大麻稈纖維素醚漿料的環(huán)保性與漿紗工藝

呂 坤 坤，　季 英 超，　由 東 方

( 1.大連工業(yè)大學 紡織與材料工程學院， 遼寧 大連　116034；2.大連工紡科技有限公司， 遼寧 大連　116034 )

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大麻稈纖維素醚漿料的環(huán)保性與漿紗工藝

呂 坤 坤1，季 英 超1，由 東 方2

( 1.大連工業(yè)大學 紡織與材料工程學院， 遼寧 大連116034；2.大連工紡科技有限公司， 遼寧 大連116034 )

摘要:以大麻稈纖維素醚與變性淀粉復配漿料逐步替代PVA與變性淀粉復配漿料，研究了大麻稈纖維素醚作為漿料的環(huán)保性能及漿紗工藝。通過對漿液的黏度、COD進行測試，對漿液性能及環(huán)保性能分析。結果表明，大麻稈纖維素醚與變性淀粉的組合漿料最佳復配比為1∶2.8，較含PVA漿料的COD降低了50%，更有利于環(huán)保。通過對同批棉麻混紡紗進行上漿實驗，大麻稈纖維素醚上漿得到的漿紗與含PVA漿料的漿紗相比，增強率和增磨率分別提高6.4%和8.6%，有效地改善了漿紗的機械性能。

關鍵詞:大麻稈纖維素醚；環(huán)保性；漿紗工藝

0引言

目前，化學需氧量(COD)排放量過高是紡織工業(yè)廢水的主要污染問題，其中，漿紗廢液中的污染尤其嚴重[1-2]。為保護環(huán)境，進一步倡導無PVA上漿，全國漿料和漿紗技術2013年會提出了綠色環(huán)保漿料的應用將是未來上漿工藝的發(fā)展趨勢。

漿紗工序產(chǎn)生的污染主要取決于所選用漿料。劉海濤、瞿才新等[3-4]對PVA及聚丙烯酸類化學漿料的生物降解性進行了研究，研究表明，聚乙烯醇(PVA)和聚丙烯酸類這兩種漿料的生物降解性較低，尤其是PVA漿料。Mostafa等[5]研究了一種新型的預凝膠改性淀粉，對棉紗的上漿效果較好。武海良等[6-7]研究了微波輻射制備接枝變性淀粉,發(fā)現(xiàn)其強力、伸長及耐磨性能較原紗有了較大提高。周丹等[8]制備出取代度為0.021 5 的醋酸酯淀粉，漿液、漿膜性能良好，漿紗性能較理想。劉曉云等[9]對兩性丙烯酸酯類漿料ZF的上漿性能進行實驗測試分析,結果表明這種上漿劑對棉紗的漿紗性能良好、易退漿。

雖然對取代PVA的淀粉及聚丙烯酸類漿料的改性研究甚多，但是還有很多缺陷，開發(fā)利用能完全替代PVA的環(huán)保漿料非常關鍵[10]。本實驗選用新型大麻稈纖維素醚與變性淀粉復配，對同批同品種棉麻混紡紗線進行替代PVA的上漿實驗，并對漿液性能、環(huán)保性能及漿紗性能進行一系列測試，重點對廢液中環(huán)保及漿紗工藝進行研究，以適應實際生產(chǎn)。

1材料與方法

1.1原料

大麻稈纖維素醚，馬鈴薯變性淀粉(以下簡稱變性淀粉)，PVA-1799，PVA-0588， FS-101(聚丙烯酸類漿料)，棉麻混紡紗(JC70/H30 36s)。

大麻/棉混紡紗毛羽多且長、紗線細、強力低且不勻率高、斷裂伸長率、彈性小[11]，所以合理的漿紗工藝對于棉麻紗的加工非常重要。

自主研發(fā)的新型大麻稈纖維素醚[12]為纖維素衍生物類非離子型漿料，基本質量指標：外觀為淡黃色粉末狀，含水率10.6%，pH 6.16，質量分數(shù)為2%時黏度為262.4 mPa·s，易溶于水。

根據(jù)相似相容原理，其對棉麻混紡紗的黏附力強，但由于黏度過大，漿膜厚度過大，浸透較少，易形成表面上漿，發(fā)生漿膜脫落，需與變性淀粉混合使用，增加滲透，提高漿紗柔韌性、耐磨性，減少紗線表面毛羽及再生毛羽[13]。

1.2儀器

DV-79數(shù)字式黏度計，重鉻酸鉀回流法測定COD裝置(回流裝置、電爐子及有關試劑)，ESS1000小樣漿紗機，YG061F型電子單紗強力儀，LFY-109B型電腦紗線耐磨性能測試儀。

1.3方法

1.3.1漿紗配方設計

根據(jù)大麻稈纖維素醚、變性淀粉及棉麻混紡紗的性能，在原配方[14]的基礎上進行優(yōu)化，合理設計大麻稈纖維素醚與變性淀粉的復配比例。原配方及設計的新配方見表1。

1.3.2漿液黏度及黏度熱穩(wěn)定性測試

漿液黏度及黏度穩(wěn)定性的測試參照GB/T 22427.7—2008進行測試[15]。根據(jù)表1所設計的漿料配方，調(diào)制質量分數(shù)為2%的漿液300 mL，恒溫水浴加熱，使?jié){液溫度升高至95 ℃，開始計時，保溫，每隔30 min測定一次黏度，共測定6次。

表1　大麻稈纖維素醚漿料配方

1.3.3漿液環(huán)保性能測試

退漿廢水產(chǎn)生的污染主要取決于所選用漿料，因此需對漿液的環(huán)保性能進行測試。漿液COD的測試參照GB/T 11914—1989《水質 化學需氧量的測定 重鉻酸鹽法》執(zhí)行[16]。質量分數(shù)為1%的漿液在95 ℃下煮漿1 h后，放置1 d左右，測定COD。

1.3.4漿紗實驗及漿紗性能測試

選擇適宜漿液配方，利用ESS1000小樣漿紗機進行上漿實驗，在煮漿溫度95 ℃，漿槽溫度80～83 ℃，煮漿1 h，漿紗速度10 r/min，確定最佳上漿工藝參數(shù)[17]，設計3種方案，如表2所示。分別對漿紗后的紗線進行強伸性能及耐磨性能進行測試。

表2　漿紗工藝參數(shù)設計

2結果與分析

2.1漿液黏度及黏度熱穩(wěn)定性分析

保溫1 h時測定的黏度即為該漿液的黏度，后5次測定的黏度極差與95 ℃保溫1 h測定的黏度的比為黏度波動率，然后計算各配方的黏度穩(wěn)定性，黏度穩(wěn)定性越大，說明漿液的熱穩(wěn)定性越高。實驗測得各配方的漿液黏度及黏度熱穩(wěn)定性見表3。由表3可知，大麻稈纖維素醚與變性淀粉復配的漿液黏度比PVA與變性淀粉復配的漿液黏度要大，并且隨著大麻稈纖維素醚比例的增大漿液黏度也增大。所有配方漿液的黏度變化不大，其黏度熱穩(wěn)定性良好，均符合漿紗過程中對漿液黏度熱穩(wěn)定性的要求。

表3　漿液的黏度波動率和黏度熱穩(wěn)定性

2.2漿液環(huán)保性能分析

對各漿料COD測試結果如圖1所示。大麻稈纖維素醚的COD最低，而PVA-1799的COD最高，PVA-0588的COD也相對較高。說明以大麻稈纖維素醚與變性淀粉做主漿料，漿液環(huán)保性較好。

A, 100%變性淀粉； B, 100%麻稈纖維素醚；

圖2為各配方漿液的COD。由圖2可知，大麻稈纖維素醚在一定含量范圍內(nèi)，隨著大麻稈纖維素醚與變性淀粉的比值增大，漿液COD降低。原配方(0號配方)的COD最大，為26 448 mg/L，6號配方的COD最小，為13 235.2 mg/L。說明新設計的大麻稈纖維素醚與變性淀粉復配的漿料環(huán)保性能明顯優(yōu)于以PVA為主漿料的原配方。而當大麻稈纖維素醚/變性淀粉超過24/66時，漿液COD又增大。所以選擇0～6號配方進行上漿實驗。

圖2　各配方漿液的COD

2.3漿紗性能

2.3.1強伸性能分析

對原紗及在不同工藝條件下0～6號配方上漿的紗線所測得的增強率及減伸性見圖3和4。由圖3可知，相同漿液質量分數(shù)條件下，壓漿力越高，漿紗增強率越高。這是因為壓漿力提高，會增大漿液的滲透，增強紗線內(nèi)部纖維之間的抱合力，從而提高紗線強力。各配方漿紗的減伸率均為負值，紗線的斷裂伸長率不僅沒有減小反而增大，說明經(jīng)過漿紗工序，紗線更加柔韌，達到了增強保伸的效果。相同壓漿力條件下，濃度增大，漿紗增強率大幅度提高，斷裂伸長率也在一定程度上增大。

圖3　漿紗增強率對比

圖4　漿紗減伸率對比

因此，從漿紗強伸性能方面分析選擇方案3為最佳上漿工藝，即漿液質量分數(shù)為4.5%，壓漿力為0.66 MPa。由圖4中可知，大麻稈纖維素醚逐步替代PVA后，漿紗增強率呈上升趨勢，且逐漸高于含PVA的配方，斷裂伸長率顯著增大。原配方的增強率較小，4、5、6號漿紗增強率較大。

2.3.2耐磨性能分析

由漿紗耐磨性能測試結果如圖5所示，漿紗增磨率隨著漿液質量分數(shù)、壓力的增大而增高，即當漿液質量分數(shù)為4.5%、壓漿力為0.66 MPa時漿紗耐磨性最好。原因可能是漿液質量分數(shù)大有利于披覆，壓漿力大有利于漿液滲透，兩者共同作用使毛羽更加貼伏，有利于提高漿紗耐磨性能。并且當大麻稈纖維素醚完全取代PVA時，大麻稈纖維素醚/變性淀粉越大增磨率越高，其中6號配方的漿紗增磨率高達82.25%，而原配方的漿紗增磨率只有73.67%。

圖5　漿紗增磨率對比

3結論

大麻稈纖維素醚與變性淀粉復配的漿液黏度比PVA與變性淀粉復配的漿液黏度大，說明大麻稈纖維素的黏附性比PVA的黏附性好，且大麻稈纖維素醚漿液的熱穩(wěn)定性優(yōu)良，是一種優(yōu)良的上漿劑。

PVA與變性淀粉復配漿料的COD較高，而大麻稈纖維素醚與變性淀粉復配的漿料COD較低，較PVA與變性淀粉復配漿料COD降低約50%，說明大麻稈纖維素醚漿料的環(huán)保性能高于以PVA為主的漿料，大麻稈纖維素醚可替代PVA用作綠色漿料。

最佳漿紗工藝條件下，大麻稈纖維素醚漿料漿紗的強伸性能與耐磨性能都接近甚至優(yōu)于以PVA為主漿料的漿紗性能，前者的增強率、增磨率分別比后者高出6.4%和8.6%。

大麻稈纖維素醚既有利于環(huán)保，又能最大程度提高漿紗性能，最佳漿料組合為大麻稈纖維素醚與變性淀粉組合漿料，且兩者復配比例約為1∶2.8時漿紗效果最佳。

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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

中圖分類號:TS102.9

文獻標志碼:A

作者簡介:呂坤坤(1990-)，女，碩士研究生；通信作者：季英超(1957-)，男，教授.

收稿日期:2015-05-06.

文章編號:1674-1404(2016)02-0119-04