辛烯基琥珀酸淀粉酯/PVA共混漿液的黏附性研究

劉立超，祝志峰，徐珍珍

(安徽工程大學(xué) 紡織服裝學(xué)院，安徽 蕪湖 241000)

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辛烯基琥珀酸淀粉酯/PVA共混漿液的黏附性研究

劉立超，祝志峰，徐珍珍

(安徽工程大學(xué) 紡織服裝學(xué)院，安徽 蕪湖 241000)

制備了辛烯基琥珀酸淀粉酯(OSS)，使用紅外光譜對(duì)合成的OSS進(jìn)行表征并測(cè)試了OSS漿液的黏度.將辛烯基琥珀酸淀粉酯與聚乙烯醇(PVA)漿液按一定比例共混，分別探究了共混漿液中OSS的變性程度、PVA的聚合度與醇解度、共混比對(duì)純棉和純滌綸粗紗黏附力的影響.結(jié)果表明，OSS漿液黏度隨取代度的增加先上升后下降；共混漿液中OSS取代度越大，對(duì)純棉粗紗的黏附力越小，而對(duì)純滌綸粗紗的黏附力先增加后變?。还不鞚{液中PVA的聚合度越大、醇解度越高，對(duì)純棉和純滌綸兩種粗紗的黏附力越好；增加共混漿液中PVA的含量，有利于提高對(duì)純棉與純滌綸粗紗的黏附力.

漿料；辛烯基琥珀酸淀粉酯；聚乙烯醇；共混；黏附

由于淀粉帶有大量的羥基，對(duì)天然纖維能夠起到很好的黏附效果，并且具有來(lái)源廣泛、價(jià)格低廉和易降解的優(yōu)點(diǎn)，所以早已被廣泛作為紡織漿料使用[1].但是，由于淀粉的環(huán)狀結(jié)構(gòu)及分子鏈羥基間互相締合的影響，淀粉漿膜的韌性較差，在織造時(shí)經(jīng)紗表面的漿膜容易破碎脫落，對(duì)織造產(chǎn)生負(fù)面影響[2].為了提高淀粉漿料的使用性能，人們將酯基引入淀粉大分子鏈，一方面增加了淀粉的空間位阻效應(yīng)，使淀粉羥基間的締合作用減少，另一方面也能夠提高淀粉漿料對(duì)聚酯纖維的黏附力.當(dāng)前已被廣泛使用的乙酰化淀粉漿料，足以佐證在淀粉中引入酯基能夠提高淀粉的上漿性能.由于辛烯基琥珀酸酯化淀粉(OSS)所引入的酯基分子鏈要比乙酰化淀粉更長(zhǎng)，這種空間位阻效應(yīng)也會(huì)更加顯著[3]，所以O(shè)SS具有作為紡織漿料使用的潛在可能性.目前，OSS大量用于食品行業(yè)，作為紡織漿料的研究還很少見(jiàn).為了彌補(bǔ)單一組分漿料使用時(shí)存在的不足，本課題將OSS與PVA共混，探究OSS的變性程度、PVA的聚合度與醇解度及共混比對(duì)純棉和純滌綸粗紗黏附性能的影響，為OSS作為紡織漿料使用提供一些參考.

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料與儀器

食用玉米淀粉，山東恒仁工貿(mào)有限公司生產(chǎn)，黏度為53 mPa·s(質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%，95 ℃保溫糊化1 h條件下測(cè)得)；PVA0588，PVA0599，PVA1799均由四川維尼綸廠生產(chǎn)，揮發(fā)分含量分別為5.92%，3.57%和5.55%；純棉粗紗，線密度為458 tex；純滌綸粗紗，線密度為394 tex；辛烯基琥珀酸酐，杭州中香化學(xué)有限公司生產(chǎn)，化學(xué)純?cè)噭?；鹽酸、氫氧化鈉、無(wú)水乙醇均為分析純?cè)噭?

BSA124S-CW電子天平，北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司生產(chǎn)；PHS-2C實(shí)驗(yàn)室pH計(jì)，上海三信儀表廠生產(chǎn)；NDJ-79型旋轉(zhuǎn)式黏度計(jì)，同濟(jì)大學(xué)機(jī)電廠生產(chǎn)；501型超級(jí)恒溫器，上海實(shí)驗(yàn)儀器廠生產(chǎn)；HH-S數(shù)顯恒溫水浴鍋，常州翔天實(shí)驗(yàn)儀器廠生產(chǎn)；101-1AS型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱，上海路達(dá)實(shí)驗(yàn)儀器有限公司生產(chǎn)；YG065-H型電子式織物強(qiáng)力機(jī)，萊州市電子儀器有限公司生產(chǎn)；IRPrestige-21型傅里葉變換紅外光譜儀，日本島津公司生產(chǎn).

1.2 原淀粉酸解[4]

由于原淀粉漿液的黏度較高，流動(dòng)性較差，漿紗時(shí)漿液不容易進(jìn)入紗線內(nèi)部對(duì)纖維進(jìn)行潤(rùn)濕[5]，故淀粉漿料在使用前通常需要進(jìn)行酸水解處理，適當(dāng)降低淀粉漿液的黏度以提高漿液對(duì)纖維的黏附作用.淀粉酸解反應(yīng)式如下：

由于酸解后淀粉的聚合度降低，故式中的n1>n2.

用電子天平準(zhǔn)確稱取干質(zhì)量為400 g的玉米淀粉倒入燒杯中，加入600 mL蒸餾水?dāng)嚢杈鶆蚝蟮谷? 000 mL的三口燒瓶?jī)?nèi)，把燒瓶放入恒溫水浴鍋中攪拌加熱至50 ℃時(shí)滴加40 mL濃度為2 mol/L的HCl溶液，保持體系溫度不變攪拌反應(yīng)4.5 h，反應(yīng)結(jié)束后用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%的NaOH溶液中和體系pH值至7，用蒸餾水反復(fù)過(guò)濾至無(wú)氯離子后烘干、研碎，最終得到漿液黏度為8.2 mPa·s的酸解淀粉.

1.3 OSS的制備與表征

稱取干質(zhì)量為250 g的酸解淀粉，加水制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為35%的淀粉乳，倒入1 000 mL的三口燒瓶?jī)?nèi)并放入恒溫水浴鍋中，攪拌加熱使體系溫度升至35 ℃，之后將辛烯基琥珀酸酐用無(wú)水乙醇稀釋5倍，在3 h內(nèi)滴加完，再反應(yīng)30 min，反應(yīng)過(guò)程中使用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%的NaOH溶液保持體系pH值為8.5～8.6.反應(yīng)結(jié)束后,用濃度為2 mol/L的HCl溶液中和體系pH值為6.5～7.0，用70%的乙醇溶液過(guò)濾4次后烘干，研碎后即可得到粉末狀的OSS，其反應(yīng)方程式如下：

式中：St表示淀粉，R為辛烯基.

使用紅外光譜儀對(duì)合成的OSS進(jìn)行表征，掃描范圍為400～4 000 cm-1.

1.4 取代度的測(cè)定

用天平精確稱取2 g辛烯基琥珀酸淀粉酯，將稱好的淀粉試樣移入200 mL的燒杯中，取10 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為90%的異丙醇溶液對(duì)樣品進(jìn)行潤(rùn)濕，之后把潤(rùn)濕好的樣品置于磁力攪拌器上攪拌，10 min后加入15 mL濃度為2.5 mol/L的鹽酸-異丙醇溶液，攪拌30 min后加入50 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為90%的異丙醇溶液，繼續(xù)攪拌10 min后結(jié)束.然后過(guò)濾，再將樣品用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為90%的異丙醇溶液過(guò)濾洗滌4次，把過(guò)濾之后的淀粉試樣放入500 mL的燒杯內(nèi)并置于沸水浴中保溫20 min，向燒杯中滴加2滴濃度為1%的酚酞溶液，之后使用濃度為0.1 mol/L的氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液趁熱滴定至粉紅色.取代度的計(jì)算方法參考文獻(xiàn)[1].

1.5 試樣的制備與測(cè)試

使用粗紗浸漿法測(cè)試漿液的黏附性.首先,將OSS與PVA按6%的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別煮漿，之后根據(jù)所需比例將兩者混合并稀釋至1%.將稀釋好的漿液加熱到95 ℃，把纏繞在金屬框上的純棉與純滌綸粗紗浸入漿液中，5 min后取出，在自然條件下晾干.然后,將晾干的粗紗從金屬框上剪下，使用電子式織物強(qiáng)力機(jī)測(cè)試其黏附力，具體方法參考文獻(xiàn)[6].

稱取干質(zhì)量為24 g的淀粉加蒸餾水，配制成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%的淀粉乳，在95 ℃條件下保溫煮漿1 h，之后使用NDJ-79型旋轉(zhuǎn)式黏度計(jì)測(cè)試漿液的黏度，具體方法參考文獻(xiàn)[7].

2 結(jié)果與討論

2.1 OSS紅外光譜分析

圖1是酸解淀粉與OSS的紅外光譜圖.從圖1中可以看出,OSS除了保留酸解淀粉的相關(guān)特征峰外，在1 565 cm-1和1 722 cm-1處分別出現(xiàn)了一個(gè)新的吸收峰.由于RCOO—的特征吸收峰出現(xiàn)的范圍是1 550～1 610 cm-1，—COOR特征吸收峰出現(xiàn)的范圍是1 710～1 740 cm-1，可以證明在酸解淀粉中引入了羧基和酯基.對(duì)比圖1中的光譜還可以發(fā)現(xiàn)，除了羧基和酯基沒(méi)有其他物質(zhì)被引入.

2.2 取代度對(duì)漿液黏度的影響

要想獲得滿意的漿紗質(zhì)量就要求漿液對(duì)紗線必須具有良好的浸透和被覆能力，這就對(duì)漿液的黏度提出了要求.漿液黏度大時(shí)對(duì)經(jīng)紗的被覆效果好，但黏度大的漿液流動(dòng)性差，上漿時(shí)很難進(jìn)入經(jīng)紗內(nèi)部，從而導(dǎo)致對(duì)經(jīng)紗的浸透性較差.相反，黏度較低的漿液雖然能夠提高對(duì)纖維的浸透能力，但是不利于對(duì)紗線被覆.因此，上漿時(shí)漿液黏度的選擇必須充分考慮浸透和被覆這兩種作用對(duì)漿紗質(zhì)量的影響.

圖2顯示的是OSS取代度對(duì)漿液黏度的影響情況.從圖2中可以看出，當(dāng)OSS變性程度較低時(shí)，漿液黏度隨著變性程度的增加而變大，在取代度為0.025時(shí)黏度最大，之后再增加取代度，漿液黏度反而變小.之所以會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象，是因?yàn)镺SS中的羧基可以提高淀粉與水之間的作用力，使?jié){液黏度上升，但是當(dāng)取代度繼續(xù)變大時(shí)，淀粉中的酯基增多，淀粉分子鏈的疏水性作用越來(lái)越強(qiáng)，導(dǎo)致了淀粉在水中的分散性變差，與水之間的作用力減少[8]，漿液黏度下降.

圖1 酸解淀粉與OSS紅外光譜圖Fig.1 FTIR spectra of hydrolyzed starch and OSS

圖2 OSS取代度對(duì)漿液黏度的影響Fig.2 The effect of degree of OSS substitution on apparent viscosity of cooked starch paste

2.3 OSS取代度對(duì)共混漿液黏附力的影響

OSS取代度對(duì)共混漿液黏附性能的影響如表1所示.從表1中可以看出，隨著OSS取代度的增加，共混漿液對(duì)純棉粗紗的黏附力逐漸下降，對(duì)純滌綸粗紗的黏附力先增加后減少.取代度的增加意味著淀粉中被引入的疏水性酯基增多，由“相似相溶”原理可知，酯基的引入能夠增加漿液對(duì)滌綸纖維的黏附力，同時(shí)也減弱了它對(duì)棉纖維的黏附效果.但是，當(dāng)?shù)矸壑幸氲孽セ^多時(shí)，會(huì)造成淀粉的水分散性變差，從而使淀粉與PVA共混漿液的相分離程度增加[9]，最終導(dǎo)致漿液對(duì)滌綸粗紗的黏附力變小.

2.4 PVA結(jié)構(gòu)對(duì)共混漿液黏附力的影響

表2是PVA聚合度與醇解度對(duì)共混漿液黏附力的影響.由表中數(shù)據(jù)可知，增加PVA的聚合度與醇解度對(duì)純棉和純滌綸粗紗黏附力的提高均有幫助.這是因?yàn)镻VA的聚合度大、醇解度高，相應(yīng)的PVA分子鏈就會(huì)更長(zhǎng)，分子鏈上帶有的羥基數(shù)量也就更多，從而提高了淀粉與PVA分子間氫鍵締合的概率[10]，增加了共混漿液的穩(wěn)定性，降低了兩種漿液組分的相分離程度，所以提高了漿液對(duì)紗線的黏附力.

表1 OSS取代度對(duì)共混漿液黏附性的影響Tab.1 The effect of degree of OSS substitution on the adhesion of the mixed paste

注：m(OSS)∶m(PVA)=50∶50.

表2 PVA結(jié)構(gòu)對(duì)共混漿液黏附性的影響Tab.2 Effect of PVA structure on the adhesion of the mixed paste

注：OSS取代度為0.024；m(OSS)∶m(PVA)=50∶50.

表3 共混比對(duì)共混漿液黏附性的影響Tab.3 The effect of blending ratio on the adhesion of the mixed paste

注：OSS取代度為0.024；PVA類型為PVA1799.

2.5 m(OSS)/m(PVA)共混比對(duì)共混漿液黏附力的影響

m(OSS)/m(PVA)共混比與漿液黏附性能的關(guān)系如表3所示.從表中可以看出，隨著PVA用量的增加，共混漿液對(duì)純棉與純滌綸粗紗的黏附力均逐漸提高.由于OSS中的酯基會(huì)導(dǎo)致淀粉的水分散性變差，所以當(dāng)OSS的含量減少時(shí),共混漿液的混溶性會(huì)更好，而且PVA相較于淀粉漿料對(duì)各類纖維的黏附力更強(qiáng)[11]，所以增加共混漿液中PVA的含量顯然能夠提高其對(duì)粗紗的黏附力.

3 結(jié)論

(1)OSS漿液黏度隨著變性程度的提升呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì).

(2)OSS的變性程度、PVA的聚合度與醇解度及OSS和PVA的共混比對(duì)共混漿液的黏附力均有較大影響.

(3)適當(dāng)增加OSS的變性程度、增加PVA的聚合度與醇解度、提高PVA在共混漿液中的含量，均有利于改善OSS/PVA共混漿液對(duì)純棉和純滌綸粗紗的黏附性能.

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Study on the adhesive properties of the mixed pastes of OSS and PVA

LIU Lichao,ZHU Zhifeng,XU Zhenzhen

(CollegeofTextileandFashion,AnhuiPolytechnicUniversity,Wuhu241000,China)

The octenylsuccinylated starch (OSS) was synthesized. The OSS was characterized by infrared spectroscopy,and the viscosity of the paste was tested. The OSS and polyvinyl alcohol (PVA) were blended by a certain proportion. The effects of degree of substitution of OSS,degree of polymerization and alcoholysis of PVA and the blend ratio for the adhesive properties of the mixed pastes were studied. The results showed that the viscosity of OSS paste increased first and then decreased with the increase of the degree of substitution. When the degree of substitution of OSS increased,the adhesion force for cotton yarn is small,whereas the adhesion to polyester yarn increased first and then decreased. The greater the degrees of polymerization and alcoholysis of PVA,the better the adhesion to cotton and polyester will be. Increasing the content of PVA is beneficial to improve the adhesion for cotton and polyester fibers.

warp sizes; octenylsuccinylated starch; polyvinyl alcohol; blending; adhesion

2016-05-25

安徽省高校省級(jí)科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)計(jì)劃資助項(xiàng)目(TD200701)；2015年蕪湖市科技計(jì)劃產(chǎn)學(xué)研合作項(xiàng)目(2015cxy07)

劉立超(1991-)，男，安徽滁州人，碩士研究生，主要從事紡織漿料方面的研究.

TS103.846

A

1674-330X(2016)04-0014-04