全支鏈馬鈴薯淀粉在中溫漿紗上的應(yīng)用

楊 樹,沈艷琴,武海良

傳統(tǒng)常用漿料只在高溫下才可溶解或糊化,因而其經(jīng)紗上漿普遍采用的是高溫上漿工藝[1-3]。高溫上漿在調(diào)煮漿料和保持漿槽中漿液溫度上需要消耗大量能源,漿紗成本較高;因此要降低上漿過程中的能耗,有必要對純棉紗采取中溫上漿。中溫漿紗是指在50-75℃之間進(jìn)行的漿紗實(shí)踐,其調(diào)漿溫度低,能源消耗少,并可改善漿紗車間工人的工作環(huán)境,是一種極具研究價值的漿紗工藝[4-6]。由于中溫調(diào)漿存在漿液流動性差,漿液被覆紗線及浸透性低等問題,會影響漿紗質(zhì)量;因此對中溫溶解性好,漿紗質(zhì)量高的漿料進(jìn)行研究具有重要意義[7]。

馬鈴薯淀粉因其支鏈淀粉含量高、漿液黏度穩(wěn)定、成膜性好且強(qiáng)度高,被譽(yù)為淀粉行業(yè)中的朝陽產(chǎn)業(yè)[8]。荷蘭AVEBE公司以生物基因工程得到了100%全支鏈馬鈴薯淀粉(SPR),并對其進(jìn)行了特殊的物理化學(xué)變性,制備出了一系列具有優(yōu)良黏附性及漿膜柔韌性的產(chǎn)品;且與其他漿料相容性好,適合于純棉紗上漿。本文對該全支鏈馬鈴薯淀粉的漿紗性能做了較為系統(tǒng)的測試分析。

1 試驗(yàn)部分

1.1 材料和儀器

試驗(yàn)材料：SPR漿料(荷蘭AVEBE公司);JC9.7 tex純棉精梳紗。

試驗(yàn)儀器：HH-6型數(shù)顯恒溫水浴鍋;電子恒速攪拌器;YT821可調(diào)漏斗式漿液黏度計;HD021N型電子單紗強(qiáng)力儀;ASS3000型小樣漿紗機(jī);YG171B-1型紗線毛羽測試儀;YG026H型電子織物強(qiáng)力機(jī);Y731型抱合力機(jī)。

1.2 漿紗工藝

調(diào)制兩個質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的SPR漿液各800 ml,一個升溫至63℃,另一個100℃煮開,將煮好的漿液分別倒入提前預(yù)熱好的小樣漿紗機(jī)漿槽中供上漿,上漿工藝參數(shù)見表1。

表1 上漿工藝參數(shù)

1.3 測試方法[9-10]

1.3.1 漿液黏度和黏附力

調(diào)制500 ml質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的漿液,恒溫水浴加熱到63℃,保溫30 min,使用YT821可調(diào)漏斗式漿液黏度計測試黏度值。

淀粉黏附力用粗紗條法進(jìn)行試驗(yàn)測定。將SPR淀粉配置成質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的淀粉糊并升溫至63℃保溫30 min;將在紗架上繞好的粗紗放入漿液中5 min后取出,晾干后在恒溫恒濕室內(nèi)平衡24 h,并在YG026 H型電子織物強(qiáng)力機(jī)上測試。同時使用SPR進(jìn)行高溫試驗(yàn),形成對比分析。測試條件為拉伸速度50 mm/min,試樣夾持距離100 mm,每種樣品測試40次,取平均值。

1.3.2 原紗及漿紗性能

(1)拉伸性能 采用HD021N電子單紗強(qiáng)力儀進(jìn)行測試,測試條件為預(yù)加張力10.00 c N,試樣夾距500 mm,拉伸速度500 m/min,環(huán)境溫度25℃,相對濕度65%,測試樣本數(shù)30組取平均值。拉伸性能計算公式為：

式中 Pj為上漿紗強(qiáng)力均值(c N);Ps為原紗強(qiáng)力均值(c N)。

式中 ε為原紗伸長率均值(%);ε1為上漿紗伸長率均值(%)。

(2)耐磨性 在室溫下使用Y731型抱合力機(jī)測試,測試條件為紗線靜態(tài)張力200 c N,磨片空載往返速率143次/min,磨片自壓240 g。測試30組結(jié)果后取平均值。增磨率計算公式為：

式中 m為上漿紗增磨率(%);mj為上漿紗耐磨次數(shù)均值;m0為原紗磨斷次數(shù)均值。

(3)毛羽降低率 毛羽測試在YG171A型毛羽測試儀進(jìn)行,試驗(yàn)時紗線測試長度為1 m,通過速度30 m/min,測試30組取其平均值。毛羽降低率計算公式為：

式中 F為毛羽降低率(%);N0為原紗有害毛羽指數(shù)均值;N1為上漿紗有害毛羽指數(shù)均值。

(4)漿紗回潮率 使用電子天平稱取全幅長度約1-3 g的漿紗樣品,輕輕扎成一束并置于105～110℃烘箱中烘至恒重,待冷卻20 min后繼續(xù)稱其干重,測試精確至0.001 g。漿紗回潮率公式為：

式中 WG為漿紗回潮率(%);Wj為漿紗濕重(g);W為漿紗干重(g)。

(5)漿紗退漿性能 采用氫氧化鈉退漿法,退漿率計算要考慮毛羽損失率。將已經(jīng)回潮的試樣稱重并于清水中煮沸約10 min,取出后用清水洗凈后放入105℃鼓風(fēng)干燥烘箱內(nèi)烘至恒重,待冷卻20 min后取出稱重,數(shù)據(jù)精確至0.001 g。毛羽損失率計算公式為：

式中 β為漿紗毛羽損失率(%);B為原紗試樣煮前干重(g);B1為原紗試樣煮后干重(g)。

將已經(jīng)回潮的試樣稱重后放入浴比30～40 ml/g,濃度0.5%的NaOH溶液中煮沸10 min后,用清水漂洗至洗凈。隨即置入105℃鼓風(fēng)干燥烘箱內(nèi)烘至恒重,繼續(xù)冷卻20 min后取出稱重,數(shù)據(jù)精確至0.001g。淀粉漿紗退漿率計算公式為：

式中 S為退漿率(%);W0為試樣退漿前干量(g);W1為試樣退漿后干量(g);β為毛羽損失率(%)。

2 結(jié)果與討論

2.1 全支鏈馬鈴薯淀粉的結(jié)構(gòu)

支鏈淀粉聚合度較大、分支較多,屬具有高度分支結(jié)構(gòu)的大分子;主鏈間由α-1,4糖苷鍵連接,分支點(diǎn)處通過α-1,6糖苷鍵與主鏈相連。支鏈淀粉的分支是成簇并以螺旋形式存在的,側(cè)鏈有序排列生成許多小結(jié)晶區(qū)。由于支鏈淀粉的高度分支性,晶體結(jié)構(gòu)不太緊密,糊化時易伸展,水分子易滲透到支鏈淀粉顆粒內(nèi)部使顆粒潤濕脹大,形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),所以全支鏈淀粉易溶于水,凝沉性弱,具有很高的黏著力[11]。

采用雙波長比色法測定SPR支鏈淀粉的含量,分光光度法的原理是直鏈淀粉與碘的結(jié)合物呈藍(lán)色,支鏈淀粉與碘的結(jié)合物呈紫色[12],其吸光度值測試結(jié)果見表2。

通過雙波長比色法檢測出SPR淀粉漿料中支鏈淀粉的含量達(dá)95%以上。支鏈淀粉分子鏈短且分叉多,因此SPR具有很高的黏著力,對親水性纖維具有良好的黏附性,在不同溫度及各種剪切作用下,黏度穩(wěn)定性高。

采用SEM對淀粉顆粒的外貌進(jìn)行了測試,其測試結(jié)果見圖1。

表2 SPR直鏈淀粉、支鏈淀粉與碘結(jié)合物的吸光度值

圖1 馬鈴薯原淀粉與SPR的掃描電鏡圖

圖1 示出馬鈴薯原淀粉表面光滑,經(jīng)過醚化改性后得到的全支鏈馬鈴薯淀粉SPR表面出現(xiàn)凹痕或裂縫,這改變了淀粉分子鏈運(yùn)動能力,減弱了淀粉分子間的相互作用,增加了淀粉分子的膨脹能力與水溶性,從而降低了淀粉的糊化溫度,使其可中溫溶解。

采用紅外光譜測試了全支鏈馬鈴薯淀粉,其結(jié)果見圖2。

圖2 紅外光譜

從圖2可看出,馬鈴薯原淀粉在3 415 cm-1處寬的吸收峰為O-H鍵的對稱伸縮振動,2 932 cm-1處為CH2的不對稱伸縮振動,991 cm-1處的吸收峰為C-OH鍵的彎曲振動,而全支鏈馬鈴薯淀粉SPR的紅外光譜圖中,在3 295 cm-1出現(xiàn)-O-H鍵的對稱伸縮振動,峰型變窄是因?yàn)榻由狭嗣鸦鶊F(tuán)后,原-OH吸收峰的締合作用受到影響,但吸收峰的強(qiáng)度增加,在2 926 cm-1、1 413 cm-1、1 331 cm-1、847 cm-1處均出現(xiàn)了淀粉的特征吸收峰,在1 078 cm-1出現(xiàn)C-O-C對稱伸縮振動,證明SPR發(fā)生了醚化作用。

2.2 漿液性能及對紗線黏附力

使用SPR淀粉漿料在含固為10%時63℃煮漿,并與高溫進(jìn)行對比,測試漿液的黏度及其波動率,測試結(jié)果見表3。

表3 SPR的黏度及黏度穩(wěn)定性

由表3可知,在63℃下SPR漿液黏度為7.4 s,與高溫漿液黏度相差0.6 s,都表現(xiàn)出了良好的流動性,且黏度穩(wěn)定性高均達(dá)到97.7%及以上。

漿液對純棉粗紗的黏附力測試結(jié)果見表4。

表4 SPR對純棉粗紗的黏附力測試值

由表4可知,高溫條件下SPR淀粉漿料對純棉粗紗的黏附力要大于中溫條件下的,這是由于溫度低漿液的表面張力大,漿液黏度略有增加,不利于對紗線的潤濕和浸透,使得浸透到粗紗內(nèi)部的淀粉分子減少,紗線內(nèi)部的纖維和外部的淀粉分子難以形成較為穩(wěn)固的結(jié)構(gòu),黏附力降低。但二者相差不大,對粗紗都具有良好的黏附效果。

2.3 漿紗性能

采用ASS3000型小樣漿紗機(jī)進(jìn)行上漿后,測試了JC9.7 tex原紗及其上漿紗性能,結(jié)果如表5所示。

表5 JC9.7 tex原紗和上漿紗性能

由表5可看出,95℃下上漿紗的斷裂強(qiáng)力最大為217.7 c N,65℃下上漿紗的斷裂強(qiáng)力略低為208 c N,二者相差不大,與原紗相比增強(qiáng)率都在26%以上。紗線斷裂伸長率減小,均低于25%,可滿足織造要求。毛羽指數(shù)大幅降低,降低率均在20%以上,紗體表面毛羽得到較好伏貼,能滿足織造過程對上漿紗毛羽指數(shù)的要求。退漿率在11%～14%之間,上漿效果良好。高溫漿紗和中低溫漿紗得到的上漿紗性能基本上保持一致,表明用SPR進(jìn)行中低溫漿紗可達(dá)到或接近高溫漿紗的效果。

3 結(jié)論

(1)SPR全支鏈馬鈴薯淀粉漿料的中溫(63℃)溶解性能優(yōu)良,漿液流動性好;含固量為10%時漿液黏度為7.4 s,黏度穩(wěn)定性高達(dá)97.7%;黏附力強(qiáng),保證了漿紗過程中漿液對紗線有良好的浸透及被覆性。

(2)SPR中溫上漿純棉紗的斷裂強(qiáng)力提高顯著,較原紗增強(qiáng)了25%以上;斷裂伸長率略減小,毛羽降低率達(dá)20%以上;紗線耐磨次數(shù)顯著增加,增磨率為220%,保障了上漿紗質(zhì)量。

(3)SPR淀粉漿料可滿足精梳純棉紗上漿要求,實(shí)現(xiàn)了中溫漿紗,可大大降低能源消耗。