CN107524001B - 一种纳米纺织浆料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种纳米纺织浆料及其制备方法。以淀粉或淀粉与聚乙烯醇的混合物为主浆料,向主浆料中依次加入聚丙烯酸酯类浆料和纳米纤维素分散液或改性纳米纤维素分散液,恒温恒速煮浆2~3h,然后利用高速均质机活化搅拌30~60min,即可得到所述纳米纺织浆料。本发明由原料来源广,比表面积大的纳米纤维素或改性纳米纤维素为添加剂,形成网状复合体,以达到提高主浆料披覆性能,提高纱支拉伸强度,韧性和耐磨性的目的,形成取代聚乙烯醇上浆,降低生产成本,提高浆纱质量,减少环境污染。
Description
技术领域
本发明涉及一种纳米纺织浆料及其制备方法。
背景技术
淀粉、聚丙烯酸酯和聚乙烯醇(PVA)是目前纺织纱线上浆的三大主要材料,其中PVA浆料由于成膜性好,强度高而被广泛应用,但PVA浆料在上浆过程中存在费时耗能、易结皮,退浆困难,不易分解等问题,因此人们一直尝试寻找一种浆料或上浆方法可以达到少用或不用PVA。
随着纳米技术的发展,人们提出利用纳米技术或纳米材料来达到改善上浆性能的目的。目前已报道的纳米浆料主要是利用二氧化钛、二氧化硅和蒙脱土等纳米粒子作为添加剂或化学合成方式制备而成的。通过此种方法制备而成的纳米浆料虽然对纱线上浆性能有了较大改善,且有些纳米浆料还具有功能性,使纱线具有表面活性高、屏蔽紫外线的作用。但是纱线上浆的主要目的是增强纱线强度,减少纱线毛羽,提高纱线耐磨性等性能来提高纱线的可织性能。织造后还需退浆处理去除织物表面的浆料,因此,各种纳米粒子所带来的功能性是暂时性的,且易在退浆过程中造成环境污染。
发明内容
为解决上述技术问题,本发明提供了一种纳米纺织浆料及其制备方法。通过向浆料中加入纳米纤维素分散液或改性纳米纤维素分散液,来提高纱线的强度、降低纱线毛羽。
本发明采取的技术方案为:
一种纳米纺织浆料的制备方法,所述制备方法包括以下步骤:以淀粉为主浆料,向主浆料中依次加入聚丙烯酸酯类浆料和纳米纤维素分散液,恒温恒速煮浆2~3h,然后利用高速均质机活化搅拌30~60min,即可得到所述纳米纺织浆料。
所述淀粉可替换为淀粉与聚乙烯醇的混合物;淀粉与聚乙烯醇的重量之比为2-4:8-6;优选为4:6。为了减少聚乙烯醇的使用,将淀粉与聚乙烯醇的重量之比为限定在2-4:8-6;因为如果聚乙烯醇含量过高不易退浆,产生污染环境的现象,同时也会造成煮浆困难。
所述淀粉为原淀粉或变性淀粉。
所述纳米纤维素分散液可替换为改性纳米纤维素分散液。
所述改性纳米纤维素分散液为聚丙烯酸甲酯改性纳米纤维素分散液、聚丙烯酸乙酯基改性纳米纤维素分散液、甲基丙烯酸甲酯基改性纳米纤维素分散液中的一种或多种。优选为聚丙烯酸甲酯改性纳米纤维素分散液。浆料上浆原理为相似相容,纯纳米纤维素分散液,只含有羟基等基团,不利于含涤纤维纱线的上浆处理,即对涤棉混纺纱线结合性差,因此通过改性的方式使纳米纤维素接枝上一定的酯基,利于浆料对涤纶纤维即聚酯纤维纱线的渗透与被覆。
所述纳米纤维素分散液的制备方法为:将纳米纤维素与水混合,使用高速均质机以1500~3000r/min的转速搅拌均匀成浆料,得到的纳米纤维素分散液的含固率为0.6%。纳米纤维素的触变性极强,当质量分数大于0.3%的时候就由分散液状态形成了凝胶状,在高速均质机的作用下才能再变成稀的流动液体,纳米纤维素制成分散液后再加入主浆料中,一方面有利于各原料的均匀混合,另一方面可避免在煮浆的过程中纳米纤维素出现团聚现象,进而影响纱线上浆后的浆膜的均匀性与纱线的性能。
所述改性纳米纤维素分散液的制备方法与纳米纤维素分散液的制备方法相同。
聚丙烯酸甲酯改性纳米纤维素的制备方法为:将丙烯酸经羧基二咪唑活化后得到丙烯酸的活性中间体;丙烯酸的活性中间体活化纳米纤维素得到活性纳米纤维素;将相对分子质量在1800~2300的聚丙烯酸甲酯加入到活性纳米纤维素的二甲基亚砜溶液中在引发剂作用下反应制得聚丙烯酸甲酯改性纳米纤维素粗产物,粗产物经四氢呋喃纯化、离心后得到聚丙烯酸甲酯改性纳米纤维素。
所述聚丙烯酸乙酯基改性纳米纤维素、甲基丙烯酸甲酯基改性纳米纤维素可采用与聚丙烯酸甲酯改性纳米纤维素同样的制备方法进行制备。
所述活性纳米纤维素与聚丙烯酸甲酯摩尔比为1:2。
所述主浆料中的含固率为8~12%;优选为10%。含固率较高,不易煮浆,且增加生产成本。
所述聚丙烯酸酯类浆料的含固率为20%。
所述聚丙烯酸酯类浆料的重量为主浆料重量的5~15%,优选为10%。聚丙烯酸类浆料可提高浆膜的柔韧性和浆料的渗透性,但此浆料成本较高,一般只作为辅助浆料使用,所以使用时含量不宜过高。同时聚丙烯酸类浆料有吸湿再粘性,易出现纱线上浆后吸湿变粘的现象,影响纱线上浆质量,所以本发明中将聚丙烯酸酯类浆料的重量限制为主浆料重量的5~15%。
所述纳米纤维素分散液的重量低于主浆料重量的3%,优选为0.3~1%。这样可防止因入料太多而出现纳米纤维素或改性纳米纤维素在煮浆出现团聚现象。
所述煮浆的温度为100℃的恒温;所述高速均质机的搅拌速度为1500~3000r/min,可防止在煮浆之后纳米纤维素或改性纳米纤维素出现团聚现象。
本发明还进一步提供了根据上述制备方法制备得到的纳米纺织浆料。
本文中所涉及到的术语含固率是指原料所占浆料的重量百分比;所述浆料配制时溶剂均为水。
本发明利用纳米纤维素或改性纳米纤维素为浆料添加剂,利用纤维素及改性纳米纤维与纱线所含纤维原料相似相溶和纳米材料的特性,来达到提高浆料与纱线的结合性和改善浆料性能的目的。
本发明由原料来源广,比表面积大的纳米纤维素或改性纳米纤维素为添加剂,形成网状复合体,以达到提高主浆料披覆性能,提高纱支拉伸强度,韧性和耐磨性的目的,形成取代聚乙烯醇上浆,降低生产成本,提高浆纱质量,减少环境污染。
附图说明
图1为实施例1中的纳米纺织浆料形成的浆膜的扫描电镜图;
图2为比较例1中的纳米纺织浆料形成的浆膜的扫描电镜图;
图3为比较例2中的纳米纺织浆料形成的浆膜的扫描电镜图。
具体实施方式
下面结合实施例1~3、比较例1~2及说明书附图1~3对本发明进行详细说明。
本发明所涉及到的各原料的生产厂家、规格及型号分别为:
淀粉:为玉米原淀粉,工业级,山东诸城兴贸玉米开发有限公司提供;
聚乙烯醇:PVA1799,安徽皖维高新材料有限公司提供;
聚丙烯酸甲酯浆料:含固率为20%,济南善博商贸有限公司;
纳米纤维素:平均长度1342nm,纤维直径12.3nm,由桂林奇宏科技有限公司提供;在纳米纺织浆料的制备过程中,纳米纤维素是以分散液的形式加入的,纳米纤维素分散液的制备方法为:将纳米纤维素与水混合,使用高速均质机以1500~3000r/min的转速搅拌均匀成浆料,得到的纳米纤维素分散液的含固率为0.6%。
实施例1
一种纳米纺织浆料的制备方法,包括以下步骤:
以淀粉与聚乙烯醇按重量比4:6制成的混合浆料为主浆料,主浆料的含固率为10%;向主浆料中依次加入聚丙烯酸甲酯浆料和纳米纤维素分散液,所述聚丙烯酸甲酯浆料的重量为主浆料重量的10%,聚丙烯酸甲酯浆料的含固率为20%;所述纳米纤维素分散液的重量为主浆料重量的0.3%;100℃恒温恒速煮浆2h,然后利用高速均质机活化搅拌30min,其搅拌速度为2000r/min,即可得到所述纳米纺织浆料。
将本实施例制备得到的纳米纺织浆料对涤/棉65/35混纺纱和纯棉纱进行上浆处理,上浆前、后纱线性能分别如表1、表2所示,本实施例得到的纳米纺织浆料形成的浆膜的扫描电镜图如图1所示,从图1可以看出,浆膜光滑,无龟裂现象。
表1 上浆前纱线性能指标
表2 上浆后纱线性能指标
从表1、表2、表5可以看出,浆料中加入纳米纤维素后纱线的断裂强力有明显增加,与未加入纳米纤维素添加剂前相比涤棉混纺纱强度提高了12.9%,纯棉纱强度提高了4.4%,虽然纱线毛羽降低率不及未添加纳米纤维素时,但纱线3mm以上毛羽数接近,且满足织造要求。
实施例2
一种纳米纺织浆料的制备方法,包括以下步骤:
以淀粉为主浆料,主浆料的含固率为10%;向主浆料中依次加入聚丙烯酸甲酯浆料和纳米纤维素分散液,所述聚丙烯酸甲酯浆料的重量为主浆料重量的10%,聚丙烯酸甲酯浆料的含固率为20%;所述纳米纤维素分散液的重量为主浆料重量的1%;100℃恒温恒速煮浆2h,然后利用高速均质机活化搅拌30min,其搅拌速度为2000r/min,即可得到所述纳米纺织浆料。
将本实施例制备得到的纳米纺织浆料对涤/棉65/35混纺纱和纯棉纱进行上浆处理,上浆前、后纱线性能分别如表1、表3所示。
表3 上浆后纱线性能指标
从表1、表3、表5可以看出,当采用添加纳米纤维素后的纯淀粉为主浆料时,纱线上浆后性能指标与采用淀粉与聚乙烯醇的混合浆料上浆纱线性能都未下降,涤/棉纱线的断裂强力较未上浆之前增加了17.6%,纯棉纱线的断裂强力较未上浆之前增加了37.3%,断裂伸长率也都有一定程度的降低,纱线毛羽显著降低,说明可以通过添加纳米纤维素的方式代替聚乙烯醇浆料的使用。
实施例3
一种纳米纺织浆料的制备方法,包括以下步骤:
以淀粉为主浆料,主浆料的含固率为10%;向主浆料中依次加入聚丙烯酸甲酯浆料和聚丙烯酸甲酯改性纳米纤维素分散液,所述聚丙烯酸甲酯浆料的重量为主浆料重量的10%,聚丙烯酸甲酯浆料的含固率为20%;所述聚丙烯酸甲酯改性纳米纤维素分散液的重量为主浆料重量的1%;100℃恒温恒速煮浆2h,然后利用高速均质机活化搅拌30min,其搅拌速度为2000r/min,即可得到所述纳米纺织浆料。
聚丙烯酸甲酯改性纳米纤维素的制备方法为:
以二氯甲烷为溶剂,将丙烯酸溶解在二氯甲烷中,置于三口瓶中充分搅拌,再称取定量的羧基二咪唑分批加入到三口瓶中,室温反应4小时,制备丙烯酸的活性中间体(AA-CDI)。
称取0.5g纳米纤维素倒入试管中,加入10ml二甲基亚砜混合,至纳米纤维素充分分散在二甲基亚砜中,然后用二氯甲烷置换溶剂二甲基亚砜,再将含纳米纤维素的的二氯甲烷溶液加入丙烯酸的活性中间体中,室温反应20小时,制得活化的纳米纤维素。
将相对分子质量在2000的聚丙烯酸甲酯加入到活化的纳米纤维素的二甲基亚砜溶液中在引发剂作用下反应制得聚丙烯酸甲酯改性纳米纤维素粗产物,其中活性纳米纤维素与聚丙烯酸甲酯摩尔比为1:2,反应8小时,反应温度为室温条件,再取适量四氢呋喃加入粗产物中,离心洗涤得到纯聚丙烯酸甲酯改性纳米纤维素。
将本实施例制备得到的纳米纺织浆料对涤/棉65/35混纺纱和纯棉纱进行上浆处理,上浆前、后纱线性能分别如表1、表4所示。
表4 上浆后纱线性能指标
从表1、表4可以看出,采用本实施例中的纳米纺织浆料对涤/棉纱线和纯棉纱线进行上浆之后,涤/棉纱线的断裂强力较未上浆之前增加了36.0%,纯棉纱线的断裂强力较未上浆之前增加了47.7%,纱线毛羽较未上浆之前均由显著降低。
在其他原料及用量不变的情况下,本实施例通过加入聚丙烯酸甲酯改性纳米纤维素获得了纳米纺织浆料,实施例2中通过加入纳米纤维素获得了纳米纺织浆料,从表1、表3可以看出,对涤/棉纱线和纯棉纱线进行上浆之后,本实施例较实施例2中的涤/棉纱线的断裂强力增加了15.6%,断裂伸长率也有一定程度的降低,纯棉纱线的断裂强力增加了7.6%,断裂伸长率两者持平。说明改性纳米纤维素的加入更能显著提升纱线的性能。
比较例1
一种纺织浆料的制备方法,包括以下步骤:
以淀粉与聚乙烯醇按重量比4:6制成的混合浆料为主浆料,主浆料的含固率为10%;向主浆料中加入聚丙烯酸甲酯浆料,所述聚丙烯酸甲酯浆料的重量为主浆料重量的10%,聚丙烯酸甲酯浆料的含固率为20%;100℃恒温恒速煮浆2h,即可得到所述纺织浆料。
将本实施例制备得到的纳米纺织浆料对涤/棉65/35混纺纱和纯棉纱进行上浆处理,上浆前、后纱线性能分别如表1、表5所示,本比较例得到的纺织浆料形成的浆膜的扫描电镜图如图2所示,从图2中可以看出,浆膜表面有一定的龟裂现象。图1、图2对比可以看出,向浆料中添加纳米纤维素有利于形成表面光滑的浆膜。
表5 上浆后纱线性能指标
比较例2
一种纳米纺织浆料的制备方法,包括以下步骤:
以淀粉与聚乙烯醇按重量比4:6制成的混合浆料为主浆料,主浆料的含固率为10%;向主浆料中依次加入聚丙烯酸甲酯浆料和纳米纤维素分散液,所述聚丙烯酸甲酯浆料的重量为主浆料重量的10%,聚丙烯酸甲酯浆料的含固率为20%;所述纳米纤维素分散液的重量为主浆料重量的3%;100℃恒温恒速煮浆2h,然后利用高速均质机活化搅拌30min,其搅拌速度为2000r/min,即可得到所述纳米纺织浆料。
将本实施例制备得到的纳米纺织浆料对涤/棉65/35混纺纱和纯棉纱进行上浆处理,上浆前、后纱线性能分别如表1、表6所示,本比较例得到的纳米纺织浆料形成的浆膜的扫描电镜图如图3所示,从图3可以看出,浆膜有一定的颗粒存在,说明当纳米纤维素含量相对较高时,浆膜中的纳米纤维素易出现团聚现象。
从表1、表3、表6可以看出,当浆料中纳米纤维素含量过高时,上浆后纱线的毛羽指数改善情况明显变差,说明因浆料中纳米纤维素含量过高,出现团聚和浆膜的表面能增加而降低了对纱线的被覆性能。
表6 上浆后纱线性能指标
上述参照实施例对一种纳米纺织浆料及其制备方法进行的详细描述,是说明性的而不是限定性的,可按照所限定范围列举出若干个实施例,因此在不脱离本发明总体构思下的变化和修改,应属本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种纳米纺织浆料的制备方法,其特征在于,所述制备方法包括以下步骤:以淀粉为主浆料,向主浆料中依次加入聚丙烯酸酯类浆料和纳米纤维素分散液,恒温恒速煮浆2~3h,然后利用高速均质机活化搅拌30~60min,即可得到所述纳米纺织浆料;
所述纳米纤维素分散液的重量低于主浆料重量的3%。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述淀粉可替换为淀粉与聚乙烯醇的混合物;淀粉与聚乙烯醇的重量之比为2~4:8~6。
3.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述纳米纤维素分散液可替换为改性纳米纤维素分散液。
4.根据权利要求3所述的制备方法,其特征在于,所述改性纳米纤维素分散液为聚丙烯酸甲酯改性纳米纤维素分散液、聚丙烯酸乙酯基改性纳米纤维素分散液、甲基丙烯酸甲酯基改性纳米纤维素分散液中的一种或多种。
5.根据权利要求1-3任意一项所述的制备方法,其特征在于,所述主浆料中的含固率为8~12%。
6.根据权利要求1-3任意一项所述的制备方法,其特征在于,所述纳米纤维素分散液的含固率为0.6%。
7.根据权利要求1-3任意一项所述的制备方法,其特征在于,所述聚丙烯酸酯类浆料的重量为主浆料重量的5~15%。
8.根据权利要求1-3任意一项所述的制备方法,其特征在于,所述纳米纤维素分散液的重量为主浆料重量的0.3~1%。
9.根据权利要求1-3任意一项所述的制备方法,其特征在于,所述煮浆的温度为100℃的恒温;所述高速均质机的搅拌速度为1500~3000r/min。
10.根据权利要求1-9任意一项所述的制备方法制备得到的纳米纺织浆料。
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