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紡織用漿料的現狀以及發展趨勢

來源:   發布時間:2017-09-01   點擊量:735

    紡織用漿料的現狀以及發展趨勢

    紡織用漿料在紡織廠中起著舉足輕重的作用,市場上出現了各種漿料和助劑。淀粉(包括變性淀粉)、聚乙烯醇(PVA)和聚丙烯酸類漿料仍然是目前的三大主漿料。

    淀粉漿料主要是以玉米淀粉和木薯淀粉為主,其中玉米淀粉約占85%,木薯淀粉約為12%,其它淀粉約占3%。近年來,變性淀粉漿料占淀粉漿料的比例越來越高,不同規格PVA的應用和研究已引起大家的重視。聚丙烯酸類漿料品種不斷增加。其它新型漿料不斷出現,但具有真正意義的新漿料尚需繼續開發研究。紡織助劑品種很多,對漿紗效果有一定的影響,也須作更深入的研究。

    1淀粉漿料的使用與存在的問題

    早期使用的淀粉都是以小麥淀粉為主,但目前其它種類的淀粉,如玉米淀粉、土豆淀粉以及木薯淀粉都已工業化生產,而且成為了主流。

    原淀粉用于經紗上漿中的不足,可以歸納為以下幾點:

    (1)天然淀粉大分子結構龐大,漿液流動性差,上漿過程中,漿液在紗中浸透不良,影響漿紗的性能;

    (2)糊化后的淀粉經冷卻后成為可塑性的凝膠,因而利用淀粉對經紗上漿時,一般需在高溫條件下(95℃以上)進行;

    (3)原淀粉漿的粘度不穩定;

    (4)原淀粉漿的成膜性差。淀粉由于其大分子鏈是由環狀結構的葡萄糖剩基構成,故其柔順性差,玻璃化溫度高,漿膜硬而脆;

    (5)淀粉漿對疏水性纖維粘附力不夠。

    對于低支、低密純棉產品可以采用原淀粉作為主漿料,但對于高支(40支以上)高密織物,經紗上漿應當采用變性淀粉。原淀粉對高支、高密織物上漿時被覆上漿大,織造時落漿多。為了克服原淀粉的缺點,研究者利用淀粉大分子結構的特點,對淀粉進行變性,以改善原淀粉的性能。

    對淀粉的改性研究已進行了很長時間,歸納起來,紡織經紗上漿用變性淀粉的發展,可以分為3個階段:

    (1)轉化淀粉:轉化淀粉變性的方式主要是解聚反應及氧化反應,屬于轉化淀粉的有酸解淀粉、糊精及氧化淀粉;

    (2)淀粉衍生物:淀粉衍生物變性的主要方式是引入化學基團或低分子化合物。這一階段的代表品種有交聯淀粉、各種淀粉醚、定聚合度的合成物,從而使最終產品具有淀粉及合成物的優點,以部分代替或全部代替合成漿料。

    國外早在20世紀初就開始研究接枝淀粉,國內在淀粉接枝共聚方面也作了大量研究,這些研究在造紙、石油、采礦與冶金、環保及新材料等領域已有應用。關于紡織經紗上漿方面的淀粉接枝共聚物也有研究,但實際應用還不是很令人滿意,所以接枝淀粉漿料目前仍然是淀粉漿料研究中的一個熱點。

    接枝淀粉的關鍵是尋找一種有效的引發劑,在淀粉大分子鏈上產生活性基,從而使要接枝的基團,如丙烯酸酯、丙烯酸甲酯等能夠接枝到淀粉鏈上。淀粉主鏈上的游離基產生的方法主要有兩種,即化學引發和物理方法引發。

    化學引發方法中應用最多的引發劑是MinO和Kaizerman在1958年建議使用的高鈰硝酸銨或其它高鈰鹽。國內一些研究者也采用高鈰鹽類作為引發劑。實驗結果證明以硝酸鈰銨為引發劑進行淀粉——丙烯酰胺接枝共聚是最有效的引發劑。高鈰鹽價格貴,產量不高,不可能大量使用,所以一些研究者自己研制引發劑或選擇其它引發劑來替代昂貴的高鈰鹽。如有些研究者認為用鈰鹽(IV)引發淀粉與丙烯腈的接枝共聚反應,成本過高,經過大量實驗,篩選出了用過硫酸鉀(KPS)引發木薯淀粉與丙烯腈接枝共聚反應的規律性和工藝條件,證明了利用KPS加上助引發劑可以代替高鈰鹽。用作引發劑的還有Mn3+、Ce4+、H2O2+抗壞血酸等。有人利KmnO4/H2C2O2抗氧化還原引發體系實現了丙烯酸丁酯與玉米淀粉的接枝共聚反應。還有人利用H2O2+抗壞血酸實現了苧麻紗上漿用玉米淀粉與丙烯酸的接枝共聚反應。總體來看,相對于其它領域,紡織經紗上漿用淀粉接枝共聚反應的研究文獻數量雖遠不如淀粉接枝共聚物應用在其它領域的數量多,但這些研究已經開始啟動,并且取得了一定的進展。

    物理引發方法中使用較多的是輻射引發。輻射引發是指在高能射線輻照下或電子束照射淀粉,產生游離基,引發接枝聚合反應。這些射線能量高,穿透力強。這種聚合方式由于是物理方法引發,對環境無污染,而且符合化學的問題用物理的方法解決的思路。常用的高能射線有Y射線、x射線、β射線和α射線等,其中以鈷60為輻射源的Y射線在研究中用的最多。這種方式引發的接枝聚合在美國研究的比較多,但有關具體過程并未見詳細報道。國內也有一些研究者利用Co60Y射線引發淀粉與丙烯酰胺實現接枝共聚。這種方法,不需要引發劑,但大多要通氮氣保護。此外,高能輻射引發的接枝聚合,因能量高,反應不易控制,以致影響本體性能。

    紫外光引發接枝聚合也很值得注意。國內已經有人研究利用紫外光對聚合物表面進行改性。相對于臭氧氧化、等離子體處理、高能輻射引發接枝等方法,紫外光引發接枝聚合的特點是,長波紫外光(300~400nm)能被光引發劑吸收而引發反應,工藝簡單,便于操作,易于控制,設備投資少,有望逐步實現工業化。

    微波技術應用在化學反應、化學分析和環境保護等領域,表現出了節省能源和時間、簡化操作程序、減少有機溶劑使用、提高反應速率和顯著降低化學反應產生的廢棄物對環境造成的危害等優點。1986年,加拿大Laurentian大學化學教授Gedye領導的課題組報道了在常規條件下和在微波照射下水解、酯化、氧化和烷基化反應的對比結果,發現在微波照射下反應速度比常規加熱反應速度快了240倍。這一發現揭示了在有機合成反應中微波的潛在價值。同年,美國Mecer大學化學家Giguere領導的課題組也報道了在常規條件下和在微波照射下加成反應和重排反應的結果,發現在相同收率下,微波照射反應時間縮短很多。總體來看,在微波場中實現淀粉的接枝共聚反應是一條很有前途的方法。國內有關的研究已取得了一定的進展。

    國內的變性淀粉漿料,除了在變性程度上不如國外變性淀粉漿料之外,本身性能也有不少缺陷。表現在隨著含固量的增加,變性淀粉的粘度增加過快。對于變性淀粉漿料粘度的測試,紡織廠現行的測試標準是在6%的含固量下進行,不同的變性淀粉在6%時其粘度可能是一樣的,但在高含固量時,其粘度可能就不一樣了,所以粘——濃曲線對國產變性淀粉尤為重要。

    總體來說,我國淀粉生產水平已達較高水平,如吉林黃龍淀粉年產量約為30萬t,質量完全能滿足紡織廠需要。變性淀粉方面也有了年產量超過3萬~5萬t的企業,但總的來說全國變性淀粉生產廠規模還太小。

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