（纺织工程专业论文）纯棉高密纯棉品种新型聚丙烯酸类浆料的合成研究.pdf

y ，3 0 1 1 8 摘要 浆纱作为棉纺织生产的一个关键工序，是关系到整个产品质量、效率的重中 之重。从整个棉纺织技术的发展状况看，浆纱是一个瓶颈环节，而浆料是对浆纱 影响中非常重要的因素。目前在生产使用、销售中的浆料名称各种各样，但主浆 料还是由淀粉、聚乙烯醇类、聚丙烯酸类组成，它们之间的配合使用是根据各自 的特点和所服务的品种来决定的。原淀粉或变性淀粉的大分子链上带有羟基，对 棉纤维有较好的亲和力，所以对于一般纯棉品种，淀粉类浆料基本上能满足生产 需要。当产品的密度增大时，经纱之间、经纱和综丝及钢筘之间的反复摩擦迅速 增加，淀粉类浆料的缺点和不足开始显现出来：由于淀粉分子量很大，带有大量 羟基，因而浆膜脆硬，伸长率不大，在反复摩擦中易从经纱上脱落，达不到织造 要求。这时，在浆料配方中必须加入p v a 聚乙烯醇类，来提高浆膜的强力和伸 长率，改善浆膜的耐磨性和柔韧性。但是由于p v a 分子链排列规整，内聚力很 大，当经纱从烘房出来进行干分绞时，被撕开的往往不是附着在经纱之间的浆膜， 而是经纱和浆膜间的分离，部分纱线毛羽被扯出来，这样浆纱应当赋予经纱的满 足织造的功能远远没有达到要求；从环保角度看，由于p v a 的排放，在自然环 境中很难降解，因而被国际社会限制甚至禁止使用。丙烯酸类浆料由于选配的单 体不同而品种差异较大，但相比p v a 而言，丙烯酸类浆料的生物降解性远远好 于p v a ，而仅次于淀粉类浆料。丙烯酸类浆料可供选择的单体较多，因而可以 从分子结构上进行调整赋予丙烯酸类浆料某些特定的性能。目前，国内生产丙烯 酸类浆料的企业多为中小型企业，而国内大型化工企业却不生产，致使目前丙烯 酸类浆料的品种较少，质量参差不齐，远远不能满足国内纺织行业的需求。 本课题是为了在纯棉特细号高密品种的浆纱中能解决出现的一些问题，先从 丙烯酸类分子结构的设计分析开始，对丙烯酸类单体的性能和特点进行研究和选 配，通过具体实验寻找软性单体和硬性单体搭配的最佳结合比例，克服以往丙烯 酸类浆料共同的特点“再粘性”和浆膜强力不高而只能作为“助剂”使用的情况， 另外对丙烯酸类浆料合成工艺的影响参数如聚合温度、加液方法、搅拌速度、引 发剂的浓度等作细致分析和优化实验，以提高丙烯酸类浆料的品质。让新型丙烯 酸类浆料在纯棉特细号高密品种的织造中作为主浆料使用，弥补淀粉类浆料和 p v a 的不足，提高纯棉特细号高密品种的生产质量和效率，更好地为浆纱和织 造服务： 关键词：纯棉特细高密经纱上浆丙烯酸类浆料单体共聚 s t u d y i n go nc o m p o u n d i n g o f n e w a c r y l i cs i z i n ga g e n tt o s p e c i a lt h i ne n d a n dh i 曲d e n s i t yc o u o nt e x t i l e a b s t r a c t s i z i n gp r o c e s si sac r i t i c a lp r o c e s si nc o t t o nw e a v ep r o d u c t i o n ，i ti sv e r yi m p o r t a n t f o rq u a l i t ya n de f f i c i e n c yo f w h o l ep r o d u c t s i z i n gi sab o t t l e n e c kl i n k ，t h i n k i n gf r o mt h e p o i n to fp r o g r e s so fc o t t o nw g a v ct e c h n o l o g y s i z i n ga g e n ti so n eo fm o s ti m p o r t a n t i n f l u e n c ef a c t o r si ns i z i n g n o w , t h e r ea r es om a n yk i n d so fn a m e so fs i z i n ga g e n ti n s e l l i n ga n du s i n g , b u tt h em a i ns i z i n ga g e n t sa r cs t i l ls t a r c h 、p v a a n da c r y l i cs i z i n g a g e n t ，t h er e l a t i o nb e t w e e nt h e ma r ed e c i d e db yt h e i rc h a r a c t e r i s t i ca n dt h eo b j e c tt h e y w i l ls e r v i c e t h e r ea r es om a n yh y d r o x y l st h a th a v eg o o da f f i n i t yt oc o t t o nf i b e r si nb i g c h a i n so fm o l e c u l e so fr a ws t a r c ha n dd e n a t u r e ds t a r c h t h a r e f o r er a ws t a r c ha n d d e n a t u r e ds t a r c hc a nm e e tt h en e e d so fp r o d u c t i o no fc o m m o nc o t t o nt e x t i l et y p e t h e s h o r t c o m i n go fr a ws t a r c ha n dd e n a t u r e ds t a r c hb e g i n sr e v e a l i n gb e c a u s et h a tt h e m o l e c u l a rm a s so fs t a r c hi sr e l a t i v e l yb i gw i t hm a n yh y d r o x y l s ，s ow h o s ef i l mi s c o m p a r a t i v e l yh a r da n df r a g i l ew i t h o u th i g hs t r e t c hw h e nt h ew a r pd e n s i t yi n c r e a s e sa n d t h ef r i c t i o nf r o my a m sb e t w e e ny a m sa n dy a r n sb e t w e e nh a r n e s s e sa n ds t e e lr e e d si sa l s o i n c r e a s e s ，w h o s ef i l mw i l lf a l la w a yf r o mw a r p s ，s ot h a tt h ea c t i o no fs i z i n gd o e sn o t a c h i e v e n o ww em u s ta d ds o m ep v at oi m p r o v et h es t r e n g t ha n ds t r e t c h 、t h e w e a r - r e s i s t a n ta n dp l i a n to ft h ef i l mo fs i z i n g b u tt h es i z e dw a r p sf r o mt h ed r y e ri s d i f f i c u l tt os e p a r a t eb e c a u s et h em o l e c u l a rc h a i n so f p v aa r r a n g es or e g u l a ra n dc o h e s i v e f o r c ei sv e r yb i g ，t h es e p a r a t e ds e c t i o ni sn o tb e t w e e nt h ef i l ms t i c k i n gt ot h ew a r p sb u t b e t w e e nt h es i z e dw a r p sa n df i l m s os o m ev e r yf i n ef i b e r ss t r e t c ho u tf r o mw a r p s t h e n t h ef u n c t i o ng i v i n gb ys i z i n go nw a r p sd o e sn o ts a t i s f yt h en e e d so fw e a v i n g f r o mt h e a n g l eo fv i e wo fe n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n ，p v ai sn o td e c o m p o s e de a s i l yi nn a t u r e e n v i r o n m e n ta f t e rb e i n gd r a i n e do f ff r o mp l a n t s s op v ai sr e s t r i c t e dt ou s eb y i n t e r n a t i o n a ls o c i e t y t h ed i f f e r e n c eo fk i n d so fa c r y l i cs i z ea g e n ti sr e l a t i v e l yb i gd u e t ot h ed i v e r s i t yo fi n g r e d i e n tc o m p o s e db yd i f f e r e n tm o n o m e r sa n dd i f f e r e n tp r o p o r t i o n w i t ht h er e g a r dt op v a ，t h ed e c o m p o s i t i o no fa c r y l i cs i z ea g e n ti se a s e rt h a np v ab u t o n l yd i f f i c u l tt h a ns t a r c h a c r y l i cs i z ea g e n tc a nb eb e s t o w e ds o m ew a n t e dp r o p e r t yb y r e g u l a t i n gt h es t r u c t u r eo ft h em o l e c u l a rc h a i n so w i n gt ot h em o r ef r e ec h o i c eo f m o n o m e r s a tp r e s e n t ，a l lk i n d so fa c r y l i cs i z ea g e n ti sm a d eb yl i t t l ea n dm i d d l e f a c t o r i e sa n dt h eb i gc h e m i c a lp l a n t sd on o tp r o d u c ti n n e rl a n d s ot h eq u a l i t yo fa c r y l i c s i z ea g e n ti st h eg o o da n dt h eb a di n t e r m i n g l e dt h et y p eo fa c r y l i cs i z ea g e n ti s c o m p a r a t i v e l yf e w t h ea c r y l i cs i z ea g e n td o e sn o ts a t i s f yt h ed e m a n d so ft h ec o t t o n t e x t i l em i l li nd o m e s t i cm a r k e t i nt h i sp a p e r , t h ea i mi st or e s o l v et h ep r o b l e m si nt h es i z i n go f h i g hc o u n t sa n dh i g h d e n s i t yc o t t o nt e x t i l e f r o md e s i g n i n gt h em o l e c u l a rs t r u c t u r eo fa c r y l i c ，b ya n a l y z i n g t h ep e c u l i a r i t yo fa c r y l i cm o n o m e r sa n dc a r r y i n gs e l e c t i n g ，t h r o u g ht h ec o n c r e t e e x p e d m e n t st of i n do u tt h es u i t a b l ec o m b i n a t i o n a lp o i n to fs o rm o n o m e r sa n dh a r d m o n o m e r s ，t oo v e r c o m et h ec o m m o ns h o r t c o m i n g a g a i ns t i c k i n e s s o fa c r y l i cs i z e a g e n tf i l m t or e s o l v et h ep r o b l e mt h a ti tu s e do n l y 龉“a u x i l i a r y ”b e c a u s eo fi t sp o o r s t r e n g t ho ft h ef i l m i na d d i t i o n , b ym e a n so fm e t i c u l o u sa n a l y z i n ga n do p t i m i z i n gt h e e x p e r i m e n to fp a r a m e t e r st h a ti n f l u e n c et h ea c r y l i cc o m p o u n dt e c h n o l o g ys u c ha st h e t o m p e m t u mo fp o l y m e r i z a t i o n , t h em e t h o do fa d d i n gl i q u i d ，t h ev e l o c i t yo fs t i r , t h e d e n s i t yo fi n i t i a m ra n ds oo n l e tt h en e wt y p ea c r y l i cs i z ea g e n ta p p l yi nt h eh i g h c o u n t sa n dh i g hd e n s i t yc o t t o nt o x t i l es i z i n ga sm a i ns i z i n ga g e n t m a k eu pt h ew e a k n e s s o fp v aa n ds t a r c hs i z i n ga g e n t i tc a nr a i s et h eq u a l i t ya n de f f i c i e n c yo ft h eh i g hc o u n t s a n dl l i g hd e n s i t yc o t t o nt e x t i l ep r o d u c t i o n i tc a ns e r v et h en e e d so fs i z i n ga n dw e a v i n g m o r eg o o d f a nf e i ( 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 uh a i l i a n g ( p r o f e s s o r ) a n dl i uj 0 i a n g ( s e n i o re n g i n e e r ) k e yw o r d s ：s p e c i a l - t h i n - e n da n dh i g h - d e n s i t yc o t t o nt e x t i l e w a r p - s i z i n g a c r y l i c a c i d - s i z i n g - a g e n t m o n o m e r s - e o p o l y m e r i z i n g l 绪论 1绪论 在现代日常生活中，人们对衣着、家用纺织懿髓蔫经济和技术的发展越来越 感受至i 高质量，良好舒适憔的纯稀高支商密品种的突出优越性，尤其戳箕真丝般 的外观，柔软、顺滑的手感，良好的吸湿透气性使它在纺织品市场中地位不断提 离。它暖成为一种概念：代表着辩尚、商档、箭邋和生活质量。豳此，棉纺织行 业中对商支高密纯棉品种的开发也就如火如荼。业内一些大型企业就把此类产品 捧为拳头产品，落至戬诧衡量一个企韭鹃警产技术管理髓力。然黹，在壤产过程 中，生产难度很大，费时赞人费力，生产效率不离，造成生产成本很高。丽作为 织遥工穿中的浆纱，它静影响也就显得充为重要。茸前作为高支离密经纱上浆的 浆料，大部分仍采用的是变性淀粉、p v a 嗣丙烯酸类浆料等主浆料。变性淀粉采 用天然原瓣，价梅较低，生耪鬻解性鳋，绿色环傺，能够形成一定强度的浆膜， 对纱线具有一定的渗透和粘着力，因此仍然是作为主浆料的必然选择，键由于其 分子量丈，分子率含有大麓羟基，造成浆膜较程糙，臆硬、强力不赢，缺芝柔韧 和伸长性，因此必须和p v a 、丙烯皴类浆料等配合使用。p v a 虽然能形成强力高， 柔软整、成貘毪好静浆瑛，秸着力较高，毽由予箕肉聚力离，分子链闻太媲整， 取向度好，并相甄间易形成氢键。因此，猩浆纱予分绞时浆膜和缀纱之间的撕裂 重，产生丈量惫羽，辩缀造及稚藩风穰澎镌稷犬；在环凝保护方面，p v a 分子 规楚，结构稳定，退浆排放之后不易降解。p v a 废水的b o d 和c o d 值均超出国家 和鏊际鞣准，对繇凌污染严重，不符合黧际环保绩缀协会铡定懿 o k o t e x s t a n d a r d 一1 0 0 标准的严格规定。因此我们的纺织品囊进入欧、美等 发达善家瓣泰场，就要想办法开发舞髓取代p v a 豹环傈囊浆瓣。骚麓满足上述要 求，目前普遍认为能取代p v a 的浆料有丙烯酸类袋料，丙烯酸类浆料生物降解性 蘸好，在窜染器鼗巾，淀粉浆辩对露染污零豹危害程度定为2 级，聚丙烯羧酯浆 料定位3 级，p v a 定为4 级“3 。某些西欧锌国家禁止含p v a 浆料的坯布入境。这 骜情嚣黎说秀彀筏p v a 浆糕瓣选撵与开发逡在藩髓。露烯羧类浆瓣作秀圭体浆辩 在纯棉高支高密产品的开发和应用上，因单体的选择要考虑和亲水性纤维的作 臻，嚣燎毅类褒攀体瓣逡撵蓑要占大多数，绩栗浆貘慧存在有蔽瀑瞧太、褥旗程 强，浆液粘度大等缺点，不能代替p v a 大爨使用。但丙烯酸类浆料由于可选择的 攀髂较多，毒疆戆蕈律；蘩较挂萃抟，选择余蘧较大，嚣覆疆豁禳弦所藏务黪其体 对歙作相威地选配，生产出可以大量取代p v a 的新型丙烯歉类浆料。 1 1 本企建对浆料的实际使用情况 陕毯风轮纺织毅傍公司是由琢嚣j 溅糠一厂罄发剖立起来豹，骞较悠久豹 棉纺织产晶生产历史，目前产品涉及范围从纯棉中号纱品种到特绷号4 4 8 t e x ，经 1 缝谚 终纱总密度最大碍及1 8 7 4 根t o c m ，产熬档次较嵩，基本囱欧美朔日本出口，几 乎常年商订单。为了这魏客户的产品，我们十分谨慎( 目前暂时还未掇出p v a 的使用瓣题) 。以此主浆料仍然嫩三太郝分组成：淀耪类，聚乙烯醇类，聚嚣烯 酸类。淀粉类包括原淀粉、酯化淀粉、氧化交联淀粉，聚己烯醇类包括：p v a l7 9 9 、 p v a 2 0 5 、p v a l 0 0 等，助潮类包括池黪、抗静电潮、平游剂、水溶性蜡簿。其中 变性淀粉类每月的使用纛约为3 0 吨，聚已烯醇粪约为2 0 3 0 喃，聚丙烯酸类约 为2 0 吨。 1 2 本众业的纯棉高支高密批品种的生产情况 金簸献上 鎏纪丸幸零健秘嚣始拯蠹生产缝稳? 。2 9 t e x 及淡下鹃爵辩，铁嚣穗、 纺纱、络纱一直剿准备织布工序。在纺纱工序生产进行褥较顺利，设备及工艺流 赣秀：臻港锈联一穰拣祝一势条壤一獠缪辊一维纱极一鑫魂终麓橇。套壤生产 指标基本上达到了国家棉纱标准的一等级品。当生产滋入准备工序后，整经机 楚营嗣袋耀嚣零丸缸接朱戆套裁整经橇，经纱张力控铡在5 2 0 9 摄，车速程 3 0 0 7 0 0 转分，整经断头在1 5 根( 酉根万米) 以下，生产较正常。浆纱机 袋蔫祖巍c 3 4 0 联桨稽浆纱辍，羧镊湿发在9 s 黻上，燃房渥寝农l o o 1 1 5 之间，雁浆辊压力为8 k n 5 米和2 0 3 2 l ( n 6 0 米左右，拖引辊张力为2 k n 左右， 袋龌嚣主瓣法，车速蓑铡在4 0 米分戳下。经过长麓生产实戥，我髓发瑷在魏参 数设定下，对纯棉高支离密品种的生产较为理想。但浆料的配方对浆纱擞产及好 搴鎏率影旗缀丈。缓枣工廖采霹海疆骢熬系列囔气毒机，只要浆辘蒡黏、咬头、 倒头少，车速不超过4 0 0 转分，开车就没什么问题，引纬系统问题不大。 1 3 浆纱中浆糕配方情嚣 对于7 3 t e x 以下的纯棉特细高密品种，我们考虑到由于经纱纱号很细，在 浆纱串蕊避免两种情况渤现：第一，浆袋不能脆硬，登矮柔锯、光淆，磷茭l 浆纱 谯织造中易产生脆断现敷，所以浆料配方中变性淀粉含爨不能太多，应邋当增大 纯学浆料成分。第二，程浆缪跌镞房出来进行予分绞辩，撅袭蕊象不能太严重， 谮则产生大量毛羽，不但降低了浆纱豹耐磨性和张力，而且大量奄羽被带入布面， 严重影响实秘多 溪质蠢，掰戳p v a 在浆液酶含蠢不麓太多，茏葵是p v a l 7 9 9 ，皮 适当增火丙烯酸类浆料的用量。 鏊予潋主两释考虑，当我稻把秀潘酸类浆辩蠡孽雳蠢璜黯一穰孵，发瑰浆纱蔟 擞有很大提高，好轴率由3 7 左右上升刘4 3 左农。到布场进行织造时，个别机 螽豹停缝片区域斑现浆纱篝精嚣象，鑫梳经纱聚头豹藤新现象蠡然减少，餐磨繇 断头有所增加。由于浆料本身的这些缺陷，时常困扰着浆纱工艺设计，阻碍了生 产豹遴步发震。 1 绪论 通过对目前国内市场上销售的聚丙烯酸类浆料的使用情况看，效果不是十分 满意，丙烯酸类浆料的再粘性大、浆膜耐磨性、强力不高的不足亟待改进，方可 满足企业在纯棉高支高密品种生产时的需要，提高产品的效率和质量。 1 4 聚丙烯酸类浆料的发展”3 1 最早用于纺织类经纱上浆的丙烯酸类浆料是聚丙烯酸及钠盐，在上世纪五十 年代初期，丙烯酸及丙烯酸钠盐就用于锦纶长丝的上浆。这类丙烯酸的p h 值在 2 3 之间，对金属有较强的腐蚀性，现在这类产品以很少使用。七十年代末，八 十年代初聚丙烯酸类浆料的开发中，西德汉高公司推出的有c b 、c r 浆料；英国 联合胶体公司的v i c o l p c 浆料：美国的a z t e x 浆料都曾与我国有关地区进行技术 交流和应用试验，这些聚丙烯酸类浆料，由于它们吸湿性较高，易粘连，且价格 昂贵，而未能推广采用。近年来，英国联合胶体公司的v i c o l 系列浆料( r 、t 、 v l 型等) ，德国的c e 浆科，美国的西达浆料以及我国台湾佶丽公司生产的a d 浆料等也陆续进入我国浆料市场，其性能较过去有了很大的提高，受到了我国纺 织界人士的关注。七十年代初，由于涤棉织物的迅猛发展带动了聚丙烯酸类浆 料的研制开发，先后研制出聚丙烯酸甲酯( p m a ) 浆料、聚丙烯酰胺( p a a m ) 浆料， 以及醋酸乙烯酯和丙烯酰胺共聚物浆料( 2 8 # 浆料) 。虽然p m a 浆料和p a a m 浆 料分别对涤和棉具有良好的粘着力，但都存在着吸湿性高，再粘性大。含固量低 及耐磨性不够理想等缺点，已不能适应纺织产品的发展和高速无梭织机对浆料质 量的要求。作为纺织浆料使用的丙烯酸类浆料第一阶段产品含固量很低，一般在 8 1 4 之间，流动性差，调浆使用很不方便，主要包括聚丙烯酸甲酯( p a m ) ，聚 丙烯酰胺( p a a m ) ，醋酸乙烯酯与丙烯酰胺共聚浆料( 2 8 # ) 。这代浆料由于含水量 较高，给运输存贮，容器包装，搬运等带来极大的不便和增加了流通费用及性能 方面的不完善，已属淘汰产品。第二阶段，丙烯酸类共聚物浆料的出现，含固量 提高，一般超过2 0 ，性能得到很大方面的改善，粘度较低，流动性增加，产品 种类也有很大发展，与p v a 浆料，淀粉配合使用基本上可以满足目前纺织厂生 产的各种织物的上浆工艺要求。如台湾生产的a d 浆料，澳大利亚宝华来公司的 4 1 1 8 胶水，国产的j f b 胶水、3 1 8 胶水等。第三阶段的发展主要是改变了丙烯酸 类浆料的产品形态，出现了固体丙烯酸类浆料，这类产品多为粉末状或颗粒状， 不但运输方便，费用减少，而且在使用加料时非常方便。目前产品有美国西达公 司，英国联合胶体公司，德国b s f 公司，意大利莱姆公司，日本松本油脂公司， 上海立明公司，青岛开达公司等的产品。 目前的国内丙烯酸类浆料产品，品种不齐全，往往是一种浆料应用于所有品 种，没有产品的系列化，不能针对不同品种的织物使用不同类型的聚丙烯酸类浆 料，而且大部分产品含固量偏低，粘度大，吸湿再粘性严重，固体类产品有较刺 l 缝论 爨豹气昧。 国外产品虽然质量和使用水平比国内先进，但是价格昂贵，不利于醑前国内 纺织企蛾大露积使用，艨以国内的丙烯酸类浆料的开发研制有非常大的发展空 间。 l 。5 本课题研究的昼的、内容秘技术路线 1 5 1 研究目的 舍藏掰墼懿斑瓣酸炎浆孝季，激我筑穗寒支毒密鑫秘上豹p v a ，骞效渡善浆骥 性能。 1 5 2 研究海窑 1 ) 包括新粼丙烯酸类浆辩的分子设计、聚合方法、反应条件的确宠。 2 ) 浆料性能的测寇：包括浆料粘魔稳定性，浆料对棉纱的粘附往能，浆料 吸濑性，水溶性，邋浆性，成膜性。 3 ) 浆料上浆性能研究：包括浆料的增强率，减伸率，毛羽贴伏性。 1 5 3 主鬟装术蠼麓 新型丙烯酸类浆料在性能上对纯棉黼支纱有很好的粘附性，浆膜细腻、光滑， 弹性好，吸滠磊粘往小，取代p 张，有簸壤减少干分绞醣遣饔秀难。 1 5 。4 课黻妁研究方法和技术路线 目前在纯棉品种上所使用的丙烯酸类浆料藏要是丙烯酸盐、丙烯酰胺两大 癸。这蘧类浆鹳缀然对亲痰挂纾维毒缀好戆亲零曩宠，毽枣在若吸瀑再旗蠼蹇，浆 膜较硬，粘度高椁缺点，所以不能取代p v a 作为童浆料使用。目前在许多企业中 大量镬耀瓣秃煺羧类浆辩大多是辩亲拳热绎维翻巯拳健纾维蓑颗上浆使瘸豹，羁 而缺乏专门针对高支高密纯棉品种的类溅。本课题在进行分子理论设计时，以亲 农牲单髂为主傣，跌玻璃纯湿菠起鸯警衡点，以长链豢软性攀体力调肇单终进 行聚合，优化选择合成工艺，控制聚合物的分予量、粘胰、p h 德。 零硗究采羯懿技零路线鲡葶： 浆料分予结构设诗一单体选择一引发剂选择一乳化剂选择一合成规律研究一浆 精合成一浆料偻能溺试一浆缪工芑试验一浆纱髓能测试一绞造试验。 2 新型聚丙烯浆料分子设计 2 新型聚丙烯酸类浆料的分子设计 纱线是具有多孔状疏松物质，浆料的上浆一方面要具有相当的流动性渗入到 纱线内部结构中，使纤维彼此间抱合粘结在一起，另一方面浆料要具有相当的粘 附性，包覆住蓬松的纱线表面，不仅要裹住伸出纱线的毛羽，而且形成的浆膜要 具有一定的强力、韧性、耐磨性，一定的光滑、柔软度，使浆纱能顺利通过停经 片、综丝、钢筘，在织口处开口和纬纱交织，完成打纬。 要赋予浆纱这些主要特性，可根据浆料和纤维、纱线的结构及相应的物理、 化学作用，选择和设计浆料大分子结构。高分子的合成，结构及性能的关系是分 子设计中应首先考虑的问题。为了更有效地开发高分子材料，更好地为实际应用 服务，首先要了解材料应用的技术要求，提出聚合物的性能要求，根据性能要求 明确聚合物分子组成及分予结构，然后拟定聚合配方及工艺措施。 2 1 几种主要的聚丙烯酸类单体及浆料踮 聚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4 - 1 。 表4 - 1 用于合成浆料的聚丙烯酸类单体 丙烯酸酯类单体非常活泼，它不但能单独聚合，而且能与其他单体共聚。这 类单体在进行乳液聚合时，采用水溶性过氧化物作为引发剂和氧化还原体系引发 剂，聚丙烯酸酯类聚合物乳胶粒一般比聚醋酸乙烯酯乳胶粒小，浆膜细腻光滑而 且具有较大的结合力。 2 毅璧聚嚣爆浆辩凳子竣谤 露烯靛胺力水溶性单体，是一种重要的功能性单体，嚣爝酰胺类化合物疑熊 溶解在水中又能溶解在很多有帆溶剂中。用过硫酸盐等作为引发剂进行乳液聚 合，可褥剃较惑分子量水溶性聚仑物。 丙烯腈是有效的耐磨性和耐油性改性单体，它的乳胶粒过细或过大都会引起 凝驳。必要在袁嚣亿裁浓度薅才戆形或稳定静巍液。 2 。2 几茅l l i 主要的丙烯酸类浆料1 目前，虽然豳内外市场上丙烯酸类浆料的商品名目繁多，倪按照它们的基 本亿学缝掏霹土浆工艺投能来势叛，霹将其分秀三六类；聚秀烯羧 乳白色粘稠体 3 l 篙 4 聚丙烯浆料性能测试 粘度( 4 ，2 5 ( 2 ，m p a s ) p h 值( 3 ，2 5 c ) 粘度稳定性( ) 1 7 6 o 1 0 0 物理指标的测试方法 含固量： 利用恒重称重法。取浆液4 9 左右， 重，浆液浓度( 含固量) 可由下列公式计算： l t = w o w 。x1 0 0 在烘箱中( 1 0 5 ) 烘至恒 ( 4 1 ) 其中：w 9 6 一含固量w 0 - 浆液干重w 厂_ 浆液湿重 p h 值：利用1 1 4 广泛p h 试纸来测试，取试纸一条浸入浆液中，半秒钟 后取出与标准色版比较得出浆液的p h 使。 粘度：将共聚物浆料配成4 浓度的浆液，在2 5 c 、n 1 ) j 一7 9 型旋转式粘度 计上测定。 粘度稳定性：在三颈瓶中用去离子水将新型丙烯酸醑浆料配制成浓度为 4 的浆液，把浆液装在有冷凝管的三颈瓶中搅拌，用水浴分别加热至9 5 c ，每隔 3 0 分钟用n d j _ 7 9 型旋转粘度计测浆液的粘度，共测6 次。新型聚丙烯酸类浆料 粘度测试结果如表4 3 ： 表4 - 3 新型聚丙烯酸类浆料粘度测试结果 由以上的物理指标测试数据来看，新型聚丙烯酸类浆料的各项性能均较符合 浆纱的要求，这也说明从以上5 项物理指标的测试是只能反映它的外在方面，新 型聚合浆料的内在结构和性能如何，还得从以下的试验测试结果来观察和分析。 4 2 新型聚丙烯酸类浆料的红外光谱分析 红外光谱法又称为红外光光度法，它是建立在分予吸收红外辐射基础上的分 析方法，因此红外光谱也是一种分子吸收的光谱。红外吸收光谱图一般以波数 ( c m - 1 ) 为横坐标，以透光度( ) 为纵坐标。如图4 - 1 为新型聚丙烯酸类浆料的 红外光谱图： 4 豢爵嚣浆辩蛙藐测试 图4 - 1 新型浆丙烯酸类浆料的红外光谱闰 分子吸收缝矫辐射，应满足两个条件“”； 分子只能吸收相当于相邻的两个振动能缀之差的红外辐射。辐射应具有 黼好能满足物质分子跃疆时所需鹣髓置，瑟 a e = h v( 4 - 2 ) 其中ae 为两个振动能级阍的能级差，v 为被吸收的红舞毙谱频率，h 为蒋朗克鬻 数。 辐射应与物质分予之闽笈生福互律用，斑称藕合律用，蔽收豹结蘩是辐骞孛 的能量通过耦合丽被转移到分予上。当定频率的红外光谱被分予所吸收时，这 一红癸辍瓣静搽率应与嚷牧分子率瀚菜个基霞匏攘魂、转动静额率穗一致。分予 振动能级的跃迁总是伴隧着转动能级的跃迁，分子之间遗存在着相互作用，因此 奄两个振动髓级之阔懿跃迁摺黯瘫懿竞落并不怒荦一静谱线，露是壶许多条相隔 j 常近的谱线组成的吸收带，这是由于转动跃迁疆加在振动跃迁上的结果。 获藤审静嚣寇结栗胃渡爱弼鞠显静醛胺基霰浚峰( 1 6 6 0 。3 1 c f f ，1 6 t 8 3 0 c f f l ) ， 在( 1 7 3 3 3 4 c m - ，1 2 4 5 6 9 c m - 1 ，9 5 0 5 8 c m - 1 ，7 3 9 9 5 c m - 1 ) 的波数处，是明盟的丙烯 羧了蘸瓣嚷l | 雯峰，这些蔽波峰熬甏积砉据了主要翡大蔽浚峰，这等浆辩聚会凌中 斑烯酰胺和掰烯酸丁酯单体的比例占到5 0 5 和4 6 相吻合；在 ( 1 0 9 6 。7 4 c f f l ，1 0 2 7 ，6 9 c m 1 ) 渡数处，愚瓣爝羧乙醚的皲牧峰；程( 1 4 4 6 。5 0 c m ) 波数处，是羧酸基的特征吸收峰；另外在( 1 7 3 3 3 4 c m - 1 ) 处出现了羟基吸收峰。 瓣孛还挺示凄( 1 4 1 6 ，1 7 c m - 1 ，1 3 1 8 。3 6 c m - ) 渡数瓣稷羧戆，霪在对照表审却查不 4 聚丙烯浆料性能测试 出来是什么官能团。从总体来看，图中的吸收峰明显清晰，每一个吸收峰基本都 能对应上特征官能团，因此可以判定单体的聚合基本上达到了分子设计的构想， 基本符合设计的聚合物分子结构式： 一t 一e q 卜e 诅一 4 3 小角度激光散射法分析新型聚丙烯酸类浆料 聚合物的分子尺寸对聚丙烯酸类浆料的粘度、内聚力、粘附力、伸长率均有 较大的影响，聚合物的分子尺寸是大分子链聚合度的直接反映，因此测量聚合物 的分子尺寸对反映聚丙烯酸类浆料品质具有非常直观的表征意义。 高聚物的光散射方法是利用高聚物对光的散射现象来获得其内部结构的情 况。在通常的研究中，散射光往往集中在很小的散射角范围内，高聚物在可见光 范围内的散射，是由于物体内部极化率或折射率的不均一性的弹性散射。用光散 射法研究高聚物的结构情况，为了增加反差，先用溶剂使样品溶胀，溶剂和高聚 物的折射率应有很大差别。测定样品由于溶胀引起的多余散射光强，可用统计理 论得到表征样品结构的尺寸大小。新型聚丙烯酸类浆料的激光散射统计结果如图 4 2 所示： 图4 _ 2 新型聚丙烯酸类浆料分子尺寸分布 从图中左上角的数据可以看出，聚丙烯酸类浆料的主要分子直径为4 9 4 0 6 n m ( o 4 9 微米) ；从右上角的图示可以直观看出聚丙烯酸类浆料的分子尺寸分布较 4 聚丙烯浆料性能测试 窄，具体数据由左下角的统计表给出，分子直径分布从4 8 5 5 6 0 h m 到5 0 2 6 7 6 n m 之间，呈正态分布。以上这些聚合物分子尺寸的形成是与聚合反应的聚合温度、 引发剂的选择、乳化剂的选择及加液方式等因素密切相关的。 为了说明新型聚丙烯酸类浆料的合成方法的有效性，本实验还用其它常用的 一种聚丙烯酸类浆料作对比试验来观察有关方面的数据，图4 3 所示为一种常用 聚丙烯酸类浆料的分子尺寸数据： 图4 3 常用的一种聚丙烯酸类浆料分子尺寸分布 从图4 3 的测试数据可以看出，这种聚丙烯酸类浆料的主要分子直径为 6 1 2 7 r i m ( o 0 6 1 微米) ，为新型聚丙烯酸类浆料分予尺寸的1 2 4 左右，这是从 分子尺寸的方面显示出两种浆料的差异。这些差异将影响到浆料的使用性能和内 在品质。 在对经纱进行上浆时，浆料的粘度和浆料分子的直径尺寸及其分布显得至关 重要。若粘度太大或浆料分子直径太大，浆料不能渗入到纱线中的纤维之间，达 不到好的上浆效果；若粘度太小，浆料分子直径太小或分子直径分布太宽，浆液 会大量地渗透到纤维的毛细孔道内，而留在两纤维面之间的粘结层太薄，这也会 显著地降低上浆效果。只有当浆料的粘度、分子直径适中且直径分布较窄时，浆 液的大部分滞留在纤维粘结面之间形成粘结层，而向纤维的孔隙中仅有一定程度 的渗透，这样才能达到最佳的上浆效果。 根据实际生产中的经验，高支纯棉纱的浆液粘度控制在l o 2 0 m p a s 之间较 4 聚丙烯浆料性能测试 合适。浆料的分子直径应该在多大范围之内更适合于棉纤维的上浆呢? 根据纱线 中纤维的尺寸及空隙和纤维面间的空间尺寸，应该是决定浆料分子直径尺寸是否 适合的依据。 棉纤维的微观尺寸。5 1 ：按照棉纤维的大小结构可将其由小到大的构成关系 示意为： 原子一晶胞一基原纤一微原纤一原纤一纤维 其对应的数量级尺寸为： 0 1 硼一1 衄一5 珊一1 0 2 0 n m o 3 0 5 扯m 一1 01 1m 棉纤维的横截面结构“1 ：棉纤维的横断面由许多同心层组成，主要有初生层、次 生层、中腔三部分。初生层是棉纤维的外层，厚度约0 1 0 2un l ，表面有深深 的丝状皱纹，皱纹的深度和闻距约为0 5i lm 。次生层从外到里由s 。、s 。、s 。和第 四层组成，s 。由微原纤紧密堆砌而成，几乎没有孔隙，厚度不到0 1 m ；s 。厚约 1 4 | ii l l ，全部由纤维素呈网状组成，且疏松多孔，有0 1ui n 左右的缝隙与孔洞； s 。的结构和s ：相似，厚度不到0 1l lm ；第四层主要由一些非纤维紊的物质组成。 中腔截面相当于纤维截面积的1 2 或1 3 ，当棉纤维截面呈腰圆形时，中腔截面 也随之压扁，仅为纤维截面总面积的1 1 0 。 高支纯棉纱的纤维间距：棉纤维的细度册由公制号数表示如表4 - 3 表4 - 4 棉纤维的性能 由表4 4 可以计算一下纱线中纤维之间的间距： 以纯棉5 8 3 r e x ( 1 0 0 ) 为例，纱线的直径可由公式4 3 d = 0 0 3 7 ( n t e x ) “( m m )( 4 - 3 ) 计算得d = 0 0 8 9 m m ，假设纱线的截面为圆形，则截面积s = 6 2 2 1i l 砰。5 8 3 r e x 纱 的配棉选用的是长绒棉，因此由纱号( r e x ) 和纤维细度( t e x ) 可以计算出1 0 0 3 纱中含有4 1 6 4 8 6 根纤维。长绒棉纤维的截面积s = 1 0 0 1 2 5 m 2 ，所以平均 每根纱的截面积除去纤维截面积总和，还余1 4 6 2 0 6 1 弘m 2 ，把它们平均到每两 根纤维之间的间距是1 9 6 1 5 8 8um 。 4 蘩露烯装辩性藐测试 以上数据为我们确定最佳浆料分子囊径提供了依据，乳液聚合法生产的聚合 物乳液的乳胶粒意径一般为0 0 5 l 1 1m 溯。浆液分子要膳薰滞留在纤维面之间， 不要大爨渗入纤维的孔隙内，由棉纤维豹微观缩构可知，棉纤维孔隙程0 。1 扯m 轰右，丽且棉纤维最外傣初生层的厚度也在0 。l o 2 玷m 之闻，所良浆耕分子赢 径不应小于0 1 壮m ，这样可以避免浆料分子向榴纤维孔隙中渗透。在棉纤维表面 镪生层t ，有0 5 | im 深的细丝缴纹，巍浆料分子嵌入时可戳达到很爵的秸结效 果，因此说：0 1 o 5pm 直径的浆料分子是适会于棉纤维上浆的最佳范围。农 诧范围内淹着浆料分子意径静灞大，赁q 滞留在纤维面之间的浆孝沣虢越多：而且在 此范围内，浆料分子的流动不受纱线中纤维间距的影响，即它们可以进入任何两 税纤维之阊。 新型聚丙烯酸类浆料的分予照径( o ，4 9 um ) 是比较理想的。 4 4 浆液调配性能 聚嚣爆酸类浆凝豹攫羯蓼境蹩在有淀糖类或p v a 和其宅浆纱魈裁豹条终下应 用的，在纯棉浆纱过程中，目前浆丙烯酸类浆料不会单独地使用，因此聚丙烯酸 类浆糕鹣实际使羯效果逐要麸瀑会浆渡鹣综合链能来判凝。这其巾逸反软了聚露 烯酸类浆料和其它浆料的混溶及相互作用情况，这些影响可以表现在浆液的粘 发、旗度戆稳定性、浆波的穗滚淀淀等终爨及鸯关终理臻标上。 4 4 1 浆液配方工艺 混会浆滚的聚方见裘4 - 5 ； 表4 - 5 浆料配方 4 4 2 黎溅调制方法 在1 0 0 0 m l 兰口烧瓶上装好瀛度计、搅拌器、冷凝镫。先在兰口烧瓶中倒入 2 0 0 r a l 承，饲入磷酸醚淀粉，藉辩搅拌器，使拳浴锅舞激，待磷羧醅淀粉全部溶 化后，蒋倒入其它所有物料和3 5 0 m l 水，继续升温至9 5 2 2 ，程此温度下煮浆1 小辩嚣侉壹搅拌绦温，每疆3 0 分锌在n d j 一7 9 鼙旋转式精度计灞一次浆液藉度， 必测6 次，总计1 8 0 分钟，测试数据如袋4 - 6 ； 表4 - 6 浆渡精发稳定稔灞试数键 4 聚丙烯浆料性能测试 时间m i n 3 06 09 01 2 01 5 01 8 0 粘度 2 l2 12 12 12 02 0 m p a s a 粘度稳定性的计算： m = m d l v l lx1 0 0 ( 4 4 ) 式中：m 浆液粘度稳定性m 璇液测定的最终粘度m ，浆液测定 的初始粘度 b 浆液浓度的测试： 取少量浆液倒入干燥皿上，称重记录数据矾，完毕，将干燥皿置于烘箱中( 1 0 5 ) 2 4 小时；取出放入干燥器中冷却至室温，称重记录数据w 。根据公式6 - 1 计算出浆液浓度。 4 4 3 浆液测试结果 浆液的性能测试数据见表4 7 ： 表4 - 7 浆液物理性能指标 项目数据 浆液含固量 平均粘度9 5 0 ，m p a s 粘度稳定性9 5 ， 起泡性9 5 1 4 1 2 0 5 9 5 2 少量 4 4 4