（纺织工程专业论文）竹浆纤维纱上浆及织物前处理“生态工艺”的研究[纺织工程专业优秀论文].pdf

摘要 摘要 竹浆纤维是由我国科技工作者自主研发的一种新型再生纤维素纤维，这种纤维具 有许多优良的服用性能。竹浆纤维是符合生态要求的绿色纤维，同时作为一种再生纤 维素纤维，它的湿强低，在其浆纱工序仍存在一些问题，所以为了使竹浆纤维的生态 环保性在所开发的产品中得以延伸及解决竹浆纤维纱线上浆中的问题，本课题在竹浆 纤维纱线上浆和退浆方面作了较为深入全面的探讨。 奉课题主要研究了采用新型变性淀粉浆料配方对竹浆纤维纱线进行上浆，及采用 涟糟酶对其织物进行退浆的工艺，来解决竹浆纤维纱线上浆中存在的问题并满足纺织 行业“清洁化生产”的要求。 本课题采用分类对比的方法，对各种浆料组合的浆液性能、浆膜性能及浆纱质量 进行了测试，通过大量对比实验进行筛选，从而确定了优化的浆料配方，并与传统上 浆效果进行比较分析。实验证明，优化配方己能基本达到传统工艺的要求，有些指标 甚至超过了传统工艺。 本课题研究了利用淀粉酶对竹浆纤维织物进行退浆的工艺，讨论了各种因素对淀 粉酶退浆效果的影响，确定了优化的酶退浆工艺，与传统的碱退浆工艺进行了比较。 实验证明，这种酶退浆工艺已能基本达到传统碱退浆工艺的效果。 本课题还对竹浆纤维织物的漂白进行了研究，分别采用过氧化氨和过氧乙酸对其 进行处理，利用正交实验得出了相应的优化工艺，并对两种优化工艺进行比较，得出 对竹浆纤维织物的练漂以采用过氧乙酸为宜的结论，这种工艺作用条件温和且对环境 污染较小。 本课题研究的利用新型变性淀粉浆料配方，及淀粉酶退浆的优化工艺分别进行上 浆和退浆，可以代替有p v a 参加的竹纤维纱线上浆及碱退浆工艺，从而基本上解决 p v a 不易降解以及烧碱工艺复杂，污染严重的问题，为企业的清洁化生产提供技术 支持和借鉴。 关键词：竹浆纤维变性淀粉淀粉酶上浆退浆 as t u d yo nt h esizin go fb a m b o o y a r na n d f a b ricp r e m e n te c oio g ic alp r o c e s s a b s t r a c t b a m b o of i b e ri sak i n do fr e g e n e r a t e dc e l l u l o s er a y o nw h i c hi sr e s e a r c h e da n d d e v e l o p e db yo u rc o u n t r y sr e s e a r c h e rf e l l o w t h ef i b e rh a v em a n ye x c e l l e n tp r o p e r t y b a m b o of i b e rj sak i n do f “g r e e nf i b e r ”w h i c ha c c o r dw i t he c o l o g i c a lr e q u i r e m e n t s i n o r d e rt os o l v eaf e wo fs i z i n gp r o b l e m so fb a m b o oy a r n sa n de x t e n dt h ee c o l o g i c a lf e a t u r e o fb a m b o of i b e r ，t h i st h e s i sr e s e a r c h e ss i z i n ga n d d e s i z i n go fb a m b o oy a r n si nd e t a i l t h i st h e s i sh a sr e s e a r c h e dt h et e c h n i c so f u s i n gt h en e wt y p ed e n a t u r e ds t a r c hi nt h e s i z i n ga n dt h ea m y l a s ei nt h ed e s i z i n g ，a n du s et h ep r o c e s st or e p l a c ec o n v e n t i o n a ls i z i n g a n dd e s i z i n gp r o c e d u r e sw h i c hh a db r o u g h ts e r i o u sp o l l u t i o nt ot h ee n v i r o n m e n t t h e p r o c e s so b t a i n e dj nt h et h e s i sc a ns o l v es i z i n gp r o b l e m so nt h eo n eh a n d a n ds a r i s f yt h e r e q u e s to f “c l e a n i n gp r o d u c t i o n i nt e x t i l ei n d u s t r y t h et h e s i sa d o p t sc l a s s i f i e da n dc o n t r a s t i v em e t h o d st ot e s ts t a r c hf i l mc a p a b i l i t y , s i z ec a p a b i l i t ya n ds i z i n gp e r f o r m a n c eo fa l lk i n d so fr e c i p e sw i t hd i f f e r e n td e n a t u r e d s t a r c hp r o p o r t i o n b yn u m b e r so fc o n t r a s t i v ee x p e r i m e n t s , w ef i xo nt h eo p t i m i z e dp u l p r e c i p ea n dc o m p a r a t i v e l ya n a l y s et h ed i f f e r e n c eb e t w e e nt h en e wa n dt h ec o n v e n t i o n a l t e c h n i c s t h ee x p e r i m e n t sp r o v et h a tt h en e wr e c i p e sh a v er e a c h e da n de v e ne x c e e dt h e c o n v e n t i o n a lt e c h n i c s t h et h e s i sr e s e a r c h e st h ep r o c e s so fu s i n ga m y l a s ei nt h ed e s i z i n g ，d i s c u s st h ee f f e c t o fd i v e r s i f i e df a c t o r st oa m y l a s ed e s i z i n ga n df i xo nt h eo p t i m i z e dd e s i z i n gp r o c e s s w e c o m p a r ea n da n a l y s et h en e wa m y l a s ed e s i z i n gt e c h n i c sw i t ht h ec o n v e n t i o n a la l k a l i d e s i z i n gt e c h n i c s t h ee x p e r i m e n t sp r o v et h a tt h eo p t i m i z e da m y l a sd e s i z i n gt e c h n i c sh a s a l m o s tr e a c h e dt h ee f f e c to ft h ec o n v e n t i o n a la l k a l i d e s i z i n gt e c h n i c s t h et h e s i sa l s o p r o b e so nb l e a c h i n gp r o c e s st ob a m b o of i b e rf a b r i c s t h eo p t i m i z e dp r o c e s so ff a b d c s t r e a t e du n d e rm o d e r a t ec o n d i t i o n si so b t a i n e db yag r e a td e a lo fe x p e r i m e n t s t h en e ws t a r c hr e c i p e si ns i z i n ga n do p t i m i z e da m y l a s ed e s i z i n gp r o c e s si nt h i sp a p e r c a ns u b s t i t u t er e s p e c t i v e l yt h eo l dp u l pr e c i p e i n c l u d i n gp v aa n dc o n v e n t i o n a la l k a l i d e s i z i n gp r o c e s s ，w h i c hc a ns o l v ec o n s e q u e n t l yb o t ht h ei n d e g r a d a t i o no fp v aa n dt h e e n e r g y c o n s u m i n ga n de n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o no fa l k a l id e s i z i n g h o p e dt h a ti nt h i sw a y w h a tt h ea u t h o rd i dc o u l db eu s e di n t oa c t u a lp r o d u c t i o na n do f f e rg u i d et ot h ee n t e r p r i s e s 摘要 f o rt e c h n o l o g yo f ”c l e a n i n gp r o d u c t i o n ”a n dp r o t e c t i n ge n v i r o n m e n t k e yw o r d s ： b a m b o of i b e r s i z i n g w r i t t e nb y ：y u cx i n x i a ( 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 rs u n w e i g u o d e n a t u r e ds t a r c h a m y l a s e d e s i z i n g 第一章绪论 1 绪论 1 1本课题研究的目的及意义叫3 化学纤维是近几十年来发展最快的产业之一，要保持这种快速增长的势头，就必 须保证源源不断地原料供应，但地球上资源的存储量是有限的，总有一天会被耗尽。 另一方面，某些纤维的生产和各种纤维的染整加工，对环境造成了严重的污染。这些 资源和环境问题都将制约整个纤维行业的可持续发展。现在，纺织品的生态环境问题 已经引起世界各国的广泛关注，欧盟、美国、日本等发达国家从二十世纪七十年代始 就相继制定了严格的纺织品安全、清洁生产技术标准。在一定程度上限制了我国纺织 品和服装的出e l 。随着生态纺织品概念在全球范围的推广，绿色消费模式必将成为纺 织品的主导消费模式，它在提高人类生活质量的同时，也会对全球经济可持续发展产 生积极而深远的影响。从长远观点来看，天然纤维及荐生纤维具有持续生产的可能性 及可降解性，由于天然纤维的产量受到土地、气候等自然资源的限制，因而再生纤维 素纤维的前景更另人看好，是今后的发展方向。 竹纤维，包括竹原纤维和竹浆纤维，是一种新型生态环保纤维，我国科技工作者 在竹浆纤维的开发中取得了突破性进展，在竹浆粕中保留了竹材的天然抗菌成分。竹 子，作为一种速生丰产的植物，不仅栽种成活率高，而且两到三年即可形成一个成长 周期，我国具有非常丰富的竹类资源，分布范围非常广泛，在世界上名列第一。竹子 自身的抗菌性使其在生长期内无需使用任何农药，没有任何污染，保证了竹浆纤维资 源无生态毒性。竹纤维的化学成分主要是纤维素、半纤维紊和术素，另外还有灰分等 少量物质。竹浆纤维的生产类似于粘胶等人造纤维的生产，即先将竹子打浆，用碱和 二氧化碳处理，然后溶解在氢氧化钠中，经纺丝、凝固等工艺可制得，竹浆纤维在原 料的提取和生产过程中可全部实施绿色生产，故其属绿色纤维。竹纤维的最大特点是 横截面的高度天然中空，从而其产品的吸湿、放湿、导湿性能极佳，竹纤维及其制品 具有很好的抗紫外线能力，还具有天然抗菌性。竹浆纤维既可与棉、麻、丝等天然纤 维混纺，又可纯纺，其纯纺和混纺织物可用于毛巾、床上用品、内衣、婴儿服装、t 恤、运动衫、高档服装面料等。目前，竹浆纤维尚属于一种新的再生纤维素纤维，应 该充分利用好竹纤维，开发出一些具有高附加值的产品，作为企业的经济增长点。 竹浆纤维的干强较高，纺纱性能良好，但是其湿强仅为干强的5 0 左右，且湿伸 长大，上浆后纱线表现出硬、脆的特点，从而造成干分绞困难，织造断头多，严重影 响织造效率和布面质量，织造高支高密织物时这些缺点尤其突出，因而对竹浆纤维纱 线的上浆值得重视和研究。另外，竹浆纤维是符合生态要求的环保型纤维，为了使它 的生态环保性在所开发的产品中得以延伸，对其纱线的上浆、织物退浆以及染整加工 第一章绪论 需选用合适的材料，制定合理的工艺，以体现产品的特点，不污染或少污染环境。纺 织工业的污染主要是由于湿加工整理的污水造成的，这些湿加工整理包括：退浆、煮 练、漂白、染色、印花、后整理等。其中，退浆造成的污染占有相当大的比重，超过 5 0 。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。 本课题选用环保型浆料和生物酶作为主要试剂，通过对织造准备工序的难点 上浆工艺以及织物前处理的退浆、练漂工艺进行研究，研究出的成熟工艺可以作为工 业化生产的基础和借鉴，为生产企业提供技术支持，以便更好地利用竹纤维，开发具 有高附加值的产品，提高企业效益。 1 2 目前课题研究的现状 目前国内在林业方面对竹材的研究较多，有关竹纤维在纺织领域的研究及其产品 的开发可以说是t c n l j 起步，有关这种纤维和产品的报导多为宣传和综述性的，真正理 论和技术层面的研究报导尚不多见。近两年来，我国在竹纤维开发研究方面取得了突 破性进展，走在了世界前列，已经形成了工业化生产。2 0 0 0 年9 月第一批1 6 7 d t e x 3 8 r a m 的竹纤维首次在中国吉林化纤有限责任公司属下的河北吉蓠化纤公司研制 成功。目前国内有一些企业开始加工竹纤维纯纺或混纺织物，在纺织工艺方面作了一 些探索。总体来看，目前对竹纤维的提取加工方法和利用竹纤维进行纺织加工工艺方 面的研究和探索相对较多，对其织物的清洁化生产工艺研究甚少。由于时间的关系， 本课题侧重对竹纤维纱线的上浆和织物的前处理进行研究，拟选用环保型浆料及生物 酶作为主要试剂，对竹浆纤维纱线进行上浆、退浆和练漂，使竹浆纤维的生态环保特 性得以延伸。 1 3 课题研究的主要内容 本课题研究的主要内容包括： 1 分析竹浆纤维的物理化学性质，针对竹浆纤维纱湿强低、湿伸长大的特性， 选择以变性淀粉为主的浆料配方，优选合理的上浆工艺，既解决上浆工序中存在的问 题，又不污染环境。 2 采用生物酶进行退浆，在不同的浓度、温度、时间、p h 值的条件下对竹浆纤 维织物进行退浆实验，优选工艺参数。 3 竹浆纤维为再生纤维素纤维，其杂质较少，拟采用精练、漂白浴法处理， 可缩短工艺流程、降低能耗，但要选择合适的试剂，合理控制反应条件。 第一章绪论 1 4 竹纤维简介 1 4 1竹纤维的分类及其形态结构“ 按加工方法不同，用于纺织原料的竹纤维分为原生竹纤维和再生竹纤维。 原生竹纤维是将生长1 2 1 8 个月的慈竹，经过去皮、齿轮反复轧压后，采用脱胶 工艺进行部分脱胶。部分脱胶后的竹纤维的余胶将纤维一根一根的互相连接起来，从 而制成需要的竹纤维。这种纤维不是单根纤维，而是柬纤维( 因为原生竹纤维单纤长 度较短，只有2 m m 左右，必须采用束纤维) 。其细度一般为2 0 - - 5 0 d t e x ，且硬丝、并 丝很多，含水也较大，一般达1 3 左右。由于胶末脱尽，它的色泽偏黄，在干燥的状 态下，粉尘较多，潮湿时强度又非常低。所以在加工前要对纤维进行烘干和上油两道 工序的预处理。给油可增加纤维的柔软度和强度，给油后的竹纤维存放2 4 h ，等油剂 溶液渗透均匀，就可以进行后续加工了。目前，原生竹纤维已广泛应用在工业、建筑 等领域，大有取代木材和玻璃纤维的趋势。 再生竹纤维即竹浆纤维的生产方法主要有溶剂纺丝和粘胶纤维纺丝法。由于溶剂 纺丝法的生产工艺苛刻，对浆粕品质要求较高，溶剂回收难，最终产品成本高，因而 它的应用受到一定的限制。目前我国再生竹纤维的制备基本上采用粘胶生产工艺，下 面重点介绍一下粘胶纺丝法。 首先用硫酸盐蒸煮、多段漂白工艺制备竹纤维浆粕，然后用碱和c s 2 处理竹浆粕， 使其溶解在氢氧化钠溶液中制成粘胶溶液，用湿喷湿纺工艺纺丝制成竹浆纤维。其工 艺流程如下： 制浆工艺流程：风干竹片一预水解一蒸煮一疏解一筛选一氧化一碱处理一第一次 漂白一第二次漂白一酸处理一除砂一抄浆一烘干一竹浆粕成品。 纺丝工艺流程：竹浆粕一切粕一制胶一头道过滤一二道过滤一胶泡一计量一纺丝 一塑化一切断一水洗一上油一干燥一成品。 这样可制出纤维素含量达到9 3 以上，细度为0 5 6 。2 2 2 2 d t c x ( o 5 2 0 旦1 ，长为 5 0 - 1 2 0 m m 的竹浆纤维。这种纤维在2 0 0 0 倍的电子显微镜下观察横截面是类似粘胶 的锯齿形状，没有明显的皮芯层( 而粘胶的皮芯层明显) ，纤维截面有分布不均、大 小不一的微孔；竹浆纤维纵向表面笔直，无扭转，沿纵向有许多平行沟槽。在高倍电 子显微镜下可以看到竹浆纤维纵向表面的沟槽深浅不一，有的浅浮表面造成凹凸不平 的外观，有的深陷其里造成较大裂缝，这些裂缝会影响到纤维的强伸性能，降低纤维 的断裂强力和伸长率。由此可以预测，这些小的孔洞和沟槽一方面可给纤维乃至纱线 和织物提供优良的吸湿透气性，另一方面在纤维中形成缺陷，对纤维的强伸性能有着 负面影响，导致了纤维强力的降低和脆性的增加，使得水分子较易进入非结晶区，减 3 第一章绪论 小了大分子间的相互作用，大大降低了竹浆纤维的湿态强度。所以我们在对竹纤维纱 线进行上浆、退浆等湿加工时要特别注意竹浆纤维易吸湿膨胀且湿强低的特点，根据 其特点制定合适的工艺参数。 1 4 2 竹纤维的化学成分“” 竹子是禾木科多年生植物，竹纤维的化学成分主要是纤维素、半纤维素和木素， 另外还有果胶质和灰分等少量其他物质。纤维素是竹纤维中最主要的成分，这也是它 能作为纺织纤维的意义所在，但竹纤维的纤维素含量明显低于棉纤维和麻纤维。半纤 维素是无定型物质，是纤维之间和微细纤维之间的“粘合；f | | ”和“填充剂”，聚合度 较低，吸湿易润胀。木素是由苯基丙烷结构单元通过醚健和碳碳健联合而成的芳香 族高分子化合物，存在于胞间层和微细纤维之间，是竹纤维颜色的主要来源。果胶质 的主要成分是果胶酸的衍生物，它广泛存在于自然晃的植物体中。竹材的主要化学成 分详见下表1 - 1 。 表1 - 1 竹材的主要化学成分 竹子 小毛竹慈竹白夹竹绿竹丹竹毛竹毛竹 种类 产地四川i四川广东广西甘肃福建湖南 水分 9 8 21 2 2 51 2 4 88 2 59 1 21 2 1 46 3 0 冷水抽出物 2 4 22 1 32 3 8 热水抽出物 6 7 85 2 45 9 67 6 8 苯醇抽出物 4 5 86 5 1 6 乙醚抽出物 0 7 1o 5 80 6 6 1 i , i a o i - i 抽出物2 4 7 33 1 2 42 8 6 52 6 8 62 3 4 63 0 9 8：2 7 4 9 脂肪、蜡质 灰分 1 2 31 2 01 4 3 1 7 81 8 31 1 01 0 3 果胶质 0 8 7o 6 5 o 7 聚戊糖 ：2 1 5 62 5 4 12 ；2 6 41 7 4 51 8 5 4 2 1 1 22 3 7 1 木质素 2 3 4 03 1 2 83 3 4 62 3 0 0 2 3 5 53 0 6 72 6 6 2 纤维素4 - 6 5 04 4 3 54 6 4 74 9 5 5 4 7 8 8 4 5 5 0 5 2 5 7 1 4 3 竹纤维的主要性能嘲。1 啪“ a 摩擦性能 4 第一章绪论 竹纤维纵向表面具有光滑、均一的特征，在电子显微镜下观察可以发现纤维的纵 向表面呈多条较浅的沟槽，横截面接近圆形，边沿具有不规则锯齿。这种表面结构使 得竹纤维的表面具有一定的摩擦系数，纤维之间有较好的抱合力，有利于纤维的成纱。 适合加工手感柔软、悬垂性佳、具有抗菌性能的高档产品。 b 机械性能1 m 1 竹浆纤维与原竹纤维在纤维长度、细度、强度、伸长等方面差异较大。竹浆纤维 干强较粘胶纤维高、弹性好，具有很好的毛细效应；原竹纤维干强大，纤维粗长，初 始模量大，具有较大的抵抗变形的能力。下面给出竹纤维与其他纤维素纤维的物理机 械性能对照表卜2 。 表1 - 2 竹纤维与其它纤维素纤维的物理机械性能 纤维纤维 干强湿强伸长率 湿伸 初始模量 吸水 名称细度 长度长度 盥 ( c n d t e x )( c n d t c x ) ( )( c n d t e x ) ( n 。) ( m m )( ) ( ) 竹浆 1 8 0 0 - 3 8 - 8 61 9 - 2 21 21 6 - 1 92 57 5 纤维 6 0 原竹 1 2 0 0 - 1 5 1 0 0) 2 21 0 纤维 2 4 0 0 棉 4 0 0 0 2 3 - 6 41 9 - 3 52 2 0 67 - 1 08 1 34 44 5 5 5 纤维 8 5 0 0 粘胶 1 5 - 2 00 7 1 1 1 8 - 2 4 2 1 2 96 0 - 8 2 5 5 9 0 纤维 富强 3 4 - 3 61 9 以19 - 1 01 1 1 33 5 5 35 5 7 0 纤维 天丝4 2 4 43 7 0 】1 4 1 61 6 1 87 1 - 7 9 6 5 7 0 大豆 3 8 - 4 02 5 - 3 01 8 2 16 1 21 1 0 蛋白 苎麻 1 2 0 0 - 6 - 5 46 6 6 88 3 - 8 54 1 5 8 3 2 2 3 1 纤维 2 4 0 0 c 吸湿性能 竹纤维的初生结构及其横截面上的空隙特性，可以使其瞬间吸收大量的水分和透 过大量的气体。试验测得：竹纤维在标准状态下的回潮率可达1 2 ，与普通粘胶纤维 的回潮率接近。在3 c c ，1 0 0 的相对湿度下，竹纤维的回潮率已达4 5 ，且从8 7 5 的回潮率达到4 5 的回潮率仅需6 小时；相同条件下，粘胶的回潮率仅为3 0 ；竹 纤维的透气性比棉纤维强3 5 倍。从上面的数据可以看出竹纤维比其他纤维素纤维具 有更优的吸湿性能，适合做夏季服装，运动装和贴身内衣。 d 导湿导电性能 回潮率大小影响纤维纺织品的导湿性能。上面已介绍了竹纤维回潮率与普通棉型 第一章绪论 粘胶纤维的回潮率接近，但低于毛纤维和普通毛型粘胶长丝的回潮率。竹纤维比电阻 相对较高，纺纱过程中根据所纺产品加入适量的抗静电剂，可提高可纺性。 e 竹纤维的功能性”7 1 竹子与其他木材相比，在生长过程中无虫蛀、无腐烂、无需使用任何农药。在生 产中采用高科技手段，保持了竹纤维独特的天然抗菌性能，使之成为没有化学助剂残 留的天然纤维，同时也属于一种典型的新型环保型绿色纤维。竹纤维的抗菌抑菌作用， 主要来源于竹纤维中含有的天然抗菌物质。据报道日本自并松新药株式会社曾对竹干 沥馏液( 简称“竹沥”) 做了大量的实验，证实了竹沥有广泛的抗微生物功能。日本 的一家权威机构检测，由竹纤维制成的纺织品，其2 4 h 抗菌率可达7 1 ，大大高于其 他种类的纤维。 竹纤维是一种凉爽型天然保健纤维，为天然中空，透气性强，保暖性好，横截面 近似圆形或梅花形排列，避免了传统圆柱形纤维透气性差的弊端，填补了天然凉爽型 纤维的空白。 另外竹纤维成分中的叶绿素铜钠具有较好的除臭作用和抗紫外线功能。有研究表 明，其抗紫外线功能比棉纤维强2 0 倍。 f 其他性能嘲“” 除了上面所介绍的一些性能以外，竹纤维还具有良好的卷曲性能、透气性、染色 性和可生物降解性等。 第一帝竹浆纤维纱j 浆配方的初定 2 竹浆纤维纱上浆配方的初定 经纱上浆工程的要求是多方面的，浆料的选择及其配合十分重要。在上浆中使用 单独的一种浆料，往往难以满足经纱上浆的各项要求。常需选用几种浆料及辅助材料 加以配合，才能适应。显然，合理地选择浆料，并适当地配合，是上浆工艺成败的关 键之。合理的浆料配方必须符合上浆、织造及印染后加工的工艺要求，应使调浆及 上浆工序顺利进行，织造断头少、效率高，成布品质良好，后加工时易于退浆。另外 还要考虑对环境的影响及浆料成本等综合因素。 选择浆料的主要依据是：纤维种类、纱线线密度、原纱品质、上浆及织造工艺条 件、浆料品质等，此外，还需考虑浆料来源、成本、能源消耗和环境保护等因素。 由于众多因素的影响，浆料的选择与配合迄今还没有一套系统的理论计算方法，主要 是根据使用者的实践经验。一般来说，在制订新的浆料配方时，经常参照同类型品种 的有关配方，根据需要做一些必要的变动，先进行小批量的生产试验，再逐步确定实 际的使用配方。 2 1几种常用浆料的介绍m m 州嘲1 近年来，在浆料的开发与研究方面的发展方向是改进与完善现有浆料的上浆性能 和注重环保问题。现在国内外主要使用的仍然是变性淀粉、聚乙烯醇( p v a ) 和丙烯 酸类三大类浆料。 2 1 1 变性淀粉浆料 普通淀粉对亲水性的天然纤维有较好的粘附力，同时也有一定的成膜能力，基本 上能满足纤维的上浆要求，作为主粘着剂在浆纱中使用已有很长时间。但天然淀粉分 子量高，分子链由环状葡萄糖剩基构成，每个葡萄糖剩基上有三个o h ，分子链间氢 键密度大，致使淀粉分子间作用力大，链段运动困难，刚性大，玻璃化温度高，所以 淀粉表现出脆性材料的特性，使其在上浆性能上有很大缺陷。如粘度大、不耐热、对 合成纤维粘着性差等，常需各种辅助浆料加以弥补。为改善其上浆性能，人们通过化 学、物理或其他方法对天然淀粉进行改性处理，来提高淀粉的上浆效果扩大其使用范 围。另外，淀粉浆的退浆污水对环境污染程度较其它化学浆料低，因此当前在各种浆 料中，淀粉及变性淀粉仍占很大比例( 6 5 7 0 ) 。 变性淀粉品种很多，按其改进的阶段可分为三代： 第一代是通过降低淀粉聚合度来降低浆液枯度，改善淀粉的成浆性能，达到了浓 第二章竹浆纤维纱上浆配方的初定 度提高，且浆液不易凝胶的目的。主要产品有酸解淀粉、糊精、氧化淀粉a 第二代变性淀粉是淀粉衍生物一类，通过在淀粉的葡萄糖剩基上引入低分子化学 基团来削弱分子间的相互作用，其性能的改变不仅表现在粘度及水分散性上的改善， 而且也提高了对合成纤维的粘附性，浆膜也变得更柔韧一些。主要产品有交联淀粉、 醚化淀粉、酯化淀粉和阳离子淀粉。 第三代变性淀粉主要是接枝淀粉，通过在淀粉链上引入具有一定聚合度的高分子 化合物，使淀粉性能大为改善，成膜柔韧，且增强了对疏水性纤维的粘附性，扩大了 淀粉浆料在合成纤维上浆方面的应用。 竹浆纤维系纤维素纤维，分子结构与淀粉相似，另外这种纤维横截面的空隙较多， 吸浆性能基本上与棉相似，因此我在本课题中采用磷酸酯淀粉、醋酸酯淀粉、e m s i z c c p 浆料作为主粘着剂。从成本的角度来说，淀粉类浆料来源比较广泛，价格适中。 2 1 2 聚乙烯醇( i w a ) 聚乙烯醇( p v a ) 是一种典型的水溶性高分子化合物，由聚醋酸乙烯醇解而得。 p v a 的性质主要由它的聚合度和醇解度来决定，随着聚合度的提高，p v a 的粘度、 成膜性能、结皮倾向和浆膜的强度、刚性都相应增大。p v a 溶液的突出优点就是成 膜性能特别好，常被誉为“坚而韧”，其水溶性好，浆液粘度稳定，由于其分子链上 有许多o h ，因而对天然纤维和合成纤维都有较好的粘附性。但是聚乙烯醇浆料在上 浆时也存在一些缺陷，由于p v a 侧基单一，结构整齐，内聚力大，在干燥成膜时易 结晶定型，从而造成浆纱干燥时分纱阻力大，使纱线毛羽增多。p v a 不易制浆，需 要长时间煮浆，而且浆液易起泡，浆液表面易结皮。另外，p v a 经过溶解、烘燥、 成膜后，它的再溶性发生了一定的变化，退浆时不易完全退净，它又是一种很难分解 的高分子化合物，在环保方面受到了很大限制。对p v a 可以进行变性处理，其原理 是利用醋酸乙烯的双键、酯基及醇解后羟基的化学活泼性，改变侧链基团或结构；或 引入其他单体成为以p v a 为主体的共聚物；或引入其它官能团以改变p v a 大分子的 化学结构。进行变性的目的是在保持它原有物理化学性质的前提下，力求消除结皮、 起泡、再粘性较强、对合成纤维的粘附性不足等缺点。 无论是p v a 还是交性p v a 浆料，虽然性能比较优越，但是此类浆料的c o d ( 化 学需氧量) 值很高，b o d ( 生化需氧量) 值低，退浆废水对环境造成严重污染，因此 使用上的环保问题是它致命的弱点。如果其生物降解性问题不能得到很好解决，p v a 的使用会受到严重的限制，自9 0 年代后，它已被一些国家列为禁止使用的浆料。1 由于本课题本着环保的目的进行优选浆料方案，所以在确定浆料时想尽量少用或 不用p v a ，但是竹浆纤维的湿强比较低，所以加入一些成膜性、耐磨性及粘附性好 的合成浆料似乎又很有必要，所以我在初定配方时，在部分配方中适当加了一些聚合 8 第一章竹浆纤维纱上浆配方的初定 度为1 1 0 0 的浆料1 1 9 2 p v a 。1 1 9 2 p v a 对竹纤维上浆来说，既能渗透到纱线内部，使 纤维间粘合在一起，增强抱和力，又能形成完整的浆膜被覆于纱的表面，达到贴伏毛 羽及承受摩擦的目的，另外部分醇解的p v a 水溶性好，容易退浆。 2 1 3 丙烯酸类浆料 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。丙烯酸类单体 可表示为c h 2 = c r 7 c o o r ，随着r 与r7 的不同，可得到一系列不同的单体，纺织 行业使用的丙烯酸类浆料常是由两个以上单体组成的共聚物，其主要单体为丙烯酸和 甲基丙烯酸。这类浆料属于热塑性聚合物，侧链上所含官能团的结构及聚合物相对分 子质量决定着它们的主要理化性能。丙烯酸类浆料的侧基主要是醇基、羧基或酰胺基， 对碱很不稳定，对酸较稳定，在低温下与稀酸一般不发生作用。从上浆性能与适应性， 可将其分为三类：聚丙烯酸盐类、聚丙烯酰胺类、聚丙烯酸酯类。 丙烯酸浆料对纤维粘附性强( 高于p v a ) ，浆膜柔韧性好，水溶性能、退浆性 能都很好，其缺点是浆膜较软，吸湿较大，易粘并。因此在使用中可以与淀粉类浆料 一起混合使用，在性能上相互补充，获得良好的上浆效果。丙烯酸类浆料是今后“绿 色浆料”发展的重要方向之一。欧洲许多纺织厂经纱上浆的浆料配方模式已是：变性 淀粉+ 丙烯酸类浆料+ 少量柔软剂。口0 1 2 2 浆料种类的确定依据“州侧 预织织物规格：b 1 4 5 t e x 1 4 5 t e x 5 2 3 2 8 31 6 0 e m 平布( b 表示竹纤维) 2 2 1竹浆纤维性能与选用浆料的确定依据 竹浆纤维的化学成分主要是纤维素，另外还有半纤维素和木素、灰分等少量物质。 纤维素属天然高分子化合物，其化学结构式为( c 6 1 1 1 0 0 5 ) n ， a 为聚合度，官能团 为羟基，属于亲水性纤维，其分子结构如下： 舒够斗。 根据高聚物的相似相容原理，如果两个高聚物都是极性的，或都是非极性的，则 它们之间的粘着力较强。淀粉类浆料和竹浆纤维都含有大量的羟基，这些极性基团由 f 结构相似，使淀粉类浆料与竹浆纤维具有良好的粘着能力。因此，竹浆纤维和棉、 9 第一二章竹浆纤维纱上浆配方的衲定 粘胶纤维相似，仍以淀粉类浆料作为主体浆料。 2 2 2 经纱类型与选用浆科的确定依据 要对4 0 支竹浆纤维纱进行上浆，由于竹浆纤维的一些性能，如纤维的亲水性强， 易吸浆，易产生湿伸长，纱线绝对强力不高、毛羽较多，所以上浆应以被覆为主，兼 顾增强，这就要求使用较高浓度的浆液以贴伏毛羽。但是要兼顾浸透，就要求浆料本 身有低的粘度并且粘度稳定性高，要求使用高浓低粘型质薰稳定的浆料。 2 2 3 织物的组织结构与选用浆科的确定 所浆纱线用于低特高密平纹织物，经纬纱密度高，单位面积上的经纬纱交织点多， 从而经纱之间、经纱与纬纱之间、经纱与综丝、停经片之间都会产生很大的摩擦力。 因此，在上浆时除了要做到增强保伸外，更要提高经纱的耐磨性能和降低经纱毛羽， 这也要求使用高浓低粘、粘度稳定性好的浆料。 2 。2 。4 浆料自身1 生质的要求 选择一个合适的、性能好的浆料，要综合多方面的因素，从浆料本身来说，应具 备以下条件：水溶性好，粘度适当，润湿、渗透容易。粘附力强，成膜强韧、光滑耐 磨，容易退浆，价格低廉，环境污染小等。当然，要求一种浆料同时具有上述性质是 非常困难的，因此在选用中可以将几种浆料配合在一起，使它们在性能上互相弥补缺 点，发挥各自的优点，尽量满足上述的性质要求，共同完成上浆，并达到满意的浆纱 效果。这就要求选用合适的浆料及浆料配比对纱线进行上浆。 2 3 浆料种类的选定 根据以上的分析，对竹浆纤维纱线上浆仍应以淀粉类浆料作为主体。上浆实践证 明第二代变性淀粉具有比第一代变性淀粉更加优越的性能，在成膜、浆纱质量上都有 很好的表现，考虑到竹浆纤维纱的性质，以及结合各种淀粉浆料的性能，本课题选用 磷酸酯淀粉、醋酸酯淀粉和e m s i z ec p 浆料作为主浆料。 由于淀粉类浆料柔韧性较差、浆膜硬脆，因而在生产中常常加入一定量的p v a 和丙烯酸浆料来弥补淀粉浆料上浆性能的不足。根据目前的生产技术及上浆经验，第 二代变性淀粉依然不能完全取代p v a 而独立完成上浆任务，因此为了达到满意的浆 纱效果，必须加入其他浆料和少量的辅助浆料以弥补淀粉浆料柔韧性较差、浆膜硬脆 的缺点。本课题选用具有低丰 度、低再粘性的x z w - 1 作为辅助浆料，在有蝗配方中 1 0 第二章竹浆纤维纱上浆配方的韧定 适当的加入羧甲基纤维素c m c 。 2 4 对所选浆料的介绍与分析 根据上浆的目的，作为浆料的粘附材料既要具有对纱线的润湿性和粘附性，又应 具备形成一定的机械性能的薄膜的能力。天然高聚物或人工合成的高聚物，都是由成 千上万的原子以共价键相结合起来的大分子所组成的物质，巨大的分子量是高聚物具 有独特性能的根源。高聚物的物理机械性能由其化学组成结构所决定，不同的高聚物 其性能不同，而同一成分的高聚物若其分子结构不同，也会表现出不同的性能。现对 所选部分浆料进行分析介绍。 1 醋酸酯淀粉：又称乙酰化淀粉，是由淀粉与冰醋酸或醋酸乙烯酯生成的酯 化淀粉。其化学结构式如下图所示： 一 它的主要特点是淀粉胶体的易分散性与稳定性，同时能调节它对纤维的适应性， 以供各种纤维上浆需要。醋酸酯淀粉取代度低于1 时属于亲水性物质，一般工业用醋 酸酯淀粉取代度在0 0 1 , - 0 2 之间，作为经纱上浆用的取代度以0 0 8 1 0 0 之间为宜。 醋酸酯淀粉浆液透明，高温时浆液粘度稳定性比原淀粉好，在低温状态下浆液不 易凝胶，可用于低温上浆。由于分子中酯基的引入，削弱了淀粉大分子中羟基的缔合， 起到了内增塑的作用，因而醋酸酯淀粉薄膜柔韧、可弯，成膜性好，醋酸酯淀粉的这 种特性对竹纤维纱上浆后较硬脆的特点有所弥补。同时，由于醋酸酯基团的分散效应， 使链节活动能力相应增加，大分子链问的扩散能力增强，从而增强了它们之间的相互 纠缠、扩散，更由于引入的醑基与涤纶聚酯结构的大分子其有相似性，因而醋酸酯淀 粉对天然纤维和合成纤维的黏附性都有一定提高。这类交性淀粉有较好的分散性及较 大的溶解性，易于退浆，可以采用条件温和的酶退浆。” 2 磷酸酯淀粉：是淀粉中羟基与磷酸盐反应生成的淀粉酯，其化学结构式如下 图所示。由于磷酸根的多价性和淀粉的多羟基，产品常有磷酸单酯、磷酸双酯和磷酸 三酯之分，作为经纱上浆用的主要是单酯型即淀粉磷酸单酯。 磷酸酯淀粉具有易分散在水中的特点，取代度为0 0 5 0 2 5 的衍生物可分散在冷 水中，形成较稳定的分散液。浆液在低温下不会凝冻，具有良好的乳化性能，浆液粘 度稳定性高，成膜性好，浆膜透明、较强韧、易弯曲，且具有再水溶性，有利于经纱 上浆及退浆工艺中对浆膜的要求。磷酸酯淀粉虽属于酯类变性淀粉，但在化学结构上 第二章竹浆纤维纱上浆配方的初定 仍保留一个羟基，它作为主体浆料用于天然纤维上浆是一种很好的浆料，因此对竹浆 纤维纱会有较好的上浆效果和织造效果，同时磷酸酯淀粉水溶性好，织物退浆容易， 退浆工序可采用生物酶退浆。” 磷酸酯淀粉分子结构 3 x z w - 1 浆料：又称新2 8 浆料，是一种丙烯酸类浆料，含固量较高，它是由醋 酸乙酯与丙烯酰胺经皂化的共聚物，其组分以丙烯酰胺为主，醋酸乙烯酯为次，其化 学结构式为： x z w - 1 浆料呈稠体状，其性能介于丙烯酸甲酯和丙烯酰胺之间，其粘着力虽然 没有丙稀酸甲酯好，但由于x z w - 1 浆料没有大蒜味，对人体无害，所以在生产中代 替丙烯酸甲酯用于经纱上浆。 4 删c ：即羧甲基纤维索，属半合成浆料，它是以浆粕为原料的纤维素衍生物， 它的制造过程是将碱化纤维素用一氯醋酸经醚化反应而得。c m c 易溶于水，有良好 的乳化能力，在混合浆中可增进浆料之间的相溶性，使浆液容易混合均匀，对促进上 浆均匀性有好的影响。c m c 具有很强的吸湿性，特别是一些含盐量较高的粗制品， 在相对湿度为8 5 的条件下，吸湿率可达到3 5 以上，因而应注意浆纱粘并的问题。 因此c m c 只是作为辅助浆料使用，增强浆料之间的混溶性。 5 e m s iz e0 p 浆料t 是德国伊埃斯公司开发的新一代马铃薯淀粉，经特殊加工 而成。它的主要特点有：o ” a ) 粘着力极强，对纯棉、纯涤纱粘着力都有很大提高。 b ) 粘度热稳定性好，与其他品种的浆料有较好的混溶性，具有高浓低粘的特点。 c ) 可低温上浆，浆液流动性好，不结浆皮，无浆斑；浆纱手感滑爽，浆膜透明、 柔韧、分纱轻快。 d ) 极好的上浆效果，可完全替代p v a 。 e ) 溶解性能良好，糊化温度低，易调制、易退浆；具有良好的可生物降解性， 1 2 第二章竹浆纤维纱上浆配方的初定 是一种经济、环保的绿色浆料。 2 5 浆料配方的初定 对上面所确定的六种浆料，分别对其测含水率，结果如下 表2 1 各浆料的含水率 名称 含水率名称含水率 磷酸酯淀粉 1 1 7 2 醋酸酯淀粉 1 1 8 0 p 、a 1 1 9 24 1 3 x z w 1 6 9 6 0 e m s i z ec p1 2 5 6 c m c1 0 3 2 2 5 1 拟定浆料配方m 1 浆料配方有两个原则可遵循：1 浆料配合的种类以越少越好；2 各组分之间不 应发生化学反应。根据上述的各种分析得出，应以变性淀粉为主体，再加入其它辅助 浆料对竹浆纤维纱线进行上浆。我们查阅大量的资料，以某厂一个实际生产的配方为 基准，由于p v a 浆料对环境造成一定的污染，我们从少用或者不用p v a 的角度出发， 来确定浆料配方。 确定浆料的配合比，必须反复进行多次实验。优选方法是采用优选法中的“从好 点出发法”，如有两种或几种浆料的配比需确定，可先固定一种或几种浆料的配比， 本课题中先固定x z w - 1 的配比，再用分数法寻找另一种浆料的好点，选出好点后， 再按同法逐一选择其他浆料的配比好点。结合正交实验设计的方法分别将e m s i z ec p 取2 0 、3 0 、4 0 、5 0 、6 5 五种水平，酯化淀粉取8 0 、7 0 、5 5 、4 5 、3 0 五种水平，丙烯酸类浆料分别固定在5 和1 0 两种水平，做正交实验，逐一进行检 测，确定浆料配方。 厂用浆料配方：j f j6 7 + 1 1 9 2p v a2 0 + x z w - 11 0 + c m c3 以厂用浆料配方为对比，在少用或者不用p v a 的条件下，结合优选方法确定浆 料配方。 2 5 2 浆料配方的筛选 成膜性是浆料配方的个重要性能，上浆工程要求浆料有良好的成膜能力，高的 耐磨性与光洁的表面，而且浆膜有一定的拉伸性能。所以是否选用此配方的第步为 浆料配方是否成膜良好。 制备浆膜，发现许多配方做出的浆膜成膜性不好，或轻或重的有龟裂状裂痕。是 第一章竹浆纤维纱上浆配方的初定 由于该配方浆液的内聚力，自粘性不够而引起的，此类浆料配方不能被选入。与厂用 配方进行成膜比较，最终，选出五种成膜性能较好的浆料配方做竹浆纤维纱的上浆研 究( 其中1 为厂用配方) ，如表2 2 所示： 表2 - 2 ：初定的浆料配方 在本课题当中我们以河南新野纺织集团的上浆配方，