国内外纺织经纱上浆技术的新进展.docx
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1、国内外纺织经纱上浆技术的新进展 江南大学纺织服装学院,中棉行协浆料检测中心 荣瑞萍 科学技术的快速发展和世界范围内人们环境保护意识的日趋重视和加强,促进和带动了纺织工 业中纺织材料、纺纱、织造、后整理技术等的进步,使纺织产品呈现出档次高质量好,新产品不断 涌现的新格局 ,与此同时纺织产品也面临着绿色化和加工过程生态化等更新更高要求的挑战。在当 今形势下,对浆料的开发和使用如何适应进一步提髙浆纱质量,满足织机髙速化、纺织面料高支高 密化、加工过程生态化的要求,以及新型纤维纱线的上浆等都是摆在浆料研制人员和浆纱工作者面 前的新的重要课题。 1纺织浆料新进展 1.1变性淀粉浆料 淀粉是来自于植物的一
2、种再生资源,具有来源广、价格低、易降解的特点。至今变性淀粉仍是 各国使用最广泛、用量最大的上浆粘着剂,但各国在变性淀粉的研究和使用上有较大差距。 欧洲主要开发和研究的是酯化、醚化的马铃薯淀粉,这类变性淀粉由于在淀粉大分子结构中引 入了酯基或醚化基团(因醚化剂种类而异),淀粉的糊化温度降低,甚至冷水可溶,浆液在低温下不 凝冻,有利于调浆和低温上浆 。当引人的基团数量增多,取代度达到 一 定值后,浆液对纤维的粘附 力提高,浆膜的柔韧性和断裂伸长有较大改善。在美国则是以酯化、醚化、氧化的玉米淀粉为主。国 外在变性淀粉的开发和使用上,着眼于髙性能及取代 PVA的功效。例如,在欧洲, 80年以前经纱 上
3、浆主浆料的配比是50%为氧化淀粉或酸解淀粉、 50%为 PVA: 80年之后主浆料的配比变为 70% 的醚化淀粉或酯化淀粉加上 30%PVA , 90年起主浆料的配比是 70 80%的醚化淀粉或酯化淀粉、 510%PVA、 515%聚丙烯酸类浆料, 2001年德国一家纺织厂 浆料配方为 95%以上是变性淀粉, 再加上少量聚丙烯酸类浆料和油剂 121。由此可见,随着变性淀粉档次的提高,变性深度的增加,其 上浆性能更好,这样的变性淀粉在浆料配方中取代 PVA的比例增大,甚至可实现不用 PVA。 欧美一些国家还对转基因淀粉的变性产物和两性淀粉有研究及使用。转基因淀粉是植物通过遗 传基因转变,使淀粉中
4、不含直链淀粉而为 100%支链淀粉。据称以这样的淀粉为原料生产出的淀粉衍 生物,对纤维具有更好的粘附力。两性淀粉是指在淀粉的分子结构中既引入了阴离子基团又引入了 阳离子基团的一类淀粉,由于纤维素纤维 在水中显阴电性,阳离子基团的存在有利于提高浆料分子 对纤维素纤维的亲和力,从而使粘附力增加。 接枝淀粉是第三代变性淀粉,国内外对接枝淀粉的研究做了大量的工作。国外接枝淀粉在石油、 釆矿、冶金、环保材料、造纸 #领域的应用已比较普遍 13、但作为纺织浆料用于经纱上浆方面的文 献介绍相对较少。接枝淀粉是以淀粉为主体,通过化学或物迪方法,使某些烯烃类物质(单体 ) 以 一定聚合度分子的接枝链接到淀粉的大
5、分子上,互取两者之长, 补两者之短,从而提高了淀粉的 使用性能。由于在淀粉接枝共聚中,不同的接枝单体、制备条件可以获得性 能各异的接枝淀粉产物。 因此,国内外仍在加速研究,不断开发新工艺、新技术、新产品 W。 值得一提的是国外很注重变性淀粉上浆的高性能化,多采取添加其它物质组分,使多元化结构 的产品性能更优良,在上浆中取代更多或全部 PVA。 这类产品在国内市场上也有销售。 我国在变性淀粉的研究和开发方面与国外的差距并不大,已具备生产各种变性淀粉和不同变性 13 深度产品的能力。用于纺织经纱上浆的变性淀粉不仅有氧化淀粉、酸解淀粉、交联淀粉,还有各种 酯化淀粉、醚化淀粉、接枝淀粉,以及采用几种变
6、性方法制得的双变性或多变性淀粉。但国内纺织 厂在选用变性淀粉时,大都还是只考虑单方面的价格和上桨成本,并不很注重变性淀粉的高性能和 大量取代 PVA后的综合经济效益,这就影响了变性淀粉向变性深度和高性能方向的进一步发展。从 总体上看,我国纺织用变性淀粉桨料的生产和使用与国外存在着较大的差距,主要表现为一般产品 多、低取代度产品多、髙性能产品少,纺织厂使用转化淀粉的仍较多,约占变性淀粉用量的 80 %左 右。淀粉衍生物中酯化淀粉虽有一定量的使用,但根据近几年的检测情况, 大都为变性程度低的产 品,如磷酸酯淀粉的取代度小于0.01,有的甚至只有 0.001左右,并含有较多的残留磷酸盐,影响 浆料的
7、上浆性能;纺织用醋酸酯淀粉的D.S只在 0.01 0.05之间,也是低取代度产品。因此,国 内变性淀粉浆料还有许多工作要做。 在我国纺织用变性淀粉浆料的发展,可归纳为以下几个方面: (1) 优化生产工艺,增加变性深度,提高产品性能,使变性淀粉在上浆中发挥最佳效用,性价 比适得其所。醋酸酯淀粉和接枝淀粉是在少用或不用 PVA方面最有突破可能的,但目前还存在性价 比问题。 (2) 紧扣环保主题,发展绿色化的变性淀粉。从环保角度出发,变性淀粉产品应符合绿色浆料 标准,变性淀粉中应不含 “ 环境标志 ” 列出的不应有的物质。如甲醛、含苯环的有机物、有害氯化 物和重金属等。 (3) 重视物理法、生物法对
8、淀粉处理技术的应用,使加工过程绿色化。如釆用高速剪切作用、等 离子体处理、微波技术等。 1.2 PVA (聚乙烯醇)浆料 PVA作为纺织浆料应用于经纱上浆已有六十多年历史,现在全世界的 PVA浆料用量仍非常大 (10万吨左右 ) m。 PVA是一种综合性能优良的浆料,浆膜坚韧、耐磨,耐屈曲性居各种粘着剂之 首,对天然纤维和一般合成纤维有较好的粘附力。至今尚未出现能与 PVA的上浆性能相媲美的其它 类浆料,所以仍被广泛使用,并在某种程度上还有增加的趋势。当然 PVA在使用上也存在着较难溶 解、退浆性能较差和因难分解而带来的环保问题等。近年来各发达国家的科学家都加快了研究步伐, 开展了对 PVA改
9、性、回收再利用和生物降解的研究 I61,以解决 PVA使用和环保方面的问题。 PVA的改性主要是醋酸乙烯酯与其它含乙烯基的单体(如甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯、丁烯 二酸、甲基丙烯酸盐等)共聚,再进行皂化。通过引入其它基团来改变 PVA规整的分子结构,减小 分子间氢键的作用力,降低结晶度,改善水溶性和退浆性,提高对疏水性纤维的粘附力。 PVA经过 改性还可用于低成本的冷(室温 ) 上浆工艺、 PVA的回收再利用和生物降解是解决 PVA上浆环保问题的重要途径。随着先进过滤技术的发 展,对PVA进行回收再利用以成为现实 _这类技术主要包括三个步骤:浆料的分离一对含 PVA的 退浆液体处理一回收的 P
10、VA再利用。美国在实际生产中已用超滤法回收退浆废液中的 PVA, 但由 于该技术设备投资大,目前还没有大范围推广。 日本对 PVA的生物降解研究较多,己从自然界中分 离出能分解 PVA的两种降解菌:一种是能 产生不规则分解 PVA分子链的分解酶(菌株 No SK-95),可使 PVA粘度快速降低,主要用于 PVA 的退浆:另一种是能从末端开始分解 PVA的分解酶(菌株 No RS701),可用于含 PVA废水的处理。 研究表明, PVA的醇解度对酶的降解有一定影响,醇解度髙的 PVA分解较好聚合度 5002200 14 对酶的分解没有影响,但 PVA分解酶对 PVA的分解速度有待提高。意大利科
11、学家 研究 TPVA 吹塑薄膜在不同环境和试验条件下的生物可降解性,从造纸废水的污泥中提取的微生物经过培养得 到了一个活性髙的 PVA降解生物混合细菌培养物,经驯化的微生物种群显示了对 PVA良好的降解 效果。韩国科学家从纺织厂和印染厂下水道的活性污泥中分离出了降解 PVA的菌株 SB68和 SB69, 通过驯化提髙了其降解活性 1.3 1.7倍,单独菌株 SB69和混合菌株 SB68+SB69都表现了较髙的 PVA降解活性,在 46天试验期间使原来 0.01%浓度的 PVA降解 75%。以上研究结果都表明生物 降解 PVA的微生物菌株已经找到, PVA的生物降解不再是难题。 基于上述的研究进
12、展,引起人们对 PVA应用前景的极大关注。有文章对称 PVA为 “ 不洁浆料 ” 给出了明确的否定结论,指出所谓 “ 不洁物 ” 通常指对生物体有毒有害的污物,并举证了 PVA的生 物学试验:他们将 PVA放入老鼠的食谱中,以 20005000mg/Kg/天的剂量喂食 90天,以此评 价其生物学系统和神经毒性。评价方法包括临床观察、眼科观察、体重、食品消耗量、血液学、凝 结物、临床化学,尿分析、运动肌活性和笼饲功能性观察的评价以及表现和显镜病理学。在这些剂 量下没有产生任何不利和毒性的影响。因此得出结论: PVA是相对无害的,可以用于口服、药品包 装材料和日常饮食供应的包装产品,也能应用于细胞
13、组织工程。但我们不能忽视和回避的是 PVA的 生物难降解性,在生态环境中会造成积累,从而影响生态平衡。也许将来会出现一种可代替 PVA全 部功能的合成浆料,但新的合成浆料的生态学命运仍值得怀疑。随着人们对 PVA降解微生物研究的 进展,在以 PVA为基础的髙分子共聚物和混合物的应用及其生物可降解性研究也得到了极大的发展。 研究表明:共混物和共聚物中的 PVA生物降解性较髙,这是因为其 它高分子的参与破坏了 PVA分 子间的氢键,使 PVA相对较容易受到微生物的进攻纺织经纱上浆大都釆用 PVA与变性淀粉的混 合浆料,有理由推测这种混合浆料的生物可降解性并不像想像的那么困难。因此,今后 PVA作为
14、浆 料仍将继续被经纱上浆看好并广泛使用。 1.3聚丙烯酸类浆料 聚丙烯酸类浆料是丙烯酸类单体的均聚物、共聚物以及共混物的总称。聚丙烯酸类浆料的性能取 决于分子结构设计时所用单体的种类及比例。由于聚丙烯酸类浆料可用的单体种类较多,因而可根据 相似相容的原则,针对上浆纤维的结构特点,通过单体的选择组合,合成 对某一类纤维最具良好粘附 力的浆料,使聚丙烯酸类浆料具有优良的上浆性能。聚丙烯 _ 类浆料也是今后绿色浆料发展的重要方 向之一。现在欧洲不少纺织厂经纱上浆浆料配方中的粘着剂已是变性淀粉 +聚丙烯酸类浆料。 国内外聚丙烯酸类浆料仍分为三大类:聚丙烯酸盐类、聚丙烯酸酯类、聚丙烯酰胺浆料。目前 除聚
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