筛，再在6 0 - 7 0 烘干2 h 后， 将温度上调至8 0 - 9 0 再烘干2 h ，装袋备用。 2 1 3 淀粉的酸解 原淀粉浆料由于粘度过大，浆液流动差，从而影响浆液对纤维的润湿与浸透；其次， 它的粘度热稳定性差，对浆纱质量也是不利的，使其不能很好地满足纺织经纱上浆。为 此，必须对原淀粉进行酸解降粘处理，来减小淀粉分子量，提高其流动性，改善淀粉的 热浆粘度稳定性f 3 8 1 。 将干重为9 0 0 9 的玉米淀粉分散于1 3 5 0 m