漿紗用油脂對漿液漿膜性能的影響

黃小根,武海良, 沈艷琴, 金運(yùn)星, 崔桂新,嚴(yán)燕鈁

(1.西安工程大學(xué) 紡織與材料學(xué)院,陜西 西安 710048;2.紹興中紡院 江南分院有限公司,浙江 紹興 312000)

漿紗用油脂對漿液漿膜性能的影響

黃小根1,武海良1, 沈艷琴1, 金運(yùn)星1, 崔桂新2,嚴(yán)燕鈁2

(1.西安工程大學(xué) 紡織與材料學(xué)院,陜西 西安 710048;2.紹興中紡院 江南分院有限公司,浙江 紹興 312000)

討論了漿紗用油脂合成中常用的幾類乳化劑對漿液黏度及熱黏度穩(wěn)定性的影響規(guī)律,分別制備以異構(gòu)十三醇聚氧乙烯醚類及脂肪醇聚氧乙烯醚類為乳化劑的漿紗用油脂,對比兩種油脂對漿料漿膜性能及漿液對粗紗黏附性能的影響.結(jié)果表明,烷基酚聚氧乙烯醚乳化劑OP-10和異構(gòu)十三醇聚氧乙烯醚乳化劑TO-10對漿液不增黏;油脂的加入會削弱漿膜的斷裂強(qiáng)力、伸長率、耐屈曲次數(shù)及漿液對纖維的黏附性能．

乳化劑;油脂;漿膜性能;黏附性能

0 引 言

在經(jīng)紗上漿工藝中,為消除單組分漿料在性能上的缺陷,相互取長補(bǔ)短,通常將各種黏合劑與助劑混合使用,達(dá)到優(yōu)化漿紗性能的目的[1]．漿紗用油脂是紡織企業(yè)最常用的助劑,主要是用來降低漿紗表面摩擦系數(shù)[2-3]．油脂成分包含動物油、植物氫化油、乳化劑、抗靜電劑及消泡劑等．乳化劑是油脂影響漿液性能的關(guān)鍵組分,其種類及含量會引起混合漿料漿液黏度的變化[4-5]．乳化劑分子具有向纖維和漿液間界面聚集的屬性,所產(chǎn)生的空間效應(yīng)會降低兩相界面間的分子作用力,因而影響漿料的黏附性能[6-8]．在漿紗實際生產(chǎn)工藝中,漿紗用油脂在共混物中帶來的負(fù)面影響未被重視,工業(yè)上廣泛使用的烷基酚聚氧乙烯醚類乳化劑的禁用引起了紡織、印染助劑行業(yè)的高度重視[9],故助劑研究者都在試圖找尋一種環(huán)保型乳化劑來替代烷基酚聚氧乙烯醚[10]．本文制備了以異構(gòu)醇型聚氧乙烯醚類為乳化劑的漿紗用油脂,探討了乳化劑對漿液黏度的影響，漿紗油脂對共混漿膜的織態(tài)結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能的影響,為制備符合環(huán)保要求的漿紗用油脂和合理使用漿紗用油脂提供參考．

1 實 驗

1.1 試劑及儀器

1.1.1 試劑 原淀粉(寶雞陜豐淀粉公司),變性淀粉(氧化、酯化、醚化,廣東東莞東美食品有限公司)、接枝淀粉(武漢綠舟環(huán)保科技有限公司),聚乙烯醇PVA1799(蘭州維尼綸廠),乳化劑(非離子表面活性劑,天津市福晨化學(xué)試劑廠),氫化動、植物油(西安科洛有限公司),JC 14.6tex、T/C 65/35 13tex粗紗(西北國棉一廠)．

1.1.2 儀器 JJ-1電動攪拌器(上海浦東物理光學(xué)儀器廠),C21-RT2140電磁爐(廣東美的電器制造有限公司),JA2003N電子天平(梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司),YT821漏斗式黏度計(常州市第一紡織設(shè)備有限公司),HH-6數(shù)顯恒溫水浴鍋(金壇市國旺實驗儀器廠),HD021N型電子單紗強(qiáng)力儀(南通宏大實驗儀器有限公司),Nicolet5700紅外光譜儀(美國尼高力公司),E型Brabender黏度儀(廣東東莞東美食品有限公司)．

1.2 實驗方法

1.2.1 油脂的制備 將一定的氫化動物油、氫化植物油放入三頸瓶中,水浴鍋升高溫度至75℃,待原油完全熔化后,加入一定量的乳化劑,恒溫定速攪拌30min后,冷卻,即可制得漿紗用油脂[11]．

1.2.2 漿液、漿膜性能測試 (1)選用漏斗式黏度計測試漿液黏度[12];(2)選用Brabender黏度儀測試漿液黏溫曲線[13];(3)粗紗條上漿及漿液黏附力測試參照文獻(xiàn)[14];(4)漿膜的制備與性能測試參照文獻(xiàn)[15],漿膜的織態(tài)結(jié)構(gòu)采用掃描電子顯微鏡(SEM)表征．

2 結(jié)果與討論

2.1 實驗用淀粉結(jié)構(gòu)分析

常用紡織漿料有變性淀粉、PVA、聚丙烯酸等,其中變性淀粉使用較多的有氧化、酯化、醚化、接枝淀粉等．紡織漿料廠為降低生產(chǎn)成本,生產(chǎn)過程中通常存在一些問題,如淀粉純度不夠,變性處理程度不徹底,導(dǎo)致市場上許多氧化淀粉產(chǎn)品羧基含量不夠，醋酸酯淀粉取代度過低，接枝淀粉接枝單體不明確等問題[16-17]．因此有必要對所購買的變性淀粉進(jìn)行檢測．

利用60SXR傅里葉變換紅外光譜儀對變性淀粉漿料結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析,采用KBr壓片制備試樣,其中接枝淀粉經(jīng)索氏抽提器萃取去除殘留單體和均聚物．波數(shù)掃描范圍設(shè)定為4 000～5 000cm-1,分別以波數(shù)、透過率為橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo),實驗中所用淀粉樣品紅外光譜圖如圖1所示．

2.2 乳化劑種類和用量對漿料漿液黏度的影響

2.2.1 乳化劑種類對漿料漿液黏度的影響 不同種類的乳化劑對淀粉、PVA漿液黏度的影響如表1所示．從表1可以看出,常用的幾種乳化劑對PVA漿料漿液的黏度基本無影響,對淀粉漿料漿液黏度影響不同．其中烷基酚聚氧乙烯醚OP-10與異構(gòu)十三醇聚氧乙烯醚TO-10對各類變性淀粉基本無影響;除酯化淀粉和醚化演粉外，脂肪醇聚氧乙烯醚(JFC、AEO-3和乳白靈)對其他漿料均表現(xiàn)出增黏現(xiàn)象．這一結(jié)果可以從乳化劑和漿料的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析．

表 1 乳化劑種類對漿料漿液黏度的影響結(jié)果

注:漿液濃度6%,乳化劑用量為漿料干重的0.9%．

烷基酚聚氧乙烯醚結(jié)構(gòu)簡式如式(1),可以看出,烷基酚聚氧乙烯醚乳化劑中含有苯環(huán)結(jié)構(gòu),所以在國際環(huán)保紡織協(xié)會制定的Oeko-TexStandard100生態(tài)紡織品認(rèn)證中被禁用．

(1)

異構(gòu)十三醇聚氧乙烯醚結(jié)構(gòu)簡式如式(2),可以看出,異構(gòu)十三醇聚氧乙烯醚乳化劑中含有十三碳的長碳鏈結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)使得體系具有卓越的乳化穩(wěn)定性和空間穩(wěn)定性,且含小支鏈的脂肪醇,不含苯環(huán)結(jié)構(gòu),對環(huán)境友好．

CH3CH(CH2)10—O—(CH2CH2O)nH

|

CH3H

(2)

脂肪醇聚氧乙烯醚結(jié)構(gòu)簡式如式(3),脂肪醇聚氧乙烯醚是大分子的直鏈脂肪醇,一般直鏈分子的黏度比同等分子量的支鏈分子高的多,不易流動,故脂肪醇聚氧乙烯醚一般會使?jié){液黏度增大．

CH3(CH2)m—O—(CH2CH2o)nH,m=11～17.

(3)

原淀粉是大分子的環(huán)狀結(jié)構(gòu),含有分支且不易定向排列,加入帶有支鏈的異構(gòu)十三醇聚氧乙烯醚或大分子量的脂肪醇聚氧乙烯醚,就會引起其黏度大幅度的增加;氧化淀粉較原淀粉分子量明顯降低,加入小分子量的異構(gòu)十三醇聚氧乙烯醚不會對其黏度有明顯影響,而加入大分子量的脂肪醇聚氧乙烯醚會引起其黏度增大;接枝淀粉除了在淀粉大分子鏈上接有支鏈外,還含有一定量的單體的均聚物和共聚物,故加入大分子量的脂肪醇聚氧乙烯醚會明顯增加其黏度,而加入小分子量的異構(gòu)十三醇聚氧乙烯醚對其黏度基本無影響;酯化淀粉分子中引入的醋酸酯基團(tuán)具有分散效應(yīng),對大分子鏈間的擴(kuò)散能力增強(qiáng),增強(qiáng)了它們之間的相互糾纏和擴(kuò)散,故加入大分子量的脂肪醇聚氧乙烯醚會降低其黏度,而加入小分子量的異構(gòu)十三醇聚氧乙烯醚對其黏度基本無影響;醚化淀粉具有優(yōu)異的黏度穩(wěn)定性,加入乳化劑不會影響其黏度的變化;PVA是化學(xué)漿料,其水溶液性質(zhì)很穩(wěn)定,黏度一般不會受乳化劑的影響．

表 2 乳化劑用量對氧化淀粉漿液黏度的影響

注:漿液濃度為6%,乳化劑用量為淀粉干重的百分比．

2.2.2 乳化劑用量對淀粉漿液黏度的影響 選取上述不增黏的兩種乳化劑OP-10和TO-10,研究其用量對常用氧化淀粉漿液黏度影響情況,測試結(jié)果如表2所示．

可以看出,隨著OP-10和TO-10用量的增加,氧化淀粉漿液黏度均未出現(xiàn)大幅度變化．

2.2.3 不同種類乳化劑油脂對混合漿液黏度的影響 測試紡織廠常用漿料配方PVA40kg、氧化淀粉60kg、固體聚丙烯酸6kg、油脂3kg的漿液黏度變化,按照漿液中無油脂、含脂肪醇聚氧乙烯醚型油脂和含異構(gòu)十三醇聚氧乙烯醚型油脂3種方案進(jìn)行測試．漿液含固量為13%,漿液黏度測試結(jié)果分別為11.7s,32.2s和11.8s．

漿液黏度測試結(jié)果表明,脂肪醇聚氧乙烯醚型油脂使混合漿液黏度明顯增大,異構(gòu)十三醇聚氧乙烯醚型油脂對常用配方的混合漿液基本不增黏．

2.2.4 不同種類乳化劑油脂對混合漿液黏溫曲線的影響 采用Brabender黏度儀測試無油脂、含脂肪醇聚氧乙烯醚型油脂和含異構(gòu)十三醇聚氧乙烯醚型油脂的漿液的黏溫曲線,測試結(jié)果如表3～5所示．

表 3 無油脂漿液測試

表 4 含脂肪醇聚氧乙烯醚油脂漿液測試

表 5 含異構(gòu)十三醇聚氧乙烯醚油脂漿液測試

從實驗結(jié)果分析,3個配方各階段溫度基本相同．糊化開始時,含油脂的漿液黏度相差不大,但均大于無油脂的黏度;到達(dá)峰值黏度時,與無油脂的漿液黏度相比,含脂肪醇聚氧乙烯醚油脂的黏度增大了1 636Bu,含異構(gòu)十三醇聚氧乙烯醚油脂的增大了748Bu,但較糊化開始黏度基本沒有增大,可見異構(gòu)十三醇聚氧乙烯醚油脂沒有脂肪醇聚氧乙烯醚油脂增黏明顯;從恒溫階段開始到最終恒溫階段結(jié)束,含油脂的漿液黏度均大于無油脂的漿液黏度,但含異構(gòu)十三醇聚氧乙烯醚油脂的黏度值均小于脂肪醇聚氧乙烯醚油脂;崩解值,反應(yīng)漿液的熱黏度穩(wěn)定性,差值越大漿液的熱黏度穩(wěn)定性越差,可以看出,含異構(gòu)十三醇聚氧乙烯醚油脂的熱黏度穩(wěn)定性好于脂肪醇聚氧乙烯醚油脂,但均差于無油脂;回升值,反應(yīng)漿液的冷黏度穩(wěn)定性,差值越小漿液的冷黏度穩(wěn)定性越好,可以看出,含異構(gòu)十三醇聚氧乙烯醚油脂的冷黏度穩(wěn)定性好于含脂肪醇聚氧乙烯醚油脂．

2.3 油脂對漿膜性能的影響

油脂對漿膜性能的影響結(jié)果如表6所示．由表6可以看出,漿膜的磨耗降低,是因為漿液中的油脂以乳液形式分布其中,形成漿膜時在內(nèi)聚力作用下油滴易被擠向漿膜表面,處于漿膜表面的油脂可起到平滑作用,使?jié){膜表面的摩擦系數(shù)減小,從而提高漿膜的耐磨性;漿膜的斷裂強(qiáng)力、伸長率、耐屈曲性能均降低,這主要是由于油脂的加入破壞了漿料分子間的作用力,削弱了漿膜強(qiáng)力．造成這一現(xiàn)象的關(guān)鍵可以從漿膜的織態(tài)結(jié)構(gòu)分析,圖2為漿膜織態(tài)結(jié)構(gòu)的SEM斷面．

表 6 漿膜性能測試

由圖2可以看出,含油脂的共混體系(圖b,c)相比于無油脂體系(圖a),共混體系表面出現(xiàn)少量油狀物以不規(guī)則形狀分散,形成了典型的分散相結(jié)構(gòu)．說明油脂與紡織漿料形成的共混漿液是熱力學(xué)不相容體系,且不具備良好的混溶性,這必然影響相界面間的擴(kuò)散運(yùn)動使相互作用力減弱,所以加入油脂后共混膜的斷裂強(qiáng)力下降．

2.4 油脂對粗紗黏附性能的影響

粗紗黏附性能測試漿料配方為PVA40kg、氧化淀粉60kg、固體聚丙烯酸6kg,分別加入含脂肪醇聚氧乙烯醚油脂和異構(gòu)十三醇聚氧乙烯醚油脂,油脂用量依次為0，1%,3%,5%,7%,粗紗比黏附力測試結(jié)果如圖3所示．

由圖3可知,油脂的加入對純棉粗紗的黏附力基本無影響,但會削弱滌棉粗紗的黏附力．黏附的實質(zhì)是黏著劑與被黏物在界面產(chǎn)生結(jié)合力,兩者的充分靠近是黏附發(fā)生的必要條件．加入油脂,相當(dāng)于加入了一種雜質(zhì),這對漿料大分子的鏈段向纖維表面的擴(kuò)散是非常不利的,使得漿料大分子和纖維之間難以產(chǎn)生緊密接觸,同時也不利于漿料大分子鏈段與纖維之間的界面發(fā)生明顯的擴(kuò)散運(yùn)動．在這種情況下,油脂分子的隔離作用使得黏著劑分子不能與纖維充分靠近,阻礙了黏附的發(fā)生,因此黏附性降低．

3 結(jié) 論

(1) 烷基酚聚氧乙烯醚對淀粉和PVA混合漿液黏度無影響,但根據(jù)Oeko-TexStandard 100標(biāo)準(zhǔn),此乳化劑已被禁止使用;異構(gòu)十三醇聚氧乙烯醚對漿液黏度影響不明顯,因此是一種可選擇的不增黏且環(huán)保的乳化劑;脂肪醇聚氧乙烯醚類乳化劑除酯化淀粉外,對其他漿料均有增黏現(xiàn)象;

(2) 油脂的加入,提高了漿膜的耐磨性,同時削弱了漿膜的斷裂強(qiáng)力、伸長率及耐屈曲次數(shù),說明油脂的使用弊大于利;

(3) 油脂的加入對純棉粗紗的黏附性影響不大,但極大地降低了滌棉粗紗的黏附性,不利于漿液的浸透,因此漿紗用油脂的使用需謹(jǐn)慎．

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編輯：武 暉；校對：師 瑯

Effect of sizing grease on size liquor and size film property

HUANGXiaogen1,WUHailiang1,SHENYanqin1,JINYunxing1,CUIGuixin2,YANYanfang2

(1.School of Textile and Materials,Xi′an Polytechnic University, Xi′an 710048, China;2.Shaoxing China Textile Academy Jiangnan Branch Co.Ltd,Shaoxing 312000,Zhejiang，China)

The effect of several kinds of common emulsifier in sizing grease synthesis on slurry viscosity and thermal stability of viscosity were discussed. Heterogeneous alcohol polyoxyethylene ether as emulsifier in sizing grease was prepared and compared with fatty alcohol polyoxyethylene ether grease in sizing property and grout slurry on the roving adhesion properties.The results show that OP-10 do TO-10 do not increase the viscosity of the slurry and TO-10 meets environmental standards;The addition of grease will weaken the breaking strength, elongation at break, the number of resistance to buckling and the adhesion of the size to the fiber.Key words:emulsifier; grease; size film property; adhesive property

1006-8341(2016)04-0532-07

10.13338/j.issn.1006-8341.2016.04.020

2016-06-01

陜西省科學(xué)技術(shù)研究與發(fā)展計劃項目(2015GY161);紹興市2015年公益計劃項目(2015B70003)

武海良(1962—),男,陜西省寶雞市人,西安工程大學(xué)教授,研究方向為新型紡織漿料與漿紗技術(shù).

E-mail:whl@xpu.edu.cn

黃小根,武海良, 沈艷琴,等.漿紗用油脂對漿液漿膜性能的影響[J].紡織高校基礎(chǔ)科學(xué)學(xué)報,2016,29(4)：532-538.

HUANG Xiaogen,WU Hailiang,SHEN Yanqin,et al.Effect of sizing grease on size liquor and size film property[J].Basic Sciences Journal of Textile Universities,2016,29(4):532-538.

TS 103.8

A