纳米二氧化硅与淀粉复合浆对浆纱性能的影响

纳米二氧化硅与淀粉复合浆对浆纱性能的影响纳米二氧化硅与淀粉复合浆对浆纱性能的影响 摘要 摘要 分析对比纳米二氧化硅 同 VK SP30 与淀粉复合浆对纯棉纱和涤棉 混纺纱浆纱性能的影响 配制 7 种纳米二氧化硅 同 VK SP30 含量不同的淀 粉复合浆液 分别对纯棉纱和涤棉混纺纱进行上浆 测试浆纱性能 并进行热 重分析 结果表明 纳米 SiO2 作为浆料添加剂使用时 有利于增强浆液对纤 维的粘附性 可有效改善纯棉纱和涤棉纱的浆纱性能 纱线中羟基的含量直接 影响纳米 SiO2 对浆纱性能的改善程度 纳米二氧化硅 同 VK SP30 对纯棉 纱浆纱表面性能和力学性能的改善效果更好 为了进一步探讨纳米二氧化硅 同 VK SP30 作为浆料添加剂对不同纤维 品种的适应性 将纳米 SiO2 以不同的比例加入淀粉浆料中 对纯棉和涤棉纱 进行上浆试验 分析纳米二氧化硅 同 VK SP30 对纯棉纱和涤棉混纺纱浆纱 性能的影响 探讨纳米二氧化硅 同 VK SP30 对提高淀粉浆料上浆性能的作 用机理 1 上浆试验上浆试验 将不同比例的纳米 SiO2 加入淀粉浆料中制成纳米 SiO2 淀粉复合浆料 复合浆料各组分之间不发生化学反应 纳米二氧化硅 同 VK SP30 在浆液 中呈均匀分散状 混合后浆液在 4 h 8 h 之内不发生分层现象 试验配制 4 000 mL 含固率为 10 的浆料 具体的浆料配方见表 1 表表 1 浆液配方浆液配方 试验配方 淀粉含量 纳米 SIO2 含量 配方 1 100 0 配方 2 99 1 配方 3 98 2 配方 4 97 3 配方 5 96 4 配方 6 95 5 配方 7 94 6 用片纱浆纱机对 C 12 5 rex 及 T C 50 5012 5 tex 纱进行上浆 上浆工 艺参数如下 退绕张力 5 cN 8 cN 浆液粘度 15 S 16 S 上浆温度 90 烘 燥温度 130 前压浆辊压力 2 01 kN 后压浆辊压力 1 52 cN 浆纱机车速 6 m min 浸浆高度 6 3 cm 上浆率 10 11 回潮率 3 2 3 6 2 纯棉纱和涤棉纱浆纱性能比较纯棉纱和涤棉纱浆纱性能比较 2 1 浆纱性能测试浆纱性能测试 7 种配方浆纱性能测试结果见表 2 表 2 浆纱性能指标测试 配方 品种 增强率 减伸率 增磨率 弹性降低率 毛羽降低率 配方 1 纯棉 14 0 35 4 29 0 33 6 20 9 配方 1 涤棉 5 0 25 4 30 0 25 9 21 9 配方 2 纯棉 30 9 32 444 731 527 9 配方 2 涤棉 9 0 22 235 024 831 1 配方 3 纯棉 26 1 26 557 931 039 8 配方 3 涤棉 15 1 22 055 023 741 3 配方 4 纯棉 40 0 21 594 729 950 3 配方 4 涤棉 22 9 15 075 021 750 1 配方 5 纯棉 41 6 22 189 529 251 6 配方 5 涤棉 21 4 15 365 025 448 7 配方 6 纯棉 31 2 26 531 632 341 6 配方 6 涤棉 13 8 15 265 024 543 5 配方 7 纯棉 25 0 27 715 832 041 9 配方 7 涤棉 14 6 22 852 525 642 0 其中 纯棉品种原纱性能指标如下 断裂强力 128 2 cN 断裂伸长率 4 432 耐磨次数 38 次 弹性伸长率 38 4 毛羽数 48 53 根 10 m 涤棉品种原纱性能指标如下 断裂强力 159 2 cN 断裂伸长率 4 188 耐 磨次数 40 次 弹性伸长率 35 5 毛羽数 45 23 根 10 m 由表 2 可知 配方 4 和配方纳米二氧化硅 同 VK SP30 质量分数为 3 和 4 的浆纱强力 耐磨性 毛羽均有较大程度的改善 而弹性损失较小 测 试数据也显示出纯棉纱上浆后各项性能比涤棉纱有更好的改善效果 2 2 纯棉纱和涤棉纱浆纱性能改善程度比较纯棉纱和涤棉纱浆纱性能改善程度比较 纯棉和涤棉纱的浆纱性能因浆液中纳米 SiO2 质量分数的变化而不同 从 试验数据可以看出 当纳米二氧化硅 同 VK SP30 在浆液中的质量分数为 3 一 4 时 纯棉和涤棉纱均获得了较好的浆纱性能 并比用纯淀粉上浆时 的浆纱性能有了十分明显的改善 表 3 为纳米 SiO2 在浆液中的质量分数为 3 4 时纯棉和涤棉纱的浆性能与纯淀粉上浆时浆纱性能的比较 表表 3 纯棉纱和涤棉纱使用纳米纯棉纱和涤棉纱使用纳米 SiO2 对浆纱性能的影响对浆纱性能的影响 品种 浆料配方 强力 断裂伸长率 磨断次数 静摩擦 动摩擦 弹性 毛羽 cN 伸长率 次因数因数 伸长率 降低率 纯棉 纯淀粉 146 2 2 861 490 2390 15725 6 20 9 纯棉 纳米 SiO2 181 53 478 740 1910 12627 2 51 6 涤棉 纯淀粉 167 23 125 520 2390 16526 3 21 9 涤棉 纳米 SiO2 195 63 559 700 1930 13127 8 50 1 注 纳米 SiO 在配方中所占比例为 3 4 由表 3 可知 纳米二氧化硅 同 VK SP30 在对纯棉品种上浆时能表现出明显 优势 3 3 作用机理分析作用机理分析 以下通过对上浆后纳米二氧化硅 同 VK SP30 与不同纤维分子结合状态 的分析 探讨纳米 SiO2 对纯棉和涤棉浆纱性能影响程度的不同 对经同一种 浆液含有 3 纳米二氧化硅 同 VK SP30 的纳米 SiO2 淀粉复合浆上浆后的 纯棉纱 涤棉混纺纱 纯涤纶纱经定量退浆处理后的试样进行热重分析 控制 3 种试样退浆后干重均为 10 mg 退浆率为 6 7 试验采用氮气气氛 气体流 量为 20 mL min 升温速率为 20 min 扫描范围为室温至 700 将 3 个 试样经各失重阶段后的重量变化列于表 4 中 表表 4 试样重量变化试样重量变化 试样 试样 第一失重阶段 第二失重阶段 第三失重阶段 总失 失重 干重 失重率 剩余重量 失重率 剩余重量 失重率 剩余重量 重率 总和 mg mg mg mg mg 纯棉纱 9 88 7 76 9 11 74 47 1 75 82 23 8 13 涤棉纱 9 93 7 50 9 19 76 24 1 61 83 75 8 32 纯涤纶纱 9 92 2 87 9 64 23 35 7 60 58 86 1 48 85 08 8 44 从表 4 可以看出 纯棉纱试样和涤棉纱试样 有 2 个阶段的失重 而涤纶纱则有 3 个阶段的失重 在 50 左右 发生第一阶段失重 纯棉纱 涤棉纱 涤纶纱失 重率分别是 7 76 7 50 2 87 失重率随着纱线中化学纤维成分 的增多而减少 纯棉纱 涤棉纱第二阶段失重开始于 160 涤纶纱开始于 250 失重率分别是 74 47 76 24 23 35 涤纶纱从 380 左右发生第三阶段失重 失重率为 58 86 当试验温度达到 650 时 3 种浆纱质量趋于稳定 其总体失重率分别为 82 23 83 75 85 08 失去质量总和分别为 8 13 mg 8 32 mg 8 44 mg 在第一失重阶段中 试样失去的主要物质是水 棉纤维是多孔性物体 纤维的 内部和纤维之间存在有很多的孔隙 纤维大分子及包覆在纱线表面上的淀粉大 分子中含有很多的羟基及醇羟基 这些基团属于亲水性基团 易与空气中的水 分子缔合 在纤维内部保存下来 涤纶纤维仅由苯环 烷基 一 CH 一 以及酯 基 一 C00 一 所组成 对水的吸引力弱 所以吸湿性较差 在加入纳米二氧化 硅 同 VK SP30 材料后 淀粉大分子上的部分羟基与纳米 SiO2 粒子表 面不同键合状态的羟基形成氢键 纳米颗粒占据着基体材料中的部分空隙 使 水分子不能进入 也会对试样的吸湿性产生一定的影响 因此 第一失重阶段 中 纯棉纱失重最多 涤棉混纺纱次之 纯涤纶纱最少 在第二阶段的失重中 主要是由于高分子链的无规裂解失重 在无规裂解中 化学键的断裂发生在高分子主链的任意处 结果使高分子主链变短 分子量降 低 裂解所得到的小分子只有当它的小堆分子量低于某个值后从反应体系中挥 发出来 产生失重 比较 3 个试样的第二阶段失重率 涤纶纱与纯棉纱 涤棉 纱有较大的不同 由于棉纤维的熔点高于分解点 在高温作用下 直接分解 它的分解点温度一般为 150 而涤纶纤维的软化温度在 200 210 左右 熔点在 250 左右 所以纯棉及涤棉纱的第二阶段的失重温度要小于涤纶纱 淀粉大分子的熔点 230 远高于其分解温度 170 在这阶段的失重中 由 于淀粉与棉纤维的熔点及降解的速率相差不大 因此 纯棉及涤棉浆纱中失去 的质量主要是纤维及淀粉的质量 而涤纶浆纱先失去淀粉及一部分纤维的质量 由于涤纶与淀粉 棉纤维大分子降解的速率不同 涤纶大分子继续产生第三阶 段失重 随着温度的增加 纳米二氧化硅 同 VK SP30 属于无机材料 熔 点远高于试验最高温度 因此加热达到 700 高温也不会挥发 而淀粉与纤维 基体中的分子链段早已开始断裂 发生分解 所以在测试完成之后纳米二氧化 硅 同 VK SP30 都将作为残留物被称量出来 在温度达到 650 左右 3 种试样质量趋于平衡 在残余试样中 纯棉浆纱剩余质量最高 其次是涤棉 再次是涤纶纱 因此随着纤维中化学成分的增多 总失重率增加 试验结果显 示定量退浆后 纯棉纱比涤棉纱及纯涤纶纱残留了更多的纳米 SiO2 可以推断 上浆后浆液中的纳米二氧化硅 同 VK SP30 与淀粉大分子产生 结合的同时还与棉纤维之间依靠氢键产生了很强的结合 增强了棉纤维之间的 内聚力 而由于化学纤维中官能团的不同 不易与淀粉及纳米 SiO2 大分子中 的羟基发生键合作用 定量退浆以后残留的纳米 SiO2 很少 由此可以解释表 2 表 3 中所表现的纳米 SiO2 对纯棉品种纱线上浆时更具有优越性 4 结论 1 纳米二氧化硅 同 VK SP30 作为浆料添加剂使用时 其特殊性能有利于 增强浆液对纤维的粘附性 其表面的活性羟基和淀粉及棉纤维上的羟基之间存 在或强或弱的氢键作用 可以有效改善纯棉和涤棉纱的浆纱性能 2 纱线纤维中羟基的含量直接影响纳米二氧化硅 同 VK SP30 对