表面活性劑對中溫漿液滲透性的影響

王 耀 王 菲 白 樺 姚一軍

（1.中國棉紡織行業(yè)協(xié)會，北京，100018；2.廣元市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗所，四川廣元，628017；3.西安工程大學(xué)，陜西西安，710048）

目前漿紗采用高溫（漿槽溫度92 ℃以上）上漿工藝，不但能源耗費大，而且有些產(chǎn)品如粘膠纖維在高溫下強力下降，不適合高溫上漿［1］。中溫漿紗是一項新的漿紗工藝，調(diào)漿和上漿溫度在60 ℃～80 ℃，能顯著降低能耗。20 世紀(jì)90 年代，有學(xué)者提出并研究了冷上漿工藝［2］，在毛紡股線上得 到 應(yīng)用。CHAVAN H V 等［3］對14.6 tex 純棉紗開展了冷、熱上漿對比。武海良等［4］深入研究了中溫半糊化上漿機制。鄧玲俠等［5］對常溫上漿工藝進行了試驗。中溫漿紗漿液溫度低，對經(jīng)紗的滲透性下降，如何提高漿液滲透性成為中溫漿紗工藝應(yīng)用的關(guān)鍵。本課題研究表面活性劑與漿液協(xié)同作用對中溫上漿漿液滲透性、漿膜性能的影響，以期對中溫漿紗工藝應(yīng)用提供參考。

1 試驗部分

1.1 材料和儀器

材料：C 14.6 tex 紗，變性淀粉SPR，快速滲透劑T，脂肪醇聚氧乙烯醚磷酸酯（以下簡稱AEO-3P），斯盤-20，十六烷基三甲基溴化銨（以下簡稱CTMAB）。儀器：Quanta-450-PEG型掃描電鏡，0.5 mm×100 mm 玻璃點樣毛細(xì)管，GA392 型立式單紗漿紗機，Y171B-1 型毛羽測試儀。

1.2 試驗方法

采用紗線沉降法測試漿液的滲透性［6］。采用毛細(xì)管法［7］測試漿液表面張力，制備含固率為3%的漿液，分別將不同種類、不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的表面活性劑加入漿液，測試加入表面活性劑后漿液的毛細(xì)高度，計算出表面張力系數(shù)。采用粗紗法［8］測試漿液的黏附性，在織物強力儀上測試粗紗的拉伸斷裂強力。采用澆鑄法制備漿膜［9］，測試漿膜斷裂強力及伸長率，采用文獻［10］方法計算漿膜強度及伸長率，按照文獻［11］的方法進行漿膜水溶性和耐屈曲性測試。在YG061M 型電子單紗強力儀上測試漿膜的斷裂強力和斷裂伸長率。采用GA392 型立式單紗漿紗機進行漿紗，按照文獻［12］方法測試漿紗性能。采用氫氧化鈉退漿法測試上漿率［13］。

2 結(jié)果與討論

2.1 表面活性劑的作用機理

表面活性劑有親水基團和疏水基團。表面活性劑分子在溶液內(nèi)部形成自聚，存在形式為膠團，開始形成膠團的濃度叫臨界膠束濃度［14］。溶液中表面活性劑濃度非常低時，漿液表面和空氣接觸，漿液表面張力降低不明顯。提高表面活性劑濃度，漿液表面張力會顯著下降。同時，水中的表面活性劑分子開始形成小膠團。隨著表面活性劑濃度繼續(xù)增大，溶液達到飽和吸附，形成排列緊密的單分子膜。在表面活性劑濃度大于表面活性劑臨界膠束濃度時，繼續(xù)提高表面活性劑量，溶液表面張力不再下降［15］。當(dāng)漿液溫度降低時，其滲透性下降，上漿率降低，表面活性劑加入后，表面張力下降，漿液滲透性上升。根據(jù)表面活性劑的親水親油平衡（HLB）值確定了快速滲透劑T、AEO-3P、斯盤-20、CTMAB 這4 種表面活性劑，HLB值在8～10，可與水形成穩(wěn)定的乳液狀。

2.2 表面活性劑種類與漿液性能

2.2.1 漿液滲透性與表面張力

對比不同種類表面活性劑漿液與65 ℃、95 ℃下未添加表面活性劑漿液的滲透時間及最小表面張力系數(shù)，結(jié)果見表1。由表1 可知，添加表面活性劑后漿液滲透時間和表面張力系數(shù)都大幅降低。加入快速滲透劑T 后，漿液滲透時間僅為2.8 s，最小表面張力系數(shù)比其他3 種表面活性劑都低，對降低漿液表面張力效果最好，這是由于滲透劑具有兩親特性，加快了漿液對紗線中非纖維素物質(zhì)的擴散能力。

表1 表面活性劑種類對漿液滲透性能的影響

2.2.2 漿液黏附性

不同表面活性劑對粗紗上漿率和強力的影響見表2，表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)均為0.3%。

由表2 可知，中溫條件下（65 ℃）的粗紗上漿率和粗紗強力比高溫條件下（95 ℃）的都低，中溫條件下漿液添加表面活性劑可使粗紗上漿率及對粗紗的黏附性顯著提高，快速滲透劑T 的性能優(yōu)于其他3 種表面活性劑。這是由于紗線組分中含有非纖維素棉蠟、果膠等疏水物質(zhì)，中溫條件下難以去除，降低了漿液對紗線的黏附能力，而中溫條件下滲透劑可加快漿液在紗線非纖維素物質(zhì)中的傳遞能力，表現(xiàn)出高的上漿率和黏附力。

2.2.3 漿膜性能

不同表面活性劑對漿膜性能的影響見表3。

表3 不同表面活性劑下的漿膜性能

漿液成膜性隨表面活性劑的加入明顯變差，耐屈曲性變差。加入快速滲透劑T 后，漿膜強度稍高于65 ℃時未添加表面活性劑的漿膜強度，而加入AEO-3P 及斯盤-20 后漿膜強度明顯降低，漿膜伸長率、水溶速率變化不明顯，吸濕變?nèi)酢＿@是由于表面活性劑影響了漿料各組分之間的相容性，漿膜致密性變差，導(dǎo)致內(nèi)聚力降低，表現(xiàn)出低的斷裂強度。

2.3 表面活性劑的加入方式

將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%的快速滲透劑T 以兩種方式加入到溫度為65 ℃、含固率為12%的漿液中。方式1 是漿料與表面活性劑同時加入到調(diào)漿桶中；方式2 是在漿液調(diào)制好后再將表面活性劑加入。方式1 所得漿液在紗線中的平均滲透時間為16.5 s，滲透時間CV為0.105 6%；方式2 漿液平均滲透時間為12.5 s，滲透時間CV為0.166 4%。方式2 的漿液滲透時間明顯要短，說明漿液調(diào)制好后加入滲透劑滲透性更好。

2.4 表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)對漿液性能的影響

將表面活性劑加入到溫度為65 ℃、含固率為12%的漿液中，分別測試表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.1%～0.9%時漿液對粗紗的滲透性、黏附性及漿膜性能。

2.4.1 滲透性與表面張力系數(shù)

表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)與漿液滲透性、表面張力系數(shù)的關(guān)系見圖1。從圖1（a）可以看出，隨表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，漿液的滲透時間總體呈現(xiàn)降低趨勢。當(dāng)快速滲透劑T 的臨界膠束濃度為0.5%、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.6%時，漿液最短滲透時間為2.8 s；當(dāng)AEO-3P 臨界膠束濃度為0.4%、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%時，漿液最短滲透時間為3.4 s，此后隨著質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加滲透時間不再明顯降低；當(dāng)斯盤-20 臨界膠束濃度為0.6%、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.7%時，漿液最短滲透時間為5.8 s；當(dāng)CTMAB臨界膠束濃度為0.4%、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%時漿液最短滲透時間為3.0 s。由此可見，最短漿液滲透時間都出現(xiàn)在質(zhì)量分?jǐn)?shù)稍大于臨界膠束濃度時。從圖1（b）可以看出，隨著表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，漿液表面張力總體呈下降趨勢，漿液表面張力最小值都在臨界膠束濃度的下一個質(zhì)量分?jǐn)?shù)梯度時出現(xiàn)，這個結(jié)果和滲透性測試結(jié)果一致。

圖1 漿液滲透性、表面張力系數(shù)與表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系

2.4.2 漿液黏附性

表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)對漿液黏附性的影響情況見圖2。從圖2（a）可看出，隨著表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，粗紗上漿率總體呈增大趨勢，都在稍大于表面活性劑臨界膠束濃度時有比較大的粗紗上漿率。這是由于此時漿液表面活性相對最強，漿液表面張力相對最小，足量的漿液滲透至粗紗中。對比65 ℃未添加表面活性劑和95 ℃未添加表面活性劑的粗紗上漿率6.88%、11.61%，當(dāng)添加表面活性劑后，粗紗上漿率在6.88%～11.61%，說明表面活性劑有利于提高中溫漿紗的上漿率。從圖2（b）可看出，在表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3%時，或小于0.3%時，粗紗強力相對較大，此后隨著表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大，粗紗上漿率雖然增大，但粗紗強力反而下降。這是由于粗紗上漿液雖然增多，但表面活性劑也增多，過多會阻礙漿液對纖維的黏附，因此出現(xiàn)強力下降。對比65 ℃未添加表面活性劑和95 ℃未添加表面活性劑的粗紗強力33.7 N、67.9 N，添加表面活性劑時，粗紗強力在33.7 N～67.9 N，說明表面活性劑的添加有利于提高中溫漿紗時對粗紗的黏附性。

圖2 漿液黏附性與表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系

2.4.3 漿膜性能

表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)對漿膜性能的影響見圖3。從圖3 可以看出，當(dāng)表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)最?。?.1%）時漿膜強度最大，隨著表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大，漿膜強度下降。這是由于漿料分子之間結(jié)合力無雜質(zhì)干擾，漿膜致密性高，強力大。加入表面活性劑使?jié){液和表面活性劑形成了兩相物質(zhì)，表面活性劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)越大，漿膜中相疇尺寸也越大，界面結(jié)合力下降，導(dǎo)致漿膜力學(xué)性能下降，耐屈曲性也隨之下降。隨表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大，漿膜的吸濕率下降，漿膜的吸濕性能降低。

圖3 漿膜性能與表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系

2.5 中溫漿紗試驗

選用SPR 淀粉為主的漿料配方，漿液含固率12%，其中配方1 為未添加表面活性劑且漿紗溫度95 ℃，配方2 為未添加表面活性劑且漿紗溫度為65 ℃，配方3 為添加0.2%快速滲透劑T 且漿紗溫度為65 ℃。各配方漿紗性能如下，其中C 14.6 tex 原紗斷裂強力為110.6 cN，斷裂伸長率為6.40%。

采用表面活性劑中溫漿紗后漿紗強力、毛羽降低率接近高溫漿紗。這是因為加入表面活性劑后，漿液的滲透性顯著改善。

原紗和漿紗的縱向掃描電鏡見圖4。

圖4 原紗與漿紗縱面形態(tài)圖

從圖4 可以看出，加入表面活性劑后，漿紗表面非常光滑，集束性好，紗體外幾乎沒有毛羽。

3 結(jié)論

（1）漿液中加入表面活性劑后，漿液表面張力顯著降低，提高了漿液滲透性能。當(dāng)表面活性劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)稍大于表面活性劑臨界膠束濃度時，漿液表面張力最小，滲透時間最短，上漿率最大。

（2）漿液與表面活性劑協(xié)同作用，能顯著提高中溫漿紗的性能。在試驗選用的表面活性劑中，快速滲透劑T 降低漿液表面張力效果最好，當(dāng)其質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.2%時，漿紗效果較好。