丙烯酸丁酯-苯乙烯共聚物對滌綸漿紗的性能研究

常 華,姚一軍

(西安工程大學,陜西 西安 710048)

滌綸面料耐洗耐磨、免燙抗皺,在紡織飾品領域廣泛應用,但也存在吸濕性差、不吸汗和易沾灰塵等缺點,大大制約了滌綸纖維的應用與發展[1]。近年來,滌綸產品逐漸成為市場的主導產品,用戶對這類紗線提出了更高的要求。由于滌綸具有抗扭、蓬松、回潮率低等特殊性能,與棉纖維差異較大,如何提高滌綸紡紗的質量成了許多紡織企業探討的重要課題。

丙烯酸丁酯(BMA)-苯乙烯(St)共聚物是一種含有親油基團的新型功能高分子材料[2-3]。國外對于丙烯酸丁酯-苯乙烯共聚物漿料的研究較早,Wagers[4]采用丙烯酸丁酯和苯乙烯單體,通過乳液聚合制得丙烯酸丁酯-苯乙烯共聚物漿料;鄒友思等[5]用核磁共振氫譜(1H-NMR)測試了BMA-St共聚物的組成,并用Kelen-Tudos法計算出競聚率;李蕓蕓等[6]以BMA及St為主要單體、丙二醇二丙烯酸酯為交聯劑、偶氮二異丁腈為引發劑,采用懸浮聚合方法,合成了白色粒狀共聚型吸油樹脂。本試驗采用乳液聚合法制備丙烯酸丁酯-苯乙烯共聚物(BMA-St)漿料,對其結構進行測試表征,研究其與其他漿料復合的相容性,并將其應用于滌綸粗紗的漿紗工藝中,評價其漿紗性能。

1 試驗部分

1.1 材料與試劑

丙烯酸丁酯-苯乙烯共聚物(實驗室自制,含固量65%),過硫酸鉀,滌綸粗紗(13 tex),醋酸酯淀粉(酯化度為0.204 7),PVA 0588。

1.2 試驗儀器

YT821型可調式漏斗式黏度計,HH-2型恒溫水浴鍋,YG065型電子織物強力儀,HD021N型電子單紗強力儀,Y-731型纖維抱合力儀,YG171A型毛羽測試儀。

1.3 試驗方法

1.3.1 丙烯酸丁酯-苯乙烯共聚物的合成

向反應器中加入水,將其用氮氣吹掃加熱至60～65℃,用水、合適的表面活性劑和所需的單體制備預乳液,加入鏈轉移劑以控制分子量,將反應溫度保持在75℃,同時將預乳液和氧化還原引發劑連續進料到反應器中,反應完全后可得到丙烯酸丁酯-苯乙烯共聚物。

1.3.2 漿料配方的設計

漿料配方見表1。

表1 漿料配方

1.3.3 漿膜的制備

將兩種漿料配方分別配置成質量分數為3%的漿液,采用澆鑄法制備漿膜[7]。

1.4 測試方法

1.4.1 漿液黏度和黏度熱穩定性

將兩種配方漿料各配制成濃度6%漿液,按式(1)測定其黏度波動率和黏度穩定性[8]。

式中:η1為95℃保溫1 h測得的黏度值,s;max|ηη1|為后5次黏度值的極差。

1.4.2 黏附性測試

配置1%含固量的漿液,采用粗紗法對漿液黏附力進行測試[9]。

(1)粗紗上漿率

式中:W1為上漿前的經紗干重,g;W2為上漿后的經紗干重,g;S為上漿率,%。

(2)比黏附力

式中:F為粗紗的斷裂強力,cN;S為經紗的上漿率,%;B為比黏附力,c N/%。

1.4.3 漿膜性能測試

水溶速率:將漿膜剪成10 cm×5 mm條狀,將樣品浸入85℃的水中計時,待水中的漿膜斷脫時終止計時,所用時間即漿膜的水溶速率。

吸濕性:將漿膜置于105℃烘至恒重并稱重,將試樣置于溫度20℃,相對濕度65%環境吸濕24 h,取出稱重,按式(5)計算吸濕率。

耐屈曲性:將漿膜剪成10 cm×5 mm條狀,用同等重量的夾子夾在漿膜的兩端,對其進行反復擺動,直到其斷裂,記錄次數。

力學性能:采用單紗強力儀測定漿膜力學性能,漿膜寬度為5 mm,夾距為100 mm,拉伸速度為50 mm/min[10]。

1.4.4 漿紗性能測試

漿紗增強率、減伸率:采用南通宏大HD021N電子單紗強力儀進行測試,夾距為500 mm,拉伸速度為500 mm/min[11]。

增磨率:采用Y731型紗線耐磨儀測試漿紗的耐磨性[12]。

毛羽損失率β:取原紗稱重B,置于清水中煮10 min烘至恒重稱重B1,按式(7)計算。

退漿率:采用氫氧化鈉退漿法退漿,按文獻中方法計算退漿率[13]。

以上各種性能均測試10次,取其平均值。

2 結果與討論

2.1 丙烯酸丁酯-苯乙烯共聚物的結構分析

由圖1可見,2 932 cm-1處為—CH2的伸縮振動吸收峰,1 685 cm-1為—COO的伸縮振動吸收峰,1 632 cm-1為C=C雙鍵的振動吸收峰,1 447 cm-1處是—CH2—的振動吸收峰,1 156 cm-1處為酯基的反對稱伸縮振動吸收峰,1 022 cm-1處為羧基的面外變形振動吸收峰,1 723 cm-1和1 447 cm-1之間的吸收峰為苯環的吸收峰,763 cm-1處為苯環取代吸收峰。上述吸收峰可說明其中含有酯基、碳碳雙鍵和苯環基,表明該共聚物為丙烯酸丁酯-苯乙烯共聚物。

圖1 丙烯酸丁酯-苯乙烯共聚物漿料的紅外光譜圖

2.2 BMA-St漿料與醋酸酯淀粉、PVA 0588的漿膜及漿液性能

表2為配方一和配方二的漿液及漿膜性能測試結果。

由表2可以看出,與單一BMA-St漿料(配方一)相比,在BMA-St中加入醋酸酯淀粉和PVA 0588形成的配方二漿液顯示更高的黏附力,達到了164.08 N,黏度波動率較低為2.0%,其黏度穩定性由95.6%提高到98.0%。相應的配方二表現出優異的漿膜性能,漿膜耐屈曲性提高了1.30%,伸長率增加了0.72%,吸濕率增加了1.00%,水溶速率降低了1.76%。上述結果說明,BMA-St與醋酸酯淀粉、PVA 0588的配比為15∶2∶3時,采用混合漿料上漿效果比使用單一漿料效果好。這可能是因為混合漿料中PVA含有的羥基和滌綸粗紗內部的酯基能夠很好地結合,并且PVA對紗線的黏附性較好。另外混合漿料聚合度高,分子內聚力大,取向度好,分子的柔順性好,擴散能力強,比黏附力較高。由于丙烯酸丁酯-苯乙烯共聚物含有親油基團且具有三維網狀結構,與滌綸纖維分子結構相近,大分子主鏈中都含有酯基,對滌綸具有較高的黏附性能。

表2 兩種漿料配方的漿液、漿膜性能測試結果

2.3 滌綸漿紗性能分析

試驗中分別用兩種配方調配濃度為10%,黏度分別為5.2 s和7.1 s的漿液700 m L,對13.0 tex滌綸粗紗進行上漿,對漿紗性能各項指標進行測試,測試結果見表3。

表3 不同漿料配方漿紗性能對比

從紗線性能的測試結果可得出:與BMA-St漿料相比,漿紗毛羽損失率降低了10.85%,增強率提高了6.00%,采用單一漿料上漿時,漿紗的質量較差。這主要是漿料對滌綸紗線的黏附力較差以及漿料本身性能的差異所決定的。但復合漿料上漿時,因其黏附性較好可獲得較好的被覆和滲透效果,因此漿紗性能良好。與純丙烯酸丁酯-苯乙烯共聚物的漿料相比,含有PVA配方的漿料上漿后紗線增強率、增磨率和毛羽降低率均有所提高,而回潮率、減伸率、退漿率等變化較小,影響漿紗的效果不明顯,有利于提高紗線強力與貼伏毛羽的效果,利于織造及后序工序順利進行。

3 結 論

試驗中使用丙烯酸丁酯-苯乙烯共聚物漿料和其與淀粉、PVA所形成的復合漿料分別對滌綸粗紗進行漿紗處理,得到以下結論。

(1)丙烯酸丁酯-苯乙烯共聚物與淀粉、PVA所形成的復合漿料的漿液黏度穩定性優于丙烯酸丁酯-苯乙烯共聚物漿料漿液的黏度穩定性,更有利于經紗上漿。

(2)復合漿料漿液的黏度隨溫度的變化而變化,但丙烯酸丁酯-苯乙烯共聚物漿液的黏度不會隨漿液溫度的變化而變化,在黏附性測試中發現,前者對滌綸粗紗黏附性更好,更適用于滌綸粗紗漿紗處理。