乙醇胺對淀粉漿料增塑作用的研究

張希文　沈艷琴　武海良　崔桂新　嚴燕鈁

摘要：為改善淀粉大分子塑性差這一缺陷，采用增塑劑乙醇胺[NH2（CH2）2OH]對淀粉漿料進行增塑處理。分析了NH2（CH2）2OH加入淀粉漿料的增塑作用機理，采用紅外光譜對加入不同量NH2（CH2）2OH進行了表征，同時，測試了加入NH2（CH2）2OH后漿液性能、漿膜性能及漿紗性能。結(jié)果表明，NH2（CH2）2OH的添加量占淀粉干基重的3%時，漿膜各項性能優(yōu)異，漿液性能穩(wěn)定，經(jīng)紗上漿效果良好，即此含量的NH2（CH2）2OH增塑作用最好。

關(guān)鍵詞：乙醇胺；增塑劑；漿膜性能；漿紗性能

中圖分類號：TS105.2

文獻標志碼：A

文章編號：1009-265X（2017）06-0013-05

Study on the Effect of Ethanolamine on Plasticization of Starch Sizing Agents

ZHANG Xiwen1， SHEN Yanqin1， WU Hailiang1， CUI Guixin2， YAN Yanfang2

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

Abstract：In order to improve poor plasticity of the starch molecules， the starch sizing agent was treated with NH2（CH2）2OH. The plasticization mechanism of ethanolamine in starch sizing agent was analyzed and the addition of different amounts of ethanolamine was characterized by infrared spectrum. Through a lot of experiments， the slurry performance， size film performance and sizing performance were tested after joining ethanolamine. The results demonstrate that when the additive amount of NH2（CH2）2OH accounts for 3% of the dry weight of starch， the size film has excellent performance， the slurry performance is stable and sizing effect is good. In other words， such content of NH2（CH2）2OH has the best plasticization.

Key words：ethanolamine； plasticizer； size film performance； sizing performance

淀粉是多羥基聚合物，由于分子成環(huán)狀結(jié)構(gòu)，分子內(nèi)及分子間存在大量的氫鍵，因此分子的柔順性變差，使淀粉漿膜呈現(xiàn)硬而脆的性能。另外淀粉漿液對纖維的黏附性較差，使黏附在紗體表面上的淀粉漿膜容易破裂脫落，且漿紗表面的漿膜不完整，這樣不僅降低了漿紗的耐磨性，還會產(chǎn)生大量的再生毛羽[1]，嚴重影響漿紗質(zhì)量和織造效率。為了改善淀粉漿膜的脆硬性及提高聚合物的塑性，使其氫鍵破壞，降低分子間的內(nèi)聚力，需要加入能與淀粉間形成氫鍵的小分子增塑劑。小分子增塑劑的作用機理是，增塑劑分子插入到聚合物分子鏈之間，削弱了聚合物分子鏈之間的應(yīng)力，使淀粉大分子玻璃化溫度Tg降低，聚合物分子鏈之間的流動性變好，宏觀表現(xiàn)為聚合物塑性增強[2]。根據(jù)相似相溶性原則，本文選用乙醇胺[NH2（CH2）2OH]為增塑劑。乙醇胺是一種伯胺有機化合物，常溫下為無色粘稠液體帶氨味，溶于水，溶液呈強堿性，且具有一定的吸濕性、可燃性和腐蝕性。根據(jù)其特性，通過NH2（CH2）2OH與淀粉進行共混處理，達到對淀粉漿料增塑的目的，為企業(yè)合理使用淀粉漿料提供理論依據(jù)和參考。

1實驗部分

1.1材料和儀器

實驗材料：乙醇胺（天津市富宇精細化工有限公司），淀粉漿料，JC 14.6 tex（西北國棉一廠），T/C 65/35 13 tex（山東浩宇紡織）。

實驗儀器：HWS250型恒溫恒濕箱（上海精宏實驗設(shè)備有限公司），YG061M型電子單紗強力儀（上海諾彩貿(mào)易有限公司），F(xiàn)A2004B電子天平（上海越平科學(xué)儀器有限公司），JJ1精密增力電動攪拌器（常州國華電器有限公司），EQU INX55型傅里葉型紅外光譜儀（德國Bruker公司），PNPT6型紙張厚度計測定儀（杭州品享科技有限公司），HD026D電子織物強力儀（南通宏大實驗儀器有限公司），YT821型漏斗黏度計（常州德普紡織科技有限公司）。

1.2測試方法

a）漿膜性能配置質(zhì)量分數(shù)6%的700 mL漿液，分別添加0%、1%、2%、3%、4%的NH2（CH2）2OH，水浴鍋加熱，將煮好的漿液冷卻至50℃左右，調(diào)至漿液的濃度為3%，分別取45 mL的漿液導(dǎo)入聚四氟乙烯槽內(nèi)澆制成膜并編號，干燥后待漿膜性能測試。漿膜水溶性測：把漿膜裁剪成長3 cm、寬1 cm的長條，在長度方向沿中央位置畫直線作為記號，然后把裁剪好的的漿膜浸入80℃的水中；測試方法見文獻[3]。然后將漿膜剪成寬5 mm的條狀試樣，在YG061M型電子單紗強力儀上測試斷裂強力及其伸長率，計算出斷裂強度。計算公式見文獻[4]。

b）漿液測試配置質(zhì)量分數(shù)6%的700 mL漿液，分別添加0%、3%的NH2（CH2）2OH，水浴鍋加熱至95℃以上，保溫30 min。用YT821型漏斗黏度計測試其相對黏度，黏度及其黏度穩(wěn)定性的計算方法見文獻[5]。本實驗選用粗紗法測試漿液的黏附力，具體方法見文獻[6]。使用HD026D電子織物強力儀測試粗紗的斷裂強力。

c）上漿性能選用ASS3000型全自動單紗漿紗機進行上漿實驗，該機器屬于雙浸雙壓型漿紗機，選用卷曲速度為40 m/min。分別將添加增塑劑和未添加增塑劑的漿液質(zhì)量濃度調(diào)制11%進行上漿，測試漿紗的強伸性、耐磨性和毛羽指數(shù)方法及其計算見文獻[7]。

2結(jié)果與討論

2.1乙醇胺與淀粉漿料的作用機理

在淀粉漿料中添加NH2（CH2）2OH后，其反應(yīng)機理如圖1所示，乙醇胺中的—NH2和—OH既可以和一條大分子中的—OH形成氫鍵，也可以一個乙醇胺分子中的—OH與一條淀粉大分子中的—OH形成氫鍵，而—NH2則與另一條淀粉大分子中的—OH形成氫鍵，減少了淀粉大分子之間氫鍵的數(shù)目，以此來削弱淀粉分大子之間的作用力，達到增塑作用。

2.2乙醇胺對淀粉漿膜性能的影響

淀粉漿膜最大的缺陷是硬脆，所以生產(chǎn)中通常需要對其進行增塑處理。將NH2（CH2）2OH與淀粉共混后，NH2（CH2）2OH小分子中—NH2與淀粉大分子中的羥基—OH和糖苷鍵—O—偶合而成氫鍵，并通過空間位阻作用使NH2（CH2）2OH與淀粉間羥基締合所形成的氫鍵，來部分取代淀粉大分子—OH間的氫鍵作用，從而減小淀粉大分子之間的聯(lián)結(jié)點，即降低了氫鍵的數(shù)目，減弱了大分子之間的作用力，以此來達到增塑作用。為了明確NH2（CH2）2OH添加量多少為適宜，以漿膜的性能來進行表征。表1是淀粉漿液中添加不同量的增塑劑NH2（CH2）2OH后漿膜性能測試情況。

由表1分析可得，當(dāng)?shù)矸蹪{料中不含NH2（CH2）2OH時，淀粉漿膜脆硬，同時斷裂伸長率最低。隨著NH2（CH2）2OH的加入，淀粉漿膜的斷裂伸長率和耐屈曲性逐漸增加，這是因為淀粉大分子間的氫鍵數(shù)目減少，大分子間作用力減弱。乙醇胺添加量為3%時達到峰值；當(dāng)繼續(xù)添加NH2（CH2）2OH后，就會出現(xiàn)反增塑效果，即大量的NH2（CH2）2OH小分子之間的—NH2和—OH形成氫鍵，減弱了淀粉中—OH或C—O—C中C—O基團的氫鍵作用，使得淀粉分之間的氫鍵作用能力減弱。因此NH2（CH2）2OH的用量為淀粉干基重量的3%時，淀粉漿膜柔韌透明，增塑效果最好。

2.3紅外光譜分析

由圖2可知，原淀粉在3340 cm-1處出現(xiàn)吸收峰，這是—OH的吸收峰。當(dāng)在淀粉漿料中加入3% NH2（CH2）2OH后，在3 205 cm-1處出現(xiàn)了吸收峰，這是—NH2的吸收峰。通過與原淀粉中—OH的波數(shù)比較，加入NH2（CH2）2OH后，其—OH的波數(shù)變?yōu)? 440 cm-1，3 355 cm-1。淀粉塑化后，淀粉大分子中C—O伸縮振動峰的區(qū)域有微弱變動，且—NH2的吸收峰波數(shù)隨乙醇胺加入量的不同，吸收峰波數(shù)發(fā)生變化，說明—NH2能與C—O鍵形成氫鍵。另外，由于增塑劑的加入量增多，其各基團的波數(shù)并不總是呈下降趨勢，當(dāng)NH2（CH2）2OH加入量為4%時，在紅外光譜圖中，—OH的峰高出現(xiàn)了波動，其原因是NH2（CH2）2OH的添加量過多時，增塑劑之間形成氫鍵，使得NH2（CH2）2OH小分子對淀粉大分子中—OH形成氫鍵的能力減弱，表明增塑劑添加過多會使增塑效果變差，因此，在淀粉漿料中加入NH2（CH2）2OH的量為3%時，對淀粉漿料的增塑較好。

2.4漿液性能

2.4.1漿液黏度及其熱穩(wěn)定性

以NH2（CH2）2OH與淀粉共混制得的漿膜性能為指標，得出NH2（CH2）2OH添加量為3%的最優(yōu)值，測試該添加量下淀粉漿液黏度變化情況，如表2。

由表2可看出，未加入增塑劑的漿液黏度波動率不大，說明漿液流動性好，均勻度高。當(dāng)加入NH2（CH2）2OH后，漿液的黏度、波動率略微下降，這是因為淀粉大分子與NH2（CH2）2OH小分子共混后，增塑劑NH2（CH2）2OH小分子進入淀粉大分子鏈間，破壞鏈與鏈之間的氫鍵，鏈段間相互作用減小，同時淀粉大分子鏈活動性增強，流動性有所提高。因此在淀粉漿液中添加3% NH2（CH2）2OH時，漿液的穩(wěn)定性滿足上漿工藝的要求，保障了經(jīng)紗在漿液中易于潤濕和鋪展，并滲透到紗體內(nèi)部。

2.4.2漿液黏附力

測試了添加3% NH2（CH2）2OH的淀粉漿液對純棉粗紗和滌棉65/35粗紗斷裂強力和斷裂伸長率的情況，并通過文獻[7]中比黏附力的計算方法，計算出比黏附力，結(jié)果如表3所示。

由表3可知，添加3% NH2（CH2）2OH后，純棉粗紗和滌棉粗紗的比黏附力明顯增加，這是由于小分子NH2（CH2）2OH的介入，淀粉大分子鏈中的—OH含量增加，導(dǎo)致淀粉漿料自身的脆硬性降低，同時降低了淀粉大分子膠接層纖維表面的的應(yīng)力集中，纖維間的抱和力增強，斷裂強力增大。說明在淀粉中添加3% NH2（CH2）2OH后，漿液的粘附性增強。

2.4.3漿液黏度與質(zhì)量分數(shù)的關(guān)系

分別配置質(zhì)量分數(shù)2%、4%、6%、8%、10%的淀粉漿液和添加3% NH2（CH2）2OH的漿液。在水浴鍋中加熱至溫度達到90℃時，分別測試黏度后繪制漿液黏度與質(zhì)量分數(shù)的曲線圖，如圖3所示。

由圖3可知，NH2（CH2）2OH添加到淀粉漿液中，對質(zhì)量分數(shù)黏度影響不大，因為添加的NH2（CH2）2OH只占淀粉干基的3%，即含量較少，雖然NH2（CH2）2OH小分子與淀粉大分子羥基作用，使得（C6H10O5）n大分子之間的作用力減弱，大分子鏈的運動能力和形變能力增強，但（C6H10O5）n分子間的作用力較強，增塑劑小分子對整個大分子鏈段的整體滑移和破壞很微弱。宏觀表現(xiàn)為黏度變化。

2.4.4漿液黏度與溫度的關(guān)系

配置質(zhì)量分數(shù)6%的淀粉漿液和加入3% NH2（CH2）2OH的漿液各500 mL，在溫度分別為45、55、65、75、85、95 ℃時測試漿液黏度并繪制曲線圖，結(jié)果如圖4所示。

由圖4可知，與未添加NH2（CH2）2OH的淀粉相比，添加NH2（CH2）2OH的漿液其黏度受溫度影響的波動性明顯降低。這是由于大分子鏈間的作用力被增塑劑小分子削弱后，溫度改變不易使大分子鏈間內(nèi)聚能發(fā)生較大波動，宏觀表現(xiàn)為添加NH2（CH2）2OH后的漿液黏度具有更好的溫度穩(wěn)定性。

2.5漿紗性能

2.5.1漿料配方

為探究漿液中添加NH2（CH2）2OH后其對漿紗性能的影響，用配方一和配方二分別對T/C 65/35 13 tex紗上漿，漿料配方如表4所示。

2.5.2漿紗性能

對T/C 65/35 13 tex紗上漿后，觀察其形態(tài)結(jié)構(gòu)，圖5是在生物顯微鏡下的紗線表面毛羽形態(tài)。

從圖5中可看出，原紗表面毛羽聳立且毛羽較多，經(jīng)過采用未添加NH2（CH2）2OH和添加NH2（CH2）2OH的配方對T/C 65/35 13 tex經(jīng)紗上漿后，紗線毛羽貼伏，表面光滑。漿紗各項性能測試結(jié)果見表5。

由表5可看出，紗線在上述兩種配方漿液中上漿后，紗線的耐磨次數(shù)和斷裂強力均高于原紗，但在加入3% NH2（CH2）2OH漿液中上漿后，紗線耐磨次數(shù)、斷裂強力和毛羽降低率都優(yōu)于前者，這是因為淀粉漿液中添加增塑劑后，T/C 65/35 13 tex紗對漿液的滲透能力增強，且上漿質(zhì)量較高，利于紗線織造。

3結(jié)論

a） 在淀粉漿料中加入不同比例的NH2（CH2）2OH后，對其漿膜的斷裂強度、吸濕性及耐屈曲性的測試及其紅外光譜分析后，得出淀粉漿料中加入3% NH2（CH2）2OH時，漿膜各項性能最優(yōu)，增塑作用較好，淀粉漿膜脆硬性得到改善。

b） NH2（CH2）2OH添加量為3%時，淀粉漿液的黏附性能提高，漿液流動性更好，有助于漿液滲透到紗線內(nèi)部，從而提高漿紗質(zhì)量，減少斷頭。

c） 紗線在添加3% NH2（CH2）2OH漿料配方中上漿后，漿紗耐磨性好，斷裂強力明顯提高，上漿效果良好。

參考文獻：

[1] 李偉，祝志峰.羥基增塑劑的羥基數(shù)目對淀粉漿料增塑作用的影響[J].東華大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2012（1）：21-25.

[2] 周永元.紡織漿料學(xué)[M].北京：中國紡織出版社，2004：143-144.

[3] 嚴瑞瑄.水溶性高分子[M].北京：中國紡織出版社，2007：48-50.

[4] 張惠，祝志峰.丙酸酯變性淀粉漿料的研究[J].東華大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2009，35（5）：537-540.

[5] 谷文靜，武海良，沈艷琴.KS漿料對滌/棉混紡紗漿紗工藝的影響[J].西安工程大學(xué)學(xué)報，2013，27（5）：578-581.

[6] 沈艷琴，武海良，周丹.檸檬酸氫二銨改善淀粉漿料成膜性的研究[J].棉紡織術(shù)，2012（7）：1-3.

[7] 朱蘇康，高衛(wèi)東.機織學(xué)[M].北京：中國紡織出版社，2005：84-106.

（責(zé)任編輯：張會?。?/p>

2018年《紡織科技進展》征訂啟事

《紡織科技進展》是由四川省紡織科技情報中心站和四川省紡織工程學(xué)會聯(lián)合主辦的全國性綜合類紡織科技期刊（國際標準刊號：ISSN 1673-0356，國內(nèi)統(tǒng)一刊號：CN 51-1680/TS）。為《中國學(xué)術(shù)期刊綜合評價數(shù)據(jù)庫》來源期刊和《CAJ-CD規(guī)范》執(zhí)行優(yōu)秀期刊。本刊被美國化學(xué)文摘（CA）、《中國期刊全文數(shù)據(jù)庫》、《中教數(shù)據(jù)庫》等廣泛收錄，并全文入編“中國期刊網(wǎng)”和“萬方數(shù)據(jù)—數(shù)字化期刊群”。

《紡織科技進展》為月刊，大16開，64頁，全方位報道紡織、服裝服飾、化學(xué)纖維、印染助劑、紡織設(shè)備等領(lǐng)域的重大學(xué)術(shù)研究最新成果和進展。主要欄目有進展與述評、研究開發(fā)、應(yīng)用技術(shù)、測試分析、麻紡專題、服裝服飾等。面向國內(nèi)外公開發(fā)行，國內(nèi)全年訂價96.00元/份，全國各地郵局均可訂閱，郵發(fā)代號：62-284；海外全年訂價96美元/份，中國出版對外貿(mào)易總公司（北京782信箱）為本刊海外總發(fā)行，海外發(fā)行代號：DK51021。

《紡織科技進展》編輯部經(jīng)工商部門批準發(fā)布廣告（廣告登記證號：川廣登字（2017）015號），歡迎廣大客戶刊登廣告。本刊現(xiàn)已開通網(wǎng)絡(luò)投稿審核系統(tǒng)，請登錄《紡織科技進展》雜志網(wǎng)站http：//www.fzkjjz.com注冊投稿。

戶名：四川省紡織科技情報中心站

賬號：4402 2180 0900 8802 242

郵編：610072

傳真：028-87770677

網(wǎng)址：www.fzkjjz.com

開戶行：工商銀行成都青羊?qū)m支行

地址：成都市青羊區(qū)十二橋路2號

電話：028-87771368028-87711660

微信公眾號：fzkjjz

Email：fzkjjz@163.com