聚丙烯酸聚乙烯醇共聚漿料的漿紗性能分析

郭 歡 劉召英 劉 馨 夏 凱 張曉東

（青島大學(xué)，山東青島，266071）

細(xì)號(hào)高密純棉織物通常具有滑爽、柔軟的手感以及典雅的外觀，因而受到越來(lái)越多消費(fèi)者的青睞。但是由于細(xì)號(hào)紗的線密度較小，纖維斷裂強(qiáng)力低，因此細(xì)號(hào)高密純棉織物的漿紗難度通常較大［1］。當(dāng)今紡織漿料市場(chǎng)中，淀粉類(lèi)漿料、聚乙烯醇（以下簡(jiǎn)稱(chēng)PVA）類(lèi)漿料和聚丙烯酸類(lèi)漿料依然占據(jù)主導(dǎo)地位［2‐4］。由于具有非常好的黏附性、成膜性以及相容性，PVA 多年來(lái)一直是細(xì)號(hào)高密純棉織物的理想上漿劑。然而PVA 存在不易完全退漿和難以生物降解的問(wèn)題。對(duì)PVA 漿料進(jìn)行有效改性，可以調(diào)整其分子之間的結(jié)構(gòu)，使分子間的氫鍵作用減弱，以降低結(jié)晶度［5］，提高漿料的溶解性和退漿性能。針對(duì)細(xì)號(hào)純棉紗線的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和上漿要求，本研究合成制備了聚丙烯酸聚乙烯醇共聚漿料（以下簡(jiǎn)稱(chēng)APVA），并以某紡織廠細(xì)號(hào)高密純棉織物品種的實(shí)際生產(chǎn)漿紗配方為參照，研究適合于細(xì)號(hào)純棉紗線的漿紗配方。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)材料與試劑

醋酸乙烯酯（以下簡(jiǎn)稱(chēng)VAc）、丙烯酸、偶氮二異丁腈、甲醇、氫氧化鈉，均為分析純，上海國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；醋酸酯淀粉DF‐A、聚丙烯酸漿料QL‐98、聚丙烯酸漿料QB918、組合漿料SuperSizes、PVA205、PVA1799、磷酯淀粉、馬鈴薯變性淀粉GM8‐60、馬鈴薯變性淀粉CP‐L；純棉9.8 tex 紗和純棉7.4 tex 紗。

1.2 APVA 的制備及表征

按照文獻(xiàn)［6］工藝，采用丙烯酸與VAc 先共聚而后醇解的方法制備了APVA。性能測(cè)試顯示，所制備APVA 的平均聚合度為1 300，羧基含量為3.9%，醇解度為93.3%。

采用D8 型X 射線衍射儀對(duì)APVA 的晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。按照文獻(xiàn)［4］方法，配置質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的APVA 漿液，加入適量硫酸調(diào)節(jié)漿液的pH值小于2，靜置2 h 進(jìn)行酸析反應(yīng)，過(guò)濾，沉淀物水洗3 次后干燥至恒重，計(jì)算APVA 的酸析率。

1.3 紗線上漿試驗(yàn)

1.3.1 漿料配方

某工廠實(shí)際生產(chǎn)純棉紗的漿料配方見(jiàn)表1。實(shí)際生產(chǎn)的配方中漿料組分較多，漿料的固含量較高，而且PVA 漿料不能很好地退漿，易對(duì)環(huán)境造成污染。本試驗(yàn)設(shè)計(jì)的配方使用APVA 漿料代替?zhèn)鹘y(tǒng)的PVA 漿料，同時(shí)減少漿料組分及漿料的添加劑用量，降低漿料的固含量，以期有效簡(jiǎn)化調(diào)漿工藝及降低生產(chǎn)成本，具體配方見(jiàn)表2。4 種新配方均用于純棉9.8 tex 和7.4 tex 紗的上漿。

表1 實(shí)際生產(chǎn)中的漿料配方

表2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)配方

1.3.2 漿液性能測(cè)試

按照表1 和表2 的配方，分別配制不同的組合漿液，在95 ℃條件下保溫糊化1 h，采用DV3T型黏度計(jì)測(cè)定漿液的表觀黏度。參照文獻(xiàn)［7］方法，采用DCAT21 型自動(dòng)表面張力儀測(cè)定漿液在90 ℃時(shí)的表面張力。根據(jù)漿液靜置8 h 后的分層情況來(lái)評(píng)價(jià)漿液的混溶性。參照文獻(xiàn)［8］方法，將制得的漿膜在溫度為105 ℃的烘箱內(nèi)干燥至恒重，然后稱(chēng)取厚度均勻的漿膜各1 g，置于相對(duì)濕度75%的干燥器中進(jìn)行吸濕試驗(yàn)，10 天后取出稱(chēng)重，計(jì)算漿膜的吸濕率。

1.3.3 漿紗性能分析

按照原配方和新配方配制漿液，升溫至95 ℃，糊化保溫1 h，采用JSSJ‐83 型小樣漿紗機(jī)上漿，上漿溫度95 ℃，漿槽漿液恒溫循環(huán)，漿紗速度50 m/min，壓漿輥壓力12 kN。

依據(jù)GB/T 3916—2013《紡織品 卷裝紗 單根紗線斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率的測(cè)定（CRE 法）》測(cè)定單紗斷裂強(qiáng)力，采用YG061F 型電子單紗強(qiáng)力儀測(cè)試漿紗強(qiáng)伸性能。依據(jù)FZ/T 01058—1999《紗線耐磨試驗(yàn)方法 往復(fù)式磨輥法》，采用LLY‐63 型紗線耐磨儀測(cè)試漿紗的耐磨性能，測(cè)試紗線20 根，測(cè)試速度60 次/min，外加張力20 cN。依據(jù)FZ/T 01086—2020《紡織品 紗線毛羽測(cè)定方法 投影計(jì)數(shù)法》，采用YG171LB 型測(cè)試儀測(cè)試漿紗的毛羽數(shù)，測(cè)試10 次取平均值。采用蔡司研究級(jí)顯微鏡觀察漿紗的表面形態(tài)。

2 結(jié)果與討論

2.1 APVA 的性能分析

2.1.1 結(jié)晶性能分析

APVA 與PVA 的X 射線衍射圖見(jiàn)圖1。從圖1 可以看出，在2θ為20.22°和41.18°處出現(xiàn)了明顯特征衍射峰。APVA 的X 射線衍射圖譜基本與原PVA 相同，但特征衍射峰值略有減小，這表明羧基的引入會(huì)使PVA 結(jié)晶度下降。

圖1 PVA1799 與APVA 的X 射線衍射圖譜

2.1.2 酸析性

酸析試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果顯示APVA 漿料的酸析率為97.6%，表明APVA 漿料具有較高的酸析性。因此可利用該性能事先對(duì)退漿廢水調(diào)酸絮凝沉降，過(guò)濾去除APVA 漿料后，再進(jìn)行生化降解處理，這樣即可減少因PVA 漿料難以絮凝沉降、過(guò)濾脫除而導(dǎo)致的退漿廢水難以生化降解的環(huán)境污染問(wèn)題。

2.2 漿液性能

工廠實(shí)際生產(chǎn)配方和本試驗(yàn)設(shè)計(jì)配方的漿液性能見(jiàn)表3。各配方均不發(fā)生分層現(xiàn)象。

從表3 可以看出，4 種原配方的漿液表面張力值均低于純棉織物的表面張力（62.0 cN/m），因此能夠保證漿液更好地滲透到紗線內(nèi)部，滿足上漿的要求，4 種新配方的漿液表面張力較原配方略有降低；原配方與新配方的漿液靜置后均不會(huì)出現(xiàn)明顯的分層現(xiàn)象，均具有較好的穩(wěn)定性；新配方的漿膜吸濕性與原配方相差不大，而新配方2 由于使用了水性丙烯酸漿料QB918，其漿膜吸濕率較大。

表3 工廠實(shí)際生產(chǎn)配方和本試驗(yàn)設(shè)計(jì)配方的漿液性能對(duì)比

2.3 漿紗性能

純棉9.8 tex 紗性能：斷裂強(qiáng)力122 cN，斷裂伸長(zhǎng)18.9 mm，摩擦次數(shù)64次，1 mm毛羽24.9根/m，2 mm 毛羽16.1 根/m。純棉7.4 tex 紗性能：斷裂強(qiáng)力96 cN，斷裂伸長(zhǎng)15.2 mm，摩擦次數(shù)38 次，1 mm 毛羽36.2 根/m，2 mm 毛羽28.9 根/m。

工廠實(shí)際生產(chǎn)配方和本試驗(yàn)設(shè)計(jì)配方對(duì)純棉9.8 tex 的漿紗性能見(jiàn)表4。由于實(shí)際生產(chǎn)配方與試驗(yàn)設(shè)計(jì)配方的3 mm 毛羽降低性能測(cè)試結(jié)果基本相似，因此我們采用1 mm 和2 mm 的毛羽長(zhǎng)度，以便于兩種配方的毛羽降低性能有明顯的區(qū)別。

表4 純棉9.8 tex 紗漿紗性能

從表4 可以看出，對(duì)于純棉9.8 tex 紗，新配方的上漿率相比原配方均有所降低；而在漿紗增強(qiáng)性能方面，新配方1 和新配方4 的漿紗增強(qiáng)率明顯高于原配方；在減伸性能方面，新配方2 的漿紗減伸率明顯高于原配方，新配方1 和新配方4 的漿紗減伸率略低于原配方；在耐磨性能方面，新配方均優(yōu)于原配方，其中新配方3 的耐磨性能最好；在毛羽貼伏方面，新配方的漿紗毛羽降低率都優(yōu)于原配方。綜上各性能的評(píng)價(jià)結(jié)果，新配方1 和新配方4 均可替代原配方用于純棉9.8 tex 紗的上漿。

工廠實(shí)際生產(chǎn)配方和本試驗(yàn)設(shè)計(jì)配方對(duì)純棉7.4 tex 紗的漿紗性能見(jiàn)表5。

從表5 可以看出，對(duì)于純棉7.3 tex 紗，新配方的上漿率相比原配方均有所降低；而在增強(qiáng)性能方面，新配方1、新配方3 和新配方4 的漿紗增強(qiáng)率均明顯高于原配方，其中新配方1 的增強(qiáng)率最大；在減伸性能方面，新配方的漿紗減伸率均高于原配方；在耐磨性能方面，新配方均優(yōu)于原配方，其中新配方3 的耐磨性能最好；在毛羽貼伏方面，僅有新配方1 和新配方4 的漿紗毛羽貼伏性能優(yōu)于原配方。綜上，根據(jù)強(qiáng)伸性能、耐磨性能和毛羽貼伏性能的評(píng)價(jià)結(jié)果，新配方1 和新配方4 均可替代原配方用于純棉7.4 tex 紗的上漿。

表5 純棉7.4 tex 紗漿紗性能

圖2 為純棉9.8 tex 紗原紗與使用新配方1 上漿的漿紗的顯微鏡圖。從圖2 可以看出，未上漿的原紗結(jié)構(gòu)松散，而漿紗結(jié)構(gòu)緊密，毛羽貼伏紗線主干，基本不外露。

圖2 純棉9.8 tex 原紗與漿紗的顯微鏡照片

純棉細(xì)號(hào)紗在上漿過(guò)程中對(duì)漿液的要求較高，尤其是漿紗強(qiáng)伸性能及耐磨性能。本試驗(yàn)設(shè)計(jì)配方中使用了水溶性更好的APVA 漿料，避免了傳統(tǒng)PVA 溶解不完全造成的上漿隱患問(wèn)題，同時(shí)APVA 漿液具有更好的滲透作用，適合細(xì)號(hào)紗以浸透為主的上漿方式。其中新配方1 的綜合性能最佳，這主要是因?yàn)锳PVA 漿料能夠提高漿紗強(qiáng)度，GM8‐60 與QL‐98 能夠提高漿液的穩(wěn)定性及柔軟性，能夠得到柔韌的漿膜。

3 結(jié)論

采用丙烯酸與醋酸乙烯酯先共聚而后醇解的方法制備了APVA，APVA 的結(jié)晶性能低于原PVA，但其水溶性增強(qiáng)，而且具有較高的酸析沉淀性能，有利于克服因PVA 漿料難以事先絮凝脫除所導(dǎo)致的退漿廢水難以生化降解問(wèn)題。通過(guò)與某紡織廠細(xì)號(hào)高密純棉織物的實(shí)際生產(chǎn)漿紗配方作對(duì)比試驗(yàn)，證實(shí)采用APVA 替代傳統(tǒng)PVA 上漿，不僅可以提高漿紗性能，而且可以減少經(jīng)紗上漿的漿料組分，降低經(jīng)紗上漿率，減少環(huán)境污染。