聚丙烯酸聚乙烯醇共聚浆料的浆纱性能分析

2021-10-15 05:17刘召英张晓东
棉纺织技术 2021年10期
关键词:毛羽上浆浆料

郭 欢 刘召英 刘 馨 夏 凯 张晓东

(青岛大学,山东青岛,266071)

细号高密纯棉织物通常具有滑爽、柔软的手感以及典雅的外观,因而受到越来越多消费者的青睐。但是由于细号纱的线密度较小,纤维断裂强力低,因此细号高密纯棉织物的浆纱难度通常较大[1]。当今纺织浆料市场中,淀粉类浆料、聚乙烯醇(以下简称PVA)类浆料和聚丙烯酸类浆料依然占据主导地位[2‐4]。由于具有非常好的黏附性、成膜性以及相容性,PVA 多年来一直是细号高密纯棉织物的理想上浆剂。然而PVA 存在不易完全退浆和难以生物降解的问题。对PVA 浆料进行有效改性,可以调整其分子之间的结构,使分子间的氢键作用减弱,以降低结晶度[5],提高浆料的溶解性和退浆性能。针对细号纯棉纱线的结构特点和上浆要求,本研究合成制备了聚丙烯酸聚乙烯醇共聚浆料(以下简称APVA),并以某纺织厂细号高密纯棉织物品种的实际生产浆纱配方为参照,研究适合于细号纯棉纱线的浆纱配方。

1 试验部分

1.1 试验材料与试剂

醋酸乙烯酯(以下简称VAc)、丙烯酸、偶氮二异丁腈、甲醇、氢氧化钠,均为分析纯,上海国药集团化学试剂有限公司;醋酸酯淀粉DF‐A、聚丙烯酸浆料QL‐98、聚丙烯酸浆料QB918、组合浆料SuperSizes、PVA205、PVA1799、磷酯淀粉、马铃薯变性淀粉GM8‐60、马铃薯变性淀粉CP‐L;纯棉9.8 tex 纱和纯棉7.4 tex 纱。

1.2 APVA 的制备及表征

按照文献[6]工艺,采用丙烯酸与VAc 先共聚而后醇解的方法制备了APVA。性能测试显示,所制备APVA 的平均聚合度为1 300,羧基含量为3.9%,醇解度为93.3%。

采用D8 型X 射线衍射仪对APVA 的晶体结构进行分析。按照文献[4]方法,配置质量分数为5%的APVA 浆液,加入适量硫酸调节浆液的pH值小于2,静置2 h 进行酸析反应,过滤,沉淀物水洗3 次后干燥至恒重,计算APVA 的酸析率。

1.3 纱线上浆试验

1.3.1 浆料配方

某工厂实际生产纯棉纱的浆料配方见表1。实际生产的配方中浆料组分较多,浆料的固含量较高,而且PVA 浆料不能很好地退浆,易对环境造成污染。本试验设计的配方使用APVA 浆料代替传统的PVA 浆料,同时减少浆料组分及浆料的添加剂用量,降低浆料的固含量,以期有效简化调浆工艺及降低生产成本,具体配方见表2。4 种新配方均用于纯棉9.8 tex 和7.4 tex 纱的上浆。

表1 实际生产中的浆料配方

表2 试验设计配方

1.3.2 浆液性能测试

按照表1 和表2 的配方,分别配制不同的组合浆液,在95 ℃条件下保温糊化1 h,采用DV3T型黏度计测定浆液的表观黏度。参照文献[7]方法,采用DCAT21 型自动表面张力仪测定浆液在90 ℃时的表面张力。根据浆液静置8 h 后的分层情况来评价浆液的混溶性。参照文献[8]方法,将制得的浆膜在温度为105 ℃的烘箱内干燥至恒重,然后称取厚度均匀的浆膜各1 g,置于相对湿度75%的干燥器中进行吸湿试验,10 天后取出称重,计算浆膜的吸湿率。

1.3.3 浆纱性能分析

按照原配方和新配方配制浆液,升温至95 ℃,糊化保温1 h,采用JSSJ‐83 型小样浆纱机上浆,上浆温度95 ℃,浆槽浆液恒温循环,浆纱速度50 m/min,压浆辊压力12 kN。

依据GB/T 3916—2013《纺织品 卷装纱 单根纱线断裂强力和断裂伸长率的测定(CRE 法)》测定单纱断裂强力,采用YG061F 型电子单纱强力仪测试浆纱强伸性能。依据FZ/T 01058—1999《纱线耐磨试验方法 往复式磨辊法》,采用LLY‐63 型纱线耐磨仪测试浆纱的耐磨性能,测试纱线20 根,测试速度60 次/min,外加张力20 cN。依据FZ/T 01086—2020《纺织品 纱线毛羽测定方法 投影计数法》,采用YG171LB 型测试仪测试浆纱的毛羽数,测试10 次取平均值。采用蔡司研究级显微镜观察浆纱的表面形态。

2 结果与讨论

2.1 APVA 的性能分析

2.1.1 结晶性能分析

APVA 与PVA 的X 射线衍射图见图1。从图1 可以看出,在2θ为20.22°和41.18°处出现了明显特征衍射峰。APVA 的X 射线衍射图谱基本与原PVA 相同,但特征衍射峰值略有减小,这表明羧基的引入会使PVA 结晶度下降。

图1 PVA1799 与APVA 的X 射线衍射图谱

2.1.2 酸析性

酸析试验测试结果显示APVA 浆料的酸析率为97.6%,表明APVA 浆料具有较高的酸析性。因此可利用该性能事先对退浆废水调酸絮凝沉降,过滤去除APVA 浆料后,再进行生化降解处理,这样即可减少因PVA 浆料难以絮凝沉降、过滤脱除而导致的退浆废水难以生化降解的环境污染问题。

2.2 浆液性能

工厂实际生产配方和本试验设计配方的浆液性能见表3。各配方均不发生分层现象。

从表3 可以看出,4 种原配方的浆液表面张力值均低于纯棉织物的表面张力(62.0 cN/m),因此能够保证浆液更好地渗透到纱线内部,满足上浆的要求,4 种新配方的浆液表面张力较原配方略有降低;原配方与新配方的浆液静置后均不会出现明显的分层现象,均具有较好的稳定性;新配方的浆膜吸湿性与原配方相差不大,而新配方2 由于使用了水性丙烯酸浆料QB918,其浆膜吸湿率较大。

表3 工厂实际生产配方和本试验设计配方的浆液性能对比

2.3 浆纱性能

纯棉9.8 tex 纱性能:断裂强力122 cN,断裂伸长18.9 mm,摩擦次数64次,1 mm毛羽24.9根/m,2 mm 毛羽16.1 根/m。纯棉7.4 tex 纱性能:断裂强力96 cN,断裂伸长15.2 mm,摩擦次数38 次,1 mm 毛羽36.2 根/m,2 mm 毛羽28.9 根/m。

工厂实际生产配方和本试验设计配方对纯棉9.8 tex 的浆纱性能见表4。由于实际生产配方与试验设计配方的3 mm 毛羽降低性能测试结果基本相似,因此我们采用1 mm 和2 mm 的毛羽长度,以便于两种配方的毛羽降低性能有明显的区别。

表4 纯棉9.8 tex 纱浆纱性能

从表4 可以看出,对于纯棉9.8 tex 纱,新配方的上浆率相比原配方均有所降低;而在浆纱增强性能方面,新配方1 和新配方4 的浆纱增强率明显高于原配方;在减伸性能方面,新配方2 的浆纱减伸率明显高于原配方,新配方1 和新配方4 的浆纱减伸率略低于原配方;在耐磨性能方面,新配方均优于原配方,其中新配方3 的耐磨性能最好;在毛羽贴伏方面,新配方的浆纱毛羽降低率都优于原配方。综上各性能的评价结果,新配方1 和新配方4 均可替代原配方用于纯棉9.8 tex 纱的上浆。

工厂实际生产配方和本试验设计配方对纯棉7.4 tex 纱的浆纱性能见表5。

从表5 可以看出,对于纯棉7.3 tex 纱,新配方的上浆率相比原配方均有所降低;而在增强性能方面,新配方1、新配方3 和新配方4 的浆纱增强率均明显高于原配方,其中新配方1 的增强率最大;在减伸性能方面,新配方的浆纱减伸率均高于原配方;在耐磨性能方面,新配方均优于原配方,其中新配方3 的耐磨性能最好;在毛羽贴伏方面,仅有新配方1 和新配方4 的浆纱毛羽贴伏性能优于原配方。综上,根据强伸性能、耐磨性能和毛羽贴伏性能的评价结果,新配方1 和新配方4 均可替代原配方用于纯棉7.4 tex 纱的上浆。

表5 纯棉7.4 tex 纱浆纱性能

图2 为纯棉9.8 tex 纱原纱与使用新配方1 上浆的浆纱的显微镜图。从图2 可以看出,未上浆的原纱结构松散,而浆纱结构紧密,毛羽贴伏纱线主干,基本不外露。

图2 纯棉9.8 tex 原纱与浆纱的显微镜照片

纯棉细号纱在上浆过程中对浆液的要求较高,尤其是浆纱强伸性能及耐磨性能。本试验设计配方中使用了水溶性更好的APVA 浆料,避免了传统PVA 溶解不完全造成的上浆隐患问题,同时APVA 浆液具有更好的渗透作用,适合细号纱以浸透为主的上浆方式。其中新配方1 的综合性能最佳,这主要是因为APVA 浆料能够提高浆纱强度,GM8‐60 与QL‐98 能够提高浆液的稳定性及柔软性,能够得到柔韧的浆膜。

3 结论

采用丙烯酸与醋酸乙烯酯先共聚而后醇解的方法制备了APVA,APVA 的结晶性能低于原PVA,但其水溶性增强,而且具有较高的酸析沉淀性能,有利于克服因PVA 浆料难以事先絮凝脱除所导致的退浆废水难以生化降解问题。通过与某纺织厂细号高密纯棉织物的实际生产浆纱配方作对比试验,证实采用APVA 替代传统PVA 上浆,不仅可以提高浆纱性能,而且可以减少经纱上浆的浆料组分,降低经纱上浆率,减少环境污染。

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