CN104812956B - 用于纺织原料的上浆组合物及过程 - Google Patents

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Abstract

一种水性上浆组合物在纺织原料上浆中的应用，所述水性上浆组合物包括至少一个共聚物，所述至少一个共聚物由至少一个非离子单体和/或一个阴离子单体，及至少一个具有化学式(I)的单体聚合获得：其中：‑R1为氢原子或者甲基；‑x＝0或1；‑Z为二价基团‑C(＝O)‑O‑，‑C(＝O)‑NH‑，或者‑CH2‑；‑n为1至250之间的整数；‑R2为氢原子或碳酸基团—饱和或未饱和的，芳香族的、直链的、支链的或环状的—所述碳酸基团包括1至30个碳原子和0至4个选自O，N以及S的杂原子。

Description

用于纺织原料的上浆组合物及过程
本发明涉及纺织原料处理领域，特别是涉及纺织前对这些材料上浆(sizing)的操作。本发明涉及上浆组合物在纺织原料上的应用，该上浆组合物包括至少一特定的水溶性共聚物。
―纺织原料‖应被理解为纺织纱线、细丝和纤维，其可以为天然的和/或合成的。本发明特别涉及天然纤维，尤其是棉型纤维，可能存在人造纤维─尤其是涤纶，的上浆。根据本发明，纺织原料不包括任何如玻璃纤维的矿物材料。
在纺织业，在纺织的操作过程中，纱线和纤维要承受反复的拉伸应力，这会导致断线(breakages)的发生。因此，人们必须在纱线的拉伸能力范围内操作，而拉伸能力取决于其性质。
除拉伸现象以外，还存在其他限制，特别是：
-磨耗(abrasion)，即摩擦造成的磨损，这引起纱线起毛和起球。该磨损通常由各部件(刀片、梳齿等)的摩擦产生。
-起毛(fuzz)，即纤维端部易与细纱的主体分离。这种现象会引起纱线间的黏结，造成纱线断线或通过经纱载体(warp vector)插入的缺陷。
为了使纱线不受这些损坏源的影响，并改进其耐受力，现有技术采用了上浆产品。
为了获得良好的结果，选择上浆剂要考虑以下特征：
-纱线的强度和伸长极限；
-上浆剂的膜的弹性，该弹性需根据纱线承受的伸长而定；
-与纱线的良好地粘附性；
-相对纱线具有合适的黏度。当上浆机堵塞时，过高黏度会造成困难。
另外，上浆过程不能破坏纱线，并且上浆浴(sizing bath)必须只由相容性产品组成。此外，不能在精梳机(comb)上产生上浆剂沉淀，该沉淀硬化后，会成为纱线的磨耗材料。
需要注意，上浆为中间底料，它在纺织操作之后会被去除。这是对面料后处理之前的操作，在该操作之后，上浆会被完全去除。因此，具有对脱浆，尤其是水，有良好溶解度的产品是有益的。
此外，由于产生的水性排放，脱浆操作会严重污染环境；因此，上浆组合物中具有强生化需氧量(BOD)或强化学需氧量(COD)的成分，如聚乙烯醇或淀粉，必须最小化。
根据纬纱的性质以及纺织的性质选择上浆，该纺织的性质可为：
-干纺织(剑杆织机、片梭织机、喷气织机等)；
-液压纺织(喷水织机)，要求产品在纺织环境下对水不敏感。
可用作上浆剂的基础产品的主要类型为天然或合成聚合物，该聚合物分类如下：
-淀粉类产品：淀粉(来自种子、或者块茎和根)等；
-淀粉衍生物：醚类、醋酸盐等；
-纤维素衍生物：羧甲基、甲基和乙基纤维素；聚乙烯醇以及醋酸乙烯酯段共聚物-聚酯；
-丙烯酸：这些尤其适用于合成和人造纱线；然而，它们还可与用于天然纤维的淀粉或纤维素基产品结合，及其混合物。
例如，文件EP0945543涉及上浆组合物，该组合物包括接枝聚合物。聚合之后，该聚合物可通过在主聚合物(苯乙烯马来酸酐聚合物)上接枝如乙氧基聚乙烯乙二醇的分子获得。接技化合物(待定基团)的量要根据添加的量，以及主聚合物的反应单体的量而定。
文件US2004/0166313涉及一种尤其专用于玻璃纤维的上浆组合物，该上浆组合物包括醋酸乙烯酯的共聚物。粘附于如玻璃纤维的矿物材料需要特殊的化学过程，这正是酸酸乙烯聚合物能够提供的。
文件FR2842814涉及低分子量聚合物(1000-60 000g/mol)及其在矿物填料的分散助剂或助磨剂上的用途。
此外，申请人的专利FR2879630提出了分子量大于1百万g/mol的丙烯酰胺类聚合物作为上浆剂。这些聚合物可使人们获得类似于先前已存在的组合物，尤其是基于PVA和淀粉，的性能，但是上浆剂的数量明显降低。这些共聚物可包含支化剂，如包含两个碳碳双键的乙二醇二丙烯酸酯。
然而在现实中，这些聚合物具有下述两个主要缺点：
-它们在上浆剂罐中具有拉丝(stringy)和发黏(tacky)的特点；
-它们易于积聚在干燥辊上。
此外，这些聚和物不会提高(1)纺织的性能，以及(2)纺织机的生产效率，即使是增加配料。纺织的性能对应于纺织后获得面料的质量，其通常用百分比表示。其中纤维或纺线正确穿过并且未出现缺陷的面料为质量好的纺织。
纺织机的生产效率对应于纺织的速度—通常由每分钟面料的米数表示—或者在给定时间内面料的量，由每分钟的公斤数表示。
因此，在本行业需要提高纺织性能和/或生产效率，以解决上述问题。
申请人完全意外地发现，在上浆剂组合物中使用特殊水溶共聚物解决了上述两个先前未解决的问题，并且明显提高了纺织性能和/或生产效率。
本发明提出水性组合物在纺织原料的上浆中的应用，所述水性组合物包括至少一个共聚物，所述至少一个共聚物由至少一个非离子单体和/或一个阴离子单体，及包括至少一个–(CH2-CH2-O)–(乙二醇)模式的至少一个单体聚合获得。
上文已经提到，纺织原料应被理解为纱线、细丝、纺织纤维，以及纺织或非纺织面料。这些纺织原料为天然的和/或人造的(合成的)。
根据本发明的第一特征，用于纺织原料上浆的水性组合物包括共聚物，所述至少一个共聚物由至少一个非离子单体和/或一个阴离子单体，及至少一个具有化学式(I)的单体自由基聚合获得；
其中：
-R1为氢原子或者甲基；
-x＝0或1；
-Z为二价基团-C(＝O)-O-，-C(＝O)-NH-，或者-CH2-；
-n为1-250之间的整数；
-R2为氢原子或碳酸基团—饱和或未饱和的，可能为芳香族的、直链的、支链的或环状—所述碳酸基团包括1至30个碳原子和0到4个选自O，N以及S的杂原子。
更特别的，该具有化学式(I)的单体可有利地选自：
-聚(乙二醇)(甲基)丙烯酸酯，其中R1＝H或CH3；Z＝C(＝O)-O；R2＝H；n＝2-250；
-甲基聚(乙二醇)(甲基)丙烯酸酯，也叫做甲氧基聚(乙二醇)(甲基)丙烯酸酯，其中R1＝H或CH3；Z＝C(＝O)-O；R2＝CH3；n＝2-250；
-烷基聚(乙二醇)(甲基)丙烯酸酯，其中R1＝H或CH3；Z＝C(＝O)-O；R2＝C1-C30中的烷基；n＝2-250；
-苯基聚(乙二醇)(甲基)丙烯酸酯，也叫做聚(乙二醇)苯基醚(甲基)丙烯酸酯，其中R1＝H或CH3；Z＝C(＝O)-O；R2＝苯基；n＝2-250。
优选地，包括乙二醇模式的单体的重量占共聚物总重量的0.5％-50％，优选占1％-25％。
优选地，具有化学式(I)的单体选自聚(乙二醇)(甲基)丙烯酸酯和甲基聚(乙二醇)(甲基)丙烯酸酯。此外，根据有益的实施方法，本发明范围内使用的组合物包括至少一个共聚物，相对于共聚物(对于单体占100％而言)的总重量计算，所述共聚物包括：
-10-99％的至少一个非离子单体；
-0-80％的至少一个阴离子单体；
-0.5-50％的具有化学式(I)的单体，优选为1-25％。
有益地，非离子单体选自丙烯酰胺和甲基丙烯酰胺、N-异丙基丙烯酰胺、N,N-二甲基丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺、N-乙烯基甲酰胺、N-乙烯基乙酰胺、N-乙烯基吡啶、N-乙烯吡咯烷酮、丙烯酰吗啉(ACMO)，以及双丙酮丙烯酰胺。
有益地，阴离子单体选自具有羟基官能团的单体(丙烯酸、甲基丙烯酸、及它们的盐)、具有磺酸官能团的单体(2-丙烯酰胺-2-甲基丙烷磺酸(ATBS)及其盐……)。
关于―盐‖，通常被理解为碱性盐、碱土盐或者铵盐。
根据另一有益的实施方法，本发明范围内使用的组合物包括至少一个共聚物，相对于所述共聚物(对于单体占100％而言)的总重量计算，该至少一个共聚物包括：
-40-99％的丙烯酰胺；
-0-40％的酸和/或其盐形式的丙烯酸；
-1-25％的具有化学式(I)的单体。
尽管本发明范围内使用的上浆组合物可仅包含水和上述共聚物，它还可以包括其他成分，如不同于本发明采用的丙烯酰胺类聚合物、淀粉、淀粉衍生物、如羧甲基纤维素的纤维素衍生物、聚乙烯醇、醋酸乙烯酯段共聚物、多元酯，以及乳胶形式的聚丙烯酸酯。
根据本发明，上浆剂组合物可含有多个共聚物。
通常，组合物中包含的共聚物不需要任何特殊的聚合工艺开发。这是由于它们均可通过对于知识渊博的专业人员而言众所周知的聚合技术获得，即通过溶液聚合、悬浮液聚合、本体聚合(polymerization in bulk)、沉淀聚合、乳液聚合(水或其他)，接下来还可能通过喷雾干燥、悬浮液聚合、胶束聚合，接下来可能通过沉淀、后水解或者共水解聚合、所谓的―模板‖聚合、自由基聚合，或者可控自由基聚合阶段。
当共聚物的制备过程包括干燥阶段，如喷雾干燥、辊干燥或微波干燥时，其可为液态或固态。
该共聚物优选通过溶液聚合或本体聚合获得。
共聚物还可由至少一个支化剂连接，该支化剂选自聚乙烯不饱和单体(具有至少两个不饱和官能团)，例如乙烯基、烯丙基、丙烯酸和环氧官能团，举例说明，亚甲基双丙烯酰胺(MBA)、三烯丙胺，或如聚过氧化物的大引物(macro-primer)、多偶氮基以及如捕捉聚合物的聚合物(polymer-capturing polymers)的转移聚剂(transfer polyagents)。
可限制聚合物链长度的转移助剂还可用于聚合共聚物。以下为转移助剂的非穷举清单：异丙醇、次磷酸钠，以及巯基乙醇。
根据优选实施例，共聚物的分子量大于100.000g/mol。优选范围为200.000g/mol-5百万g/mol，更优选地，范围为500.000-2百万g/mol。
有益地，该组合物可包括0.1-10％重量的共聚物–优选为0.5-5％。该水溶性共聚物可以用户期望的浓度容易地应用于水或者水性溶液中。
通常，该组合物不包括任何矿物填料。
本发明还涉及为纺织原料上浆的过程，该过程包括上浆阶段，该上浆阶段包括：
-制备水性上浆组合物，该水性上浆组合物包括至少一个共聚物，该至少一个共聚物由至少一个非离子单体和/或一个阴离子单体，及包括至少一个–(CH2-CH2-O)–模式的至少一个单体的聚合获得；
-可选地，加热所述组合物；
-对纺织原料上浆，有益地，通过将该纺织原料浸入到所述水性组合物中。
本发明还涉及到生产纺织品的过程，包括以下阶段：
-制备水性上浆组合物，水性上浆组合物包括至少一个共聚物，该至少一个共聚物由至少一个非离子单体和/或一个阴离子单体，及包括至少一个–(CH2-CH2-O)–模式的至少一个单体的聚合获得；
-可选地，加热所述组合物；
-对纺织原料上浆，有益地，通过将该纺织原料浸入到所述水性组合物中。
-纺织该已上浆的纺织原料。
在纺织阶段之后，该过程还包括对纺织品脱浆的阶段，包括去除—通过水性溶液—先前沉淀在纺织原料表面的上浆组合物(上浆剂)。
有益地，上浆组合物在使用前先加热—例如110℃温度下加热20分钟，或者90℃温度下加热30分钟。在实践中，这对于本领域技术人员而言是烘烤阶段。
纺织之后，上浆过程可包括对先前上浆的纺织原料脱浆的附加阶段，通过使用水性溶液将沉淀在原料表面的上浆剂去除。
脱浆阶段之后，该过程通常包括干燥阶段。
上浆阶段可以利用本领域已知的设备执行，不构成对本发明的限制。
上述组合物可使人们得到有效且特别简单的脱浆阶段。这是由于仅使用热水就足够了，然而基于淀粉和聚乙烯醇的传统组合物需要更复杂的含有溶剂的脱浆溶液，因此对环境有害。
―纺织纤维上浆‖应被理解为应用于面料印刷过程的带(belt)粘合剂。更确切地，通过浸泡在该组合物中对携带面料的带涂层。追求的效果是面料临时粘着在带上，从而使得面料在后处理操作过程中不会移动。产生的有益效果是减少了带粘着剂组合物中的活性物质的配料。
使用根据本发明的上浆组合物可解决专利FR2879630所描述的丙烯酰胺类聚合物的问题，如溶池发黏及干燥辊的堵塞。
此外，该组合物的优势之一在于可优于现有最好的组合物的性能。这种改进提高了纺织的质量，使人们获得更多质量较好的面料，以及产生的纺织原料的增值价值。它还提高了纺织机的生产效率，即保证同样质量的同时生产更多数量的能力。
通过下述实施实例，可以更加清楚地披露本发明及其产生的优势。
实施例
A)聚合物作为上浆剂测试时的相关数据：
AM：丙烯酰胺AA：丙烯酸
MPEG MA：甲基-聚(乙二醇)甲基丙烯酸酯，n＝45
INV-1和INV-2为根据本发明的两个聚合物。
CE-3为根据专利FR 2 879 630的聚合物P1。
B)上浆测试的相关数据
实例1：100％精棉Ne 40
上浆浴(800L)的制备：将上浆组合物的成分搅拌地添加至槽中。然后，在110℃的温度下烘烤20分钟之前，将生成的组合物转移到炉中。组合物就形成上浆浴。
测试的执行：将精棉Ne(c)＝40(英制棉纱支数)的8200支纱线分两层浸入到两个包含前述制剂的上浆浴中，然后使纱线从两个压实缸(squeezing cylinder)中间穿过，以挤压该纱线，从而获得110％重量的湿输出(上浆重量相当于面料重量的1.1倍)。然后连续通过加热到120℃的辊以干燥该纱线。干燥后，纱线的剩余湿度为重量的5-7％(利用玛罗在线湿度仪(Mahlo online wetness meter)进行测试)，构成了良好的干燥。
下文表1阐明了执行测试的情况，以及纺织结果。
表1
CMS(羟甲基淀粉)：变性淀粉
CMC(羟甲基纤维素)：变性纤维素
PVA 1788：聚乙烯醇
上浆组合物的粘度由菜恩3型的粘度杯测量。
结果：
使用根据本发明的组合物可在纺织速度不变(测试3)的情况下，非常显著地提高精棉Ne(c)＝40的纱线的纺织质量。这是由于纺织机的效率从90％提高到96％要归因于纺织面料缺陷数量的减少，以及因此产生的纺织原料的增值价值。
使用根据本发明的组合物(测试4)可将纺织速度提高21％(从700至850rpm)，以提高纺织机的生产效率，同时相对于已知组合物改进面料的质量(从89-91％至93％)。
聚合物CE-3不能用于配料超出1.3％的上浆浴，因为会得到超高的黏度，严格来说，在这些情况下获得的非常黏的液流能力不能够完成上浆阶段。观察得知，使用根据本发明的组合物得到的上浆纱线具有非常光滑的外表(触感光滑)，而已知的组合物(测试1和2)得到的纱线比较不光滑(触感粗糙)。
实例2：短纤人造丝纤维胶Ne 30
上浆浴(800L)的制备：将上浆组合物的成分搅拌地添加至槽中。然后，在110℃温度下烘烤20分钟之前，将生成的组合物转移到炉中。组合物就形成上浆浴。
测试的执行：将短纤人造丝纤维胶Ne(c)＝30(英制棉纱支数)的4080支纱线浸入到包含前述制剂的上浆浴中，然后使纱线从两个压实缸中间穿过，以挤压该纱线，从而获得120％重量的湿输出。然后连续通过加热到120℃的辊以干燥该纱线。干燥后，纱线的剩余湿度为重量的10-12％(利用玛罗在线湿度仪进行测试)，构成了良好的干燥。
下文表2阐明了执行测试的情况，以及纺织结果。
表2
结果：
使用根据本发明的组合物可在纺织速度不变(测试7)的情况下，非常显著地提高短纤人造丝纤维胶Ne(c)＝30的纱线的纺织质量。纺织机的效率从86％提高到96％是由于纺织面料缺陷数量的减少，以及因此产生的纺织原料的增值价值。
使用根据本发明的组合物(测试4)可将纺织速度提高21％(从700至850rpm)，以提高纺织机的生产效率，同时相对于已知组合物改进面料的质量(从85-86％至94％)。
观察得知，使用根据本发明的组合物得到的上浆纱线具有非常光滑的外表(触感光滑)，而已知的组合物(测试5和6)得到的纱线比较不光滑(触感粗糙)。
实例3：PES/棉线65/35
上浆浴(800L)的制备：将上浆组合物的成分搅拌地添加至槽中。然后，在110℃温度下烘烤20分钟之前，将生成的组合物转移到炉中。组合物就形成上浆浴。
测试的执行：将PES/棉线(比例65/35)Ne(c)＝30(英制棉纱支数)的5074支纱线浸入到包含前述制剂的上浆浴中，然后使纱线从两个压实缸中间穿过，以挤压该纱线，从而获得120％重量的湿输出。然后连续通过加热到120℃的辊以干燥该纱线。干燥后，纱线的剩余湿度为重量的5-7％(利用玛罗在线湿度仪进行测试)，构成了良好的干燥。
下文表3阐明了执行测试的情况，以及纺织结果。
表3
结果：
使用根据本发明的组合物可在纺织速度不变(测试11)的情况下，非常显著地提高短纤人造丝纤维胶Ne(c)＝30的纱线的纺织质量。纺织机的效率从85％提高到94％是由于纺织面料缺陷数量的减少，以及因此产生的纺织原料的增值价值。
使用根据本发明的组合物(测试12)可将纺织速度提高15％(从650至850rpm)，以提高纺织机的生产效率，同时相对于已知组合物改进面料的质量(从82-85％至90％)。
观察得知，使用根据本发明的组合物得到的上浆纱线具有非常光滑的外表(触感光滑)，而已知的组合物(测试9和10)得到的纱线比较不光滑(触感粗糙)。

Claims (16)

1.一种水性上浆组合物在纺织原料上浆中的应用，所述水性上浆组合物包括至少一个共聚物，所述至少一个共聚物由至少一个非离子单体和/或一个阴离子单体，及至少一个具有化学式(I)的单体聚合获得：
其中：
-R1为氢原子或者甲基；
-x＝0或1；
-Z为二价基团-C(＝O)-O-，-C(＝O)-NH-，或者-CH2-；
-n为1至250之间的整数；
-R2为H或C1-C30的烷基或苯基。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，包括乙二醇单元的单体的重量占所述共聚物总重量的0.5-50％。
3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，具有化学式(I)的单体选自聚(乙二醇)(甲基)丙烯酸酯和甲基-聚(乙二醇)(甲基)丙烯酸酯。
4.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，相对于所述共聚物的总重量计算，所述共聚物包括：
-10-99.5％的至少一个非离子单体；
-0-80％的至少一个阴离子单体；
-0.5-50％的具有化学式(I)的单体。
5.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述非离子单体选自丙烯酰胺和甲基丙烯酰胺、N-异丙基丙烯酰胺、N,N-二甲基丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺、N-乙烯基甲酰胺、N-乙烯基乙酰胺、N-乙烯基吡啶、N-乙烯吡咯烷酮、丙烯酰吗啉(ACMO)，以及双丙酮丙烯酰胺。
6.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，阴离子单体选自具有羟基官能团的单体及其盐；及具有磺酸官能团的单体及其盐。
7.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，相对于所述共聚物的总重量计算，所述共聚物包括：
-40-99％的丙烯酰胺；
-0-40％的以酸和/或其盐形式的丙烯酸；
-1-25％的具有化学式(I)的单体。
8.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述共聚物通过在溶液聚合或本体聚合获得。
9.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述组合物包括0.1-10％重量的共聚物。
10.一种纺织原料上浆的过程，包括如下阶段：
-制备水性上浆组合物，所述组合物包括至少一个共聚物，所述至少一个共聚物由至少一个非离子单体和/或一个阴离子单体，及至少一个具有如权利要求1中所述的化学式(I)的单体聚合获得；
-对纺织原料上浆。
11.根据权利要求10所述的过程，其特征在于，在纺织原料上浆之前，所述过程还包括加热所述组合物。
12.一种制造纺织品的过程，包括如下阶段：
-制备水性上浆组合物，所述组合物包括至少一个共聚物，所述至少一个共聚物由至少一个非离子单体和/或一个阴离子单体，及至少一个具有如权利要求1中所述的化学式(I)的单体聚合获得；
-对纺织原料上浆；
-纺织所述已上浆的纺织原料。
13.根据权利要求12所述的过程，其特征在于，在纺织原料上浆之前，所述过程还包括加热所述组合物。
14.根据权利要求12所述的过程，其特征在于，在纺织阶段结束后，还包括对所述纺织品脱浆的阶段，其包括通过水性溶液的方式去除先前沉淀在纺织原料表面的上浆组合物。
15.根据权利要求12所述的过程，其特征在于，在上浆和纺织阶段之后，所述过程包括干燥阶段。
16.根据权利要求12所述的过程，其特征在于，所述纺织原料为纱线、细丝、纺织纤维，或者纺织或未纺织的面料；所述原料为天然和/或人造的。
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