【集萃網觀察】0 前言
漿紗是織造工程的關鍵工序，漿紗的目的主要是提高紗線的耐磨性，減少毛羽，適當增加紗線的強力，減少伸度，以承受紗在織造過程中復雜的機械作用能力，提高紗線的可織性能。半個多世紀以來國內外紡織和化工專家通力合用，采用多種方法（如對化纖紗線采用熱處理、采用特殊的化學劑或潤滑劑，對紗線表面進行潤滑處理等）期望革除上漿工序以期解決由于上漿而耗費大量資源，以及印染退漿污水對環(huán)境的污染，以達到節(jié)約能源降低生產成本和清潔生產的目的。但由于不同紗線，織物規(guī)格，溫濕度條件以及織機的類型，速度等問題，迄今為止還未能實現(xiàn)用更實用的方法來替代傳統(tǒng)的上漿方法。相反由于新型纖維的研制開發(fā)應用，高速智能化無梭織機近幾年來以萬臺以上速度遞增，機織物細支高密高緊度，寬幅化進一步提高，我國對環(huán)境保護重視程度越來越高，清潔化生產、可持續(xù)發(fā)展的理念不斷深化以及貫徹各項政策力度的加強，對漿料提出了更加苛刻的要求。由此可見，漿料不僅是確保產品質量，提高織造效率降低生產成本的重要環(huán)節(jié)，而且也是有效的開發(fā)新的織物品種，充分發(fā)揮織造先進設備的又一重要環(huán)節(jié)，因此開發(fā)新的漿料，適應紡織產品的發(fā)展。在織物品種漿料設備確定后合理選擇漿料就是關鍵問題。
1 紡織漿料應用現(xiàn)狀
紡織漿料有淀粉、聚乙烯醇（PVA）和丙烯酸類漿料三大類�，F(xiàn)在國內外主要使用的仍然是這三大類漿料。我國現(xiàn)有織機約100萬臺左右，其中無梭織機約占30%。據有關資料報導，2006年產布437.97億米，按產布量估算，年消耗漿料在30萬噸以上。其中淀粉類（包括變性淀粉）約占70%以上，PVA用量不到20%，丙烯酸類及其他漿料約在10%左右�，F(xiàn)就漿料應用情況作一些介紹，并就漿料應用中的幾個問題講點個人看法，供大家參考。
1.1 淀粉類漿料
淀粉用于經紗上漿歷史悠久，這是因為淀粉是一種再生植物，資源豐富來源廣，價格低廉，對親水性纖維（如棉麻、粘膠纖維）具有良好的粘附性能，因此在三大類漿料中用量最多。淀粉是由葡萄糖縮聚而成的高分子化合物，雖然它成膜性好，漿膜強力高，但漿膜性脆而硬，伸度小，對疏水性纖維（如滌綸）粘附性差、成漿后漿液粘度高、穩(wěn)定性差，漿液在較長時間內使用粘度變化較大，影響上漿質量。為了充分利用淀粉資源廣的優(yōu)勢，采用化學、物理或酶處理等方法，對淀粉進行變性處理達到提高淀粉質量，擴大其使用范圍。變性淀粉經過二十多年的努力，從應用原淀粉單一漿料到現(xiàn)在已能生產適用于紡織經紗上漿的門類齊全的轉化淀粉（酸解淀粉，氧化淀粉）、淀粉衍生物（酯化淀粉、醚化淀粉）、交聯(lián)淀粉和接技淀粉，經過多年來的推廣應用，現(xiàn)在變性淀粉基本上已替代原淀粉。
1.1.1轉化淀粉
轉化淀粉（酸化和氧化）可根據紡織產品上漿和漿紗設備的要求，較為方便的生產出不同粘度的系列產品，該產品由于具有高濃低粘的特點漿膜強力不因粘度變化而下降（如表1）漿液流動性好，粘度較為穩(wěn)定等優(yōu)點。且制造方便，生產成本低經過多年生產應用已作為一般純棉織物的主漿料，在滌綸混紡織物上漿也可部分替代PVA。轉化淀粉是所有變性淀粉中用量最多的變性淀粉，已成為變性淀粉中的主體。
表1 酸解淀粉粘度與漿膜強力的關系
注：從表1可知，酸解淀粉粘度大范圍內漿膜的抗張強度與原淀粉相當，但伸長率有所下降。
1.1.2淀粉衍生物
由于保護環(huán)境，清潔生產替代不潔漿料（PVA）的要求，近年來，淀粉衍生物的研制使用有了較快的發(fā)展，其中以淀粉醋酸酯，淀粉磷酸酯和醚化型羧甲基淀粉（CMS）、和陽離子淀粉受到漿紗工作者更多的關注。
（1）淀粉醋酸酯是在淀粉大分子中引入疏水性醋酸根（ ）基團，提高了對疏水性纖維的粘著性能（表2、3），對纖維素纖維也有較好的粘附性，其漿膜的撫彎性耐磨性比原淀粉都有一定程度的提高，且有很好的抗老化性能，因此在低溫狀態(tài)下不易凝凍，用于滌棉織物上漿可替代較多的PVA也可用于低溫條件下上漿，如色織、毛紗、玻璃纖維等織物的上漿。
表2 淀粉醋酸酯與原淀粉粘著力的比較
表3 漿紗性能比較
決定淀粉衍生物性能有一個很重要的指標，即其取代度（DS）。取代度是指淀粉分子中葡萄糖殘基中羥基中（OH）被取代基團取代的平均數，如取代度為0.02表示每100個葡萄糖單位有二個羥基被取代。紡織用淀粉醋酸酯一般屬于低取代度，DS在0.01—0.2之間。紡織用淀粉醋酸酯的研發(fā)雖較早，但對于經紗上漿用的取代度，缺乏系統(tǒng)的研究和生產實踐的驗證，現(xiàn)在市場上銷售的淀粉醋酸酯由于價格因素一般取代度都很低，在0.05左右，甚至更低至0.05以下，因此難以顯示其漿紗的效果。
（2）淀粉磷酸酯是淀粉中的羥基與磷酸鹽生成的酯化淀粉。由于磷酸（H3PO4）為三價酸具有多官能特性，能與淀粉分子中的三個羥基起反應生成單酯、雙酯和三酯，用于經紗上漿主要是單淀粉磷酸酯其結構式為：
淀粉磷酸酯具有較好的分散性能和乳化性，抗老化性能、穩(wěn)定性好，低溫下不會凝凍，它與PVA具有很好的混溶性。由于淀粉磷酸酯是親水性的無機酸酯，所以對纖維素纖維（天然纖維）具有較好的粘附性，可作為棉、麻、粘膠上漿的主體漿料，但對疏水性纖維的粘附性沒有淀粉醋酸酯好。
淀粉磷酸酯的取代度，對它的性能有較大的影響，取代度在0.05～0.25之間，漿液所制成的漿膜透明易彎曲，較強韌，具有易再水性有利于回漿利用，易于退漿。現(xiàn)在淀粉磷酸醋的耗用量僅次于酸解淀粉和氧化淀粉，但應該指出現(xiàn)紡織上漿所應用的淀粉磷酸酯，由于價格等因素，取代度很低，據有關測試資料表明其取代度僅為0.003～0.005并含有較多的磷酸鹽（干法生產）漿膜發(fā)脆、落物增多，在使用中要引起注意。
（3）陽離子淀粉是由淀粉和陽離子化學劑（醚化劑如季胺、季磷或叔胺）反應而成，已于上世紀五十年代中期開始工業(yè)化生產。廣泛用于造紙工業(yè)是一種很好的添加劑，它能改善紙的抗疲勞性能，抗張力，耐折性，抗掉毛性。陽離子淀粉用于紡織漿料是近幾年來對它進一步認識和實踐，及制備技術的改進。根據理論分析和實踐（表4）和生產的結果，由于陽離子淀粉都帶有陽離子性，對帶陰離子的纖維素纖維具有很好的親和性，良好的成膜性，粘度穩(wěn)定性和抗凝膠性能，與PVA和其他漿料都有良好的混溶性化學穩(wěn)定性和導電性能，減少紗線由于摩擦而產生的靜電積聚提高開口清晰度，可提高漿紗的耐磨性。
陽離子淀粉品種很多，主要商品有季胺烷基醚淀粉和叔胺烷基醚淀粉。用于經紗上漿的陽離子淀粉主要是季胺烷基陽離子淀粉。
表4 陽離子淀粉與其它變性淀粉的粘附性比較
表5 陽離子淀粉的抗靜電性能
表6 陽離子淀粉取代度對性能的關系
1.1.3 接技淀粉
接技淀粉是上世紀90年代中期發(fā)展起來的第三代變性淀粉，它是在淀粉大分子鍵中引入有一定聚合度的高分子聚合物（一般由二個以上單體的聚合物），因此它是有天然淀粉和化學漿料二者相結合的有良好性能的變性淀粉。它的特點是：其一，由于接枝支鏈導致分子間堆積松散故改變了漿膜的柔順性；其二，對淀粉分子間氫鍵間重新締合具有較強的抑制作用能大幅降低凝凍現(xiàn)象；其三，支鏈可以多種烯類同時接枝共聚具有較強的粘著性。但多年來在實際生產使用中存在吸濕性過大，粘著性能不夠理想等問題而未得到廣泛應用。近幾年來努力于研究接技淀粉的高校及研究單位，對其性能上已有突破，相信今后會有較大的發(fā)展前途。
1.1.4 淀粉改性
淀粉改性劑是二十世紀八十年代中期到九十年代初逐步發(fā)展起來的，它是由淀粉酶或氧化劑和填充劑所組成，應用時是在原淀粉加入一定量的淀粉改性劑，調制時產生反應成漿液，降低漿液的粘度，降低上漿成本，但是在應用淀粉改性劑時，一定要根據原淀粉粘度的變化而調節(jié)其用量才能達到所規(guī)定的要求，否則會影響漿液的粘度變化而影響漿紗質量。因此必須加強生產管理對每批原淀粉進行檢測，根據原淀粉的粘度，調整改性劑的用量才能得到好的效果。與此同時，要防止對淀粉改性劑不切合實際的宣傳，誤導使用者造成不良后果和損失。
1.2 聚乙烯醇（PVA）
PVA具有優(yōu)良的上漿性能，對纖維素纖維和疏水性纖維都有很好的粘著性能（如1799、1788）與淀粉漿料相比，PVA具有更好的成膜性，漿膜強伸度高（漿膜強力4.9g/ ,伸度在200%左右）耐疲勞性能好（屈曲次數>10000，淀粉是400左右）耐磨性也很好。
PVA主要以聚合度（DP）和醇解度（DH）兩個質量指標來衡量它的上漿性能，由于歷史的原因和種種因素長期以來我國經紗上漿用的PVA為纖維級的1799（DP=1700 DH=99.6moL/%）為完全醇解型，由于它的聚合度醇解度高，導致水溶性差一般要在95℃以上高速攪拌（760～1400R/M）2.5小時以上才能完全溶解，其次易于結皮，在上漿過程中易于造成漿斑，且因漿膜強度過高造成干分絞時分紗困難，再生毛羽多，倒斷頭、并絞頭增加。隨著細支高密織物、高比例滌/棉及純滌產品的開拓與發(fā)展，以1799為主體的漿料配方，上述矛盾更為突出。為此在沒有適當聚合度PVA的條件下，采用低聚合度PVA（DP=500、DH=88moL/%）（如205MB、0588、KT-15、BP05A等）一般以30%等量替代1799PVA以降低漿液粘度和漿膜強度，從而提高了高支高密、中粗支高緊度織物的漿紗質量和織造效率。
根據試驗資料表明，經紗上漿用PVA以其綜合性能考慮選用聚合度和醇解度（DP=1000～1100、DH=92～95moL/%）PVA更為合適，隨著聚合度的降低，也加快了PVA生物降解的速度，對環(huán)境污染也會減輕。
我國生產聚乙烯醇始于二十世紀六十年代初，主要從日本引進的技術和裝置是以電石法生產出來，20世紀70年代又在上海和四川分別建立以乙烯和天然氣能源生產PVA。然后，在安徽、江西、吉林等地建造維尼綸廠，我國生產PVA的能力已超過日本成為世界上最大的生產國，現(xiàn)在四川維尼綸廠能提供聚合度為300～2800，醇解度在80～99mol%范圍內的多種規(guī)格的顆粒狀、絮狀或粉狀的PVA系列產品，紡織廠可根據經紗上漿的要求進行選擇使用。
PVA屬于高難度生物降解的有機物，測試數據表明高聚合度PVA（如1799）COBcr（化學需氧量）為18000mg/kg，BOD5（生物需氧量為800mg/kg, BOD5/CODcr的比值（800/18000=0.044）比較小，它反映了物質對環(huán)境的污染的影響程度比較大（比值越小影響越大）。為此中國棉紡織工業(yè)協(xié)會于1996年年會上倡導提出少用或不用不潔漿料PVA，大力開產發(fā)新型高性能無污染（或少污染）的漿料。多年來，大專院校、科研所、漿料生產廠及紡織企業(yè)通力合作做了很多工作，少用PVA取得了很大成績，不用PVA取得很大突破而成為現(xiàn)實。如最近推出的PR-SU漿料BOD5/CODcr比值為0.618，用于純棉高支高密、滌/棉混紡和純滌綸產品用PR-SU漿料完全取代了PVA，織機效率都在90%以上。以高性能變性淀粉為主體的復合漿料（如AS-1型多單元復合漿料）全部取代低聚合度PVA，經大面積生產試驗也取得很顯著的效果。
1.3 丙烯酸類漿料
丙烯酸類漿料是丙烯酸類單體的均聚物、共聚物或共混物的總稱。丙烯酸類漿料與淀粉、PVA漿料相比最大的特點是對各類纖維都具有優(yōu)良的粘附性能，且水溶性好，易于退漿，易于生物降解。但其最大的弱點是漿膜吸濕性高，再粘性強，價格高，因此目前用于經紗上漿一般作為輔助漿料（輔助粘著劑），以改善其他漿料粘著性能，提高漿紗質量。現(xiàn)在新一代的丙烯漿料已解決了上述問題從而可以增加用量，提高漿紗質量。
表7 丙烯酸類漿料與PVA粘著力比較 單位：cN/c㎡
聚丙烯酸類漿料是以丙烯酸類單體在引發(fā)劑的作用下，通過加成聚合反應合成的大分子鏈，完全由碳原子組成的均聚物或共聚物。在我國用于紡織漿料雖然有30多年的歷史，但還是在二十世紀九十年代中期得到了迅速的發(fā)展。由于丙烯酸類漿料對多種纖維具有優(yōu)良的粘著性能，已使它成為國內外紡織漿紗工作者所關注。同時這類漿料從單體的配伍、聚合方法及條件的多樣化，因此性能的變化復雜，分子量及側鏈上所帶的官能團的結構，決定了它們的主要性能。聚丙烯酸類漿料可分為聚丙烯酸鹽、聚丙烯酸酯和聚丙烯酰胺三類。
表8 聚丙烯酸類漿料的常用單體和物理性能
聚丙烯酸鹽是以二個或二個以上的單體共聚而成的，這類漿料的漿膜強力高，伸度小，對親水性纖維有很好的粘附性，但吸濕、再粘性高，一般與淀粉漿混合使用于純棉織物上漿，以提高漿紗的耐磨性能有較好的效果。這類漿料應注意的是如用量太高（如超過20%），漿液增稠，對上漿造成很大的困難�，F(xiàn)在這類漿料在單體的選配，聚合方法等進行了改進基本上解決了增稠問題，上漿性能也有了進一步提高。
聚丙烯酸酯漿料是以丙烯酸酯單體為主體，加入一定量的水溶性丙烯酸單體的共聚物。它是丙烯酸類漿料最主要的類型。主要是它與疏水性纖維具有優(yōu)異的粘著性能，其次聚丙烯酸酯漿料熱濕再粘問題，通過高分子設計原理，科學的選配丙烯酸酯單體，在不影響粘附性的條件下，搭配玻璃化溫度較高的單體，克服熱濕再粘問題，實踐證明了取得較好的效果，如表9。
表9 低吸濕聚丙烯酸酯漿料與PVA比較
聚丙烯酰胺漿料是以丙烯酰胺單體在引發(fā)劑的作用下聚合而成的均聚物，它是一種線型的水溶性高分子化合物，其分子量有很寬的調節(jié)范圍（ ），聚丙烯酰胺在上世紀七十年代就用于紡織上漿作輔助粘著劑，含固率一般在8—10%，它具有良好的水溶性，與親水性纖維具有很好的粘著性能，是一種高強低伸的漿料，易于退漿，生物降解快，對環(huán)境污染小，但吸濕再粘性強，一般與淀粉漿混用，對棉纖維具有很好的上漿性能。隨著科學技術的發(fā)展聚合工藝的改進，聚丙烯酰胺漿料含固率可達25～30%，粘度可根據使用要求調節(jié)（現(xiàn)在已有固體產品）這類漿料已被廣泛應用于生產，取得了良好的效果。
1.4聚酯漿料
聚酯漿料是研發(fā)漿料中最為引人關注的一種新型漿料，聚酯漿料是采用與滌綸相同或相似原料如對苯二甲酸（二甲酯）和乙二醇類單體，在高溫條件下通過縮聚反應合成的大分子中含有酯基（-COO-）和水溶性基團的一種新型漿料。由于該漿料與滌綸纖維分子結構相似，對滌綸纖維具有優(yōu)異的粘著性能，水溶性好，易于退漿。聚酯漿料粘度低，表面張力小對紗線潤濕性、滲透性好。它與淀粉、PVA有很好的混溶性，且對淀粉有較好的增塑作用，漿膜脆性得到了改善。該漿料對環(huán)保有否影響有待進一步研究。
表10 幾種常用漿料的 、CODcr及 /CODcr值
聚酯漿料早在上世紀七、八十年代，美、英、法和日本等國已有產品用于滌綸長絲上漿，但由于吸濕性強，價格貴，使用受到了很大的限制。近年來德國漢高公司生產的P28聚酯漿料已引入我國，并與PVA（低聚合度）、淀粉混合用于高吸濕快干短纖維織物經紗上漿取得了較好的效果。近年來國內對聚酯漿料的研制有了很大的進展，產品已投放生產使用。以1:4（聚酯漿料 低聚合度PVA）全部取代低聚合度PVA。全部取代1799目前已在試驗階段，也取得了較好的進展。
2 幾個問題的討論
2.1關于變性淀粉原料（原淀粉）的選擇對性能的關系
變性淀粉的原料有多種，紡織漿料變性淀粉主要有玉米淀粉、小麥淀粉、馬鈴薯淀粉和木薯淀粉，其它如甘薯（山芋）淀粉基本上不用。從上述各種原淀粉的性能比較，玉米淀粉對天然纖維有比較好的粘著性能，耐煮、漿液粘度較為穩(wěn)定，小麥淀粉對天然纖維的粘著力略次于玉米淀粉，但流動性比玉米淀粉好，馬鈴薯淀粉含有0.07～0.09%磷酸鹽（玉米淀粉為0.015%），漿液分散性好，對上漿較為有利，但是對天然纖維的粘附性較差，粘度高且不夠穩(wěn)定。木薯淀粉粘度很高且不穩(wěn)定，不耐久煮，粘著力不及上述三種淀粉。按照經紗上漿性能按次序排列為：玉米淀粉>小麥淀粉>馬鈴薯淀粉>木薯淀粉。
原淀粉經變性處理后，原淀粉的種類性質質量對變性淀粉的性能有一定影響，但不是主要原因。變性淀粉的性能主要決定于變性的種類（如酸解、酯化等）、變性工藝及其變性技術和管理水平。
變性淀粉選擇原料主要根據國內資源情況，及其價格等因素來決定。我國玉米淀粉資源豐富，來源廣，價格是各類原淀粉中最為便宜的一種，所以玉米淀粉用量最多。其次為木薯淀粉，因為小麥淀粉為精粉用于食品工業(yè)較多。我國馬鈴薯淀粉主要產于東北西北地區(qū)，產品有限，價格昂貴，因此作為紡織用變性淀粉漿料用得很少。
2.2 原淀粉與變性淀粉的性能問題
近年來由于紡織形勢較為嚴峻，生產成本高利潤空間很小。挖掘企業(yè)內部潛力節(jié)支增效是積極有效的措施。在這種情況下，因此有人認為變性淀粉與原淀粉都是淀粉，其性能基本相同，但價格差異較大可以用原淀粉替代變性淀粉，可以降低漿料成本。我認為有這種想法是可以理解的，但對變性淀粉缺乏認識而導致生產效率和產品質量下降。
對原淀粉進行變性處理的目的有三：
（1）通過對原淀粉的變性處理，（如酸解等）降低原淀粉粘度，改善漿液的流動性和漿液的滲透能力，特別對高支高密高緊度織物的上漿更為重要。
（2）通過對原淀粉的變性處理提供高濃低粘漿料，這是實行“二高一低”上漿新工藝的首要條件。
（3）通過對原淀粉的變性處理，提高對疏水性纖維的粘著力，提升淀粉的性能，擴大淀粉的應用范圍，減少PVA用量降低漿料成本。
由此可見原淀粉通過變性處理后，淀粉性質有了質的變化，原淀粉的性能是不能與變性淀粉等同的。但對于純棉中粗支低中密度的織物采用傳統(tǒng)的上漿工藝，采用原淀粉加入一定量的降粘劑（淀粉改性劑）煮漿后，漿液達到工藝要求也是可行的。
2.3 關于“干法”生產“變性淀粉”的質量問題
變性淀粉通常有二種生產方式，即濕法和干法二種。濕法生產是將原淀粉調到一定的濃度（一般為40%左右）的小懸浮液加溫到一定溫度，然后滴加化學劑在規(guī)定的時間進行化學反應，然后脫水干燥而成。所得產品性能均勻雜什少質量好。干法生產是將化學劑噴淋或滴加到淀粉內攪拌均勻后在較高的溫度下烘焙（熱處理）激發(fā)淀粉化學基團的活化（化學反應），然后粉碎過篩而得，這種方法產品質量均勻性差、波動大、雜物多但制造設備簡單成本低。
現(xiàn)在市場上有的 “變性淀粉”也稱為“干法生產”，它是在原淀粉中加入改性劑，經混和機充分攪拌，均勻混和后所得的產品，實質上這是淀粉與改性劑的混和物，利用調漿時進行化學反應而得，根據工藝要求，也可以生產出各種不同粘度的系列產品。這種“干法”生產的“變性淀粉”可以替代酸解和氧化淀粉。經過檢測和實際使用漿液粘度波動小，生產效果較好，成本低。至于說這種生產方式是可得到酯化或醚化型淀粉的性能，這可能是另有目的的則另作別論。
2.4 關于無機納米助劑應用問題
納米技術始于上世紀八十年代末興起的一門高新技術，是當今世界高新技術的熱點之一。納米（nm）是一種長度單位。1nm= m（即一個納米為10億分之1米）材料粒徑在100nm以下稱為納米材料，由于納米材料粒徑非常細小具有獨特的結構和性能，應用的領域很廣。
納米助劑用于經紗上漿是本世紀初，納米材料有多種，作為漿紗助劑的主要有TiO2、SiO2和Al2O3等，但現(xiàn)用得最多的是TiO2，性能好但價格貴，現(xiàn)大多數是以水懸浮液形態(tài)含固率大約在30%左右，現(xiàn)在也有少量的固態(tài)供用。
在漿料中一般加入5%左右的納米漿紗助劑，漿液粘度沒有明顯的變化，但能改善漿液粘度的穩(wěn)定性，可提高漿膜耐磨性，使用中可減少PVA的用量（純棉織物可全部替代），但落物率較高，易堵塞輸漿管道，據報導目前已得到改善。
納米漿料助劑用于經紗上漿作輔助材料，對提高漿紗質量降低漿料成本有一定效果，但其機理還不清楚需作深入研究。其次納米材料用作漿料助劑在漿紗或織造時產生的落物塵屑散布在車間內，因為納米材料顆粒極小，易被人體吸收（吸入肺部或粘附在皮膚表面）是否對人體健康造成危害，因此在廣泛應用納米技術，享受納米材料給人類帶來正面效應的同時，要時刻關注和研究納米材料可能給人類帶來的負面危害性。
來源: 中國紡織網
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