六亞甲基四胺-過硫酸銨變性淀粉漿液黏度穩定性研究

錢德晨,武海良,沈艷琴,姚一軍

(西安工程大學 紡織科學與工程學院,陜西 西安 710048)

經紗上漿是紡織加工過程中的一道重要工序。紡織漿料主要為淀粉類、聚乙烯醇(PVA)類和聚丙烯酸類[1]。淀粉用于經紗上漿歷史悠久,因其資源豐富,價格低廉,對纖維素纖維(如棉、麻)等具有良好的粘附性,在漿料中用量最多[2]。原淀粉由于漿液黏度大、漿膜脆硬以及對合成纖維缺乏粘附性等限制了其應用,通過化學、物理或其他方法使原淀粉在性能上發生變化,可以改善原淀粉的性能[3]。

近年來,由于環保要求提高,很少采用濕法生產變性淀粉漿料,通常采用的方法是紡織廠在煮漿過程中用淀粉降黏劑降低淀粉的黏度。過硫酸銨(APS)由于價格低、性能穩定及原料易得而被作為常用的降黏劑。APS是利用分解時產生的活性氧使淀粉α-1,4甙鍵斷裂,達到降低淀粉聚合度,降低淀粉漿液的黏度。由于APS對淀粉的氧化是一個持續的過程,由此導致了漿液黏度不穩定,影響上漿質量。研究了六亞甲基四胺與APS協同作用,降低淀粉漿液黏度,同時提高漿液黏度熱穩定性,供紡織廠調漿時參考。

1 試驗部分

1.1 材料

木薯淀粉(東莞東美食品有限公司);APS、尿素、六亞甲基四胺(分析純,天津化學試劑廠);320 tex純棉粗紗(陜西五環集團);1%(W/V)酚酞指示劑、0.1 mol/L鹽酸、0.1 mol/L氫氧化鈉溶液、95%無水乙醇、硝酸銀(分析純,上海試一化學試劑有限公司)。

1.2 儀器

JJ-1型電動攪拌器(上海浦東物理光學儀器廠);NDJ-1E旋轉式黏度儀(上海昌吉地質儀器有限公司);LH-T32型手持式糖度儀;HD021N+型電子單紗強力儀、HD026PC型電子織物強力儀(南通宏大實驗儀器有限公司);ZBH-4型紙張厚度儀(杭州紙邦自動化技術有限公司);恒溫恒濕試驗箱(蘇州廣郡電子科技有限公司)。

1.3 試驗方法

1.3.1 漿液制備工藝

在三口燒瓶中分別加入去離子水、淀粉、APS、六亞甲基四胺,攪拌,在95℃以上煮1 h,制備一定含固量的淀粉漿液。

1.3.2 漿膜性能測試

按文獻[4]的方法制備漿膜,在恒溫恒濕箱(65%RH,25℃)平衡24 h后,在HD021N+型電子單紗強力儀上測試漿膜斷裂強力和斷裂伸長率。根據文獻[5]計算漿膜斷裂強度。

1.3.3 漿液粘附力測試

按文獻[6]的方法將試樣在恒溫恒濕箱(65%RH,25℃)平衡24 h后,在HD026PC型電子織物強力儀上測試粗紗條的斷裂強力,測試條件:拉伸速度為50 mm/min,粗紗夾持間距為100 mm,樣本容量為30。

1.3.4 漿液黏度與黏度熱穩定性測試

按文獻[7]的方法分別測出漿液黏度,計算漿液的黏度熱穩定性。

1.3.5 羧基含量測定

采用熱糊滴定法[8]測定氧化淀粉羧基含量。

2 結果與討論

2.1 APS量與氧化淀粉羧基含量的關系

APS量與淀粉羧基含量的關系如圖1所示。

從圖1可以看出,隨著APS用量增加,淀粉的羧基含量增加。APS用量增加,有利于氧化反應的進行和淀粉分子結構中羧基的生成。

2.2 APS對淀粉黏度及黏度熱穩定性影響規律

APS用量與淀粉黏度及黏度熱穩定性的關系見表1。

從表1可以看出,隨著APS用量的增加,淀粉漿液的黏度降低。淀粉漿液在加熱過程中,淀粉分子中的螺旋卷曲伸長展開,分子重新排列且相互締合[9]。APS受熱水解生成具有強氧化性的硫酸鹽自由基(SO4

-)和活性氧[10],使淀粉分子鏈α-1,4糖甙鍵斷裂,一定程度上降低了分子間的相互締和與氫鍵作用,氧化后淀粉分子發生降解,漿液黏度顯著降低。試驗結果還表明,APS與淀粉作用后,漿液熱黏度穩定性差(<85%),隨著保溫時間的延長,漿液黏度持續降低。這是由于APS對淀粉的氧化是一個持續作用的過程,表現為淀粉漿液黏度不穩定。提高APS/淀粉漿液的黏度穩定性是APS/淀粉用作經紗上漿的關鍵。

2.3 淀粉-APS-六亞甲基四胺改性淀粉漿液黏度及黏度穩定性

制備淀粉-APS-六亞甲基四胺(C6H12N4)改性淀粉漿液,測試漿液的黏度和黏度熱穩定性。圖2為APS用量一定時,六亞甲基四胺用量對淀粉漿液黏度的影響規律。

由圖2可以看出,在APS的用量相同時,隨著C6H12N4用量增加,復合變性淀粉漿液黏度增加。考慮到漿紗工藝對漿液黏度的要求,當APS用量為淀粉干重的0.3%,C6H12N4用量為淀粉干重的0.25%時,漿液黏度為10 mPa·s左右,其黏度熱穩定性如圖3所示。

圖2 六亞甲基四胺用量對APS/淀粉黏度的影響

由圖3可看出,C6H12N4可使APS/淀粉漿液熱黏度穩定性提高,這是因為APS受熱水解時產生HSO4-和SO42-,溶液呈酸性,C6H12N4在弱酸性條件下水解產生活性甲醛,與淀粉分子鏈C6原子上的羥基發生脫水縮合及雙鍵加成反應,形成體型網狀結構[11],使淀粉漿液的黏度熱穩定性提高。輕度交聯的APS/淀粉漿液流動性好,當C6H12N4用量過多后,淀粉分子間形成較大較密的網狀結構,將大量水分包絡起來形成凝膠[12],使漿液流動性變差,漿液黏度增加。淀粉-APS-六亞甲基四胺漿液具有優異的黏度熱穩定性。

圖3 六亞甲基四胺用量對APS/淀粉黏度熱穩定性的影響

2.4 淀粉-APS-六亞甲基四胺改性淀粉漿膜性能

由圖2可知,配制復合改性淀粉漿液黏度10 mPa·s的工藝為:APS用量為0.3%,C6H12N4用量為0.25%。試驗編號記為Ⅱ,Ⅰ為原淀粉漿料。漿膜性能結果見表2。

表2 漿膜性能測試

由表2可知,APS-六亞甲基四胺復合改性使淀粉漿膜的斷裂強度、斷裂伸長率和耐屈曲性提高。淀粉經氧化后玻璃化溫度降低,分子鏈變柔順,交聯使淀粉分子鏈之間形成立體網狀結構,分子自由體積增大,增大了淀粉分子之間的空間位阻同時削弱了氫鍵和范德華力,改善了漿膜硬脆的特點。交聯形成的分子間作用力將淀粉分子束縛,一定程度上抑制了淀粉在水中的溶脹,因此漿膜的水溶性降低。

2.5 淀粉-APS-六亞甲基四胺改性淀粉對純棉粗紗粘附力

純棉粗紗粘附力測試結果見表3。

表3 粘附力測試

從表3可以看出,原淀粉漿料對純棉粗紗粘附力低,這是由于原淀粉漿液黏度和表面能大,與纖維束接觸角大[13],使漿液易于被覆,粘附性較差。淀粉-APS-六亞甲基四胺改性淀粉漿液,因其黏度小,漿液更易浸透到粗紗纖維中,通過毛細作用滲透至纖維內層進行膠接。同時淀粉分子結構中引入了羧基,增加了漿液對纖維的親和力。良好的粘附性能使纖維間的抱合作用增強,減少了纖維束受到外力時纖維之間的相互滑移,故粘附力和斷裂伸長率增大。

3 結論

(1)APS可以使原淀粉黏度降低,但漿液黏度熱穩定性差。

(2)六亞甲基四胺可以提高APS/淀粉漿液的黏度和黏度熱穩定性。六亞甲基四胺水解后產生活性甲醛,與淀粉分子鏈C6原子上的羥基發生脫水縮合及雙鍵加成反應,形成體型網狀結構,使淀粉漿液黏度熱穩定性提高。

(3)淀粉-APS-六亞甲基四胺漿料漿膜性能良好,對純棉粗紗的粘附性高。