醋酸酯淀粉在粘膠紗低溫上漿中的應用

劉志軍，陳連光，朱忠華(.， 38000； .新恒生紡織有限公司， 38000)

如果在漿紗過程中直接降低漿液的溫度，淀粉漿液不僅黏度迅速增大，還會隨著時間的延長而形成凝膠。產生凝膠的主要原因是由于直鏈淀粉分子間的締合，漿液中的直鏈淀粉分子因氫鍵作用形成有序排列，產生大分子聚集體，造成親水性及水分散性下降，進而形成網狀結構的凝膠。因凝膠不具備流動性，不能對經紗進行浸透和對纖維進行潤濕和鋪展，會嚴重影響上漿質量，甚至造成上漿生產不能正常進行。因此，原淀粉漿液難以適應熱敏感型粘膠經紗的低溫上漿要求[1]。

在粘膠紗上漿中，由于粘膠纖維結構松弛，分子間作用力較小， 使它在高溫潮濕的狀態(tài)下，強力急劇下降，濕區(qū)伸長大，所以要求上漿溫度不能過高[2]。粘膠纖維同時具有親水性強、吸漿性能好、不含蠟等特點，這為低溫上漿提供了可能[3]。

淀粉經醋酸酯化后，在分子中引入了乙?；鶊F。乙酰基與葡萄糖單元上的羥基形成分子內氫鍵，阻礙了淀粉分子內氫鍵的生成；另外，乙?；綦x了淀粉分子，阻礙了分子的聚集。這兩種變性綜合作用使醋酸酯化淀粉的抗凝沉性有所增強，并且隨著取代度的提高，這種阻隔作用加強[4,5]，漿膜的機械性能得到改善[6]，有可能滿足粘膠紗低溫上漿的要求。對此，本文對醋酸酯變性淀粉在粘膠經紗上漿中的應用進行了研究。

1 實驗部分

1.1 原材料與試劑

淀粉為玉米原淀粉，山東諸城興貿玉米開發(fā)有限公司的工業(yè)品，其黏度為60 mPa·s，熱漿黏度波動率為21%。純粘膠粗紗號數為745 tex，捻系數為72，纖維規(guī)格為38 mm×1.65 dtex。純粘膠細紗為27.8 tex，纖維參數同上。二者皆由杭州市良紡紡織有限公司提供。乙酸乙烯酯，氫氧化鈉和鹽酸等均為分析純。

1.2 醋酸酯淀粉的制備

按文獻[7]所述的方法制取酸解淀粉，黏度值為17.5 mPa·s (濃度為6%，95℃，糊化1 h后用NDJ-79型旋轉黏度計測定)。將上述酸解降黏后的淀粉與水按1∶1.5的比例制成淀粉懸浮液，用濃度為3%的NaOH 溶液調節(jié)體系pH 10，然后在24 ℃和pH 9～10 的條件下滴加乙酸乙烯酯，滴加速度控制在0.5 h內完成，滴加完畢后繼續(xù)反應0.5 h，再用稀鹽酸調節(jié)體系至pH 7。抽濾、洗滌、干燥、粉碎，過100 目分樣篩[5，8]。實驗中通過改變乙酸乙烯酯與淀粉的重量比來制取不同取代度的醋酸酯淀粉。

1.3 取代度(DS)的測定

將淀粉醋酸酯中乙?；枚繅A液皂化，乙?；D變成醋酸，用標準鹽酸液滴定剩余堿量進行計算。由于在堿皂化過程中可能引起少量降解，從而消耗堿量，為除去這種影響，用未取代的原淀粉進行空白滴定[9]。取代度的計算式為：

DS=162(V1- V2)/ m

m為淀粉醋酸酯的質量，g；V1為未取代原淀粉的鹽酸用量，mL；V2為淀粉醋酸酯的鹽酸耗量，mL；162是淀粉每個葡萄糖單元的相對分子質量。

1.4 變性淀粉的紅外光譜分析[10]

樣品的紅外分析測試在Nicolet-460型傅立葉紅外光譜儀上進行，掃描范圍為500～4000 cm-1。

1.5 漿液基本性能測試

1.5.1黏度

按文獻[11]的方法，調成濃度為6%的漿液，用NDJ-79型旋轉式黏度計分別在95℃、80℃和60℃條件下測定淀粉漿料的黏度及其黏度穩(wěn)定性。

1.5.2黏附力

粗紗試樣按參考文獻[3]的方法制備。將晾干后的輕漿粗紗條在YG065型電子織物強力儀上測試輕漿粗紗條的最大強力、斷裂伸長和斷裂功。測試條件: 拉伸速度50 mm /min，試樣夾頭距離100 mm，有效試樣的樣本容量為20。

1.6 漿紗性能測試

1.6.1漿紗增強率 減伸率

以HD021N型單紗強力儀測試，樣本容量為50，通過統計分析剔除異常值后求取平均值。實驗條件為初始張力：12.5 cN；夾距：500 mm；拉伸速度：500 mm/min。

1.6.2漿紗耐磨性能

以Y731型纖維抱合力儀測定，速度120 rpm，紗線張力19.6 cN/根，樣本容量為30。

1.6.3漿紗毛羽降低率

毛羽指數用YG173型毛羽測試儀進行測試，并計算出毛羽降低率。

1.6.4退漿率

采用氯胺T退漿法測定。實驗操作及計算參見文獻[3]。

2 結果和討論

2.1 淀粉醋酸酯的紅外光譜分析

玉米原淀粉和醋酸酯淀粉紅外光譜圖如圖1和圖2。

圖1 玉米原淀粉

圖2 玉米醋酸酯淀粉

可以發(fā)現，在1375 cm-1和1240 cm-1附近對應的是醋酸酯的特征峰。在3500 cm-1附近，對應羥基伸縮振動的吸收峰，玉米原淀粉比醋酸酯淀粉的要強，這是因為在醋酸酯淀粉中的部分羥基被取代，紅外圖譜上羥基峰變弱所致。1740 cm-1附近的強吸收峰是羰基的伸縮振動峰。這就說明了淀粉結構中確實引入了醋酸酯基團。

2.2 黏度及其穩(wěn)定性

黏度和黏度熱穩(wěn)定性是變性淀粉的重要指標，對上漿性能有很大的影響。表1列出了不同取代度的醋酸酯淀粉在不同溫度條件下的黏度及黏度穩(wěn)定性。

由表1可知，醋酸酯淀粉漿液的黏度隨取代度的增加而逐漸降低，漿液溫度在60～80℃范圍內，黏度熱穩(wěn)定性隨取代度的增大而提高，淀粉漿液的抗凝膠性能增強。這是由于乙?；囊?，產生了空間效應，消弱了大分子中羥基的結合力，使淀粉分子鏈活動能力增強，從而黏度下降；再者，原淀粉引入酯基后，削弱了分子間氫鍵的締合作用，增強了吸水性和分散性，隨著取代度的提高，其吸水性增強，鏈節(jié)活動能力加強，其結果是糊化溫度降低，抗凝膠性能增強[6]，使得漿液溫度低至60℃時仍能保持一定的黏度穩(wěn)定性，這為低溫上漿提供了可能。

表1 醋酸酯淀粉在不同溫度條件下的黏度及黏度穩(wěn)定性

2.3 黏附性能

醋酸酯淀粉在不同溫度條件下對黏膠纖維的黏附性能的影響如表2所示?？梢?，在相同溫度條件下，隨醋酸酯淀粉取代度的增大，它對粘膠纖維的黏附力總的來說是逐漸增大的。對于同一取代度而言，漿液溫度的降低對黏附力的影響不大。

表2 溫度對黏膠纖維黏附性能的影響

注：Rm為粗紗條的最大強力，W為粗紗條的斷裂功。CV1為最大強力CV，CV2為斷裂功CV。

在淀粉分子中引入醋酸酯基團后，由于其空間位阻作用干擾了淀粉羥基的締合，提高了淀粉膠接層的柔韌性和彈性，降低了膠層與纖維界面上的內應力，減少內聚破壞發(fā)生的機率，有助于改善黏附性能[8]；再者，醋酸酯化變性降低了淀粉漿液的黏度，有利于潤濕和鋪展的進行，亦可提高淀粉的黏附性能。另一方面，淀粉與粘膠纖維還可以通過分子間羥基的作用，以形成氫鍵的方式來提高黏合強度，而酯基原子團的引入會在一定程度上破壞淀粉與粘膠纖維大分子之間的締合；其次，酯基原子團是疏水性的，這種原子團顯然會影響到淀粉分子的親水性，進而又會對黏附性能產生不利的影響。這兩方面對黏附性能相互矛盾的影響共同決定了淀粉與粘膠纖維之間的黏附性能。實驗結果表明，當酯基原子團的數量達到一定程度之后 ,有利因素對黏附力的影響大于不利因素的影響，因此它能提高對粘膠纖維的黏附力。

在高溫條件下，漿液分子自身的熱運動加劇，分子間的作用力會減弱，漿液的黏度降低，有利于漿液對紗線的浸透和提高黏附力[11]。另一方面，由于粘膠纖維分子的結構松弛，分子間引力較小，在高溫潮濕狀態(tài)下，會引起纖維強力急劇下降；再者，低溫時大分子的布朗運動弱，這必然又會影響漿液中大分子向粗紗內部的浸透，不利于漿液對纖維的黏合和改善黏附力。上述這幾種相互矛盾影響因素共同作用，決定了溫度變化對醋酸酯淀粉和粘膠纖維之間黏附力的影響不大。

2.4 漿紗性能

分別將酸解淀粉和醋酯淀粉配成含固率為10%的水分散液，攪拌下加熱至95℃，并在該溫度下保溫攪拌1 h后進行對比漿紗實驗。將所調制好的漿液分別注入經20 min預熱的JSSJ-83小型漿紗機的漿槽內，控制漿槽溫度使之分別在(95±3)℃、(80±3)℃和(60±3℃)條件下上漿。并針對粘膠纖維在高溫濕態(tài)下，其物理性能變化明顯，上漿后彈性損失大的特點，在上漿時適當地降低了烘筒溫度。漿紗性能如表3所示。可見醋酸酯淀粉對粘膠紗的漿紗性能優(yōu)于酸解淀粉,更為重要的是這種變性方式在溫度低至60℃時，其對粘膠經紗的上漿性能仍未見明顯降低。即保持了與在80～95℃條件下上漿時的幾乎相同的漿紗質量。

表3 漿液溫度對粘膠經紗漿紗質量的影響

注：醋酸酯淀粉的取代度為0.062。毛羽為長度≥3mm毛羽。

采用醋酸酯淀粉上漿，與酸解淀粉相比較而言，由于前者與粘膠纖維之間具有更強的黏附力，故能顯著提高漿紗增強率、耐磨次數和毛羽降低率。此外，與酸解淀粉相比較，減伸率有所降低，這是由于原淀粉大分子中引入酯基后，消弱了淀粉大分子中羥基的締合，起到了類似的“內增塑”作用。

使用醋酸酯淀粉漿料進行低溫上漿,其上漿性能未見明顯下降，主要原因是這種變性淀粉在漿液溫度為60℃時仍具有較好的黏度穩(wěn)定性，從而能保證適宜且穩(wěn)定的上漿率；其次是這種變性淀粉與粘膠纖維之間的黏附力在漿液溫度降低時未見明顯下降；再者是避免了高溫條件下對粘膠纖維的損傷。

3 結論

3.1醋酸酯淀粉漿液的黏度隨取代度的增加而逐漸降低；漿液溫度在60～80℃范圍內，黏度熱穩(wěn)定性隨取代度的增大而提高，淀粉漿液的抗凝膠性能增強，為低溫上漿提供了可能。

3.2淀粉醋酸酯化變性能夠提高對粘膠纖維的黏附性能；對于同一取代度而言，漿液溫度的降低對黏附力的影響不大，為低溫上漿奠定了基礎。

3.3醋酸酯淀粉對粘膠紗的漿紗性能優(yōu)于酸解淀粉；淀粉醋酸酯化變性有望解決淀粉漿料不適用于低溫上漿的固有缺陷，當取代度大于0.062時，醋酸酯淀粉漿料可以在60～80 ℃下用于粘膠經紗的上漿。

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