纺织浆料研发进展及方向
时间:2005-07-01
棉和化纤的混纺物所用经纱一般都要进行上浆，即将一种特别的粘着剂涂在经纱表面，产生不使纱线表面发毛的薄膜，使纱线四周伸出的毛羽粘附于纱的条干上，增加经纱的光洁度，从而减少经纱在织造过程中的断头，进而减少织机停台次数和时间。
但经纱增强过强反会使断头率增加，因为过多的浆液透到纱线内部，当纱线受到外力作用时，纤维间粘着过牢会使纱线失去延伸性和弹性，变得脆硬易断，降低了工艺性能，所以经纱上浆时要控制上浆率、含浆率和伸长率，以保证织造顺利进行。
为保证经纱工艺性能，要求浆料不仅能覆满经纱表面，同时应部分渗透到纱线内部，因此要具有充分的粘附性和胶着力，而且在烘干后能在经纱表面形成一层浆膜；浆料要稳定，不易脱落，不应使经纱变脆和减小其弹性；具有充分的吸湿性，使上浆后能够吸入纱线周围空气中的水分，保持一定的回潮率，满足织造要求；浆料应不致损坏经纱，并且在对有色经纱施行上浆时应不改变色泽，同时易干，并能从织物上被涤除；具有防腐性，防止经纱上浆后腐烂或高湿度气候下发霉；在保证经纱质量条件下，采用价廉物美的原料做浆料，以降低成本。
浆料配置可包括粘着剂、分解剂、中和剂、减磨剂、柔软剂、吸湿剂、防腐剂、浸透剂及溶剂。
中国浆料研制进展
中国纺织浆料生产发展很快，从最初的天然淀粉发展到P.V.A、变性淀粉与P.V.A混合、聚丙烯浆料与变性淀粉和P.V.A混合，发展可谓迅速，品种可谓繁多。
化学浆料
主要代替天然淀粉，包括有纤维素衍生物羧甲基纤维素（C.M.C）、锌酸钠纤维素（C.A.C）、淀粉衍生物羧甲基淀粉（C.M.S）、锌酸钠淀粉（C.A.S）、合成树脂聚乙烯醇（P.V.A）以及褐藻酸钠等。
C.M.C一般无臭无毒，精制品无味，粗制品略带硷味，溶于水后形成透明粘胶状，溶液呈中性或硷性，可以长期保存。水溶液在室温下粘度稳定不变，如长期加热到80°C以上，则粘度将逐渐降低。水溶液具有良好渗透性和扩散性。
少量C.M.C上浆可在纱的表面形成光滑、耐磨、柔韧的薄膜，优点包括：调浆工作简化；浆液稳定，在室温下不结皮，长期停车不出浆斑，剩浆回用时对整个浆液无影响，清洁方便；可降低上浆温度，节约蒸汽消耗，并改善劳动条件；上浆率可降低，且落棉落浆少，无并纱和脆断头；C.M.C与大气温度可平衡，回潮率幅度可放宽，布机间喷雾可取消；无须退浆，可缩短印染工序，降低成本；可代替粮食。
P.V.A属于高分子树脂，白色粉末，比重为1.21~1.31，能溶于水，但不溶于酒精、苯、丙酮及其他有机溶剂。P.V.A浆液的优点是：可形成极薄和坚韧的透明薄膜，且弹性好，因此浆纱的弹性、伸长好；浆液稳定性好，经长期放置仍保持中性，粘度的变化也极小；可降低上浆率，使织物富有弹性，色泽更好，适合于天然丝、人造丝、合成纤维等高级经纱上浆；浆液易干燥，可提高浆纱机的速度和节约蒸汽。
褐藻酸钠因含有藻酸所以用途更广，经水洗后，用硷类中和溶液可得到粘稠性很大的溶液，即液体藻酸钠。它具有良好的粘性，是优良的粘着剂之一，遇到了硷金属或铵镁离子以外的金属盐（如钙盐）后，立刻产生不溶性盐类，这种盐类具有很好的弹性和耐磨性，可在经纱表面包覆一层胶液。但是藻酸钠的腥味大，影响环境。
由于P.V.A浆料具有良好的粘附性和成膜性，且被覆性强，因而适合给各种纤维上浆。随着涤棉布的大量生产，P.V.A对涤棉布的适用性逐步取代了天然淀粉，在一定时期内为纺织工业作出了贡献。
寻找P.V.A代用品
P.V.A浆料还存在一定缺点，如难溶解、浆膜牢固但分绞困难，浆膜易撕裂、结皮、起泡，其再粘性强，易产生并绞头、浆斑疵点退浆困难等缺陷，最严重的是残液会污染环境，因而需要寻找替代品。
从当前情况看，完全不用P.V.A还有一定困难，尽管代用品的升级换代给少用P.V.A创造了条件，但是还不能完全取代P.V.A。当前P.V.A价格大大低于丙烯酸浆料，与正在开发应用的接枝变性淀粉价格基本持平，但完全取代P.V.A给纺织厂经济施加压力。少用以至不用P.V.A是一个比较长的发展方向，但限用在目前是完全可能的，如目前已经研究变性接枝淀粉、聚丙烯酸类浆料和组合浆料。
丙烯酸类浆料的研究
丙烯酸类浆料是一种新型浆料，分水溶性和乳剂型二类。
水溶性丙烯酸类浆料
该类浆料对锦纶纤维有极强的粘结力，一般可用手锦纶长丝上浆。
纯聚丙烯胺浆料简称“胺”浆料，分子量为50~150万，含固量9%~10%，它虽对棉纤维有较强的粘附性，但浆膜高强低伸，吸湿性高，主要适用于挺硬的牛仔布上浆或作为中号的棉纱和麻纱、粘胶纱上浆的辅助浆料，以改善浆料的粘附性和成膜性。
以丙烯酸为主的二元共聚浆料（如KD-318）可制得粘度较低、含固量较高（达30%左右）的浆料，主要用于纯棉细号高密织物上浆。因分子链上尚有一定量的羧酸基未被中和，易受Na+等离子作用，在调浆过程中会发生增粘的现象。丙烯酸—丙烯胺—丙烯胺三元共聚浆料分子链侧基增加了强收电子基团—基，因而对棉、涤/棉纱具有较强的粘附性，可用于对其上浆。
水溶液型丙烯酸类浆料改进办法之一是对聚丙烯胺进行适度的交联，既增加了分子链的柔韧性，又降低了吸湿性，对涤/棉的粘附性比纯聚丙胺浆高，同时浆料的含固量提高了一倍，典型的例子是AD浆料。改进之二是对侧基羧酸基团适量地用硷土金属氢氧化物或碳酸盐中和，通过二价硷土金属离子，例如Ca2+或Mg2+封闭了一部分亲水基团，以此改善吸湿性并增加分子链的柔韧性。
乳液型丙烯酸类浆料
聚丙烯酸甲酯浆料是最早使用的一种乳液型丙烯酸类浆料，其中丙烯酸甲酯占85%，丙烯酸和丙烯合计占15%。浆料对涤纶有较强的亲和力、粘附性，且形成的浆膜低强、高伸。
浆料主体聚丙烯酸甲酯的玻璃化温度Tg较低（10°C），成膜温度也低，易产生热再粘。酯基、基都不耐硷，易皂化；基还不耐强酸（发生水解），所以在调浆过程中应避免使用强酸和强硷。
甲酯浆的另一缺点是浆料中有残存单体丙烯酸甲酯，蒜味甚强，有害身体健康。这类浆料主要用于涤/棉、涤/粘、涤/混纺纱上浆，尤其是高含涤的涤/棉、涤/粘纱，可用它提高浆液对涤纶、纶等合成纤维的粘附性。
乳液共聚浆料的改进以醋酸乙烯酯为主，丙烯胺为次，浆料适用于涤棉混纺纱上浆。在醋酸乙烯酯与丙烯胺二元共聚乳液浆的基础上增加了丙烯酸组分或丙烯组分，也即增加丙烯酸甲酯组分，形成三元共聚乳液浆。它比二元共聚乳液浆的浆膜更柔韧，其他性能视醋酸乙烯含量而定，醋酸乙烯酯含量高更适用于涤/棉纱上浆。若不用醋酸乙烯改用丙烯酯甲酯也一样，但含量不宜超过65%，否则不适应无梭织机织造。
新型乳液共聚型TP浆料选用醋酸乙烯酯、丙烯胺、丙烯酸甲酯为共聚单体，粘度稳定，成膜性/退浆性好，可大幅度减少P.V.A浆料用量和降低成本，并能获得理想的浆纱质量和织造效果。
经生产实用证明，采用TP浆料后，适当增加变性淀粉或淀粉的用量可替代P.V.A浆料用量，当替代量为30%~50%时，虽新配方上浆率会低于或稍低于原配方的上浆率，但浆纱的毛羽贴服、开口清晰度都好于原配方，织机的经向断头率较原配方降低，并节约了用浆成本，达到低上浆率和高织造效率的织造效果；使用P.V.A浆料加TP浆料，经纱上浆后手感柔软、光滑，且上浆操作方便，在气压较低或打慢车时浆槽不结浆皮，减少了浆斑疵布。
变性淀粉和接枝淀粉
纺织浆料从天然淀粉发展到P.V.A，仍存在一定使用缺点。山西晋利化工厂生产的配混粘高低不同的变性淀粉组成复合变性淀粉，其浆料性能和上浆效果均较好，为变性淀粉的生产和应用提供了一个研究思路。
接枝变性淀粉开发研制中，首先解决了接枝率问题。中国石油研究院研制的州华东输油管理局织物上浆剂厂生产的接枝变性淀粉的接枝率在8%~15%，经浆料检测中心检测，其最大的接枝率为17.8%，在生产水平相当的情况下可以代替60%~80%的P.V.A。
磷酸酯变性淀粉
磷酸酯变性淀粉在制造过程中大分子链断裂，因而聚合度降低，分子量较小，进而使得粘度降低，增加了浆液的流动性和渗透性。该浆料由于引入酯基而增加了浆液对疏水性纤维的亲和力，与原淀粉相比，糊化速度快、热粘度稳定性较好，具有高浓度低粘度的特点，退浆容易。
磷酸脂淀粉与P.V.A混合后用于涤棉织物上浆，浆液粘度稳定，浆膜完整，浆纱毛羽贴伏，能满足上浆工艺要求；高度低粘型磷酸酯淀粉能适应细号高密织物的织造，织造时开口清晰，可提高织机效率；磷酸酯淀粉价格低廉，浆纱成本低，但该淀粉酸值较高，若开车不正常（如坏车、停汽），浆液在调浆桶内存放时间超过5小时后酸化，使PH值降低，易使浆液起泡，给上浆质量带来一定影响。
醋酸酯淀粉
醋酸酯淀粉与P.V.A混合浆在涤棉细号织物上浆，可根据品种织造难度选用不同配比，以达到最佳配方，并相应达到最佳织造效果，取代P.V.A用量达40%~70%。
醋酸酯淀粉成膜柔韧、可弯、具有弹性，但酯化淀粉易被硷水解，调浆工艺中PH值应控制在6.5~7.5，这也符合浆料调制向无硷化作业发展的趋势。
醋酸酯淀粉具有较好的分散性和较大的溶解性，在后整理过程中退浆对环境无污染。应用醋酯淀粉取代氧化淀粉在涤棉细平织物上上浆，可进一步降低混合浆中P.V.A用量，取代比例达40%~70%，且浆纱质量和织造效果明显改善，织机单产及效率有较大提高，浆料消耗则显着下降，全年仅浆料费用一项就可节约30万人民币以上，综合经济效益可观。
A M接枝淀粉
AM接枝淀粉由于引入了羧基与引发一批烯类单体接枝共聚，成为符合天然纤维（亲水性纤维）与合成纤维（疏水性纤维）混纺纱织造性能需要的好浆料，能全部或部分代替一些常见涤棉细布或涤棉府绸浆料中的P.V.A，在织造效果不变甚至有所改善的情况下，可大大降低浆料成本，并且解决浆纱废液、废气的污染问题，同时可降低能耗，提供调浆操作简便条件，是一种有实效的新型浆料。
在接枝工艺生产中，接枝反应主要发生在淀粉颗粒的表面，所以增加原淀粉颗粒的细度、增加颗粒的表面积并在淀粉的大分子上产生更多的游离基，可以提高接枝率。
当接枝率达到某一定值时，接枝淀粉的水溶性就取决于高聚分子链的亲水性，而接枝高聚物分子链的亲水性又取决于亲水基团的多少，要满足上浆要求则亲水基团应越少越好，接枝聚合时亲水性单体应尽可能少，一般以含固率为4.5%的接枝淀粉浆液存放24小时后不分层为标准。
组合浆料
组合浆料和即用浆料可简化上浆配方和调浆操作，有利于稳定浆纱质量，是浆料发展的一个方向。
以MR半组合浆料为例，MR半组合浆料是以变性淀粉为主加入丙烯酸的共聚物和复合剂（主要由浸润、柔软、消泡、抗静电、防霉等功能的制剂组合）制成的固体浆料，这种半组合浆料使浆料配方从多元化向单元化迈了一大步。
MR浆料在高温糊化时产生化学反应，成为新的高分子化合物的混合物，其糊液与各种纤维有较好的渗透性和亲和力，与P.V.A有良好的混溶性。
在T/C 13/13 377.5/283 122细布上试验，结果显示，新配方采用25% P.V.A和50%MR，浆纱质量和织造效果都好于原配方。从浆纱切片来看，浆液的渗透、被覆也得到改善。浆纱易分绞，无浆斑疵点、粘并和打绞现象，浆纱毛羽服贴，提高了开口清晰度，减少了“三跳”疵点，织机每台、时的断头有所降低，从而提高织造效率。
试验证明，用MR取代50% P.V.A的组合浆不失为一种值得推广的优级浆料。
