醋酸酯淀粉在粘胶纱低温上浆中的应用

刘志军，陈连光，朱忠华(.， 38000； .新恒生纺织有限公司， 38000)

如果在浆纱过程中直接降低浆液的温度，淀粉浆液不仅黏度迅速增大，还会随着时间的延长而形成凝胶。产生凝胶的主要原因是由于直链淀粉分子间的缔合，浆液中的直链淀粉分子因氢键作用形成有序排列，产生大分子聚集体，造成亲水性及水分散性下降，进而形成网状结构的凝胶。因凝胶不具备流动性，不能对经纱进行浸透和对纤维进行润湿和铺展，会严重影响上浆质量，甚至造成上浆生产不能正常进行。因此，原淀粉浆液难以适应热敏感型粘胶经纱的低温上浆要求[1]。

在粘胶纱上浆中，由于粘胶纤维结构松弛，分子间作用力较小， 使它在高温潮湿的状态下，强力急剧下降，湿区伸长大，所以要求上浆温度不能过高[2]。粘胶纤维同时具有亲水性强、吸浆性能好、不含蜡等特点，这为低温上浆提供了可能[3]。

淀粉经醋酸酯化后，在分子中引入了乙酰基团。乙酰基与葡萄糖单元上的羟基形成分子内氢键，阻碍了淀粉分子内氢键的生成；另外，乙酰基隔离了淀粉分子，阻碍了分子的聚集。这两种变性综合作用使醋酸酯化淀粉的抗凝沉性有所增强，并且随着取代度的提高，这种阻隔作用加强[4,5]，浆膜的机械性能得到改善[6]，有可能满足粘胶纱低温上浆的要求。对此，本文对醋酸酯变性淀粉在粘胶经纱上浆中的应用进行了研究。

1 实验部分

1.1 原材料与试剂

淀粉为玉米原淀粉，山东诸城兴贸玉米开发有限公司的工业品，其黏度为60 mPa·s，热浆黏度波动率为21%。纯粘胶粗纱号数为745 tex，捻系数为72，纤维规格为38 mm×1.65 dtex。纯粘胶细纱为27.8 tex，纤维参数同上。二者皆由杭州市良纺纺织有限公司提供。乙酸乙烯酯，氢氧化钠和盐酸等均为分析纯。

1.2 醋酸酯淀粉的制备

按文献[7]所述的方法制取酸解淀粉，黏度值为17.5 mPa·s (浓度为6%，95℃，糊化1 h后用NDJ-79型旋转黏度计测定)。将上述酸解降黏后的淀粉与水按1∶1.5的比例制成淀粉悬浮液，用浓度为3%的NaOH 溶液调节体系pH 10，然后在24 ℃和pH 9～10 的条件下滴加乙酸乙烯酯，滴加速度控制在0.5 h内完成，滴加完毕后继续反应0.5 h，再用稀盐酸调节体系至pH 7。抽滤、洗涤、干燥、粉碎，过100 目分样筛[5，8]。实验中通过改变乙酸乙烯酯与淀粉的重量比来制取不同取代度的醋酸酯淀粉。

1.3 取代度(DS)的测定

将淀粉醋酸酯中乙酰基用定量碱液皂化，乙酰基转变成醋酸，用标准盐酸液滴定剩余碱量进行计算。由于在碱皂化过程中可能引起少量降解，从而消耗碱量，为除去这种影响，用未取代的原淀粉进行空白滴定[9]。取代度的计算式为：

DS=162(V1- V2)/ m

m为淀粉醋酸酯的质量，g；V1为未取代原淀粉的盐酸用量，mL；V2为淀粉醋酸酯的盐酸耗量，mL；162是淀粉每个葡萄糖单元的相对分子质量。

1.4 变性淀粉的红外光谱分析[10]

样品的红外分析测试在Nicolet-460型傅立叶红外光谱仪上进行，扫描范围为500～4000 cm-1。

1.5 浆液基本性能测试

1.5.1黏度

按文献[11]的方法，调成浓度为6%的浆液，用NDJ-79型旋转式黏度计分别在95℃、80℃和60℃条件下测定淀粉浆料的黏度及其黏度稳定性。

1.5.2黏附力

粗纱试样按参考文献[3]的方法制备。将晾干后的轻浆粗纱条在YG065型电子织物强力仪上测试轻浆粗纱条的最大强力、断裂伸长和断裂功。测试条件: 拉伸速度50 mm /min，试样夹头距离100 mm，有效试样的样本容量为20。

1.6 浆纱性能测试

1.6.1浆纱增强率 减伸率

以HD021N型单纱强力仪测试，样本容量为50，通过统计分析剔除异常值后求取平均值。实验条件为初始张力：12.5 cN；夹距：500 mm；拉伸速度：500 mm/min。

1.6.2浆纱耐磨性能

以Y731型纤维抱合力仪测定，速度120 rpm，纱线张力19.6 cN/根，样本容量为30。

1.6.3浆纱毛羽降低率

毛羽指数用YG173型毛羽测试仪进行测试，并计算出毛羽降低率。

1.6.4退浆率

采用氯胺T退浆法测定。实验操作及计算参见文献[3]。

2 结果和讨论

2.1 淀粉醋酸酯的红外光谱分析

玉米原淀粉和醋酸酯淀粉红外光谱图如图1和图2。

图1 玉米原淀粉

图2 玉米醋酸酯淀粉

可以发现，在1375 cm-1和1240 cm-1附近对应的是醋酸酯的特征峰。在3500 cm-1附近，对应羟基伸缩振动的吸收峰，玉米原淀粉比醋酸酯淀粉的要强，这是因为在醋酸酯淀粉中的部分羟基被取代，红外图谱上羟基峰变弱所致。1740 cm-1附近的强吸收峰是羰基的伸缩振动峰。这就说明了淀粉结构中确实引入了醋酸酯基团。

2.2 黏度及其稳定性

黏度和黏度热稳定性是变性淀粉的重要指标，对上浆性能有很大的影响。表1列出了不同取代度的醋酸酯淀粉在不同温度条件下的黏度及黏度稳定性。

由表1可知，醋酸酯淀粉浆液的黏度随取代度的增加而逐渐降低，浆液温度在60～80℃范围内，黏度热稳定性随取代度的增大而提高，淀粉浆液的抗凝胶性能增强。这是由于乙酰基的引入，产生了空间效应，消弱了大分子中羟基的结合力，使淀粉分子链活动能力增强，从而黏度下降；再者，原淀粉引入酯基后，削弱了分子间氢键的缔合作用，增强了吸水性和分散性，随着取代度的提高，其吸水性增强，链节活动能力加强，其结果是糊化温度降低，抗凝胶性能增强[6]，使得浆液温度低至60℃时仍能保持一定的黏度稳定性，这为低温上浆提供了可能。

表1 醋酸酯淀粉在不同温度条件下的黏度及黏度稳定性

2.3 黏附性能

醋酸酯淀粉在不同温度条件下对黏胶纤维的黏附性能的影响如表2所示。可见，在相同温度条件下，随醋酸酯淀粉取代度的增大，它对粘胶纤维的黏附力总的来说是逐渐增大的。对于同一取代度而言，浆液温度的降低对黏附力的影响不大。

表2 温度对黏胶纤维黏附性能的影响

注：Rm为粗纱条的最大强力，W为粗纱条的断裂功。CV1为最大强力CV，CV2为断裂功CV。

在淀粉分子中引入醋酸酯基团后，由于其空间位阻作用干扰了淀粉羟基的缔合，提高了淀粉胶接层的柔韧性和弹性，降低了胶层与纤维界面上的内应力，减少内聚破坏发生的机率，有助于改善黏附性能[8]；再者，醋酸酯化变性降低了淀粉浆液的黏度，有利于润湿和铺展的进行，亦可提高淀粉的黏附性能。另一方面，淀粉与粘胶纤维还可以通过分子间羟基的作用，以形成氢键的方式来提高黏合强度，而酯基原子团的引入会在一定程度上破坏淀粉与粘胶纤维大分子之间的缔合；其次，酯基原子团是疏水性的，这种原子团显然会影响到淀粉分子的亲水性，进而又会对黏附性能产生不利的影响。这两方面对黏附性能相互矛盾的影响共同决定了淀粉与粘胶纤维之间的黏附性能。实验结果表明，当酯基原子团的数量达到一定程度之后 ,有利因素对黏附力的影响大于不利因素的影响，因此它能提高对粘胶纤维的黏附力。

在高温条件下，浆液分子自身的热运动加剧，分子间的作用力会减弱，浆液的黏度降低，有利于浆液对纱线的浸透和提高黏附力[11]。另一方面，由于粘胶纤维分子的结构松弛，分子间引力较小，在高温潮湿状态下，会引起纤维强力急剧下降；再者，低温时大分子的布朗运动弱，这必然又会影响浆液中大分子向粗纱内部的浸透，不利于浆液对纤维的黏合和改善黏附力。上述这几种相互矛盾影响因素共同作用，决定了温度变化对醋酸酯淀粉和粘胶纤维之间黏附力的影响不大。

2.4 浆纱性能

分别将酸解淀粉和醋酯淀粉配成含固率为10%的水分散液，搅拌下加热至95℃，并在该温度下保温搅拌1 h后进行对比浆纱实验。将所调制好的浆液分别注入经20 min预热的JSSJ-83小型浆纱机的浆槽内，控制浆槽温度使之分别在(95±3)℃、(80±3)℃和(60±3℃)条件下上浆。并针对粘胶纤维在高温湿态下，其物理性能变化明显，上浆后弹性损失大的特点，在上浆时适当地降低了烘筒温度。浆纱性能如表3所示。可见醋酸酯淀粉对粘胶纱的浆纱性能优于酸解淀粉,更为重要的是这种变性方式在温度低至60℃时，其对粘胶经纱的上浆性能仍未见明显降低。即保持了与在80～95℃条件下上浆时的几乎相同的浆纱质量。

表3 浆液温度对粘胶经纱浆纱质量的影响

注：醋酸酯淀粉的取代度为0.062。毛羽为长度≥3mm毛羽。

采用醋酸酯淀粉上浆，与酸解淀粉相比较而言，由于前者与粘胶纤维之间具有更强的黏附力，故能显著提高浆纱增强率、耐磨次数和毛羽降低率。此外，与酸解淀粉相比较，减伸率有所降低，这是由于原淀粉大分子中引入酯基后，消弱了淀粉大分子中羟基的缔合，起到了类似的“内增塑”作用。

使用醋酸酯淀粉浆料进行低温上浆,其上浆性能未见明显下降，主要原因是这种变性淀粉在浆液温度为60℃时仍具有较好的黏度稳定性，从而能保证适宜且稳定的上浆率；其次是这种变性淀粉与粘胶纤维之间的黏附力在浆液温度降低时未见明显下降；再者是避免了高温条件下对粘胶纤维的损伤。

3 结论

3.1醋酸酯淀粉浆液的黏度随取代度的增加而逐渐降低；浆液温度在60～80℃范围内，黏度热稳定性随取代度的增大而提高，淀粉浆液的抗凝胶性能增强，为低温上浆提供了可能。

3.2淀粉醋酸酯化变性能够提高对粘胶纤维的黏附性能；对于同一取代度而言，浆液温度的降低对黏附力的影响不大，为低温上浆奠定了基础。

3.3醋酸酯淀粉对粘胶纱的浆纱性能优于酸解淀粉；淀粉醋酸酯化变性有望解决淀粉浆料不适用于低温上浆的固有缺陷，当取代度大于0.062时，醋酸酯淀粉浆料可以在60～80 ℃下用于粘胶经纱的上浆。

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