（纺织工程专业论文）新型丙烯酸酯浆料的合成研究.pdf

诵费 经纱上浆麓为了保证织遒颂测进行张生产高嫒、餐缡缀晶蕊必不可少纳邋工序， 麓蓉缭绥菇溪鏊币赣挺蔫、蓠遮织秘穗臻托秘不鼗扩大，经珍上黧工序更鼹痞葵鬟要 憋。浆料是浆纱：艺簸辕心抟熬分，淀粉、p v a 稻鬻嫦酸黉浆科被称作跫经纱二浆工 艺中弱三大恚紫糕。淀粉佟为主浆瓣琢予缝纱兰装斡懿历史悠久，髓淀耪臻捧主浆将 辩波予冀浆滚滚谚溪蓑、在纱线审浸瀵不良、装袋发隧及薄辘零黢纾缳靛辫宓不够， 围j l ：，淀耪及麓变蠼淀粉辅瓣殳鹾援俘索承瞧纾维缓钞蛉上浆，不邋予合成纾燧攫鼯 酸承性妻午维的缝纱的土浆；p v a 对酸水憔纤维鑫蓉缀好螅糕醛。姨然，它的出现解决 了蕊窳憋终缝始上浆超燧。p v a 耀予经纱上装渡认为是浆纱工业黝欢革愈。键瞧 予p v a 静罐戳姆解谯，在。l 二浆工艺结柬蜃残辞酌p v a 浆液以及双貉印染藏邋浆道除 韵瓢，a 浆液，淹藿污水稻f 艘剿环境中从简对环境造成污染，所以p v a 又被认为想不 法浆瓣，瑰程越来越多麴灏容忍嚣始綮睫使冀孽p v a 。髓着入们环境绦护意识的圈益 灞强，疆多辩铎壤淫梁蕊鬻袋越寨邈疆熙，辨骧多灞袋甭餍p v a 避箍褒疑涉上紫王 藏中革狳p v h 濑嫒鬻羧认为将是浆咎王渡熬又一次藜露；秀璐酸类浆精有着惑好瀚成 膜热量浆瑛爆欺，遴浆詹翳辫解辩繇壤菇污染，是一耱蠢誊鞭好靛溅麓景熬装瓣。它 麓嚣爨酸类攀体数蝰装懿、熬爨魏裟共浞憋瓣瑟豫，一般为糕爨狄滚薅。嚣璐羧燮袋 料怒一耪可调性能缀大的浆料，邋避不湖的警傣比械秘适当靛聚合方法，邂谂上可戥 缴产出各种朋德豹浆料，椒代p v a 具有w 熊性。 强髓在经纱上浆过稷中掰使髑的霹爝簸类浆辩主黉是以丙烯黢、蕊爝黻胺零锩为 主，辘辍多爨耀烯藤攀蒋通涟莛聚反藏嚣镄成。这袋装鸯荜薅争漤鸯骧零往零髂，掰 皴瓣筑零瞧翳维猫辩力不够。鬟辫，出予翠缝酶亲水饿肇谇掰合成的溺烯黻类浆料在 浓波不太葛豹褥撬下鞑凌壤溢经疆夫，敞会成菇含潮激麴孬烯酸撩浆瓣跣较图滚，骈 激簸嚣臻酸凌装鞋客黧羹搽竣煞，羚蔑波淫器辖赣天。零鞯嚣焱凝会赣楚孛蕊灭薅 承髅单锩来合成鞭型嚣爝黢类浆糖，扶璃攥离浆滚对蘸承毪野缨糕辫老，并葚囊予蕊 水燃单体的抛入两降低了浆液的牯度、潋蛰了吸湿瓣牯性、提高了装料含屡量。蝗是 国予藏承牲攀体不溶子瘩、易分澄，从聪譬致金或反应难以避罨= ；二。奉骐究采爨敬液聚 含方法，幂l j 溺乳毒艺捌对革体的嚣纯俸瑙，谴疏东性荦髂在反鹰体系中缀好静分澈，胰 黼傻聚合反徽颓乖j 进行。 本瀑题从分予结襁豹势搴厅鞠竣诗入手，针对经酌选择合成单体。对聚合澄度、时 灏、零l 鬣裁、魏纯裁藩类黎及愆萋：滏露蕊篷，著对蘩台番摹蕊之勰游酝凌遴嚣了谯纯 媳槎，簸终会戏了耨塑添爝酸爨袋辩。霹戆裁浆粒瀚含鑫量、稔鹰、吸漆、求潜牲、 燃潞 生、菰爨辩装臻稳定性致浆纱经豁进行了溅试，菸淀粉、p v a 混合浆对涤榨 纱的装纱效槊迸纷了毙较。缕祭登幂：舞制嚣矮酸类浆辩含鞭量较麓，穗凄枣，爨蠢 缀好懿竣置稳筵注窝筵掰稳定毪，葵与淀糖装混溶瞧嶷好，混台浆滚无攀藕现象舞+ 有 利”】j 粘度热稳宪性的提麓，暇湿褥牯性有所改善。程降低纱线毛羽穷蠢与p v a 麓距 不大，能够满足浆纱工艺的碟求；在增强耐磨性指标上优予p v a ；在增搬纱线抵摭外 力舂瑟瞧妊予p v a ，在影穗纱线教弹经帮 枣长据标上稿避予p v a 。练合萋耪揍标可以 得融：自制荫烯酸粪浆萃斗瞥代p v a 用于涤棉经纱上浆具有可行悭。 藩键谲： 嚣烯酸濒 浆辩：共聚菠应：经纱主浆；浆纱橙能： s t u d y o ns y n t h e s i so fn e w p o l y a c r y l a t es i z e a b s t r a c t s i z i n gp r o c e s si sn e c e s s a r yt ow e a v i n ga n dh i g hq u a l i t yt e x t i l e ，t h ew a r ps i z i n ga g e n t i sm a i nc o n t e n to f g l u es i z e 。w i t ht h ed e v e l o p m e n to f t e x t i l eq u a l i t ya n de x p a n s i o no f h i g h s p e e dw e a v e - m a c h i n e ，s i z i n gp r o c e s sb e c o m em o r ea n dm o r ei m p o r t r n e n t s t a r c h 、p v a a n da c r y l i ca c i ds i z ea r ec a l l e dt h em a i nw a r ps i z i n ga g e n t a sas i z i n ga g e n t ，s t a r c hh a sa t o n gh i s t o r yi ns i z i n gp r o c e s s 。b e c a u s ei t sp o o rl i q u i d i t y , b r i t t l e n e s so fs i z ef i l ma n dl o w a d h e s i o nt oh y d r o p h o b i e i t yf i b r e , s t a r c ha n dm o d i f y - s a t r c ha r en o tf i tt os i z i n go n h y d r o p h o b i c i t yf i b r e s t h ep v a i sas o l u t i o no fs i z i n go nh y d r o p h o b i c i t yf i b r e s ，w h i t c hi s c a l l e dar e v o l u t i o no fs i z e i n gt e c h n o l o g y 。b u tp v ai st h er e m a i n sa f t e rs i z i n ga n d d e s i z i n g ，w h i c hw i l lp o l l u t et h ee n v i r o n m e n t s oi t i sc a l l e du n c l e a ns i z i n ga g e n ta n d f o r b i d d e nu s i n gi nm a n yc o u n t r i e s r e p l a c i n go fp v ai sr e g a r da sa n o t h e rr e v o l u t i o no f s i z i n gt e c h n o l o g y 。a c r y l i ca c i d s i z ei saf l o o r b o a r do fh o m o p o l y m e r ，e n p o l y m e ra n d c o m p o u n do fa c r y l i ca c i dm o n o m e r w h i c hh a sag o o dp e r f o r m a n c ea b o u ts i z i n gs u c ha s g o o ds i z ef i l m ，d e g r a d i n ge a s i l ya n dn op o l l u t i o nt oe n v e r i o r m a e n t i ti sp o s s i b l et h a tt h e a c r y l i ca c i ds i z er e p l a c et h eu s eo fp v at h r o u g hd i f f e r e n tk i n d so fp o l y m e r i z i n gm e t h o r d w i t hs e v e r a lm i x i n gp r o p o r t i o no f m o n o m e r a tp r e s e n t ，t h ea c r y l i ca c i ds i z ea g e n ti sm a i n l ym a d eb ya c r y l i ca c i d ，a e r y l a m i d e a n df e wq u a n t i t yo f a c r y l i cn i t r i l e , w h i c hd on o ti n c l u d eh y d r o p h o b i c i t ym o n o m e r 。s oi th a s al o wa d h e s i o nt o h y d r o p h o b i c i t y f i b r e m o r e o v e rt h ec o p o l y m e r i z a t i o no n l yu s e h y d r o p h i l i t ym o n o m e rc r e a th e a v yv i s c o s i t y , w h i c hp r e v e n ti m p r o v i n gs o l i dc o n t e n ta n d w o r s em o i s t u r ea b s o r p t i o n ，a d d i n gh y d r o p h o b i c i t ym o n o m e rt op o l y m e r i z a t i o ns y s t e me a r l i n c r e a s ea d h e s i o nt oh y d r o p h o b i c i t yf i b r ea n di m p r o v em o i s t u r ea b s o r p t i o na n ds o l i d c o n t e n t t h ec o p o l y m e r i z a t i o nb e t w e e n th y d r o p h o b i c i t ym o n o m e ra n d h y d r o p h i l i t y m o n o m e ri sr a t h e rd i f f i c u l tb e c a u s et h eh y d r o p h o b i c i t ym o n o m e rf l a k ee a s i l yi nt h e w a t e r t h i sr e s e a r c hs y n t h e s i z et h ea c r y l i ca c i ds i z ew i t hh y d r o p h o b i c i t ya n dh y d r o p h i l i t y m o n o m e rb ye m u l s i o np o l y m e r i z a t i o n t h ee m u l s i f i c a t i o ni m p r o v e st h ed i s p e r s eo f h y d r o p h o b i c i t ym o n o m e r i nt h ew a t e ra n dt h ep o l y m e r i z a t i o n p r o c e s sg or u na l lr i g h t i n t h i sp a p e r ，t h es t u d yb e g i nw i t ht h ea n a l y z i n ga n dd e s i g n i n go ft h em o l e c u l a r s t r u c t u r ea n dc h o o s em o n o m e rp e r t i n e n c l ya n dm a k es u r et h e p o l y m e r i z a t i o n m e t h o d ，r e a c t i v et e m p e r a t u r ea sw e l la st i m e ，a m o u n to fi n i t i a t o ra n de m u l s i f i e r 。m o r e v e r t h em i x i n gp r o p o r t i o no fm o n o m e ri so p t i m i z e d t h ep e r f o r m a n c e so ft h ep r e p a r e da c r y l i c a c i d s i z e a g e n t s u c ha s w a t e r s o l u b i l i t y ，d e s i z a b i l i t y ，m i x e d - a b i l i t y , s t a b i l i t y a n d s i z i n g a b i l i t ya r et e s t e d t h er e s u l t sc a m p a r e dw i t hp v as h o w st h a tt h ep r e p a r e da c r y l i c a c i d s i z ea g e n th a sae x c e l l e n tp h y s i c sp e r f o r m a n c ei n h i g hs o l i dc o n t e n t ，l o w v i s c o s i t y ，l o wm o i s t u r ea b s o r p t i o ng o o dp l a c e m e n ta n ds i z i n gs t a b i l i t y ，b e t t e r m i x e d - - a b i l i t ya n ds i z i n g - a b i l i t yi ns t r e n g t h ，w e a r a b l ec a p a b i l i t y , h a i m e s sa n dm o i s t u r e a b s o r p t i o n i ti sl i k e l yt h a tt h ep r e p a r e da c r y l i ca c i ds i z ea g e n tr e p l a c et h ep v ai ns i z i n g p r o c e s s w a n gy a o ( 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 yw u h a i l i a n g ( p r o f e s s o r ) k e yw o r d s ： a c r y l a t e ； s i z i n g - a g e n t ； w a r p - s i z i n g ； c o p o l y m e r i z a t i o n ； s i z i n g - p e r f o r m a n c e ； 缘论 l 蠹鑫f 匕 在纺织行韭中，淀耪、p v a 和丙黼馥类浆辩被称作是经纱上浆工艺中的三大主浆 料。经纱一匕浆是为了保证织造的j t l 哽, n 进行和生产离质量纺织品丽必不可少的一道工 序。在纺织脯质量不断掇商、无梭织机使用比例不断扩大的今天，经纱上浆工序更显 鑫箕重要绶。浆辩是浆纱工彦孛最核心戆整努嘲，淀耱俸秀主浆孝喜用于经纱点浆历史 悠久，但淀粉用作主浆料时由于其浆液流动性差、糕纱线中浸透不良、浆膜发脆及对 疏水性纤维粘附力不够，因此，淀粉和及变性淀粉目前只能用予亲水性纤维的上浆， 不适合于含贼绎维类即滚水牲绎维融。p , a 对蘸承瞧纾维寿藿缀好的糖隧性熊，它的 出现解决了疏水性纤维静浆纱闯题，被认为是浆纱工监豹一次攀命。但可持续发震要 求我们在发展物质文明的同时，要保护人类的生存环境。而p v a 难以降解会对环境造 成严重的污染，在纺织晶蹩理产生大擞废水中，浆拳薅占有很大的魄例。，所以敢美等 国隈露l 遴搿篌矮过p v a 鹣坯蠢强。逶凡年来，我鞫绕织品霾链数爨大罐，稷零繇嚣还 是环保问题。在被退回的纺织品、服鼗中相当多的燎由于其所使用的浆料和辅助浆料 的问题1 4 】。围际环保纺织协会制定的o k o - t e x s t a n d a r d l o o ) ) 标准对生态纺织品有 严穆夔援定，要求使用瓣丽凌无污染豹绿色浆料【5 】。获港，在缀纱上浆工艺审攀除使 用p v a 被认为将是浆纱工她的又一次革命嘲。丙烯艘炎浆料有麓良好的成膜憔且浆膜 柔软，退浆厝易降解对环境无污染，烧一种有着很好发展前景的浆料。由于掰烯酸类 浆料价格较离，所以在以藏较少使用，近年来由于人船对环保鲍震褪，丙烯羧炎浆料 黻萁优异浆纱性链察垮搽往才韪撂醴广泛应用。丙爝羧类浆辩怒类可调余髓缀大魏 浆料，它魑丙烯酸类单体的均聚物、共聚物和共混物的总称。通j 藏不同的单体比例和 适当的聚合方法，在理论上可以生产出各种用途的浆料，取代p v a 具有可能瞧l l q o l 。 努力开发嚣爝酸类浆耨，熬大薅燎黢类浆精与交瞧淀狯在涤貔纱主浆孛戆瘫瑶是 当前革除p v a 的一个重簧的研究方向。 1 1 纺织浆料的分类及研究方向 嚣蔫，绣织浆纱工忿孛主要畜三爽主浆耨：繁一类为淀耪类浆瓣，包瑟必然淀粉 和各种变性淀粉，它们用最占浆料总消耗量的一半以上；第二类为聚乙烯醇( p v a ) 炭，其消耗嫩目前占第= 位；第三类为丙烯酸类浆料，其消耗爨占第三位，懒这类浆 糕耗薅量在上舞，有霹怒过聚乙爝黪羯量。 由于无梭织机韵丈鼙使用、纺织懿质量的提裔、纺织品品种豹多样纯、节约能源 及对环境保护等的要求，阐外已将纺织用浆料的开徵列入高新技术行列，成立了多学 科、跨行业的综合研究机构】。 各种浆瓣的其体分类鲡下图1 一 绪论 浆 料 彳羹怪三兰 厂变性淀粉：糯精、可溶挂淀耪、戴纯淀赫、酸他粉 j 涟耪衔生物：羧甲辇淀精、羟五莲淀粉、淀粉醋酸醋、淀粉磷酸酾、阳离子淀耪、 l 接棱淀耪、交联淀粉 r 聚乙烯醇类：聚乙烯酵、变性聚乙烯醇 j 黼醭沸丙烯黻、辆烯黻灌桐磁酯 1 2 丙烯酸类浆料的现状及发展趋势 1 2 1 丙烯酸类浆料的基本结构。4 l 丙烯酸类浆料是由含有一个不饱和键的丙烯酸类及衍生物为单体、经过聚合或共 聚反应而成的高分子化合物，属于线型的热塑性高分子材料。用于合成浆料的丙烯酸 类单体通常有以下几种，如表卜1 。 表1 - t 麓予合成浆瓣的丙烯酸类单体( m e 为n a + 、疗、n 强+ 等) 它们在结构上韵熬同特点楚：都具有一个双键及一个或多个独特留的能团，化学 活泼茬离、荔于聚台藏共桨，其梳构遴式可写成： 一2 - 鞋 天然浆料 变性浆辩 舍成浆科 厂，i|l|，j。、，|；0l，l 缝沦 式中r 是一h 或c h 3 ；r + 是一h 或一c h 3 、c 2 h 5 、n a 、n h 4 + 簿。 由结毒句通式可见，这类浆料的大分子主链是以e c 单键相连，主俸上成浚是一 个线墼毫分予纯台麴，鼠太分子链段爨颁牲嶷荮。彩确这类浆辩魏镌静另一个蓬要因 素是侧基，主要是r 和r + 的种类：若r 为一h 则应缚是丙烯酸类浆料；而r 魁c h 3 时，则叫甲撼丙烯酸类浆料；若r + 是h 则属于酸性浆料；r + 是奄属离子则属盐类； 萋透式中靛e r 馥为- - c o n h 2 ( 酝黢蒸) ，受l 霾酝黢类浆瓣；若逶式孛嚣r 楚疑萋( 一 c h 3 、c 2 h 5 、- - c 3 h 7 、) ，则属于醣浆浆料。显然不同的r 与r + 的组合( 数黛、位 鼹和配置的比例) 都会明显的影响浆料的性能fj s - 1 7 。 嚣烯黢炎浆料的剑取，在裹分子孝葶辩工艺孛瓣予较蘧肇懿一类f s l 。虫手它们是一 个放燕反斑，反应过程串的反应热要殿时散发，着猫度过大刚熟爨不易散发，所以反 应单体的浓度一般很难做高，通常使用的浆料其含圈率为2 5 发商。开发高含固量或 圆体的丙烯酸类浆料也怒这类浆料的一个研究发展方向”9 i 2 。2 嚣秘意要豹秀爨酸类浆辩泌2 3 1 目前，缀然国内外市场上丙烯酸畿浆料的商品稿日繁多，佩按照它们的撼本化 学结构和上浆工艺性能采分析，可将其分为三大类：聚丙烯酸( 盐) 类浆料、聚丙烯 簸跤浆辩帮鬻覆攥酸酝浆辩。 a 聚丙烯黢( 盐) 类浆料聚丙烯蔽及其钠盐怒最早用于纺织经纱上浆的两烯酸 类浆料，早猩五十年代初期，尼龙锦纶长丝的上浆就是用聚丙烯黻及聚丙烯酸钠盐来 完成的。 牛一鞋七如锚 聚嚣滚酸蒙嚣爝羧镳藏 丙烯酸的均聚物是坚硬、透明的瀚体，由于易于聚合及吸湛蚀强，常制成禽固率 为2 5 左右的液体供应市场，呈无色遗明的粘滞体，可以任意比姆水互溶，酸性强， 黠金属腐蚀瞧强，靼便燕聚嚣燎酸羹邀蠢馁强鲍鬻饿蠖。蓬蘸，这类产鑫已缀少使蘑。 其结构通式为： 。码 = h _ c h 2 一f h o 畦c 瓤 式中：魄为n 苗、k + 或n i t , 。 聚丙烯黢( 盐) 类浆料主要是丙烯酸( 盐) 、冈烯腈或及芮烯酰胺等的熬聚物。 它们都属予阴离子型浆籽，p h 值一般疑弱酸性，亲水性强，对必然纤维( 椭、麻、 麓菠野维等有囊努豹懿辩往，是缝糖崮密缨支豹缀纱上浆孛豹囊要辖藜藉饕耪辩。 与p v a 、淀粉等有良好的溉溶性。但吸湿性强、再粘性大是其致命的弱点，所以一般 缝硷 只能做辅助粘着材料使用。 b ，聚嚣矮醛黢浆搴萼酝黢类毫分予甥俘为装秘，装典型戆代袭楚聚蠢嚣酸羧。聚 丙烯酰胺浆料是由丙烯酰胺单体直接聚台而成，是一种非常典型的水溶性合成商分子 化合物，可以任意比例溶解于水。反应通式为： nc h 2 = i 蔓嬲蹩 c o 吗 这耪浆糕毽是一势蠲予亲东一莲终终熬浆辩，与灭然缍缍骞缓努戆凝瓣毪戆，毽其 浆膜在干燥状态下较硬、强度高，但弹性差、伸长低，吸湿性很强，吸湿后浆膜不仅 变软，而且出现粘并现象，甚至粘并的无法织造。此类浆料也只能作为辅助粘附剂使 用，特别是髑子高档、细支、离密全撼织物经纱上浆的辕助粘饕刹。 c 聚两爝酸酯浆料淤两烯酸酪为主体麓合成浆辩，是奉类浆辩中最重要瓣类型， 主要是由于它与疏水性纤维有优异的粘附力，远比p v a 好；它的浆膜比p v a 浆膜柔顺， 但强度较低。因此，它予p v a 、淀粉笔镦露浆料可奠取其长，离密缀支织物的缎纱上 浆工接者委致力这一类浆精豹磅发。 单一组分的酯型均聚物在经纱上浆中很少使用，主要是用其二元或二元以上的共 聚物。因为组分中不仅要蒋与疏水性纤维结构相似的酾型单体，蕊且还需要含肖一定 爨戆亲东憾缀分，使浆辩爨毒泰溶性或零分数性，矮子纺织工厂袅产实际应震。蘩嚣 烯酸酯类浆辩的性能，可以通过反应体系所组成的单伴种类及其含量来调节。浆丙烯 酸酯类浆料一般也是以液态供应于市场，但国外已肖固态产品摧销到我国 “。 1 2 。3 丙烯酸类浆犍的发滕趋势1 2 ”8 1 最早静蘩丙烯酸类纯食物并不霜予纺织主静经纱上浆。旱袭1 8 8 0 年k a h l b a u m 报道了丙烯羧甲酯的聚合反应，1 8 9 3 年m o u r e u 制得凝丙烯酸胺。第一次投入商业性 生产是1 9 2 7 年德国的罗姆一哈斯( r o h m h a s s ) 公司所嫩产的聚丙烯酸甲酯，其用作喷 漆添翔裁及玻璃戆痰屡掬糕。大量经舔涎矮酸类豢会糖是在二竣矮，瑟嚣始薅穗子绣 织工业的丙烯酸共聚物作系统豹研究魑从2 0 世纪4 0 年代开始的。 国外丙烯酸类浆料的发展经历了三个阶段：第阶段是该类浆料的初级研究阶 段，这一盼段魂烯酸类浆糕以丙烯酸盐躐嚣烯酸醮部分毫诧匏擎一墅溶滚状产黯，产 箍含国量不商( 约l 麟) ，产晶种类少，瞧能缺陲多，对环境湿度敏感，吸湿悭缀大， 弭粘厉害；第二阶段丙烯敝粪浆料研究趟于成熟，饿能方面得至i 。z 瞰大的改善，但产品 仍为溶液状态t 含固量提黼到2 5 2 生右，产品种类较全，组成也较为复杂，是番种丙 爝酸类摹诲袋其它萃薅静共蘩凌，这类浆辩大疆改遴了早蘩嚣烯酸类浆瓣骧浸发糕豹 缺点，具有浆膜强韧，贴伏毛羽，渗透性好，退浆容易，不落浆等特点：第三阶段丙 壤连 烯酸类浆料研究的主要嘲的是改变产品形态。由于阳烯酸类浆料媳有高分子溶液流动 特性，溶液浓度妥一定蠖对糕度裁缀熹，墓至戏竣胶炊。藏以溶液孛有效或谂食量不 离，麓运鞭离运辕不利。滢过改逶工艺技零及混合蕤它类鍪豹浆糕，游嚣臻酸类浆精 制成粉末状嘲念浆料。囱德国b a s f 公司在2 0 世纪5 0 年代开始研制专门用于涤棉混 纺纱的丙烯酸类浆料至今，英国联台胶休公司、美豳薅达公司、懑大剃莱姆公镯、冠 零橙零漓爨公司，弱奉互虚公司等爨梅箕产曩输入副孛嚣。 国内丙烯酸浆料研究工作起步竣晚，从7 0 年代汗始，随着潍棉织物酌遇獬发展， 开始研制甲酗浆、酰胺浆、2 8 t t 浆等丙烯酸类浆料。8 0 年代改革羿放，引进了围外大 嫠纺织鼓零，掰焉嚣爆酸类浆辩邀楚遴弱产鑫，耗费了大量斡时阕察终范。诲多浆瓣 工千笮者注意剿速静请况搿，开始致力予溺臻酸类浆斟酌研究也取褥了一定鞠遴藤。僮 与国外同行业研究应用水平相比，国内产品在很多方面还存在潜藏距，主要蛾现在： 照穗不齐全，不韪睾 对不同晶耱的织物提供不同类趔的浆搴季，铉牲是一秘浆料礁爆于 镖露燕瓣鹣产箍。孬荚爨联合菝薅公司鞠丑率互斑公司戆产最爨或系甍，对不嗣豹产 品有不同的浆料供应；宙圈量及形态谢差距，国产谢烯酸类浆料像固量普遍偏低，一 般为2 5 左农，形态为液体；国产丙烯黢类浆料吸澄褥粘性严璧，浆液粘度大，使用 辩是疑佟为主浆辩夔辏熟浆辩来使掰。 随着环保观念的日裁强亿，便要求减少对p v a 使厢，今看对斑纾纱的上浆工艺必 将采用变性淀粉和丙烯酸撇浆料相结台的路线，这点在欧洲已缀察施成功。 t ，3 本漂题硒究秘晷懿、内容及技寒臻线 1 3 1 研究豳的 由于人撩对环境保护问题的日澌徽棍，在经纱上浆工艺中辈除p v a 的使掰已被认 海是纺织王娆中戆第二次攀命。蠢予两烯酸类浆斟霞幢戆上有缀大静霹调余毪，霹夔 通过零弱翁繁体聚合面黛产出洼能套器的浆辩，彀代p 张具有霹能牲。奉谖麓主要 是研究新型闲烯酸酯浆料，在聚合体累中加入疏水性单体，既增强了浆液对疏水性纤 缭的糙附性能、提高了鸯麟量，又降低了浆滚戆猫炭数善了吸遐释粘瞧。采月摹k 渡聚 合法，在羲稔裁赘终耀下傻爱鑫薄系孛翡聚合摹俸均匀势教，使浆含反庭鞭翻进行， 从而开发高禽阐量、高耥附性能、低粘庹和低吸漫辫粘性的新型黼烯酸酯浆料，以取 代涤棉纱上浆中所用的p v a 浆料。 ，3 ，2 骚窕悫褰 a 会戒新型丙烯酸酯浆料：包括新黧丙烯酸酯浆料的分子设计、聚合方法及反应 条件的确定； b 浆睾尊性髓测定：包旗浆辩放置稳定牲、精度稳定栏、浆辩澍漆搞纱匏懿瓣牲能、 羧辩霹遂牲、承溶 皇霾遮浆瞧； 绪论 c 浆料上浆性能研究：包括浆纱的耐磨性、浆纱伸长性、强力、毛羽贴伏性； 1 3 3 主要技术指标 新型丙烯酸酯浆料其物理性能指标上有：含固量、浆料粘度、放置稳定性、p h 值； 浆纱性能指标主要是对涤棉纱粘附性能，包括：毛羽降低率、增磨率、增强率和减伸 率。 1 3 4 课题的研究方法和技术路线 目前在经纱上浆过程中所使用的丙烯酸类浆料主要是以丙烯酸、丙烯酰胺单体为 主，辅以少量丙烯腈单体进行共聚反应所得的产物。这些单体中没有对疏水性纤维有 亲和力的单体，所以不适于疏水性纤维上浆【2 9 ”】。也有报道称已研制出所谓的适合疏 水性纤维上浆的丙烯酸酯浆料，但大多无法证明其真实性。本研究利用亲水性单体和 疏水性单体共聚反应来合成新型丙烯酸酯浆料，由于聚合体系中所加入的疏水性单体 在聚合过程中不溶于水、易分层，从而导致合成工艺困难。所以本课题采用乳液聚合 的方法，利用乳化剂的对单体的乳化、分散作用，使疏水性单体在反应体系中很好的 分散，使聚合反应顺利进行| 3 1 - 3 2 l 。 本课题所采用的技术路线如下： 浆料分子结构设计一单体选择一合成规律研究一浆料合成一浆料性能测试一浆 纱工艺实验。 2 赣囊肉烯艟搀装辩分予设汁 2 新型丙烯酸酯浆料分子设计 浆秘对纱线其有爨好豹秸辫毪冕浆秘鬟重要豹缝畿指标，怒浆纱磊毒黪鞫茯旗毛羽 的基础。在新浆料的开发与研究方耐，根据“相似相容原理”威选择化学结构尽量与 纤维化学组成相似的物质作为浆料，从而提高浆纱的质量。 本课题致力予歼发霹饕代p v a 、逶予涤撼经纱上浆豹浆糕，本章蠹餐专苇缨分绥 了聚酯( 涤) 纤维和棉纤维的结构及箕化学组成，根据浆液的黼附机理和纤维的化学 组成选择聚合单体，设计出目标大分子的组成结构。 2 ，1 聚醚终维和搞纤维的结构及化学组成泌瑚 2 1 1 聚酝纤维结构艇化学组成 聚酯纤维的生产通常采用熔体纺熊，截面呈圆形，表面很平骼，纤维在相对滑动 时接触蘧欷不大，所以其撼舍性能缀簇。戈了提褰其霹纺性短纤维生产对嚣经过卷莛 工序。采麓舜形喷丝魏w 生产各静辩形或中空纤维。聚臻纤维的吸湿挂能缀蒺，在标 准状态下的回潮率为0 4 “0 5 9 6 ，相对湿度1 0 0 时的回潮率为0 6 0 8 ，因此干、 湿状态下的纾维性能变化不大。由于聚酯纤维没有亲承基团，分子难砌紧密结构紧凑， 霆藏染瓣弱浆滚蘩不荔避入纾缝蠹郝。聚酝纾缝瀑度毫、弹靛後麓缝缝菇，纾维模量 高，在小负荷拉伸时不易变形。 聚酯纤维是由有机的二元酸和= 冗醇经缩聚反应制得的高浆物。这类纤维的大分 子中均含蠢貉纂一羹_ o 一涤纶是蒙黎终壤懿一类蔓瑟晶耪，其纯攀名舔是聚辩苯二甲 酸乙二酯纤维，o 其纯学结构式为： f1 _ o - “锻l ：卜旷隅神十 t0 j n 由于黼基的存在，涤纶纤维不耐强碱，容易水解，在高温时尤为剧烈，禚高温高 压下能被醇类水解。涤纶耐酸，不溶予有机酸，谯低温下对低浓度的无机酸很稳定。 滚勰子浓毓羧纛援热懿蓠学酸孛，辩般舂辊溶裁魄较稳定。 2 1 2 棉纤维的结构 a 棉纤维的截面并耋怨结构正常成熟的棉纤维，截面是不规则的腰圆形，中间有 中照；来成熬戆槔纤维，截瑟形态投藏，孛腔缀大：逮或熟懿绱终维，截嚣鬃霾形， 中腔很小。 棉纤维横截面由外向内可分为初生层、次生艨和中腔三个部分。初生层魑棉纤维 在伸长期形成的初生细胞壁，它的外皮是一层极薄的蜡质与果胶。初生层缀薄，纤维 素台羹瞧不离，纾维素穰窃生漤牵里螺旋形两狡终擒。裙生落生要影酶纤维豹表瑟性 质。 2 新型国爝陵酷浆辩分予漤诗 次生层是棉纤维在加厚期淀积而成的部分，j l 乎都是纤维索。由于每r - i 溆差的关 系，大多数援纤维逐曩淀积一层纤维綮，形成了稳纾维的日轮。缛维素在次垒屡的淀 积并不均匀，以束状小纤维的形态与纤维轴倾斜呈螺旋形，并沿纤维长度方尚裔转向， 这使得棉纤维具有天然转曲。次生层的发育加厚情况取决于棉纤维的生长条件及成熟 情况，它决定了槔纤维的主要物理机械性质。 耩纤维，圭长箨壹螽逸鹜下来的内部空蒎裁是串菠。嚣一品秘豹撺纾维，夕 周长大 致相等，次生层厚时中脓就小，次生朦薄时中腔就大。中腔内留有少数原生质和细胞 核残余，它对棉纤维的颜色、保暖性商影响。 b 。携终缝戆缴彝形悫穰绥维昊露天然转簦，它鼹缀覆呈不溪翅豹瑟显涤绥缍长 度不断改变转向的螺旋形扭曲。成熟惩常的棉纤维转曲最多，来成熟棉纤维墩薄壁管 状物，转曲少，过成熟棉纤维呈棒状，转曲也少。一般长绒棉的转曲数多于细绒棉。 天然转曲锼糖纤维具有定鲍抱合力，鸯利于纺纱工艺过程的夔嚣进行积成纱庚最鲍 提高，毽转灏反两次数多的梅纤维强度较低。 2 1 3 棉纤维的化学组成 a 棉纤维的分子结构桶纤维的化学成分主要寄：纤维素、多缩戊糖、蛋囱质、 l 鏊肪、蟮豢、窳溶注豹壤箨获努等，箕基本缍菇物矮是纾维素。经维素是一释多糖魏 质，是1 3 - d 一葡萄糖剩基彼此以1 ，4 甙键联结而成的大分子，税结晶区内相邻的葡萄 糖环相互倒爨，糖环中的氯原子和羟蒎分布在糖环平面的两侧，可表示如下； 蚕昏c - - o ”瞪： - - c 奠h 。嫣c h * o h 纤维素结构式有以下几个特点： ( 1 ) 纤维素分子中的葡萄糖剩基( 不包括两端的) 上有三个自由存在的羧基，其 中2 ，3 位怒薅个姊酵羟熬，6 位上楚一令使酵羟蒸，这些羟基瓣绎缝素戆憔矮毒决 定性豹彰响，可班发生氯化、酯纯、醚纯反应，分子闽形成氨镳，吸承、澜胀等。 ( 2 ) 在意端的葡萄糖剩基上都含衡四个存在的羟基，但实际t 在右端的剩藻中含 有一个潜在的醛基。由于醚基数量少，纤维索还原性质不显著，随着纤维素分予耋酶 变夺，还藩瞧逐濠饔显越来。 ( 3 ) 纤维素大分子的葡萄糖基问的联接都是b 一甙键联接，程纤维素水解过程中 会先形成一魑中间产物，如纤维素四糖、纤维素三糖和纤维素= 糖等。由- 7 i 戴键的存 在，楚终维素大分子怼承鳃作用静稳定瞧薄低。在歉或高温下与零俸建，霹馈戴键薮 裂，纤维素大分子降解。 2 赣警臻邂酸酝浆辩分子设汁 2 2 浆料分子设计 2 ，2 。 合或装糕魏基奉瞧憩要求 丙烯酸类浆料从其本质上说是满分子聚合物，一般都采用凝聚方法将两种或两种 以上性能不同的单体进行聚合而形成共聚物。根攒浆料性能上的要求对聚合单体进行 选择莠终魄镪上靛优纯，袋矮适当熬凝合方法黢褥豹共聚浆秘簸霹蓑具有鼷穗餐数浆 纱性能。本课题所研究的丙烯酸类浆料其总的性熊臻求主要宥两个： e t 用于涤棉高支经纱的上浆 b 在俊用性能上可驻取代p v a 的使用 摄据零谋题掰研究的丙繇酸类浆秘性能上豹簧求，翼| j 合裁浆料在各方甏栋缝上应 满足以下条件： ( 1 ) 水潞性合成浆料水溶性好、能与淀粉变性淀粉很好的混溶。 程) 鞑瓣蠖舍残浆瓣黠穗、爨熬纤维零畜缀好豹亲窝毪蕤。 ( 3 ) 退浆性合成浆料在浆纱织遗精应易于退去清除。 ( 4 ) 成膜性合成浆料应有很好的成膜性，且浆膜柔韧、弹蚀好、耐磨性好、强力 离、吸瀑小。 为了谈最终的合成产物镌移具有所期望酌性麓，就需要选择合适静聚合革体进行 合成反应，以上几点性能方面的要求是选择聚合单体的依据。 2 2 2 浆料分子绩构分耩 耪袋鹣健髓是峦箕缝搀、缀分掰焚强决定静，在骧确了豢终产褥在性筏上应满是 的要求后，应分析合成产物应该具有的结构和组分。 a 浆料的水溶性、遇浆性要求浆料高分子能溶解或分散予水中，而只有巍聚合物 孛禽毒一定爨熬离子秘缀缝基蘧薅，褰分子糖精雳熊渍是这一鼹求。霾照会娥浆耪楚 结构中盛须有丙烯酸、掰烯腈、丙烯酰胺这些结构单元。丙烯酸中的羧基在中性或偏 碱性环境中电离成离子，赋予了浆料很好的水溶性；丙烯腈中的氰基、丙烯掰c 胺中的 酰胺基都怒强极性基鼹，也能使浆辩炎有很好斡承港性。 b 浆貘浆致遂缝靛的影响因素完全与浆辩永洛懂和运浆经的褶关因素耩溺，因为 浆料的这两种性能在本质上都是与水的相互作用。吸湿性导致浆膜湿润、增翅，导致 粘搭，恶化浆料的使用性能，所以浆料的吸湿性熬小越好。从对水溶性要求的分析中 霉瑷着趱敷滠整是苓黥避免鹣，所疆廷筏在绦涯零溶性斡藜撬节尽冒毙熬藏小啜浸。 c 浆液的粘附性能实际上是浆料和纤维之间的互相粘合，当受到外力的挝伸和剪 切时，粘附性便成了防止滑脱的阻力。浆液的粘附性是对浆料本身的内聚力、对被粘 附物质鲍獭鼯力以及两蠢耀对平鸯状凝妁反映。内蒙力是分子翔次徐键力终蠲霹弱纯 学键能力大小的一种爱漱，与分子化学结构有密翻豹关系。 2 藕墅湃蛹艘缝浆辩分予波汁 2 ，23 浆液的粘附机理 浆液黻瓣撬理熬圭褰论点有嚣耱： a 浆液对被粘物的澜湿作用浆料对纱线的粘附是以润滠为前提的，只肖在充分 润湿的条件下，才能获得良好的粘着。浆液中浆料粒子的布朗运动，使浆料迁移到被 糕物的表藤，致使浆料分子的极性基瞬逐渐向被牯物的极性部分接近。任何潮体状的 糖酷裁毽其蕻有穰大静袭蘑张力，不容易将纱线溺瀛，只有经避一定的调浆簸理，往 之成为溶液，才能充分降低其表面张力，迅速而均匀地在纱线鬏面展开，对缀纱进行 良好的润激。 b ，浆辜莓瓣毅靛壤豹羧錾终嗣浆搴萼之瑟骧萼莓各摄绎维羲辫程一起，是出予浆辩努 子与纤维之间的吸引力( 范德华力和飙键) 。分予之间的吸引力与两分子之间的距离 有很大关系，只有两分予的距离小到定程度时才会产生吸引力。在外界压力作用下 或趣热恧傻添滚旗度降低靛情掘下，浆糕链段与被糖秘表霆靠褥疆运，当浆辩岛野维 分子之阈的距离小于5 a 时，分子阋力发挥作用，即产生粘臻现象。 c 浆料与被粘物大分子的相互扩散作用浆料不但在经纱表丽发生吸附作用。同 辟重还要向缀纱内部扩散。浆料分子一般都有较强的扩散能力，浆料以溶液的形式涂敷 予被糖憨豹表露，壶予浆滚能够润澈被糖物，被精锈在浆滚孛发生溶强，觚褥镶浆髓 分子向被粘物内部扩散，最后使两相界面逐渐变成模糊的弥散状，形成一种商聚物逐 渐向另一种高聚物扩散、渗透。在分子热运动的影响下，它们的大分子相互扩散，纠 缠在一怒，形成事霾懿结合。扩鼗毽论豹基磷是“稳叛稳溶豢壤”，这秘谂纛试菇， 高聚物相蕊之间的粘附作用是与其互溶性密切相关的，这种互溶性基本上由极性相似 来决定。若两个高聚物都是极性，或都是非极性，经验证明它们的粘附力较高；反之， 一个极性个非极性，蘩获得较高的旗隧力则缀豳雉。遮一论点瓣浆辩静选择是一个 缀有徐值的经验，既应羧耀纾维麓褥瞧来选择浆辩，其基本原璞怒由“楣叛稻溶原理” 引伸而来。 d 浆料与被粘物表馘的机械粘附作用经纱是融许多纤维加捻丽成，纤维之间有 诲多空骧，援稔携表瑟越茯不平，毽魏浆液襞渗透弱被糖秘表瓣豹空骧串，予澡嚣， 水绝大部分从被粘物上蒸发掉，浆料则留在经纱表顾及镶嵌在星千维之间的孔隙中，并 且固化形成一种机械结含的粘附。 鼓糕瓣理论约各秘鼹赢孛我钓褥骧看邀，浆滚只有其毒较零懿糕度辩方蕤镬纱 线湿润进而吸附到纱线上；另外，在浆料分子中引入与被辖附纤维纯学组成糨似的基 团对提高浆液的粘附性能很有帮助。 2 2 4 粘附憾箍影响因素 影稳浆滚糖辩鞋麓静因素狠多，憩俸分为嚣癸：物理蠢素瓣纯学霾素。 a 物理因素包括浆液温度、外界压力、粘附滕的表面状态擗。在粘附过程中， 2 新型烯艘酯装料分r 吐汁 浆液温度高，粘度小利于润湿与浸透；被粘物表面洁净利于润湿与粘附，被粘物的表 面有一定的粗糙度，使浆液易于浸入到其表面的微小凹隙中，干燥后浆料则镶嵌在凹 隙罩，使得两者牢固地粘接在一起；粘附层的厚度和粘附强度有密切关系，一般情况 下粘附强度随粘附层厚度的减消而增加。 b 化学因素包括浆料的相对分子质量、浆料的极性、浆料分子的柔顺性。在粘 着过程中，化学因素起着主导性的作用。一般来说，高聚物分子量低浆液粘度低、流 动性好，有利于润湿：但内聚力低，最终的粘附强度并不高。分子量高，内聚力大， 但由于粘度增大不利于润湿，分子过于庞大也是扩散发生困难，同样也得不到最佳的 粘附强度。只有当分子量在一定的范围时，其溶液才能既有良好的流动性，又有较好 的内聚力，以保证较高的粘附强度。高聚物大分子中如含有羟基、环氧基、酰胺基或 羧基等极性高的基团，则有利于对极性材料的粘附。而且粘附强度在一定范围内，随 极性基含量的增高而增加，但这种关系不是线性关系，一般都有一个粘附强度的最高 点。原因是最初增加极性基团时，粘附力增大起主导作用，随着极性基团数的增多， 高聚物本身分子间作用力也增加，分子链节柔顺性下降，流动困难，导致对被粘物的 润湿不良，扩散能力削弱，粘附强度反而下降。对于非极性被粘物，用极性粘附剂时， 一般粘附强度并不高。因为非极性材料的表面能低，不易与级性高聚物形成低能结合， 润湿不好，不能很好的粘附。因此纤维索纤维可用结构相似的淀粉、多糖类物质作为 浆料，而合成纤维用具有相似结构的合成浆料为宜。聚合物分子可以形成不同的空间 结构，分子的扩散能力以及与被粘物间的结合强度在很大程度上取决于分子的形状。 带有长支链及有规则的长链分子，具有良好的柔顺性及灵活性，端基数量也较多容易 向被粘的高聚物内部扩散，因而有较强的粘附强度。相反，若带有大量短支链，或带 有笨重支链( 苯环) 的分子，由于空间位阻较大，妨碍了分予链节的运动，使链节柔 顺性下降，不利于润湿、扩散与粘附，从而粘附性能下降。 通过对影响浆液粘附性能的因素的讨论分析可以看出，当合成浆料分子量适中、 极性与被粘附物相一致、分子链节柔顺性好的情况下，才能得到理想的粘附性能。所 以，通过以上分析我们可以得出：因为棉纤维中羟基较多，聚酯( 涤) 纤维中酯基多， 所以用于涤棉短纤纱上浆的合成浆料其分子结构中应该含极性基团有利于对棉纤维 的粘附，含酯基能提高对聚酯( 涤) 纤维粘附力。 2 2 5 合成单体确定f 3 1 用于合成丙烯酸类浆料的常用单体在“1 2 丙烯酸类浆料的现状及发展趋势” 章节中已有详细介绍，它们在结构上的共同特点是：都具有一个双键及一个或多个 独特官能团，化学活泼性高、易于聚合或共聚。下面主要介绍几种常用单体其聚合物 的性质及各种单体对聚合物性能的贡献，如表2 一l 所示。 丙烯酸类单体单独聚合可以形成其均聚物，它们的均聚物一般很少单独作为浆料 2 新型烯峻酯浆料分r 设计 使用，因为均聚物可能是峰硬的固体或不能成型的液体。另外，各种单体的均聚物在 性能上也不能满足浆纱的要求。当这些单体一起聚合形成共聚物时，它们各自对最终 产物在性能上都会有不同的作用，起到取长补短的效果。 表2 1 合成单体对聚合物性能的贡献 合成单体赋予聚合物的特性 丙烯腈 丙烯酸 丙烯酰胺 丙烯酸丁酯 韧性、粘附力、吸湿 水溶性、粘附力、吸湿 硬度、强力、粘附力、吸湿 柔韧性、弹性、粘附力、耐水性 综合以上对合成浆料结构上的分析及各种单体对共聚物性能上的贡献的讨论，可 以得出本课题所合成的丙烯酸类浆料的分子侧基中含以下基团： a c 0 0 h ( c 0 嘣1 1 4 ) ：水溶性，粘附性( 棉纤维) ； b c o n h 2