（纺织材料与纺织品设计专业论文）水溶上浆技术的开发与研究.pdf

摘要 在提倡环境保护、节约能源的今天，现浆纱工序中存在的浆料污染、能耗和物耗大、 调浆工艺繁琐以及浆纱工艺不易控制等问题显得日益突出。本课题研究了一种利用水溶 性p v a 纤维代替浆料用于经纱上浆的新型水溶上浆方法。与传统上浆工序相比，该方法 避开了的调浆过程，简化了上浆工序，并对环境不产生污染。 本课题研究的主要内容是将棉型水溶性p v a 短纤维与棉纤维，经过梳棉、制条、粗 纱、细纱的纺纱工序后，制成三种水溶性p v a 含量不同的混纺纱。又通过环锭细纱机将 水溶性p v a 包覆于棉纱上，制成水溶性p v a 包覆棉芯的包芯纱。将这四种不同水溶性p v a 含量的混纺纱和包芯纱，在正交试验方案确定的十六种不同搭配的工艺及设备条件下， 经过浆槽中的热水，完成经纱上浆的工序。通过对这种新型水溶上浆后的纱线各主要性 能指标，即断裂强力、断裂伸长率、纱线毛羽、耐磨性能以及纱线横截面上浆情况的测 试和分析，并与同等细度的棉纱进行对比。再应用统计分析的方法，对各种性能指标的 测量值进行方差分析，确定影响不同性能指标的显著因子及最优水平搭配。最后综合考 虑不同成纱方式和不同性能指标的最优水平搭配，获得两种水溶上浆的最优工艺和设备 条件，即水溶性p v a 含量为5 6 3 5 和2 2 3 0 、水温为9 8 、速度为3 0 m m i n 、加压为 5 n c m 、烘燥温度为1 0 0 、浴比为3 0 、涂抹方式为铁片夹持涂抹。在此工艺下，可以使 部分溶解的p v a 纤维粘结棉纤维起到增强、伏贴毛羽以及提高纱线耐磨的作用，最终 达到代替传统上浆工序的目的。 将最优条件下的水溶上浆纱线在小样织机试织，观察到经纱开口清晰、断头少、纱 线新增毛羽少，织造过程顺利，样布布面光洁。因此，这种新型的水溶上浆纱线是完全 能够满足后续织造工序的要求，并进一步验证了此新型水溶上浆方法是可行的。 关键字：水溶性p v a 纤维；新型水溶上浆；混纺纱；包芯纱；因素；水平 a b s t r a c 鼍s t o d a y ，a tt h es i t u a t i o no fp r o t e c t i n ge n v i r o n m e n ta n ds a v i n ge n e r g y ，t h e r ea r em a n y p r o b l e m se x i s t i n gi nt h ep r o c e s so fw a r p i n gs i z i n 譬s i z i n gp o l l u t i o n ，ag r e a tu s a g eo fe n e r g y a n dm a t e r i a l ，t e d i o u so p e r a t i o n ，d i 援c u l tc o n t r o lo fs l a s h i n g e t c ，w h i c ha r es e e mt ob e i n c r e a s i n g l yo u t s t a n d i n g i nt h i sp a p e r , w ei n v e s t i g a t e dan o v e ls i z i n gp r o c e s su s i n g w a t e r s o l u b l ep v a ( p o l y v i n y la l c o h 0 1 ) f i b e r ，w h i c hc o u l dt a k et h ep l a c eo ft h ep r e s e n t w a r p i n gs i z i n gp r o c e s s i nc o n t r a s tt ot h et r a d i t i o n a ls i z i n g , t h en e wm e t h o d ，w h i c hd o e sn o t p r o d u c ep o l l u t i o nt oe n v i r o n m e n t 。a v o i d st h es i z i n gm a k i n ga n ds i m p l i f i e s 攮es i z i n gp r o c e s s m a i nc o n t e n t so ft l l i st h e s i si sa sf o l l o w e d a f t e rt h eo p e r a t i o no fc a r d i n g c o m b i n g f i n i s h e rd r a w i n g ，r o y i n ga n ds p i r m i n g ，b l e n d e dy a r nm a d eb yw a t e r - s o l u b l ep v af i b e ra n d c o t t o nf i b e re x i s t e dt h r e ed i f f e r e n tp r o p o r t i o n so f p 嘲m e a n w h i l e 。c o r e - s p t my a r nw a sm a x l e b yr i n gs p i n n i n gf l a m e ，w h i c hi n v o l v e sac o r eo fc o t t o ny a m 谢啦ac o v e r i n go fp v a 秘e r a c c o r d i n gt ot h ee x p e r i m e n t a lp r o j e c tu s i n go r t h o g o n a ld e s i g n ，w h i c ht h ec o n d i t i o n so f 氆e t e c h n i c sa n dt h ee q u i p m e n tw e r ec o n s o c i a t e dt os i x t e e ne x p e r i m e n t s ，t h ef o u rk i n d so fy a r n p a s s e db yt h eh o tw a t e rw i t h i ns i z eb o xa n da c c o m p l i s h e dt h ep r o c e s so fs i z i n g t h c a ， t h r o u l g lt h et e s t s o ft h ei m p o r t a n tg u i d e l i n e s ，n a m e l y , s t r e n g t h ，e l o n g a t i o n ，h a i r i n e s s ， r e s i s t a n c e 毫。a t t r i t i o na n d 氇er e s u l to ft h ec r o s ss e c t i o no fy a m 。w em a ya n a l y s e st h e m e a s u r e dv a l u eo fe v e r yk i n do ff u n c t i o ni n d i c e s a n dc o n t r a s tt oe q u i v a l e n tc o t t o ny a r n i n t h e e n d ，a p p l y i l l g s t a t i s t i c a l a p p r o a c h e s ，w e c o u l do b t a i nt h ev a l u e so ft e s t so f b e t w e e n - s u b j e c t se f f e c t s a sar e s u l t ，m a r k e df a c t o r sa n da r r a n g e m e n to fo p t i m u ml e v e l s c o u l db ec o n f i r m e d ，f i n a l l y ，c o n s i d e r i n ga l lk i r i d so fc o n d i t i o n s ，w ea s e e r t a i nt h eo p t i m u m n o v e ls i z i n gp r o c e s s ，t h a ti s ，t h ep r o p o r t i o no fw a t e r - s o l u b l ep v ao n5 6 ，3 5 a n d2 2 3 0 ， w a t e rt e m p e r a t u r e0 n9 8 c ，v e l o c i t yo n3 0 m m i n ，p r e s s u r eo fs q u e e z er o l lo n5 n c m ，d r y i n g t e m p e r a t u r eo n1 0 0 ，t h ew e i g h tr a t eo fw a t e ra n dy a r no n3 0 ，t h ed i s p o s e dt y p eo fw e t w a r p sw i hs 把e lc l i p s 。i nt h i sp r o c e s s t h ec o t t o nf i b e rw a sc o h e r e dw i t hs o m es o l u b i l i z e d p v at or e d u c eh a i r i n e s sa n di m p r o v es t r e n g t ha n dr e s i s t a n c et oa t t r i t i o n ，a l lm a d ei tp o s s i b l e t h a tt h en e wm e t h o dc o u l dr e p l a c et h et r a d i t i o n a lw a r ps i z i n gm e t h o d s l a s h e dy a m sw i t ho p t i m u mc o n d i t i o n sw e r ew e a v e di ns m a l lt y p eo fw e a v i n gm a c h i n e i tc o u l db es e e nt h a tt h es h e d d i n go p e n e dc l e a r l y f e wb r e a k i n gy a r na n dl i t t l ei n c r e a s e dh a i r y m a d et h ew e a v i n gp r o c e s sf a v o u r a b l e 。t bs a m p l eo ft h ec l o t hw a sn e 魏差w et h e r e f o r e c o n c l u d e dt h a ty a r n sh a n d l e db yn e ws i z i n gm e t h o dc o u l dc o m p l e t e l yr e a c ht h er e q u e s t so f w e a v i n gp r o c e s s i tc o u l df u r t h e rm a k ec o n c l u s i o n 也a tt h eh o v e ls i z i n gp r o c e s su s i n g w a t e r - s o l u b l ep v af i b e rm a yb ef e a s i b l e k e yw o r d s ：w a t e r - s o l u b l ep v af i b e r ；n e wt y p eo fw a t e r - s o l u b l es i z i n g ；b l e n d e dy a m c o r e * s p u ny a m ；f a c t o r ；l e v e l 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和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研冗成果，也不包含为获得丞洼工些太堂或其他教育机构的学位或 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了谢意。 学位论文作者签名：夕奎理b 签字日期：抽悔，工月：8 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解丞洼王业盍堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权丞洼王些盘堂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，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学 校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：唇燕- l -导师签名：。、户j 签字r 期：硼v 年f 1 月2 鲁日签字日期：z 一冱年。月彩1i q 学位论文的主要创新点 一、利用新型水溶性聚乙烯醇( 水溶性p v a ) 的棉型纤维与棉纤维经过梳棉、 制条、粗纱、细纱的纺纱工序后，制成混纺纱和水溶性p v a 包缠棉芯 的包缠纱，在浆槽中过热水，通过溶解的p v a 纤维，一部分被覆在经 纱的表面起到伏贴毛羽的作用，另一部分浸透到经纱的内部起到增强 的作用，以代替传统上浆工序，使得棉经纱上浆后完全能够满足后续 织造工序的要求，代替了传统的棉经纱上浆的浆料，达到上浆的要求。 同时省去煮浆、调浆的繁琐工序，不仅能节约能量、降低成本、减少 能量和物料消耗，而且工艺简单易行，也避免了浆纱工序对环境的污 染，有利于保护环境，并能真正做到经纱上浆过程绿色环保。 二、根据正交试验数据对新型上浆纱线各项性能的影响因素进行方差分析， 确定显著因素，并通过对比分析得到显著因素对纱线各项的影响程度， 最终确定了新型水溶上浆的最优工艺条件，从而获得水溶上浆的最优 工艺条件。 第一章绪论 1 1 环境与浆纱污染 第一章绪论 进入新的世纪。环境保护越来越受到人类的重视，经济的发展不能以牺牲环境为代 价。为了净化我们生存的环境，必须减少环境污染。纺织工业所造成的污染也同样不容 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。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。其中退浆造成的污染占有相当大 的比重，超过5 0 f ”。退浆废水的主要成分是浆料，即浆纱的污染源是浆料。 浆纱使用的浆料主要有三大类，分别是淀粉、p v a 和丙烯酸类浆料。淀粉对天然纤 维粘附性良好，价格低廉，来源广泛；另一突出优点是与环境的亲和性较好，较易生物 降解，对环境污染较其它化学浆料低。但其上浆性能不能令人满意，还需要用各种辅助 浆料加以弥补。现在淀粉在浆料中的用量已达到7 0 。p v a 是一种性能优良的浆料，它 的应用解决了浆纱中出现的许多问题。然而，它的致命弱点是它的化学需氧量很高，对 环境污染大，不易降解，需9 0 0 天才能完全降解。p v a 的用量约在2 0 左右。丙烯酸类 浆料对合成纤维的粘附性优良，但有着吸湿再粘性的缺点，虽然对环境的污染较p v a 小，但较淀粉对环境的污染大，也有一定的环境污染。当前所用的三大浆料中，p v a 和 丙烯酸类浆料均有不同程度的污染，为了保证浆纱的质量，浆纱又不得不应用它们，尤 其是p v a ，虽然它的污染性得到大家的共识，然而，由于其优良的上浆性能，目前又不 可缺少【l 】。 1 2 水溶性p v h 在纺织加工中的应用 水溶性聚乙烯醇【2 l ( 即水溶性p 、，a ，p o y v i n y la l c o h 0 1 ) ，也称水溶性维纶，其化学 分子式在碳原子的柔性主链上有许多亲水性的羟基，使得它具有优良的水溶性和高亲水 吸湿性。1 9 2 4 年首先由德国的赫门( h e r r m a n n ) 和海赫耳( h a e h n e l ) 把聚醋酸乙烯酯 醇解制得。最初被开发出来的p v a 纤维是利用它能溶于水的特点，在德国试制成医用 手术用纱和外科缝合线。在第二次世界大战中，美国等国家用p v a 纤维制得敷设水雷 用的降落伞。在五十年代，日本开始对p v a 纤维水溶性使用价值方面作进一步研究， 近二十年又有了新的突破和发展，开发了性能更加优良的新型水溶性纤维。 水溶性p v a 不仅具有理想的水溶温度、强度和伸度，有良好的耐酸、耐碱、耐干 热性能，而且溶于水后无味、无毒，水溶液呈无色透明状，在较短的时间内能自然分解， 对环境不产生任何污染，是百分之百的绿色环保产品。由于水溶性p v a 的独特性能， 第一章绪论 使得它在纺织、农业、医疗卫生、军事、造纸等许多领域均有应用。 目前国内生产的水溶性p v a 水溶温度都在7 0 ( 2 9 0 。c 左右。日本可乐丽公司制造出 来的新型易水溶性纤维，有溶解温度分别为5 c 、5 0 和8 0 三大类。 1 2 1 在纱线中应用 1 无捻棉纱【3 l 【4 1 用可溶性p v a 纤维与棉纤维进行包缠或平行纺纱，再将包缠在棉纱 外的可溶性p v a 纤维去除，即可获得无捻纱。也可以先将棉纤维和水溶性纤维分别成 纱，再将它们并捻成股线，并且合捻线捻向与棉纱相反，捻度与棉纱相同，在退纬后， 棉纤维呈单纤、无捻或弱捻状态，获得手感松软、结构蓬松的无捻纱。 2 中空棉纱可乐丽公司和可乐纺公司共同开发的“可乐纶k - i i ”水溶性纤维的中空棉 纱取得了成功，并用“s p i n a i r ”的商品名开始销售。 1 2 2 在织物中的应用 1 水溶性p v a 与羊毛混纺嘲 羊毛精纺织物因具有纹路清晰、弹性适中、手感滑糯、光泽柔和、保暖性好等特点， 被广泛作为秋冬季高档服装面科。但由于其面料厚重密实，一直不能满足人们夏季穿着 的需要。要生产轻薄型羊毛织物，过去一般采用两种方法。一是采用细支羊毛纺高支纱 生产。由于细支羊毛价格昂贵，对纺纱设备性能要求也高，因此增加了纺纱成本，降低 了企业效益。二是采用单经单纬生产。但单纱强力低，织造过程中断头增多，降低了生 产效率。 1 9 9 7 年4 月，国际羊毛局与日本可乐丽公司合作利用新型水溶性p v a 纤维k 一1 i 在 常温下水溶的优异性能向世界羊毛工业推出了“羊毛聚乙烯醇”的羊毛制造技术，开 创了低成本高品质纯毛面料新纪元。它利用支数不很高的羊毛与1 0 一2 0 水溶性p v a 纤维混纺，经纺纱、织造制成坯布后，再在后整理过程中除去p v a 纤维，从而制得高 支、轻薄的高档纯毛面料。这种方法纺制的轻薄面料在织物的蓬松性、透气性、保暖性 以及吸水快干性等方面都优于普通毛织物。并且，不需要引进设备或进行设备改造，不 仅可以用低价原料生产高档次的产品，大大降低了生产成本，而且在很大程度上提高了 产品的附加值，为企业创造了可观的经济效益。 2 水溶性p v a 与羊绒羊毛混纺 近年来，毛纺面料的发展呈现“原料多元化、结构轻薄化、风格潮流化、使用功能 化”的趋势。水溶性纤维伴纺山羊绒羊毛开发高支超薄葱料【6 】也成为水溶性p v a 纤维新 的应用领域。所获得的织物纱线条干均匀、纹路清晰、手感柔滑，羊绒特点得以尽显。 同时由于与羊毛混纺，弹性和耐用性优于纯羊绒产品。该产品不仅具有羊绒产品的特点， 而且在弹性、悬垂性、蓬松性方面更为突出，是l 羊绒羊毛混纺产品中的精品，有很高 的实用价值。水溶性纤维伴纺山羊绒羊毛开发高支超薄面料不仅提高了纺纱和织造效 率，使纵物更罹高档，而且扩展，山羊绒的使用范畴，大幅度地降低了产品的单位成本， 使其具有更广阔的发展前景和良好的经济效益。 3 在棉织物中的应用 利用水溶性纤维与棉混纺p 】，再在织物后整理中用退维的方法扑发棉高支纱织物， 既可提高效率和成纱质量，又可节约成本，同时混纺纱退维后，纱线内部f h j 隙和毛细孔 隙增多增大，从而可提高织物的透气性，并且出于捻度的降低而使纱线松软、结构蓬松， 织物手感更柔和、更轻薄、更轻盈、悬垂性得到进一步提高，面荆既吸湿又透气，衣着 更舒适。 水溶性p v a 纤维与棉混纺生产的弱捻或无捻毛巾，即克服了传统毛巾生产中为使 毛经纱具有足够强度使毛巾纱具有较大捻度，而使得纱线结构较紧密，造成毛巾织物吸 水性差、手感粗硬的缺点，使毛巾织物吸湿性更强手感更柔软使用时有舒适感和温 暖感，并减少了对皮肤的摩擦。 4 在麻织物中的应用 苎麻纤维具有散热快、强度高、吸湿性好等优异性能，苎麻织物是优良的夏季衣料。 但苎麻一般仅纺2 8 t e x 左右( 3 0 4 0 公支) ，晟优质的原麻，也只能纺到2 0 t e x ( 5 0 公支左右) 。 而夏季衣料要求织物薄，麻纱细度应迭1 6 1 e x ( 6 0 公支) 以下。采用水溶性维纶伴纺，而 后再退去维纶，即可达到纺制高支麻纱的目的，以此充分发挥麻纺织物的优势口】。 1 2 3 在浆纱中的应用 传统的麻纱是采用淀粉或者淀粉与聚乙稀醇混合浆在浆纱机上进行上浆方法中。由 于麻纱有较高的断裂强度、较小的断裂伸长，纱身硬挺，长毛羽比例大，上浆的主要目 的是伏贴毛羽但上浆效果并不理想，长毛羽没有全部伏贴，织造中断头率仍很高。因 此其利用水溶性纤维开发出一种麻纱上浆的新方法。将水溶性维纶包缠于纱线表面，将 其置于一定温度的水中。纱线表面形成一层完整的粘着层，起到传统上浆的作用。该方 法上浆后麻纱毛羽明显减少，毛羽伏贴率高，麻纱表面性能大大改观，强伸度也有所提 高，为织造创造了极有利条件。 利用一种低溶解温度的水溶性p v a 长丝进行经纱上浆，上浆方法足将浆料长丝p v a 与经纱制成台股线，使浆料长丝p v a 在温水中溶解，其上浆状态为一部分浆料被覆在经 纱的表面，一部分浆料浸透到经纱的内部，起上浆作用。这种新型的利用低溶解温度的 水溶性p v a 长丝上浆方法及其在生产中的可行性已经过了充分的论证【1 0 【“】。 第一窜缋娩 1 2 4 水溶i 生p v a 及其在纺织) j o t 中成用的发展 一种新型的篱收缩隶溶瞧缝纶”翻，它怒利簏高收缩变澎怪处瑾的长丝，在直接箍断 成祭后经过精缡、无结头捻接络筒而制成商收缩水溶性维纶纱，既具有水溶性，又麒有 高收缩性，在常温水中无张力自然状态的商收缩水溶性维纶纱收缩率可达5 0 ，在8 0 - 9 0 豹窳哥完全溶磐。可蠲它生产起终、起绫、镂窆等褰搂绥物。还可班将承涤瞧 p v a 与聚酯、聚乙烯、聚丙烯等制成复合纤维经过拉仲处理后，蒋用水洗去除p v a ， 以狡得0 1 t e x 以下的超细纤维。将水溶性p v a 纤维与羊毛纤维交织，制成成品后，溶 去p v a 纤维，可褥到薄型的姻凸形织物。窳溶瞧p v a 纤维还可竭于缝纺，生产水溶纱， 作生产轻薄涤端织物的辅韵零毒辩；或与其它纤维混纺，褥承溶往p v a 溶去看，形成烂 花织物【”1 。 + 3 本溧戆的疆究目的翔意义 浆纱工序是传统纺织生产加工中能耗、物耗最集中的部门，传统上浆方法煮浆、调 浆辩鬻长，隶、怒、汽游耗大，嚣显工艺繁璞、浆纱工笼不爨燕裁。 同时为解捩浆纱污染的问题，当前主瑟采用生物降解、沉淀、回收等方法。其中 超滤回收相对予其他方法虽肖定的先进性和有效性，然而它也只烧一种理想化的方 法，存在着诸多缺陷，难以辫决浆纱污染蝴题。 本谍题磺究的霹的稻意义在于环保要求霞益捷离浆今天，需要开发一萃孛薪登鹣上浆 方法，以解决现在浆纱工序中存在能耗、物耗大、工艺繁琐、浆纱工慧不易控制以及浆 料污染等各种闯题。利用水溶性p v a 的棉烈纤维代替传统的棉经纱上浆的浆料，可省 去煮浆、调浆豹繁璞工痔，不饺l 节约裁爨、耩羝残本、减少戆量羁甥辩溪裁，纛嚣工 艺简单易行，同时也避免了浆纱工序对环境的污染，有利于保护环境，并能真正做到经 纱上浆过程绿俄环保。 1 霹本课题磷究的内容 剩用水溶j 矬p 、a 对经纱上浆，在已有的棚关文献中提剡：谢剑薄等1 9 铡角求溶性p v a 纾维开发密一静靡纱上浆静耨方法。戳及陈建傣等砖】【l 1 潮瘸一释低漆群温度豹永溶毪 p v a 长丝进行缀纱上浆。本课题研究的是利用溶解温度为8 04 c 的棉型水溶性p v a 纤维用 于棉纱的新型上浆。 本漂题豹内容主要受三裙分： 第一部分鼹水溶性p v a 短纤维与棉纤维三种不同眈例的混纺纱和水溶性p v a 纤维包 4 第一章绪论 覆棉芯的包芯纱的制备。 第二部分是将这四种不同水溶性p v a 含量的混纺纱和包芯纱，通过正交试验方案， 确定不同的工艺及设备条件，进行纱线的水溶上浆。对这种新型水溶上浆后的纱线各主 要性能指标进行测试和分析，并与同等的棉纱进行对比。同时应用统计分析方法对各种 性能指标的测量值进行方差分析，确定显著因子和最优水平搭配，从而获得应用水溶性 p v a 进行水溶上浆的最佳工艺和设备条件。 第三部分是将最佳工艺和设备条件下的水溶上浆纱线进行主要性能指标的测试，并 与常规上浆的棉纱进行比较。同时对最优条件下的水溶上浆纱进行上机可织性的分析。 第二章水溶性p v a 纤维的结构特征和制需方法 第二章水溶性p v a 纤维的结构特征和制备方法 2 1水溶性纤维p v a 纤维的结构特征 p 、，a 的化学分式为七h 一畦：从化学结构上看，p v a 似乎是由乙烯醇单体聚 合而成，但由于乙烯醇分子中同一碳原子上既有双键，又有羟基，极不稳定，很快转成 乙醛，因此，单独的乙烯醇不能存在。聚乙烯醇通常由聚醋酸乙烯醇解而得。工业上制 备p v a 的方法是把聚醋酸乙烯的甲醇溶液，用少量烧碱作为接触剂制成，其化学反应 式如下： 七c h l 9 i 子。+ n c h 3 0 h n a o h4 = c u 2 c h 弓_ 。+ n c h 3 c o o c h 3 o o c c h 3 占h l n a o h 聚醋酸乙烯甲醇pva c h s c o o n a + c h 3 0 h 影响水溶性p v a 溶解性能最重要的因素是p v a 本身的化学结构( 一次结构) 和水 溶性纤维在制造过程中所形成的纤维结构( 二次结构) 。后者强烈依赖于制造时的加工 工艺。 2 1 1p v a 的聚合度( d p ) p v a 的d p 与其水溶性关系见图2 - 1 。随着d p 的增加，纤维疏水性增加，水溶温度 相应提高。这是由于聚合度高，分子间引力大，要克服分子间的引力，均匀分散在水分 子之间就显得困难。所以，采用低d p 的p v a 进行纺丝，可得到水溶温度较低的纤维。 但d p 降低，可纺性变差【1 5 l 。 图2 - 1p v a 聚合度与水溶温度的关系 第二章水溶性p v a 纤维的结构特征和制备方法 2 1 2p v a i 雏j 醇解度 p v a 的醇解度是指醋酸乙烯酯中的醋酸基( c h 3 c o o 一) 被醇羟基( 一o h ) 置换的程 度，以克分子百分数( m 0 1 ) 来表示，而残存醋酸基的含量则为( 1 - 醇解度) 。 p v a 的醇解度对纤维水溶性的影响较复杂，图2 - 2 列出了聚合度为1 7 0 0 p v a 的溶 解度与醇解度的关系。醇解度大于9 9 m 0 1 的纺丝型p v a ，加热到9 0 以上才开始溶解： 醇解度为9 7 9 8 m 0 1 的p v a 在8 0 时即开始溶解；醇解度为8 5 8 8 m 0 1 的p v a 在冷水 或热水的所有条件下都能顺利溶解。如果疏水性醋酸基含量过多，羟基必然减少，显然 也会降低p v a 亲水性。醇解度为8 0 7 5 m 0 1 的p v a ，虽可溶解于冷水，但在热水中有 析出沉淀的倾向；更低酵解度的p v a 呈非水溶性；醇解度为8 5 8 8 m 0 1 的p v a ，水溶 性好的原因是少量醋酸残基的存在，削弱了p v a 大分子之间氢键缔合，自由羟基数多， 水分子易于渗入到p v a 大分子之间而溶剂化。 2 1 3p v a i 斡改性 x v 捌 赡 蜷 募瓣塞f 噩o l k ， 圈2 - 2p v a 溶解度与醇解度关系 蛰遽p v a 懿骞鞍态鹣聚合发耱酵解发，分予瓣秘势子是形疫大爨氢键，耱理交袋 点多，密度高，导致p v a 纤维结晶度高，不利于水分子的渗入。若提高水溶性必须减 弱大分子阕的亲合力，荚一般方法骞两耪：降低羟基含量；增搬羟基闻豹距离 1 5 】。 1 共聚改性 引入共聚组分，改变p v a 分子链的化学结构j f 秘舰整度，骅低p v a 分子阈、分子内 羟基俸鞠，可大大提离箕永溶性。细将醋酸乙烯酯等乙烯醮炎萃体和熬有麓产生羧酸及 内乙酪环的单体( 如丙烯酰胺) 熟聚得到乙烯酯类聚合物，在醇或二甲基亚砜( d m s o ) 滚滚中皂纯，褥翻致毪p v a ， 2 后反应改性 利羯蒙台发秘醇姆发定豹p v a 与甲鏊琢烯黢系纯会物在碱性条 孛下避行逛竞尔 加成反应，充分反应后程碱性条件下进行部分或完众水解，得到羧酸改性p v a 。 彳 第二市水 l = f 性p v a 纤维的结构特征和制备方垃 3 共混改性 p v a 类聚合物是典型的水溶性聚合物，由于分子内羟基的作用，大分子链之间具有 很强的相互作用，其熔点接近其热分解温度，一般说来无法使之熔融而又不产生分解， 为了能够将其熔融模塑，可通过添加增塑剂的共混方式对p v a 进行作用。 4 制造工艺 原料p v a 化学结构对纤维的水溶性有很大影响，但是制造工艺及由此形成纤维结 构( 即分子的聚集态，二次结构) ，从某种意义上来说，对纤维的水溶性具有更大的影 响。 纺制工艺中最为重要的是拉伸和热处理工艺。拉伸工序是合纤加工中最重要的工 序，是纤维结构形成的重要阶段。在拉伸时，p v a 高分子在拉伸应力的作用下沿纤维轴 取向，分子链相互靠拢，彼此吸引，通过相邻分子间羟基形成强有力的氢键而砌入晶格， 使结晶度增加。常规p v a 纤维经拉伸后其结晶度可达4 0 。而热处理过程中，纤维结 构发生重排，产生致密化效应，结晶度大为增加，可达到6 0 之上。进入晶格的羟基， 受到严重束缚，已降低亲水作用。因此，要尽可能降低纤维结构的有序性，要求低倍拉 伸和温和的热处理，以兼顾纤维水溶性和物理性能，特别是其中纤维的形状稳定性。 2 2 水溶性p v a 纤维的制备方法 2 2 1 湿法纺丝 将p v a 水溶液喷入高浓度n a 2 s 0 4 溶液中，凝固了的纤维在湿热条件下牵伸、干燥， 再经干热牵伸，并加以热处理而制得。此法的优点是产量高、成本低，使用改性p v a ， 也有利于普通p v a 在原液中改性。其缺点是加工难度大，有n a 2 s 0 4 进入纤维表面，难 以生产不含n a z s 0 4 盐而能溶于8 0 以下水中的p v a 纤维，且因凝固溶液中直接除去溶 剂而使得纤维表面及内部结构出现不规则缺陷，强度受到了限制。 我国多采用湿法纺丝工艺生产水溶性纤维，由于此法难度大，目前也只能生产出水溶 温度在7 0 一9 0 。c 的水溶纤维，其它的物理性能有待进一步提高。如上海石化维纶厂已 研制开发出水溶温度为7 0 5 c 的水溶性p v a ：四j i l 维尼纶厂也生产出水溶温度为8 0 5 的水溶性p v a 。 2 2 2 干法纺丝 将高浓度的p v a 纤维溶液喷入热空气中，使溶剂蒸发而凝固成丝，再经过干热牵 伸、热处理而得到。此法的优点是纺丝工艺简单，直于生产多品种的水溶性长丝，特别 第二章水浒件p v a 纤维的结构特征和制需方法 适宜生产常温水溶性纤维。然而此法有纤维丝束纤度低、产量低、成本高等不足。 2 2 3 熔融和半熔融纺丝 加一定量的水使p v a 增塑，而后在不很高的温度( 1 2 0 ( 2 1 5 0 。c ) 下使其成为半熔 化状态，以很大的压力从喷丝头中压出，接着在空气中冷却凝固。这种方法用于纺制单 丝或复丝，但至今未见工业生产中有很大规模的应用。 2 2 4 硼酸凝胶纺丝 已添加了硼酸的p v a 凝胶液，被挤入n a o h 和n a 2 s 0 4 溶液中进行成型、交联。交 联的纤维在湿热条件下牵伸、中和、水洗、干燥、干热牵伸、热处理而制得。这种纤维 的交联可使水溶性p v a 纤维在中等湿度的大气中其有较好的稳定性，而在水中将很快 发生水解而脱开，因此对其水溶性不发生影响。 2 2 5 冷冻胶纺丝 日本可乐丽公司最新开发的新型冷冻胶纺丝方法是用溶解性相当好的有机溶剂溶 解p v a 作为纺丝原液，从喷丝孔挤入有机溶剂的凝固液中，迅速冷却成凝胶状，使得 原液细流在溶剂中被除去之前即形成稳定的结构，凝固后的纤维具有均一的圆形截面结 构。这种方法可得到低醇解度、高强力、低收缩、不易发生胶粘的p v a 纤维。该方法 的特点是在整个流程中无水存在，所用的溶剂及凝固剂等都是有机溶剂，且溶剂具有较 宽的高聚物溶解能力，故同一生产工艺可生产不同种类的高聚物。整个工艺流程是在一 个封闭的系统中完成，在此体系中溶液被完全回收循环利用，无废液排出，不污染环境。 可乐丽公司已使用此法成功地生产了新型水溶性p v a 纤维k 1 i ，其水溶温度在o 一1 0 0 ，同时还具有可生物降解性、耐碱性、耐压耐热性、高强度、低收缩性、高阻燃性和 易于原纤化等性能。 2 3 水溶性p v a 纤维的水溶机理 水溶性p v a 纤维的溶解【1 4 】过程包括膨润和溶解分散两大过程。将水溶性p v a 纤维 放在一定温度的热水中，随着水温的提高，纤维逐步膨润，随之产生收缩。当水温继续 提高，纤维轴方向达到最大收缩率时，纤维就被溶断成胶状片断，进一步提高水温或延 长处理时间，则p v a 就以分子形式溶解分散而称为均匀的溶液。 纤维的膨润可看作组成纤维的高分子与溶剂的结合，即由溶剂化产生的局部溶解。 第二二章水浒排p v a 纤维的结构特征和制需方法 纤维膨润时，溶剂渗入非晶区，纤维方向的伸度小，而纤维径向的尺寸增大较大，膨润 时一般呈现各向异性。 一般化学结构相似的物质，易相互溶解，这一性能可用溶剂与高分子的溶解参数( 6 ) 接近时，混合热( z h t - i m ) 变小、混合熵增加的现象来解释。聚乙烯醇的6 为1 2 6 ，水的 6 为2 3 4 ，两者6 数值极不相同，单独从溶解度参数角度看，p v a 不溶于水，但聚乙烯 醇与水之间有强烈的氢键作用，对溶解有利。另外，聚乙烯醇具有柔性脂肪链，其溶解 混合熵值增大，从a g m = z k l - i m t s m 中看出，当h m 为负值( 防热系统) ，z a s m 越大，对 溶解越有利，所以聚乙烯醇这种具有柔性脂肪链的高聚物较易溶解于水，升高温度， t s m 增大，高聚物易溶解。 溶解时非晶区首先溶剂化引起膨润再溶解，晶区的溶解通过增加非晶区内超亲水性 基团，如酰胺基、羧酸基团等极性基团，增加非晶区的渗透压，同时，超亲水基团引入 降低结晶性，从而改善纤维水溶温度。通过逐步升温溶解，或进行纤维超拉伸，将晶区 内的大颗粒晶粒破碎为小颗粒晶粒，使水分子易渗入晶区内部，逐步溶解。 棼三章承游牲p v a 与撼混纺纱和氇苍纱瓣捌蚕 鼙墨睾永溶性p v a 与檬混纺纱翻毯芯纱的制备 3 1水溶性p v a 纤维的技术撰标及纤维的永溶燃实验 3 1 1 水溶性p v a 纤维的技术指标 零漾题使蠲的承溶性p v a 纤维是壶因臻维尼绘厂提供的稀整承溶镶p v a 纤维 弼l ， 纤维长度为3 5 4 0t o n i ，溶解温度为8 0 c 。 表3 - 18 0 水溶蚀p v a 纤维的童要性能 顼霹攒标 水溶温度 纤维长度m m 细度d t e x 蘩裂强变g d 伸度 卷曲i n 公定回潮率 髫酸瞧 耐碱性 耐其磨化学药品性 耐溶铡性 辩予热赣 抗藏、抗霉性 8 0 + _ 3 3 5 - 4 0 1 7 1 。8 4 m 4 。5 1 5 2 0 3 5 左右 5 1 0 的簸骏光影魂 3 0 的虢酸无影嚷 5 0 的苛性钠无影响 良好 不溶于般的溶剂 2 1 0 较诬 优蘸 3 ， ，2 瘩溶瞧p 娃纤维豹拳溶性实验 1 嶷验目的 初步了解水滚性p v a 纤维鹣溶勰性能及溶解君的状态。 2 实验臻糕 8 0 。c 水溶性p v a 纤维。 3 实验仪器 淹熬潼涅承浚镌、魏条天乎、y 8 0 2 墅，麓藿漫焱麓、浇蓼、玻璃捺、湛凄诗。 第三奄水溶性p v a1 j 棉混纺纱和包芯纱的制需 4 实验过程 将水溶性p v a 纤维各5 9 放入水温分别是7 0 、7 5 和8 0 c 的恒温5 5 0 m l 热水中， 充分搅拌一分钟后用过滤网将液体中的物质滤出。 5 实验结果与分析 7 0 。c 热水中的p v a 纤维只有部分纤维溶解，大部分纤维未溶解，溶后液体稍浑浊， 过滤物为白色纤维。7 5 热水中的p v a 纤维基本上全部溶胀，没有纤维状存在，溶后 液体为浑浊，有絮状悬浮体；过滤后物质呈半透明胶状，有一定的粘性。p v a 纤维在 8 0 。c 热水中即刻便溶解，此时液体为乳白色，有少量透明悬浮体。 将7 0 。c 热水中过滤物烘干后为白色纤维状，手感稍硬，纤维之间相互粘连；7 5 。c 热 水中过滤物烘干后呈透明膜状，该膜具有一定的弹性和强力。因此初步断定，水溶性 p v a 纤维可用于经纱上浆的使用。 3 2 水溶性p v a 纤维棉纤维混纺和包芯纱的制备 3 2 1 水溶性p v a 纤维棉纤维混纺纱的制备 水溶性p v a 纤维由实验窳经以下工序制成瓶格为3 0 1 2 9 s i n ( 干薰) p v a 条。 p v a 纤维梳棉( a 1 8 6 b ) _ 卜并条混合( a 2 7 2 c ) 犒条为外购糟梳棉条，原楠配比为：地产棉( 骤棉手搬长度3 0 3 1 m m ) 3 7 ，地产椭( 原 撩等薤长痍2 9 3 0 m m ) 5 1 ，美褥( 蘸穗手接长浚2 9 m m ) 1 2 。穰条褒穆必1 9 。5 9 薅l 珏( 予踅) 。 混纺比的确定；旦堕：堡兰鼠 矿n ，“g 。 式孛e 一臻绥缝子重匿努魄 矿- p v a 纤维干重百分比 月，一棉条根数 撑。望、狻条缀数 骱一棉条5 m 千重 g 。呻v a 条5 氆手重 p v a 条支两次并条混合( a 2 7 2 c ) * 弛# ( f a 4 0 1 ) _ + 细纱( a s 5 l l a 试验机) 棉条 分别剁褥三种不同水溶性p v a 否分禽爨的试样，试榉1 纱线号数平均值为：1 6 。8 t e x ； 试榉2 纱线号数平均僮为：1 7 1 t e x ；试释3 纱线号数乎鳓傻为：2 1r e x ( 蚕品种试群测量 第三带痰溶犍p v a j 撼混纺纱秘包罄纱麴巷l 蒜 值误差均在2 5 ) 。各品种纱的捻系数为3 8 0 。 3 。2 。2 零溶性p ￥a 糖混纺纱混纺毙静测试 1 试验目的 确定承溶性p v a 摈混纺纱线的实际水滚性p v a 的含爨及p v a 完全溶瓣螽纱线号数。 2 试验奉| 辩 水溶性p v a 棉混纺粗纱 3 试验仪器及试剂 y 3 0 1 条粳溺长器、链条天擎、y 8 0 2 黧，k 篷毽漫烘簸、烧嚣、玻璃褡、遗度诗，滤 布、电炉，i g 1 2 试剂。 4 试验方法 先涛碘1 2 6 9 嵬放入碘化镩2 竟2 0 毫升熬溶液中，霁稀释为1 0 0 惑羚的溶渡，镲l 成 标壤试液。在前瓣纤维溶解试验中发瑗，哭赘承温速至g 零溶往p v a 终绥豹溶解潺发8 0 ，p v a 纤维的溶解速度较快，考虑到p v a 混纺于粗纱中，因此。设计的水溶性p v a 棉混纺粗纱的溶解温度为9 5 1 0 0 的热水。 走将三个混纺纱磊穆翡獠纱，每鑫秘淹糗棼取4 令4 瓷样品，在滋麓肉溪擎0 分镑， 取出称重，放回，1 5 分钟后再称，直至重爨不发生变忧，记录千重数据。把称好的试样 分别鼹于9 5 ，1 0 0 的热水，边搅拌促进溶解，5 分钟后，避滤、漂洗，在滴入标准试液 不变藏色螽，过滤、烘于、称瀵。 5 试验结采霸分耩 测得水溶性p v a 在混纺纱中的比例为：试样i4 0 4 ；试样i i1 4 1 0 ；试 样h i2 2 3 0 。 纱线号数p v a 含量棉含量 li l 项目 ( t e x )( )( ) ( t e x ) ( n e ) 试样l 1 6 84 0 49 5 9 61 6 13 6 试样2 t 7 。l1 4 1 08 5 。9 01 4 ，74 0 试祥3 2 1 o2 2 3 07 7 7 01 6 33 6 注：i 表示水溶性p v a 完全溶解后棉纱号数； h 表示水溶憾p v a 完全溶解后棉纱支数。 试稃工艺诗繁鬟褥拳溶毪m v a g l 混绣纱鹣湿统毙与蜜嚣溺褥潺绕魄之藏麴蓑器掰 能怒由于在纺制过程中机械设餐、工艺、搽作等误差造成，使得纱线中实际水溶性p v a 的含照和水溶性p v a 完全溶解后棉纱号数与设计不宪愈一致，有定的差异，以寓际 测褥承溶性p v a 含量为准。 第三章水讶= f 性p v a 0 棉混纺纱和包芯纱的制桥 3 2 3 水溶性p v a 纤维棉纤维包芯纱的制备 水溶性p v a 棉包芯纱所用芯纱为外购4 0 3 棉纱，原棉配比为：地产棉( 原棉手扯长度 3 0 3 1 r a m ) 3 7 ，地产棉( 原棉手扯长度2 9 3 0 m m ) 5 1 ，美棉( 原棉手扯长度2 9 m m ) 1 2 。 外包纤维为水溶性p v a 纤维。 水溶性p v a 棉包芯纱在环锭细纱机上制得。在环锭细纱机上纺制包芯纱时，4 0 8 棉 纱通过导纱器后，不经过牵伸区，直接经集合器喂入前罗拉。包覆的水溶性p v a 纤