大麻秆纤维素醚浆料的环保性与浆纱工艺

吕 坤 坤，　季 英 超，　由 东 方

( 1.大连工业大学 纺织与材料工程学院， 辽宁 大连　116034；2.大连工纺科技有限公司， 辽宁 大连　116034 )



大麻秆纤维素醚浆料的环保性与浆纱工艺

吕 坤 坤1，季 英 超1，由 东 方2

( 1.大连工业大学 纺织与材料工程学院， 辽宁 大连116034；2.大连工纺科技有限公司， 辽宁 大连116034 )

摘要:以大麻秆纤维素醚与变性淀粉复配浆料逐步替代PVA与变性淀粉复配浆料，研究了大麻秆纤维素醚作为浆料的环保性能及浆纱工艺。通过对浆液的黏度、COD进行测试，对浆液性能及环保性能分析。结果表明，大麻秆纤维素醚与变性淀粉的组合浆料最佳复配比为1∶2.8，较含PVA浆料的COD降低了50%，更有利于环保。通过对同批棉麻混纺纱进行上浆实验，大麻秆纤维素醚上浆得到的浆纱与含PVA浆料的浆纱相比，增强率和增磨率分别提高6.4%和8.6%，有效地改善了浆纱的机械性能。

关键词:大麻秆纤维素醚；环保性；浆纱工艺

0引言

目前，化学需氧量(COD)排放量过高是纺织工业废水的主要污染问题，其中，浆纱废液中的污染尤其严重[1-2]。为保护环境，进一步倡导无PVA上浆，全国浆料和浆纱技术2013年会提出了绿色环保浆料的应用将是未来上浆工艺的发展趋势。

浆纱工序产生的污染主要取决于所选用浆料。刘海涛、瞿才新等[3-4]对PVA及聚丙烯酸类化学浆料的生物降解性进行了研究，研究表明，聚乙烯醇(PVA)和聚丙烯酸类这两种浆料的生物降解性较低，尤其是PVA浆料。Mostafa等[5]研究了一种新型的预凝胶改性淀粉，对棉纱的上浆效果较好。武海良等[6-7]研究了微波辐射制备接枝变性淀粉,发现其强力、伸长及耐磨性能较原纱有了较大提高。周丹等[8]制备出取代度为0.021 5 的醋酸酯淀粉，浆液、浆膜性能良好，浆纱性能较理想。刘晓云等[9]对两性丙烯酸酯类浆料ZF的上浆性能进行实验测试分析,结果表明这种上浆剂对棉纱的浆纱性能良好、易退浆。

虽然对取代PVA的淀粉及聚丙烯酸类浆料的改性研究甚多，但是还有很多缺陷，开发利用能完全替代PVA的环保浆料非常关键[10]。本实验选用新型大麻秆纤维素醚与变性淀粉复配，对同批同品种棉麻混纺纱线进行替代PVA的上浆实验，并对浆液性能、环保性能及浆纱性能进行一系列测试，重点对废液中环保及浆纱工艺进行研究，以适应实际生产。

1材料与方法

1.1原料

大麻秆纤维素醚，马铃薯变性淀粉(以下简称变性淀粉)，PVA-1799，PVA-0588， FS-101(聚丙烯酸类浆料)，棉麻混纺纱(JC70/H30 36s)。

大麻/棉混纺纱毛羽多且长、纱线细、强力低且不匀率高、断裂伸长率、弹性小[11]，所以合理的浆纱工艺对于棉麻纱的加工非常重要。

自主研发的新型大麻秆纤维素醚[12]为纤维素衍生物类非离子型浆料，基本质量指标：外观为淡黄色粉末状，含水率10.6%，pH 6.16，质量分数为2%时黏度为262.4 mPa·s，易溶于水。

根据相似相容原理，其对棉麻混纺纱的黏附力强，但由于黏度过大，浆膜厚度过大，浸透较少，易形成表面上浆，发生浆膜脱落，需与变性淀粉混合使用，增加渗透，提高浆纱柔韧性、耐磨性，减少纱线表面毛羽及再生毛羽[13]。

1.2仪器

DV-79数字式黏度计，重铬酸钾回流法测定COD装置(回流装置、电炉子及有关试剂)，ESS1000小样浆纱机，YG061F型电子单纱强力仪，LFY-109B型电脑纱线耐磨性能测试仪。

1.3方法

1.3.1浆纱配方设计

根据大麻秆纤维素醚、变性淀粉及棉麻混纺纱的性能，在原配方[14]的基础上进行优化，合理设计大麻秆纤维素醚与变性淀粉的复配比例。原配方及设计的新配方见表1。

1.3.2浆液黏度及黏度热稳定性测试

浆液黏度及黏度稳定性的测试参照GB/T 22427.7—2008进行测试[15]。根据表1所设计的浆料配方，调制质量分数为2%的浆液300 mL，恒温水浴加热，使浆液温度升高至95 ℃，开始计时，保温，每隔30 min测定一次黏度，共测定6次。

表1　大麻秆纤维素醚浆料配方

1.3.3浆液环保性能测试

退浆废水产生的污染主要取决于所选用浆料，因此需对浆液的环保性能进行测试。浆液COD的测试参照GB/T 11914—1989《水质 化学需氧量的测定 重铬酸盐法》执行[16]。质量分数为1%的浆液在95 ℃下煮浆1 h后，放置1 d左右，测定COD。

1.3.4浆纱实验及浆纱性能测试

选择适宜浆液配方，利用ESS1000小样浆纱机进行上浆实验，在煮浆温度95 ℃，浆槽温度80～83 ℃，煮浆1 h，浆纱速度10 r/min，确定最佳上浆工艺参数[17]，设计3种方案，如表2所示。分别对浆纱后的纱线进行强伸性能及耐磨性能进行测试。

表2　浆纱工艺参数设计

2结果与分析

2.1浆液黏度及黏度热稳定性分析

保温1 h时测定的黏度即为该浆液的黏度，后5次测定的黏度极差与95 ℃保温1 h测定的黏度的比为黏度波动率，然后计算各配方的黏度稳定性，黏度稳定性越大，说明浆液的热稳定性越高。实验测得各配方的浆液黏度及黏度热稳定性见表3。由表3可知，大麻秆纤维素醚与变性淀粉复配的浆液黏度比PVA与变性淀粉复配的浆液黏度要大，并且随着大麻秆纤维素醚比例的增大浆液黏度也增大。所有配方浆液的黏度变化不大，其黏度热稳定性良好，均符合浆纱过程中对浆液黏度热稳定性的要求。

表3　浆液的黏度波动率和黏度热稳定性

2.2浆液环保性能分析

对各浆料COD测试结果如图1所示。大麻秆纤维素醚的COD最低，而PVA-1799的COD最高，PVA-0588的COD也相对较高。说明以大麻秆纤维素醚与变性淀粉做主浆料，浆液环保性较好。

A, 100%变性淀粉； B, 100%麻秆纤维素醚；

图2为各配方浆液的COD。由图2可知，大麻秆纤维素醚在一定含量范围内，随着大麻秆纤维素醚与变性淀粉的比值增大，浆液COD降低。原配方(0号配方)的COD最大，为26 448 mg/L，6号配方的COD最小，为13 235.2 mg/L。说明新设计的大麻秆纤维素醚与变性淀粉复配的浆料环保性能明显优于以PVA为主浆料的原配方。而当大麻秆纤维素醚/变性淀粉超过24/66时，浆液COD又增大。所以选择0～6号配方进行上浆实验。

图2　各配方浆液的COD

2.3浆纱性能

2.3.1强伸性能分析

对原纱及在不同工艺条件下0～6号配方上浆的纱线所测得的增强率及减伸性见图3和4。由图3可知，相同浆液质量分数条件下，压浆力越高，浆纱增强率越高。这是因为压浆力提高，会增大浆液的渗透，增强纱线内部纤维之间的抱合力，从而提高纱线强力。各配方浆纱的减伸率均为负值，纱线的断裂伸长率不仅没有减小反而增大，说明经过浆纱工序，纱线更加柔韧，达到了增强保伸的效果。相同压浆力条件下，浓度增大，浆纱增强率大幅度提高，断裂伸长率也在一定程度上增大。

图3　浆纱增强率对比

图4　浆纱减伸率对比

因此，从浆纱强伸性能方面分析选择方案3为最佳上浆工艺，即浆液质量分数为4.5%，压浆力为0.66 MPa。由图4中可知，大麻秆纤维素醚逐步替代PVA后，浆纱增强率呈上升趋势，且逐渐高于含PVA的配方，断裂伸长率显著增大。原配方的增强率较小，4、5、6号浆纱增强率较大。

2.3.2耐磨性能分析

由浆纱耐磨性能测试结果如图5所示，浆纱增磨率随着浆液质量分数、压力的增大而增高，即当浆液质量分数为4.5%、压浆力为0.66 MPa时浆纱耐磨性最好。原因可能是浆液质量分数大有利于披覆，压浆力大有利于浆液渗透，两者共同作用使毛羽更加贴伏，有利于提高浆纱耐磨性能。并且当大麻秆纤维素醚完全取代PVA时，大麻秆纤维素醚/变性淀粉越大增磨率越高，其中6号配方的浆纱增磨率高达82.25%，而原配方的浆纱增磨率只有73.67%。

图5　浆纱增磨率对比

3结论

大麻秆纤维素醚与变性淀粉复配的浆液黏度比PVA与变性淀粉复配的浆液黏度大，说明大麻秆纤维素的黏附性比PVA的黏附性好，且大麻秆纤维素醚浆液的热稳定性优良，是一种优良的上浆剂。

PVA与变性淀粉复配浆料的COD较高，而大麻秆纤维素醚与变性淀粉复配的浆料COD较低，较PVA与变性淀粉复配浆料COD降低约50%，说明大麻秆纤维素醚浆料的环保性能高于以PVA为主的浆料，大麻秆纤维素醚可替代PVA用作绿色浆料。

最佳浆纱工艺条件下，大麻秆纤维素醚浆料浆纱的强伸性能与耐磨性能都接近甚至优于以PVA为主浆料的浆纱性能，前者的增强率、增磨率分别比后者高出6.4%和8.6%。

大麻秆纤维素醚既有利于环保，又能最大程度提高浆纱性能，最佳浆料组合为大麻秆纤维素醚与变性淀粉组合浆料，且两者复配比例约为1∶2.8时浆纱效果最佳。

参考文献:

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Sizing technology and environmental performance of the hemp pole cellulose ether compound paste

LYUKunkun1，JIYingchao1，YOUDongfang2

( 1.School of Textile and Materials Engineering, Dalian Polytechnic University, Dalian 116034, China；2.Dalian Industrial Textile Technology Company Limited, Dalian 116034, China )

Abstract:The environmental performance and sizing technology of the hemp pole cellulose were researched, through replacing PVA and modified starch slurry with the hemp pole cellulose ether and modified starch slurry gradually. The property of slurry and the environmental performance were analyzed by testing viscosity and COD of slurry. The results showed that the best ratio of the hemp pole cellulose ether and modified starch compound was about 1∶2.8, and COD of the compound paste was 50% lower than that of PVA slurry, which was more environment friendly. Compared with PVA, the enhancement rate and the increasing grinding rate increased by 6.4% and 8.6% with the same batch of cotton fiber blended yarn sizing respectively, which improved the sizing mechanical properties.

Key words:hemp pole cellulose ether; environmental; sizing technology

中图分类号:TS102.9

文献标志码:A

作者简介:吕坤坤(1990-)，女，硕士研究生；通信作者：季英超(1957-)，男，教授.

收稿日期:2015-05-06.

文章编号:1674-1404(2016)02-0119-04