1、纺织浆料应用现状和发展趋势宜兴市军达 4L.x_厂丁奎刚随着纺织产品原料结构的变化,新型纤维的研制开发与应用,浆料的应用已逐步形成了淀粉(包括变性淀粉), 聚乙烯醇(PVA)和聚丙烯酸类的三大类浆料.目前由于纺织产品进一步向细支高密,粗中支高紧度,2m 以上宽幅总经大于15000 根,无梭织机高速智能化(一般实际速度已在 650R/m,最高为 750R/m,引纬速度达到1500m/min)方向发展,新型纤维如天丝(Lvocel1),莫代尔 (Mocla1),吸湿快干纤维(Coolmax),以及竹纤维,大豆蛋白纤维等等逐步被广泛应用,以及高比例涤棉产品,纯涤纶织物需求量的增加,同时国家对绿色环境
2、的保护,强调生态平衡.因此,对浆料提出更高的要求.近年来在开发高性能高质量,少用或不用不洁浆料 PVA,开发绿色浆料方面做了大量的工作,取得了一定的进展1 淀粉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,价格低廉,对纤维素纤维(如棉 ,麻) 等亲水性纤维具有良好的粘附性,因此在三大类浆料中用量最多,约占浆料消耗总量的 70%以上.我国自上世纪 80 年代开始对变性淀粉进行较快的研制开发,从应用原淀粉单一的浆料到现在已能生产适用纺织门类齐全的转化淀粉(酸解,氧化),酯化,醚化,交联和接枝淀粉.随着变性淀粉生产技术和管理水平的不断提高,产品质量也较稳定.经多年推广应用,变性
3、淀粉用量已占淀粉总消耗量的 76%左右,其中以转化淀粉用量最多,约占变性淀粉的 80%左右.这是因为这类淀粉可根据不同织物和浆纱设备(如高压力上浆)的要求 ,生产不同粘度系列的产品(如高浓低粘),基本上已能满足一般大类织物经纱上浆的要求,其次转化淀粉生产技术不复杂,制成率高,价格也较便宜,这也是主要原因.根据我国淀粉0 江苏纺织 JIANGSUTEXTILE资源情况,纺织用的变性淀粉原料(原淀粉)主要以玉米淀粉为主,其次是木薯淀粉(主要产于两广地区),马铃薯淀粉虽然其性能经变性处理后较玉米淀粉好,但因我国资源少,价格贵,用于纺织作变性淀粉原料甚少.在上述众多的变性淀粉中,一般认为具有较好性能和
4、发展前途的是酯化淀粉和接枝淀粉.1.1 酯化淀粉在淀粉大分子中有许多羟基(OH),能通过这些羟基反应生成酯类衍生物.用于经纱上浆的酯化淀粉主要有有机酸酯醋酸酯淀粉和无机酸酯磷酸酯淀粉,由于磷酸为三价酸(H,PO)具有多官能特性,与淀粉作用可生成单酯,双酯和三酯,用于纺织经纱上浆主要是单磷酯淀粉.醋酸酯淀粉是在淀粉大分子中引入疏水性醋酸根(CooCH)基团,提高了对疏水性纤维的粘着性能,对浆纱耐磨性也有一定程度的提高,且有很好的抗老化性能,因此在低温状态下,不易凝胶,用于涤棉混纺织物上浆可替代较多的PVA.也用于中低温条件下,要求浆液不凝冻,如色织,毛纱,玻璃纤维等织物上浆.决定于酯化淀粉性能有
5、一个很重要的指标即其取代度 DS,取代度 DS 是指淀粉大分子中每个葡萄糖基环上的羟基(OH)的氢平均被取代数(取代度最大值为 3).我国对醋酸酯淀粉的研究虽然也比较早,但对用于纺织经纱上浆的取代度大小,缺乏较系统的研究试验和生产验证,产品质量也不够稳定,同时因价格等问题上的无序竞争,影响了产品质量,因此没有能充分发挥醋酸酯淀粉上浆的最佳效果,也影响它的推广应用.磷酸酯淀粉具有较好的分散性和乳化性能,抗老化性能也较好.稳定性好,低温下不会凝冻.由于它是亲水性的无机酸酯,所以对纤维素纤维具有较好的粘着性能.一般可用于纯棉细支高密织物和色织物上浆有较好的经济效益,更利于剩浆回用,是否能替代较多的
6、PVA 用量尚值得进一步研究探讨.现在市场上销售的磷酸酯淀粉,由于价格竞争等原因,取代度很低,据有关测试资料 Ds 值仅为 0.0050.01(DS0.7 可在冷水中膨胀,热水中溶解),并有较多的残留磷酸盐,使浆膜发脆,在使用中更要引起重视.1.2 接枝淀粉我国接枝淀粉是上世纪 9O 年代发展起来的第三带变性淀粉,它是在淀粉大分链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聚合),因此具有天然淀粉和化学浆料二者结合较好的粘着性能,对环境污染小,比化学浆料价格低等优点.大大提高了天然淀粉的性价比,扩大了应用范围,是少用或不用 PVA 的重要途径之一.但目前由于接枝淀粉在接枝单体的选择(产
7、品),接枝率及生产工艺,品种等方面尚需进一步优化和研究,提高其性能,解决吸湿过大,降低生产成本等问题.以替代更多的 PVA 或单组分浆料使用,从而获得更大的经济效益与社会效益.1.3 阳离子淀粉过去一般认为阳离子淀粉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,耐折性和抗掉毛性.但近年来阳离子淀粉用于经纱上浆是值得注意的动向.阳离子淀粉是由淀粉和阳离子化学剂(如季胺,季磷或叔烷等)反应制成 .它和酯化淀粉一样是一类很重要的淀粉衍生物淀粉醚.阳离子淀粉都带有阳离子性,对带有阴离子的纤维素纤维具有很好的亲和性,良好的成膜性,粘度稳定性和抗老化性,与PVA 有很好的相溶性能,可提高
8、浆纱的耐磨性能,且具有抗静电作用.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.前者具有更好的发展前景.1.4 淀粉改性剂近几年来在市场上出现多种淀粉改性剂(或添加剂,催化剂),这一类产品主要有强氧化剂或淀粉酶和填充剂所组成,应用时在原淀粉中加入一定量的淀粉改性剂,烧煮成浆液,可降低浆液的粘度,也可在原淀粉中加入不同量的改性剂制成不同粘度的系列产品.采用淀粉改性剂达到降低浆液粘度的方法替代用湿法生产的转化淀粉,降低浆料成本用一般织物经纱上浆无异是可取的,但要注意在应用中要根据原淀粉粘度的变化而改变其用量,达到工艺所规定的要求,否则易造成浆液粘度变化影响上浆质量.因此必须对每批原
9、淀粉进行检测,调整改性剂的用量,加强生产管理,才能获得好的效果.2 聚乙烯醇(PVA)聚乙烯醇常简称为 PVA,是一种典型的水溶性高分子聚合物(水溶性合成粘着剂),对纤维素纤维和合成纤维都有很好的粘着性能(如 1799,1788),与淀粉浆液相比,PVA 具有更好的成膜性能,浆膜的强伸度高,(1799 强度/4.6kg/mm2,伸度200%以上 ),耐疲劳性能好(屈曲次数10000,淀粉为 400 以下),耐磨性也好的优良上浆性能.但 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)化学需氧量(COD)一般为 18000mg/L 左右,生物需氧量(BOD)为
10、800mg/L 左右,BOD5/COD 的比值小(在0.044 左右),(反映物质对环境影响的程度,比值愈小则对环境影响愈大),根据报导,欧盟为保护环境,所用纺织浆料必须是能生物降解的,并规定在标准条件下,需在 l4 天以内全部降解,而高聚合度 PVA 全部降解长达 3 年之久,可见 PVA 对环境污染是较严重的,欧盟有些国家(如德国)已提出禁止使用高污染的 PVA,这对我国纺织(坯布)出口带来很多困难和损失.为此中国棉纺织工业协会浆料生产应用部在 1996 年年会上倡导少用或不用 PVA(高聚合度),大力开发新型高性能无污染或少污染浆料,这是具有重大意义的举措.经纱上浆用 PVA 主要以聚合
11、度(DP)和醇解度(DH) 两个质量指标衡量它的上浆性能,由于历史的原因长期以来我国经纱上浆用的 PVA 为纤维级(纺丝级) 的 1799.其 DP 为 1700.DH 为99.6mo1%,属完全醇解级(国际规格 DH 为 98lmo1%).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 2.5 小时以上才能完全溶解,其次易于结皮,在上浆过程中易造成浆斑.且因浆膜强力太高,造成在干分绞时JIANGSUTEXTILE 江苏纺织 O分纱困难,再生毛羽多,倒断头,并绞头增加.随着细支高密,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
12、没有适当聚合度 PVA 情况下,采用了低聚合度 0588(DP=500,DH=88mo1%)(或 Et 本产205MB,BP05A)一般以 30%等量替代 1799,以改善其性能,从而提高了细支高密或高紧粗中支织物的浆纱质量和织造效率,我国四川维尼纶厂已研发成功消泡型低 PVA 一 0588,其性能与日本205MB 相当.根据试验资料表明,经纱上浆用 PVA,以其综合性能考虑,最好应用中聚合度和醇解度(DP=10001200,DH=92 95mo1%),当然随着聚合度的降低,生物降解的速度也会加快,对环境污染也会减轻.3 聚丙烯酸类浆料聚丙烯酸类浆料与淀粉,PVA 浆料相比最大的特点见表 1,
13、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.但其主要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.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(见表 2),完全由碳原子组成的均聚物或共聚物.在我国用它纺织浆料还是在上世纪 90 年代中期.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结构,决定了他们的主要性能.聚丙
14、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 1 丙烯酸类浆料与 PVA 粘着力单位:CN/cm.浆料名称涤纶薄膜,涤纶织物涤纶薄膜,卡帛织物部分醇解 PVA4646丙烯暧兆聚物 A350_46060_125丙烯酸共聚物 B30042050125聚 l 肉烯乙酯皂化物 9301200150-300江苏纺织 JIANGSUTEXTILE聚丙烯酸盐是以二个或二个以上的单体共聚而成的,ISFB,KD3l8 等,这类浆料的浆膜强力高,伸度小,对亲水性纤维有很好的粘附性,但吸湿,再粘性比较高,一般与淀粉浆混合使用于纯棉织物上浆,以提高浆纱的耐磨性能有较好的效果.这类浆料应注意的是如用量太高
15、(如超过20%),浆液增稠 ,对上浆造成很大的困难.现在这类浆料在单体的选配,聚合方法等进行了改进(如 sFB 一 1 型) 基本上解决了增稠问题,上浆性能也有了进一步提高.表 2 聚丙烯酸类浆料的常用单体和物理性能拍,结枷式外 t 咪泖点/.艘璃化濉度CH2=CH烯醴 l 尢色液体似醋酸 141687COOHCH2=C?CH0攮 iJ,i 烯艘 lt 包液体似醋酸 160185COOHCH2=OHjq 烯陵甲包艘休火蒜眯 8010COOCH3CH2=CH烯髓己脯邑液体犬睐 100 一 30COOC2H5CH2=CH烯暇】尤包液体 147.70COOC4H9CH2=CCH3蜒 j4 烯腹邑泄体
16、 10157COOCHCH2=CH烯 l 液体 96(1D1)(浆 j 烯腈 lCNCH2=CH 自包 J 状佧或I【烯酰胺 l 体( 含错 2040%):84165(聚烯酰胺)CONH聚丙烯酸酯浆料是以丙烯酸酯单体为主体,加入一定量的水溶性丙烯酸单体的共聚物.它是丙烯酸类浆料最主要的类型.主要是它与疏水性纤维具有优异的粘着性能,其次聚丙烯酸酯浆料热湿再粘问题,通过高分子设计原理,科学的选配丙烯酸酯单体,在不影响粘附性的条件下,搭配玻璃化温度较好的效果,如表 3.聚丙烯酰胺浆料是以丙烯酰胺单体在引发剂的作用下聚合而成的均聚物,它是一种线型的水溶性高分子化合物,其分子量有很宽的调节范围(104
17、107),聚丙烯酰胺在上世界七十年代就用于纺织作辅助粘着剂,含固率一般在 810%,它具有良好的水溶性,与亲水性纤维具有很好的粘着性能,是一种高强低伸的浆料,易于退浆,生物降解快,对环境污染小,但吸湿再粘性强,一般与淀粉浆混用,对棉纤维具有很好的上浆性能.随着科学技术的发展,聚丙烯酰胺浆料含固率低,再粘性强等问题已逐步得到解决.现在聚丙烯酰胺浆料含固率可达 2030%,粘度可根据使用要求调节,预计这类浆料今后会有很好的发展前途,值得大家重视.表 3 低吸湿聚丙烯酸酯浆料与 PvA 比较项目低吸湿丙烯浆 PVA(糨纱)粘附力 (N)12151O6.8吸湿率(%)5613.9浆纱耐磨性(次)155
18、97浆纱增强率(%)124.7浆纱减伸率(04)1316卜浆率(%)4.444回潮牢(%)252.94 聚酯浆料聚酯浆料是研发浆料中最为引人关注的一种新型浆料,聚酯浆料是采用与涤纶相同或相似为原料如对苯二甲酸(二甲酯)和乙二醇类单体在高温条件下通过缩聚反应合成的大分子中含有酯基(一 COO 一)和水溶性基团的一种新型浆料,由于该浆料与涤纶纤维分子结构相似,对涤纶纤维具有优异的粘着性能,水溶性好,易于退浆.聚酯浆料粘度低,表面张力小,对纱线润湿性,渗透 l 生好.它与淀粉,PVA 有很好的混溶性,且对淀粉有较好的增塑作用,浆膜脆生得到了改善.易于生物降解是一种良好的环保型浆料,其环保性能见表 4.聚酯浆料早在上世纪七八十年代,美,英,法和日本等国已有产品用于涤纶长丝上浆,但由于吸湿性强,价格贵,使用受到了很大的限制.近年来德国汉高公司生产的 P28 聚酯浆料已引入我国,并与 PVA(低聚合度),淀粉混合用于高吸湿快干短纤维织物经纱上浆取得了较好的效果.我国在上世纪 90 年代也有研究单位,大专
