纺织浆料的应用现状

纺织浆料应用现状及相关问题纺织浆料应用现状及相关问题 来源 中国纺机网 发布时间 2011 年 05 月 13 日 纺织浆料应用现状及相关问题 浆纱是织造工程的关键工序 浆纱的目的主要是提高纱线的耐磨性 减少毛羽 适当增加 纱线的强力 减少伸度 以承受纱在织造过程中复杂的机械作用能力 提高纱线的可织性 能 半个多世纪以来国内外纺织和化工专家通力合用 采用多种方法 如对化纤纱线采用 热处理 采用特殊的化学剂或润滑剂 对纱线表面进行润滑处理等 期望革除上浆工序以 期解决由于上浆而耗费大量资源 以及印染退浆污水对环境的污染 以达到节约能源降低 生产成本和清洁生产的目的 但由于不同纱线 织物规格 温湿度条件以及织机的类型 速度等问题 迄今为止还未能实现用更实用的方法来替代传统的上浆方法 相反由于新型 纤维的研制开发应用 高速智能化无梭织机近几年来以万台以上速度递增 机织物细支高 密高紧度 宽幅化进一步提高 我国对环境保护重视程度越来越高 清洁化生产 可持续 发展的理念不断深化以及贯彻各项政策力度的加强 对浆料提出了更加苛刻的要求 由此 可见 浆料不仅是确保产品质量 提高织造效率降低生产成本的重要环节 而且也是有效 的开发新的织物品种 充分发挥织造先进设备的又一重要环节 因此开发新的浆料 适应 纺织产品的发展 在织物品种浆料设备确定后合理选择浆料就是关键问题 1 纺织浆料应用现状 纺织浆料有淀粉 聚乙烯醇 PVA 和丙烯酸类浆料三大类 现在国内外主要使用的仍然是 这三大类浆料 我国现有织机约 100 万台左右 其中无梭织机约占 30 据有关资料报导 2006 年产布 437 97 亿米 按产布量估算 年消耗浆料在 30 万吨以上 其中淀粉类 包括 变性淀粉 约占 70 以上 PVA 用量不到 20 丙烯酸类及其他浆料约在 10 左右 现就浆 料应用情况作一些介绍 并就浆料应用中的几个问题讲点个人看法 供大家参考 1 1 淀粉类浆料 淀粉用于经纱上浆历史悠久 这是因为淀粉是一种再生植物 资源丰富来源广 价格低廉 对亲水性 淀粉流度 特性粘度 抗张强力 伸长率 原淀粉 34 4 67 3 2 15 15 1 4 47 2 7 34 8 5 4 45 2 6 50 6 0 4 95 2 7 71 3 6 4 57 2 9 89 3 4 58 2 2 名称 原淀粉 N 淀粉醋酸酯 N 纯棉 10 19 12 94 涤绵 46 13 93 88 性能 原纱 原淀粉浆纱 淀粉醋酸酯浆纱 中粘度 淀粉醋酸酯浆纱 低粘度 退浆率 8 03 11 69 10 85 耐磨 次 18 4 39 4 41 2 59 5 断裂强度 N 2 56 2 61 2 74 2 79 断裂伸长率 8 86 5 62 5 67 5 10 324 18 11 9 名称 棉 涤 棉 强力 N CV 强力 N CV 阳离子淀粉 DS 0 03 80 46 8 55 108 6 12 74 玉米原淀粉 56 35 9 83 95 98 12 64 酸解淀粉 55 37 8 61 106 27 11 43 淀粉醋酸酯 66 57 9 22 97 04 12 44 淀粉磷酸醋 60 52 11 24 103 35 8 75 接技淀粉 63 56 8 64 100 41 12 48 测试指标和品种 电荷面密度 电荷半衰期 S 阳离子淀粉 DS 0 003 0 134 1 2 玉米淀粉 0 148 1 8 玉米淀粉 抗静电剂 0 128 0 8 取代度 DS 粘着力 cN 耐磨次数 次 再生毛羽数 个 10cm 1 0 22 7 8 0 0341 52 90 32 5 1 0 0830 55 85 28 5 4 0 1200 61 62 32 5 5 1 0 1660 53 180 DS 0 1610 28 0 5 0 浆料名称 涤纶薄膜 涤纶织物 涤纶薄膜 棉织物 部分醇解 PVA 4 6 4 6 丙烯酸共聚物 A 350 460 60 125 丙烯酸共聚物 B 300 420 50 125 聚丙烯酸乙酯皂化物 930 1200 150 300 名称 结构式 外观 气味 沸点 玻璃化温度 丙烯酸 无色液体 似醋酸 141 6 87 甲基丙烯酸 无色液体 似醋酸 160 185 324 18 11 9 决定淀粉衍生物性能有一个很重要的指标 即其取代度 DS 取代度是指淀粉分子中葡 萄糖残基中羟基中 OH 被取代基团取代的平均数 如取代度为 0 02 表示每 100 个葡萄糖 单位有二个羟基被取代 纺织用淀粉醋酸酯一般属于低取代度 DS 在 0 01 0 2 之间 纺 织用淀粉醋酸酯的研发虽较早 但对于经纱上浆用的取代度 缺乏系统的研究和生产实践 的验证 现在市场上销售的淀粉醋酸酯由于价格因素一般取代度都很低 在 0 05 左右 甚 至更低至 0 05 以下 因此难以显示其浆纱的效果 2 淀粉磷酸酯是淀粉中的羟基与磷酸盐生成的酯化淀粉 由于磷酸 H3PO4 为三价酸 具有多官能特性 能与淀粉分子中的三个羟基起反应生成单酯 双酯和三酯 用于经纱上 浆主要是单淀粉磷酸酯其结构式为 淀粉磷酸酯具有较好的分散性能和乳化性 抗老化性能 稳定性好 低温下不会凝冻 它 与 PVA 具有很好的混溶性 由于淀粉磷酸酯是亲水性的无机酸酯 所以对纤维素纤维 天 然纤维 具有较好的粘附性 可作为棉 麻 粘胶上浆的主体浆料 但对疏水性纤维的粘 附性没有淀粉醋酸酯好 淀粉磷酸酯的取代度 对它的性能有较大的影响 取代度在 0 05 0 25 之间 浆液所制成 的浆膜透明易弯曲 较强韧 具有易再水性有利于回浆利用 易于退浆 现在淀粉磷酸醋 的耗用量仅次于酸解淀粉和氧化淀粉 但应该指出现纺织上浆所应用的淀粉磷酸酯 由于 价格等因素 取代度很低 据有关测试资料表明其取代度仅为 0 003 0 005 并含有较多的 磷酸盐 干法生产 浆膜发脆 落物增多 在使用中要引起注意 3 阳离子淀粉是由淀粉和阳离子化学剂 醚化剂如季胺 季磷或叔胺 反应而成 已于 上世纪五十年代中期开始工业化生产 广泛用于造纸工业是一种很好的添加剂 它能 改善纸的抗疲劳性能 抗张力 耐折性 抗掉毛性 阳离子淀粉用于纺织浆料是近几年来 对它进一步认识和实践 及制备技术的改进 根据理论分析和实践 表 4 和生产的结果 由于阳离子淀粉都带有阳离子性 对带阴离子的纤维素纤维具有很好的亲和性 良好的成 膜性 粘度稳定性和抗凝胶性能 与 PVA 和其他浆料都有良好的混溶性化学稳定性和导电 性能 减少纱线由于摩擦而产生的静电积聚提高开口清晰度 可提高浆纱的耐磨性 阳离子淀粉品种很多 主要商品有季胺烷基醚淀粉和叔胺烷基醚淀粉 用于经纱上浆的阳 离子淀粉主要是季胺烷基阳离子淀粉 表 4 阳离子淀粉与其它变性淀粉的粘附性比较 棉 涤 棉 名称 强力 N CV 强力 N CV 阳离子淀粉 DS 0 03 80 46 8 55 108 6 12 74 玉米原淀粉 56 35 9 83 95 98 12 64 酸解淀粉 55 37 8 61 106 27 11 43 淀粉醋酸酯 66 57 9 22 97 04 12 44 淀粉磷酸醋 60 52 11 24 103 35 8 75 接技淀粉 63 56 8 64 100 41 12 48 表 5 阳离子淀粉的抗静电性能 测试指标和品种 电荷面密度 电荷半衰期 S 阳离子淀粉 DS 0 003 0 134 1 2 玉米淀粉 0 148 1 8 玉米淀粉 抗静电剂 0 128 0 8 表 6 阳离子淀粉取代度对性能的关系 取代度 DS 粘着力 cN 耐磨次数 次 再生毛羽数 个 10cm 1 0 22 7 8 0 0341 52 90 32 5 1 0 0830 55 85 28 5 4 0 1200 61 62 32 5 5 1 0 1660 53 180 DS 0 1610 28 0 5 0 1 1 3 接技淀粉 接技淀粉是上世纪 90 年代中期发展起来的第三代变性淀粉 它是在淀粉大分子键中引入有 一定聚合度的高分子聚合物 一般由二个以上单体的聚合物 因此它是有天然淀粉和化 学浆料二者相结合的有良好性能的变性淀粉 它的特点是 其一 由于接枝支链导致分子 间堆积松散故改变了浆膜的柔顺性 其二 对淀粉分子间氢键间重新缔合具有较强的抑制 作用能大幅降低凝冻现象 其三 支链可以多种烯类同时接枝共聚具有较强的粘着性 但 多年来在实际生产使用中存在吸湿性过大 粘着性能不够理想等问题而未得到广泛应用 近几年来努力于研究接技淀粉的高校及研究单位 对其性能上已有突破 相信今后会有较 大的发展前途 1 1 4 淀粉改性 淀粉改性剂是二十世纪八十年代中期到九十年代初逐步发展起来的 它是由淀粉酶或氧化 剂和填 充剂所组成 应用时是在原淀粉加入一定量的淀粉改性剂 调制时产生反应成浆液 降低 浆液的粘度 降低上浆成本 但是在应用淀粉改性剂时 一定要根据原淀粉粘度的变化而 调节其用量才能达到所规定的要求 否则会影响浆液的粘度变化而影响浆纱质量 因此必 须加强生产管理对每批原淀粉进行检测 根据原淀粉的粘度 调整改性剂的用量才能得到 好的效果 与此同时 要防止对淀粉改性剂不切合实际的宣传 误导使用者造成不良后果 和损失 1 2 聚乙烯醇 PVA PVA 具有优良的上浆性能 对纤维素纤维和疏水性纤维都有很好的粘着性能 如 1799 1788 与淀粉浆料相比 PVA 具有更好的成膜性 浆膜强伸度高 浆膜强力 4 9g 伸度在 200 左右 耐疲劳性能好 屈曲次数 10000 淀粉是 400 左右 耐磨性也很好 PVA 主要以聚合度 DP 和醇解度 DH 两个质量指标来衡量它的上浆性能 由于历史的 原因和种种因素长期以来我国经纱上浆用的 PVA 为纤维级的 1799 DP 1700DH 99 6moL 为完全醇解型 由于它的聚合度醇解度高 导致水溶性差一 般要在 95 以上高速搅拌 760 1400R M 2 5 小时以上才能完全溶解 其次易于结皮 在上浆过程中易于造成浆斑 且因浆膜强度过高造成干分绞时分纱困难 再生毛羽多 倒 断头 并绞头增加 随着细支高密织物 高比例涤 棉及纯涤产品的开拓与发展 以 1799 为主体的浆料配方 上述矛盾更为突出 为此在没有适当聚合度 PVA 的条件下 采用低聚 合度 PVA DP 500 DH 88moL 如 205MB 0588 KT 15 BP05A 等 一般以 30 等量替 代 1799PVA 以降低浆液粘度和浆膜强度 从而提高了高支高密 中粗支高紧度织物的浆纱 质量和织造效率 根据试验资料表明 经纱上浆用 PVA 以其综合性能考虑选用聚合度和醇 解度 DP 1000 1100 DH 92 95moL PVA 更为合适 随着聚合度的降低 也加快了 PVA 生物降解的速度 对环境污染也会减轻 我国生产聚乙烯醇始于二十世纪六十年代初 主要从日本引进的技术和装置是以电石法生 产出来 20 世纪 70 年代又在上海和四川分别建立以乙烯和天然气能源生产 PVA 然后 在 安徽 江西 吉林等地建造维尼纶厂 我国生产 PVA 的能力已超过日本成为世界上最大的 生产国 现在四川维尼纶厂能提供聚合度为 300 2800 醇解度在 80 99mol 范围内的多 种规格的颗粒状 絮状或粉状的 PVA 系列产品 纺织厂可根据经纱上浆的要求进行选择使 用 PVA 属于高难度生物降解的有机物 测试数据表明高聚合度 PVA 如 1799 COBcr 化 学需氧量 为 18000mg kg BOD5 生物需氧量为 800mg kg BOD5 CODcr 的比值 800 18000 0 044 比较小 它反映了物质对环境的污染的影响程度比较大 比值越小影 响越大 为此中国棉纺织工业协会于 1996 年年会上倡导提出少用或不用不洁浆料 PVA 大力开产发新型高性能无污染 或少污染 的浆料 多年来 大专院校 科研所 浆料生 产厂及纺织企业通力合作做了很多工作 少用 PVA 取得了很大成绩 不用 PVA 取得很大突 破而成为现实 如最近推出的 PR SU 浆料 BOD5 CODcr 比值为 0 618 用于纯棉高支高密 涤 棉混纺和纯涤纶产品用 PR SU 浆料完全取代了 PVA 织机效率都在 90 以上 以高性能 变性淀粉为主体的复合浆料 如 AS 1 型多单元复合浆料 全部取代低聚合度 PVA 经大面 积生产试验也取得很显著的效果 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 丙烯酸类浆料与淀粉 PVA 浆料相比最大的特点是对各类纤维都具有优良的粘附性能 且水溶性好 易于退浆 易于生物降解 但其最大的弱点是浆膜吸湿性高 再粘 性强 价格高 因此目前用于经纱上浆一般作为辅助浆料 辅助粘着剂 以改善其他浆 料粘着性能 提高浆纱质量 现在新一代的丙烯浆料已解决了上述问题从而可以增加用量 提高浆纱质量 表 7 丙烯酸类浆料与 PVA 粘着力比较单位 cN c 浆料名称 涤纶薄膜 涤纶织物 涤纶薄膜 棉织物 部分醇解 PVA 4 6 4 6 丙烯酸共聚物 A 350 460 60 125 丙烯酸共聚物 B 300 420 50 125 聚丙烯酸乙酯皂化物 930 1200 150 300 聚丙烯酸类浆料是以丙烯酸类单体在引发剂的作用下 通过加成聚合反应合成的大分子链 完全由碳原子组成的均聚物或共聚物 在我国用于纺织浆料虽然有 30 多年的历史 但还是 在二十世纪九十年代中期得到了迅速的发展 由于丙烯酸类浆料对多种纤维具有优良的粘 着性能 已使它成为国内外纺织浆纱工作者所关注 同时这类浆料从单体的配伍 聚合方 法及条件的多样化 因此性能的变化复杂 分子量及侧链上所带的官能团的结构 决定了 它们的主要性能 聚丙烯酸类浆料可分为聚丙烯酸盐 聚丙烯酸酯和聚丙烯酰胺三类 表 8 聚丙烯酸类浆料的常用单体和物理性能 名称 结构式 外观 气味 沸点 玻璃化温度 丙烯酸 无色液体 似醋酸 141 6 87 甲基丙烯酸 无色液体 似醋酸 160 185 小 麦淀粉 马铃薯淀粉 木薯淀粉 原淀粉经变性处理后 原淀粉的种类性质质量对变性淀粉的性能有一定影响 但不是主要 原因 变性淀粉的性能主要决定于变性的种类 如酸解 酯化等 变性工艺及其变性技 术和管理水平 变性淀粉选择原料主要根据国内资源情况 及其价格等因素来决定 我国玉米淀粉资源丰 富 来源广 价格是各类原淀粉中最为便宜的一种 所以玉米淀粉用量最多 其次为木薯 淀粉 因为小麦淀粉为精粉用于食品工业较多 我国马铃薯淀粉主要产于东北西北地区 产品有限 价格昂贵 因此作为纺织用变性淀粉浆料用得很少 2 2 原淀粉与变性淀粉的性能问题 近年来由于纺织形势较为严峻 生产成本高利润空间很小 挖掘企业内部潜力节支增效是 积极有效的措施 在这种情况下 因此有人认为变性淀粉与原淀粉都是淀粉 其性能基本 相同 但价格差异较大可以用原淀粉替代变性淀粉 可以降低浆料成本 我认为有这种想 法是可以理解的 但对变性淀粉缺乏认识而导致生产效率和产品质量下降 对原淀粉进行变性处理的目的有三 1 通过对原淀粉的变性处理 如酸解等 降低原淀粉粘度 改善浆液的流动性和浆液 的渗透能力 特别对高支高密高紧度织物的上浆更为重要 2 通过对原淀粉的变性处理提供高浓低粘浆料 这是实行 二高一低 上浆新工艺的首 要条件 3 通过对原淀粉的变性处理 提高对疏水性纤维的粘着力 提升淀粉的性能 扩大淀粉 的应用范围 减少 PVA 用量降低浆料成本 由此可见原淀粉通过变性处理后 淀粉性质有了质的变化 原淀粉的性能是不能与变性淀 粉等同的 但对于纯棉中粗支低中密度的织物采用传统的上浆工艺 采用原淀粉加入一定 量的降粘剂 淀粉改性剂 煮浆后 浆液达到工艺要求也是可行的 2 3 关于 干法 生产 变性淀粉 的质量问题 变性淀粉通常有二种生产方式 即湿法和干法二种 湿法生产是将原淀粉调到一定的浓度 一般为 40 左右 的小悬浮液加温到一定温度 然后滴加化学剂在规定的时间进行化学 反应 然后脱水干燥而成 所得产品性能均匀杂什少质量好 干法生产是将化学剂喷淋或 滴加到淀粉内搅拌均匀后在较高的温度下烘焙 热处理 激发淀粉化学基团的活化 化学 反应 然后粉碎过筛而得 这种方法产品质量均匀性差 波动大 杂物多但制造设备简单 成本低 现在市场上有的 变