淀粉/聚丙烯酸酯共混漿膜的吸濕放濕性能探討

周 丹,喬錦玉,沈艷琴,2,姚一軍,2

(1.西安工程大學(xué) 紡織科學(xué)與工程學(xué)院,陜西西安 710048；2. 西安工程大學(xué) 功能性紡織材料及制品教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,陜西西安 710048)

0 前言

織造車(chē)間環(huán)境溫濕度的變化直接影響經(jīng)紗回潮率,合理設(shè)計(jì)并控制漿紗回潮率, 對(duì)改善漿紗質(zhì)量、提高織造效率具有重要作用[1-2]。當(dāng)前,為提高生產(chǎn)效率,國(guó)內(nèi)外紡織企業(yè)普遍采用高濕度織造,這種方式除了影響工人工作環(huán)境外,也不利于設(shè)備保養(yǎng),增大了生產(chǎn)成本。因此,急需設(shè)計(jì)一種合理的漿紗配方以實(shí)現(xiàn)低濕度環(huán)境下織造一直是漿紗、織造工作者的研究重點(diǎn)。

近年來(lái),有研究者探討了紡織漿料的吸濕與放濕規(guī)律,發(fā)現(xiàn)聚丙烯酸酯漿料對(duì)濕度敏感性差,并初步探討了適于低相對(duì)濕度環(huán)境下織造的棉紗漿紗配方[3-4]；也有學(xué)者指出可根據(jù)不同回潮率下漿膜物理性能的變化來(lái)設(shè)置漿紗回潮率和車(chē)間相對(duì)濕度,并初步研究了漿膜回潮率與其性能之間的相關(guān)性[5-6]。這些報(bào)道對(duì)如何有效設(shè)置漿紗機(jī)回潮率以及實(shí)現(xiàn)低濕度環(huán)境下織造起著至關(guān)重要的作用。但是,上述研究主要集中于漿紗性能或單一漿料與回潮率的關(guān)系研究上,對(duì)回潮率與共混漿膜性能之間關(guān)系的相關(guān)研究較少。為此,本文以淀粉/聚丙烯酸酯共混漿料為研究對(duì)象,研究了回潮率與聚丙烯酸酯/淀粉類(lèi)共混漿膜性能的關(guān)系,以期對(duì)漿紗機(jī)回潮率的控制和低濕度條件下織造提供參考。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)器材及儀器

材料:聚丙烯酸酯(含固量25%)、氧化淀粉(含水率13%)。

儀器:HWS-250型恒溫恒濕箱、ZBH-4型漿膜厚度儀、HD021N型電子單紗強(qiáng)力儀、HD026PC電子織物強(qiáng)力儀。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 漿料配方

漿料配方不考慮助劑,因?yàn)闈{料性能的影響因素很多,本試驗(yàn)采用變性淀粉作主漿料,主要考慮聚丙烯酸酯含量對(duì)共混漿膜性能的影響。本試驗(yàn)所采用的漿料配方如表1所示。

表1 漿料配方

1.2.2 漿膜的制備與性能測(cè)試

使用濃度為3%的漿液制成漿膜,采用澆鑄法[7]制備測(cè)試用漿膜。

將試樣在相對(duì)濕度65%、溫度25℃條件下,平衡24 h。在ZBH-4型漿膜厚度儀上測(cè)試漿膜厚度,然后在單紗強(qiáng)力儀上對(duì)漿膜試樣進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試。試驗(yàn)條件:夾持長(zhǎng)度100mm,拉伸速度100mm/min,有效樣本容量10。

1.2.3 漿膜的耐屈曲性測(cè)試

將漿膜剪成100mm×5mm的條狀試樣,在相對(duì)濕度65%、溫度25℃狀態(tài)下平衡24h,然后用夾子分別夾住漿膜試樣兩端,均勻地左右反復(fù)擺動(dòng),直到漿膜折斷,記錄次數(shù),即為漿膜的耐屈曲次數(shù)。

1.2.4 漿膜的吸濕放濕試驗(yàn)

依據(jù)GB/T9995—1997《紡織材料含水率和回潮率的測(cè)定》和GB/T6529—1986《紡織品調(diào)濕和試驗(yàn)用標(biāo)準(zhǔn)大氣》,對(duì)漿膜的吸濕、放濕性能進(jìn)行測(cè)試[8]。將預(yù)先烘干的一定質(zhì)量的漿膜試樣放在溫度為28℃、相對(duì)濕度分別為78%、74%、70%、65%、60%的條件下進(jìn)行吸濕,每間隔15min記錄一次質(zhì)量,直至吸濕平衡,計(jì)算漿膜吸濕回潮率,并繪制漿膜回潮率隨時(shí)間的變化曲線。

將試樣在相對(duì)濕度為78%的恒溫恒濕箱內(nèi)放置24 h,使試樣充分吸濕平衡,記下初始質(zhì)量,而后將試樣轉(zhuǎn)入相對(duì)濕度56%、溫度28℃的條件下進(jìn)行放濕,每間隔15min記錄一次質(zhì)量,直至放濕平衡,計(jì)算回潮率,繪制漿膜放濕回潮率隨時(shí)間的變化曲線。

1.2.5 漿液黏附力測(cè)試

漿液黏附力測(cè)試依參考文獻(xiàn)[9]的方法進(jìn)行。將晾干后的純棉粗紗在相對(duì)濕度65%、溫度25℃條件下平衡24 h,然后在電子織物強(qiáng)力儀上測(cè)試其斷裂強(qiáng)力和斷裂伸率,所測(cè)斷裂強(qiáng)力即為粗紗黏附力。測(cè) 試 條 件:夾 持 長(zhǎng) 度100mm,拉 伸 速 度100mm/min,有效樣本容量30。

2 結(jié)果與分析

2.1 共混漿膜的吸濕規(guī)律

圖1 、圖2、圖3及圖4分別是四種漿料配方在不同相對(duì)濕度下的吸濕規(guī)律。圖5是不同相對(duì)濕度下4種配方漿膜吸濕平衡回潮率的對(duì)比。

圖5 漿料的吸濕平衡回潮率比較

由圖1、圖2、圖3以及圖4可以看出,四種漿料配方在不同相對(duì)濕度下的吸濕規(guī)律相似,回潮率都隨吸濕時(shí)間的延長(zhǎng),最終達(dá)到平衡回潮率,且都在2h左右達(dá)到吸濕平衡。

圖1 1#配方的吸濕規(guī)律

圖2 2#配方的吸濕規(guī)律

圖3 3#配方的吸濕規(guī)律

圖4 4#配方的吸濕規(guī)律

圖5 是4種配方漿膜吸濕平衡回潮率隨相對(duì)濕度變化曲線。可以看出,隨相對(duì)濕度增大,共混漿膜吸濕平衡回潮率都在升高,在任何濕度下,1#、2#配方吸濕平衡回潮率一致,3#、4#配方吸濕回潮率一致。這說(shuō)明在一定程度上,聚丙烯酸酯用量的增多對(duì)漿料吸濕性影響不大,只有當(dāng)聚丙烯酸酯的用量明顯增多時(shí),共混漿膜的吸濕平衡回潮率才會(huì)出現(xiàn)降低趨勢(shì),這主要是由于聚丙烯酸酯漿料分子結(jié)構(gòu)中含有疏水性基團(tuán)酯基,本身對(duì)濕度不敏感,但過(guò)多的聚丙烯酸酯會(huì)束縛淀粉漿料極性基團(tuán)的吸濕,阻止水分子與共混膜的親附,聚丙烯酸酯越多,這一現(xiàn)象更明顯。

2.2 共混漿膜的放濕規(guī)律

對(duì)紡織漿料放濕規(guī)律的研究可為織造車(chē)間相對(duì)濕度的設(shè)定提供一定的參考[10]。圖6為4種配方漿膜在相對(duì)濕度為56%條件下的放濕曲線。

由圖6可以看出,共混漿膜放濕曲線相似,表現(xiàn)出短時(shí)間內(nèi)快速降低、然后緩慢達(dá)到平衡的特點(diǎn)。1#配方的放濕平衡回潮率最低,3#、4#放濕曲線一致,回潮率差異不大,說(shuō)明當(dāng)聚丙烯酸酯與淀粉漿料共混時(shí),在一定范圍內(nèi),聚丙烯酸酯摩爾質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)其放濕規(guī)律和回潮率影響不大；當(dāng)聚丙烯酸酯量大于某一值時(shí),放濕平衡回潮率降低明顯,如圖1#配方曲線所示。由此可見(jiàn),只有當(dāng)聚丙烯酸酯用量超過(guò)一定范圍時(shí),共混漿膜的放濕平衡回潮率才會(huì)降低,即漿膜保濕性能較差。

圖6 漿料的放濕曲線

2.3 共混漿膜的吸濕滯后性比較

為進(jìn)一步研究聚丙烯酸酯用量明顯增多時(shí)對(duì)共混漿料回潮率產(chǎn)生的影響,選用聚丙烯酸酯用量明顯不同的1#、4#配方進(jìn)行比較,共混漿膜的吸濕、放濕回潮率與時(shí)間關(guān)系曲線如圖7、圖8所示。

圖7 1#配方的吸濕放濕回潮率—時(shí)間曲線

圖8 4#配方的吸濕放濕回潮率—時(shí)間曲線

由圖7、圖8可以看出,在相對(duì)濕度一定的情況下,聚丙烯酸酯用量較小的4#配方的吸放濕平衡回潮率分別為10.8%及14.3%,聚丙烯酸酯用量較大的1#配方的吸放濕平衡回潮率分別為10.2%及12.6%,說(shuō)明聚丙烯酸酯用量對(duì)共混漿膜的放濕回潮率有明顯影響。此外,可以發(fā)現(xiàn)共混漿膜的放濕平衡回潮率高于吸濕平衡回潮率,二者之間存在著吸濕滯后性差異。造成這一現(xiàn)象的原因是高分子具有保持結(jié)構(gòu)不變的傾向[11]。漿料的吸濕滯后性是紡織企業(yè)織造車(chē)間相對(duì)濕度高的原因之一,因此在研究低濕度條件下織造時(shí),可以通過(guò)調(diào)節(jié)聚丙烯酸酯漿料的用量來(lái)實(shí)現(xiàn)低濕度織造。

2.4 回潮率與漿膜性能的關(guān)系

漿膜性能是漿料性能的具體體現(xiàn)[12]。不同回潮率下四種漿膜的物理性能測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 不同回潮率下四種配方漿膜的物理性能測(cè)試結(jié)果

由表2看出,隨共混漿膜回潮率增大,4種配方漿膜強(qiáng)力均呈降低趨勢(shì),伸長(zhǎng)率均出現(xiàn)增大趨勢(shì)。在相對(duì)濕度一定的情況下,隨聚丙烯酸酯在淀粉中用量的增大,漿膜斷裂強(qiáng)度呈先增大后降低的趨勢(shì),斷裂伸長(zhǎng)率反而一直增大,當(dāng)相對(duì)濕度為65%,淀粉與聚丙烯酸酯共混比為8∶2(3#配方)時(shí),共混漿膜的斷裂強(qiáng)力和耐屈曲性最高。這是由于聚丙烯酸酯的加入不僅減小了淀粉分子間作用力,在一定程度上也避免了應(yīng)力集中,所以表現(xiàn)為斷裂強(qiáng)度高,斷裂伸長(zhǎng)率好；然而,當(dāng)聚丙烯酸酯用量過(guò)多時(shí),勢(shì)必會(huì)影響對(duì)淀粉的增塑作用,不能有效避免應(yīng)力集中的危害,所以斷裂強(qiáng)度又有所降低。但聚丙烯酸酯本身的漿膜斷裂伸長(zhǎng)率極高,與淀粉混合后,可以明顯彌補(bǔ)淀粉膜脆硬的缺點(diǎn),故表現(xiàn)為斷裂伸長(zhǎng)率高。由于聚丙烯酸酯對(duì)濕度敏感性差,因此淀粉/聚丙烯酸酯共混漿料在較低相對(duì)濕度下會(huì)表現(xiàn)出良好的漿膜性能。上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)紡織企業(yè)合理使用紡織漿料、設(shè)定漿紗機(jī)上的回潮率以及調(diào)節(jié)織造車(chē)間的環(huán)境濕度有重要的參考意義。

3 結(jié)論

通過(guò)研究淀粉/聚丙烯酸酯共混漿膜與回潮率之間的關(guān)系,得出以下結(jié)論:

(1)隨相對(duì)濕度的增大,4種淀粉/聚丙烯酸酯共混漿膜吸濕回潮率增大,吸濕、放濕曲線呈現(xiàn)相似的規(guī)律,吸濕、放濕速率都為先快后慢的狀態(tài),且共混漿膜存在吸濕滯后性；

(2)相對(duì)濕度一致的情況下,聚丙烯酸酯用量對(duì)共混漿膜吸濕回潮率影響不明顯；

(3)在相對(duì)濕度65%環(huán)境下,淀粉與聚丙烯酸酯共混比為8∶2時(shí),共混漿膜的綜合性能最優(yōu)。