摘要： 分析對(duì)比納米二氧化硅(同VK-SP30) 與淀粉復(fù)合漿對(duì)純棉紗和滌棉混紡紗漿紗性能的影響。配制7種納米二氧化硅(同VK-SP30)含量不同的淀粉復(fù)合漿液，分別對(duì)純棉紗和滌棉混紡紗進(jìn)行上漿，測(cè)試漿紗性能，并進(jìn)行熱重分析。結(jié)果表明：納米SiO2作為漿料添加劑使用時(shí)，有利于增強(qiáng)漿液對(duì)纖維的粘附性，可有效改善純棉紗和滌棉紗的漿紗性能;紗線中羥基的含量直接影響納米SiO2 對(duì)漿紗性能的改善程度，納米二氧化硅(同VK-SP30)對(duì)純棉紗漿紗表面性能和力學(xué)性能的改善效果更好。

　　為了進(jìn)一步探討納米二氧化硅(同VK-SP30)作為漿料添加劑對(duì)不同纖維品種的適應(yīng)性，將納米SiO2，以不同的比例加入淀粉漿料中，對(duì)純棉和滌棉紗進(jìn)行上漿試驗(yàn)，分析納米二氧化硅(同VK-SP30)對(duì)純棉紗和滌棉混紡紗漿紗性能的影響，探討納米二氧化硅(同VK-SP30)對(duì)提高淀粉漿料上漿性能的作用機(jī)理。

　　1 上漿試驗(yàn)

　　將不同比例的納米SiO2加入淀粉漿料中制成納米SiO2 /淀粉復(fù)合漿料，復(fù)合漿料各組分之間不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，納米二氧化硅(同VK-SP30) 在漿液中呈均勻分散狀，混合后漿液在4 h～8 h之內(nèi)不發(fā)生分層現(xiàn)象。試驗(yàn)配制4 000 mL含固率為10% 的漿料，具體的漿料配方見表1。

　　表1 漿液配方

　　試驗(yàn)配方 淀粉含量% 納米SIO2含量%

　　配方1 100 0

　　配方2 99 1

　　配方3 98 2

　　配方4 97 3

　　配方5 96 4

　　配方6 95 5

　　配方7 94 6

　　用片紗漿紗機(jī)對(duì)C 12.5 rex及T/C 50/5012.5 tex紗進(jìn)行上漿。上漿工藝參數(shù)如下：退繞張力5 cN～8 cN，漿液粘度15 S～16 S，上漿溫度90 ，烘燥溫度130 ，前壓漿輥壓力2.01 kN，后壓漿輥壓力1.52 cN，漿紗機(jī)車速6 m/min，浸漿高度6.3 cm，上漿率10% ～11%，回潮率3.2%～ 3.6%

　　2 純棉紗和滌棉紗漿紗性能比較

　　2.1 漿紗性能測(cè)試

　　7種配方漿紗性能測(cè)試結(jié)果見表2。

　　表2 漿紗性能指標(biāo)測(cè)試

　　配方 品種 增強(qiáng)率% 減伸率% 增磨率% 彈性降低率% 毛羽降低率%

　　配方1 純棉 14.0 35.4 29.0 33.6 20.9

　　配方1 滌棉 5.0 25.4 30.0 25.9 21.9

　　配方2 純棉 30.9 32.4 44.7 31.5 27.9

　　配方2 滌棉 9.0 22.2 35.0 24.8 31.1

　　配方3 純棉 26.1 26.5 57.9 31.0 39.8

　　配方3 滌棉 15.1 22.0 55.0 23.7 41.3

　　配方4 純棉 40.0 21.5 94.7 29.9 50.3

　　配方4 滌棉 22.9 15.0 75.0 21.7 50.1

　　配方5 純棉 41.6 22.1 89.5 29.2 51.6

　　配方5 滌棉 21.4 15.3 65.0 25.4 48.7

　　配方6 純棉 31.2 26.5 31.6 32.3 41.6

　　配方6 滌棉 13.8 15.2 65.0 24.5 43.5

　　配方7 純棉 25.0 27.7 15.8 32.0 41.9

　　配方7 滌棉 14.6 22.8 52.5 25.6 42.0

　　其中，純棉品種原紗性能指標(biāo)如下：斷裂強(qiáng)力128.2 cN，斷裂伸長(zhǎng)率4.432% ，耐磨次數(shù)38次，彈性伸長(zhǎng)率38.4% ，毛羽數(shù)48.53根/10 m。滌棉品種原紗性能指標(biāo)如下：斷裂強(qiáng)力 159.2 cN，斷裂伸長(zhǎng)率4.188% ，耐磨次數(shù)40次，彈性伸長(zhǎng)率35.5% ，毛羽數(shù)45.23根/10 m。

　　由表2可知，配方4和配方納米二氧化硅(同VK-SP30)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%和4%)的漿紗強(qiáng)力、耐磨性、毛羽均有較大程度的改善，而彈性損失較小。測(cè)試數(shù)據(jù)也顯示出純棉紗上漿后各項(xiàng)性能比滌棉紗有更好的改善效果。

　　2.2 純棉紗和滌棉紗漿紗性能改善程度比較

　　純棉和滌棉紗的漿紗性能因漿液中納米SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化而不同，從試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，當(dāng)納米二氧化硅(同VK-SP30)在漿液中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3% 一4%時(shí)，純棉和滌棉紗均獲得了較好的漿紗性能，并比用純淀粉上漿時(shí)的漿紗性能有了十分明顯的改善。表3為納米SiO2 在漿液中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%～ 4%時(shí)純棉和滌棉紗的漿性能與純淀粉上漿時(shí)漿紗性能的比較。

　　表3 純棉紗和滌棉紗使用納米SiO2對(duì)漿紗性能的影響

　　品種 漿料配方 強(qiáng)力 斷裂伸長(zhǎng)率 磨斷次數(shù) 靜摩擦 動(dòng)摩擦 彈性 毛羽

　　/cN 伸長(zhǎng)率% /次 因數(shù) 因數(shù) 伸長(zhǎng)率% 降低率%

　　純棉 純淀粉 146.2 2.861 49 0.239 0.157 25.6 20.9

　　純棉 納米SiO2 181.5 3.478 74 0.191 0.126 27.2 51.6

　　滌棉 純淀粉 167.2 3.125 52 0.239 0.165 26.3 21.9

　　滌棉 納米SiO2 195.6 3.559 70 0.193 0.131 27.8 50.1

　　注：納米SiO：在配方中所占比例為3% ～4%。

　　由表3可知，納米二氧化硅(同VK-SP30)在對(duì)純棉品種上漿時(shí)能表現(xiàn)出明顯優(yōu)勢(shì)。

　　3 作用機(jī)理分析

　　以下通過對(duì)上漿后納米二氧化硅(同VK-SP30)與不同纖維分子結(jié)合狀態(tài)的分析，探討納米SiO2對(duì)純棉和滌棉漿紗性能影響程度的不同。對(duì)經(jīng)同一種漿液含有3%納米二氧化硅(同VK-SP30)的納米SiO2/淀粉復(fù)合漿上漿后的純棉紗、滌棉混紡紗、純滌綸紗經(jīng)定量退漿處理后的試樣進(jìn)行熱重分析，控制3 種試樣退漿后干重均為10 mg，退漿率為6.7%。試驗(yàn)采用氮?dú)鈿夥?，氣體流量為20 mL/min，升溫速率為20℃/min，掃描范圍為室溫至700℃。將3個(gè)試樣經(jīng)各失重階段后的重量變化列于表4中。

　　表4 試樣重量變化

　　試樣 試樣 失重階段 第二失重階段 第三失重階段 總失 失重

　　干重 失重率 剩余重量 失重率 剩余重量 失重率 剩余重量 重率 總和

　　mg % mg % mg % mg % mg

　　純棉紗 9.88 7.76 9.11 74.47 1.75 82.23 8.13

　　滌棉紗 9.93 7.50 9.19 76.24 1.61 83.75 8.32

　　純滌綸紗 9.92 2.87 9.64 23.35 7.60 58.86 1.48 85.08 8.44

　　從表4可以看出，純棉紗試樣和滌棉紗試樣 有2個(gè)階段的失重，而滌綸紗則有3個(gè)階段的失重。在50 左右，發(fā)生階段失重，純棉紗、滌棉紗、滌綸紗失重率分別是7.76%、7.50%、2.87% ，失重率隨著紗線中化學(xué)纖維成分的增多而減少，純棉紗、滌棉紗第二階段失重開始于160℃ ，滌綸紗開始于250 ℃ ，失重率分別是74.47% 、76.24% 、23.35% ，滌綸紗從380 ℃左右發(fā)生第三階段失重，失重率為58.86% ，當(dāng)試驗(yàn)溫度達(dá)到650 ℃時(shí)，3種漿紗質(zhì)量趨于穩(wěn)定，其總體失重率分別為82.23% 、83.75% 、85.08% ，失去質(zhì)量總和分別為：8.13 mg、8.32 mg、8.44 mg。

　　在失重階段中，試樣失去的主要物質(zhì)是水，棉纖維是多孔性物體，纖維的內(nèi)部和纖維之間存在有很多的孔隙，纖維大分子及包覆在紗線表面上的淀粉大分子中含有很多的羥基及醇羥基，這些基團(tuán)屬于親水性基團(tuán)，易與空氣中的水分子締合，在纖維內(nèi)部保存下來(lái)。滌綸纖維僅由環(huán)、烷基(一CH，一)以及酯基(一C00 一)所組成，對(duì)水的吸引力弱，所以吸濕性較差。在加入納米二氧化硅(同VK-SP30)，材料后，淀粉大分子上的部分羥基與納米SiO2，粒子表面不同鍵合狀態(tài)的羥基形成氫鍵，納米顆粒占據(jù)著基體材料中的部分空隙，使水分子不能進(jìn)入，也會(huì)對(duì)試樣的吸濕性產(chǎn)生一定的影響。因此，失重階段中，純棉紗失重多，滌棉混紡紗次之，純滌綸紗少。

　　在第二階段的失重中，主要是由于高分子鏈的無(wú)規(guī)裂解失重，在無(wú)規(guī)裂解中，化學(xué)鍵的斷裂發(fā)生在高分子主鏈的任意處，結(jié)果使高分子主鏈變短、分子量降低，裂解所得到的小分子只有當(dāng)它的小堆分子量低于某個(gè)值后從反應(yīng)體系中揮發(fā)出來(lái)，產(chǎn)生失重。比較3個(gè)試樣的第二階段失重率，滌綸紗與純棉紗、滌棉紗有較大的不同，由于棉纖維的熔點(diǎn)高于分解點(diǎn)，在高溫作用下，直接分解，它的分解點(diǎn)溫度一般為150 ℃，而滌綸纖維的軟化溫度在200 ℃～210 ℃左右，熔點(diǎn)在250 ℃左右，所以純棉及滌棉紗的第二階段的失重溫度要小于滌綸紗。淀粉大分子的熔點(diǎn)(230 ℃)遠(yuǎn)高于其分解溫度(170 ℃)，在這階段的失重中，由于淀粉與棉纖維的熔點(diǎn)及降解的速率相差不大，因此，純棉及滌棉漿紗中失去的質(zhì)量主要是纖維及淀粉的質(zhì)量，而滌綸漿紗先失去淀粉及一部分纖維的質(zhì)量。由于滌綸與淀粉、棉纖維大分子降解的速率不同，滌綸大分子繼續(xù)產(chǎn)生第三階段失重。隨著溫度的增加，納米二氧化硅(同VK-SP30) 屬于無(wú)機(jī)材料，熔點(diǎn)遠(yuǎn)高于試驗(yàn)高溫度，因此加熱達(dá)到700℃高溫也不會(huì)揮發(fā)，而淀粉與纖維基體中的分子鏈段早已開始斷裂，發(fā)生分解。所以在測(cè)試完成之后納米二氧化硅(同VK-SP30) 都將作為殘留物被稱量出來(lái)，在溫度達(dá)到650 ℃左右，3種試樣質(zhì)量趨于平衡，在殘余試樣中，純棉漿紗剩余質(zhì)量高，其次是滌棉，再次是滌綸紗，因此隨著纖維中化學(xué)成分的增多，總失重率增加。試驗(yàn)結(jié)果顯示定量退漿后，純棉紗比滌棉紗及純滌綸紗殘留了更多的納米SiO2。

　　可以推斷，上漿后漿液中的納米二氧化硅(同VK-SP30) 與淀粉大分子產(chǎn)生結(jié)合的同時(shí)還與棉纖維之間依靠氫鍵產(chǎn)生了很強(qiáng)的結(jié)合，增強(qiáng)了棉纖維之間的內(nèi)聚力。而由于化學(xué)纖維中官能團(tuán)的不同，不易與淀粉及納米 SiO2 大分子中的羥基發(fā)生鍵合作用，定量退漿以后殘留的納米SiO2，很少。由此可以解釋表2、表3中所表現(xiàn)的納米SiO2，對(duì)純棉品種紗線上漿時(shí)更具有優(yōu)越性。

　　4 結(jié)論

　　(1) 納米二氧化硅(同VK-SP30)作為漿料添加劑使用時(shí)，其特殊性能有利于增強(qiáng)漿液對(duì)纖維的粘附性，其表面的活性羥基和淀粉及棉纖維上的羥基之間存在或強(qiáng)或弱的氫鍵作用，可以有效改善純棉和滌棉紗的漿紗性能。

　　(2)紗線纖維中羥基的含量直接影響納米二氧化硅(同VK-SP30)對(duì)漿紗性能的改善程度，因純棉紗比滌棉紗含有更多的羥基，納米SiO2對(duì)漿紗表面性能和力學(xué)性能的改善程度在純棉紗上有更好的表現(xiàn)，可以推斷，納米二氧化硅(同VK-SP30)更有利于纖維素纖維的上漿。

　　(3)相對(duì)于原紗，用納米二氧化硅(同VK-SP30)改性淀粉漿上漿后，在各個(gè)測(cè)試指標(biāo)中，紗線的增強(qiáng)和增磨及減少毛羽的效果好，較好地符合了經(jīng)紗上漿的目的和要求。