CN110438803A - 光固化上浆溶液及对纯亚麻纱线进行光固化上浆的方法 - Google Patents

光固化上浆溶液及对纯亚麻纱线进行光固化上浆的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种光固化上浆溶液及对纯亚麻纱线进行光固化上浆的方法，该光固化上浆溶液由以下重量百分比的原料组分组成：20‑30％的预聚物、3‑5％的光引发剂、3‑8％的黏着剂、30‑40％的助剂，余量为蒸馏水，其中预聚物为聚氨酯丙烯酸酯，光引发剂为Darocur1173，黏着剂为聚乙烯醇，助剂为甘油。光固化上浆方法包括如下步骤：A、配置光固化上浆溶液；B、光固化上浆溶液预处理，固化前将光固化上浆溶液在红外光下干燥，红外灯的功率为40w，干燥时间为4～7min；C、纱线上浆，常温下将干燥后制得的光固化上浆溶液涂在纯亚麻纱线上，来回涂抹至均匀；D、固化，将涂抹均匀后的纱线在光化学反应仪上固化，反应灯的功率为1KW，与纱线的距离为5～6cm，固化时间为20～30s。

Description

光固化上浆溶液及对纯亚麻纱线进行光固化上浆的方法
技术领域
本发明涉及光固化上浆技术领域，具体涉及一种光固化上浆溶液以及采用该浆液对纯亚麻纱线进行光固化上浆的方法。
背景技术
经纱上浆作为纺织生产中必不可少的一道工序，其目的是：减少织疵、降低断头率；提高织造效率；提高经纱的可织性，保证织造过程的顺利进行。目前，在经纱上浆过程中，大多数纺织厂仍采用传统的热上浆工艺，但该种方法浆纱成本高，能耗重，上浆效果也欠佳，投入产出比低。
针对热上浆工艺的上述问题，国内外学者在新型浆料和浆纱技术方面一直进行不断地探索和研究，如近年来“两高一低工艺”和“预湿上浆工艺”的发展；七单元传动、电脑控制的新型浆纱机大量投入使用；无PVA上浆实践和绿色环保浆料的兴起；中低温上浆、免上浆率上浆、和免上浆技术的研究与发展等。这些研究对提高上浆效果、降低浆料消耗、减少环境污染、节约浆纱成本方面都有一定的作用，但在纺织行业中浆纱生产仍然保持高消耗、低产出、重污染、低安全的生产方式，能源消耗和环境污染仍十分严重，研究新型的上浆方法和绿色环保的浆料十分迫切。
UV固化是将液态体系由紫外线高强辐射作用下高速转变为固态体系。作为一种高效节能环保型技术在水性涂料、织物改性等很多发面都已经投入使用，然而在纱线上的应用尚属空白。
发明内容
本发明是为解决上述技术问题而进行的，以适用范围广的纯亚麻纱线的光固化为例，提供了一种光固化上浆溶液及对纯亚麻纱线进行光固化上浆的方法，对纱线领域的光固化上浆进行探索。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
本发明的第一方面提供了一种光固化上浆溶液，具有如下技术特征：由以下重量百分比的原料组分组成：
其中，预聚物为聚氨酯丙烯酸酯，光引发剂为Darocur1173，黏着剂为聚乙烯醇，助剂为甘油。
光引发剂是UV固化体系的主要成分，当预聚物在紫外光下照射时，引导预聚物激发发生化学变化，裂解产生活性中间体(活性自由基或阳离子)，进而引发体系中不饱和双键发生聚合和交联反应，包括：链引发、链增长、链终止三个过程，对光固化涂料的光固化速度起着决定性作用。预聚物是水性UV固化体系最重要的组成部分，其决定着固化膜的力学性能、物理机械性能、耐磨性，耐化学药品性及光固化速率等性能。
优选的，在本发明提供的光固化上浆溶液中，聚氨酯丙烯酸酯的重量百分比为25％，Darocur1173的重量百分比为4％，聚乙烯醇的重量百分比为6％，甘油的重量百分比为35％。
优选的，在本发明提供的光固化上浆溶液中，光固化上浆溶液在95℃条件下的黏度为150mPa.s。
本发明的第二方面，提供了对纯亚麻纱线进行光固化上浆的方法，其特征在于，包括如下步骤：
A、配置光固化上浆溶液；
B、光固化上浆溶液预处理
固化前将光固化上浆溶液在红外光下干燥，红外灯的功率为40w，干燥时间为4～7min；
C、纱线上浆
将纯亚麻纱线缠绕在绕纱板上备用，常温下将干燥后制得的光固化上浆溶液涂在纯亚麻纱线上，来回涂抹至均匀，其中上浆速度为30～35m/min、压浆力为10～15kN；
D、固化
将涂抹均匀后的纱线在光化学反应仪上固化，反应灯的功率为1KW，与纱线的距离为5～6cm，固化时间为20～30s。
进一步，在本发明提供的对纯亚麻纱线进行光固化上浆的方法中，还包括纱线退浆步骤，将固化后纯亚麻纱线置于25g/L的NaOH溶液中，水浴温度为80℃，浴比为1:20，处理时间为30min。
进一步，在本发明提供的对纯亚麻纱线进行光固化上浆的方法中，步骤A中，光固化上浆溶液的配置方法如下：常温下将水分散性聚氨酯丙烯酸酯、Darocur1173、甘油加入蒸馏水中搅拌均匀。
进一步，在本发明提供的对纯亚麻纱线进行光固化上浆的方法中，纯亚麻纱线的纱支为14S。
本发明的有益保障及效果如下：
首先，根据浆液性能对比实验，相比于以淀粉和丙烯为黏着剂的传统上浆液，本发明所提供的光固化溶液的粘度和粘附力小，并且随着温度的升高，粘度变化较小，粘度稳定，不会出现传统上浆液粘度随温度波动大的情况，因此，采用本发明中的光固化溶液进行上浆时无须控制浆液温度，可直接常温配置溶液，实现常温上浆。
其次，采用本发明的光固化上浆方法省去了传统上浆工艺的调浆操作，采用红外光照和紫外固化，纱线成膜速度快，生产效率高，而且光固化后的纱线使用5％的碱溶液就可直接退浆，生态环保，能源利用率高。
第三，采用本发明中的光固化溶液和光固化上浆工艺对纯亚麻纱线进行光固化上浆时，上浆率达到10％左右，明显高于通过淀粉和丙烯浆料的上浆率，降低了浆料的使用，节省了成本，更加符合现代上浆工艺的要求。
第四，上浆后亚麻纱线断裂强力以及伸长率均提高约50％，解决了亚麻纱断裂伸长率小，织造困难的问题；增磨率提高近四倍，毛羽降低率达到72％，相比于传统上浆，光固化上浆对纱线耐磨性的提高更加显著，浆纱的质量得到了明显的改善，提高了经纱的可织性。
附图说明
图1为本发明实施例中不同上浆条件下纯亚麻纱线的超景深三维表面结构图，其中，(a)、(b)、(c)分别代表6％的玉米氧化淀粉浆液、6％的丙烯浆液、玉米氧化淀粉和丙烯50:50含固率6％的浆液的进行单纱上浆后的纱线；(d)为光固化上浆后的纱线。
图2为本发明实施例中分别对原纱和光固化上浆后纱线的红外光谱图，其中，(a)为原纱的红外光谱图，(b)为退浆后光固化纱线的红外光谱图。
具体实施方式
现结合实施例对本发明作详细描述，本实施例以纯亚麻纱线的光固化上浆为例，对其光固化溶液的组分以及光固化上浆方法进行描述，但本发明的保护范围不仅限于此，与亚麻纱线性能近似的纱线的光固化上浆与本发明近似，因此也落入本发明的保护范围。
实施例一光固化溶液及对比上浆液配制
本实施例中的光固化上浆溶液，由以下重量百分比的原料组分组成：20-30％的预聚物、3-5％的光引发剂、3-8％的黏着剂、30-40％的助剂，余量为蒸馏水。
光引发剂是UV固化体系的主要成分，当预聚物在紫外光下照射时，引导预聚物激发发生化学变化，裂解产生活性中间体(活性自由基或阳离子)，进而引发体系中不饱和双键发生聚合和交联反应，包括：链引发、链增长、链终止三个过程，对光固化涂料的光固化速度起着决定性作用。预聚物是水性UV固化体系最重要的组成部分，其决定着固化膜的力学性能、物理机械性能、耐磨性，耐化学药品性及光固化速率等性能。
本实施例中预聚物为聚氨酯丙烯酸酯，光引发剂为Darocur1173，黏着剂为聚乙烯醇，助剂为甘油。本实施例中光固化上浆溶液在95℃条件下的黏度为150mPa.s，聚氨酯丙烯酸酯的优选重量百分比为25％，Darocur1173的优选重量百分比为4％，聚乙烯醇的优选重量百分比为6％，甘油的优选重量百分比为35％。
作为光固化溶液的对比，还配制了三种传统上浆液，该三种上浆液的与光固化上浆溶液的区别在于黏着剂的种类不同，但含量相同，分别为：6％的玉米氧化淀粉浆液、6％的丙烯浆液、将玉米淀粉和固体丙烯按50：50调配成的6％的混合浆液。
光固化上浆溶液传统上浆溶液的试验原料表如1表所示：
表1试验原料表
实施例二光固化上浆
对纯亚麻纱线进行光固化上浆的方法，包括如下步骤：
A、配置光固化上浆溶液；
常温下将水分散性聚氨酯丙烯酸酯、Darocur1173、甘油加入蒸馏水中搅拌均匀。
B、光固化上浆溶液预处理
固化前将光固化上浆溶液在红外光下干燥，红外灯的功率为40w，干燥时间为5min；
C、纱线上浆
将纱支为14S的纯亚麻纱线缠绕在绕纱板上备用，常温下将干燥后制得的光固化上浆溶液涂在纯亚麻纱线上，来回涂抹至均匀，其中上浆速度为30～35m/min、压浆力为10～15kN；
D、固化
将涂抹均匀后的纱线在光化学反应仪上固化，反应灯的功率为1KW，与纱线的距离为5～6cm，固化时间为20～30s。
在某些试验验证步骤中还包括纱线退浆步骤：将固化后纯亚麻纱线置于25g/L的NaOH溶液中，水浴温度为80℃，浴比为1:20，处理时间为30min，完成退浆。
实施例二对比例
采用定浓法调配6％的玉米淀粉浆液、6％的固体丙烯浆液、将玉米淀粉和固体丙烯按50：50调配成的6％的混合浆液三种浆液配方。使用升降水浴锅保证浆液的温度、悬臂式强力电动恒速搅拌器搅拌加速浆料的溶解，控制浆液浓度为6％。
传统的热上浆在上浆过程中经纱先经过浸没辊，一部分浆液附着于纱线表面，再经过一对轧压辊的挤压，另一部分浆液渗透到纱线内部，使浆液在经纱表面被覆和向经纱内部浸透。经烘燥后，在经纱表面形成柔软、坚韧、富有弹性的浆膜，使纱身光滑、毛羽贴伏；在纱线内部，加强了纤维之间的粘结抱合能力，改善了纱线的物理机械性能，保持经纱伸长率，提高经纱的织造工艺性能。
经纱上浆用GA392型单纱浆纱机，浆槽温度控制在95℃左右，浆纱速度为30m/min。纱线上浆前先将浆纱机的电源和开关打开，进行预热；然后调节实验参数，将烘箱温度调至65℃左右，将浆槽温度调至95℃，将浆纱速度调至30m/min。当浆纱机浆槽温度和烘箱温度达到设定的温度后，将纱线通过压浆棍。
将上述三种不同的浆液配方倒入浆槽中，保证浆纱的温度，打开开关，分别进行上浆实验。得到浆纱试样后，将其密封干燥保存，供浆纱性能测试待用。
实施例三对比实验
(1)浆纱的超景深三维试验：
将光固化上浆后的亚麻纱线与采用三种传统浆液配方上浆后的亚麻纱线分别放在超景深三维实验台上，经数码显微镜拍照后，放大倍率700X，观察纱线在上浆后的表面形态。
(2)FT-IR傅立叶红外光谱试验：
将光固化后的亚麻纱线进行退浆实验，干燥、保存后，分别将亚麻原纱和退浆后的光固化亚麻纱线在ATR附件上进行制样，在OMNIC软件中设置实验参数，检查光学信号，扫描和输出红外光谱图。
(3)传统浆液和光固化上浆溶液粘度、粘附力试验：
粘度试验：将光固化溶液和三种传统浆液配方用NDJ-8S数字旋转粘度计在恒温水浴锅中分别进行粘度测试实验，保证浆液温度95℃；
粘附力试验：光固化上浆溶液和传统上浆液粘附力用粗纱条干法进行试验测定。将光固化前配置好的溶液在红外光下干燥，后配置成1％浓度并保温90℃，然后将纯亚麻粗砂绕在绕纱板上，放入混合溶液中，5min中后取出，晾干后在恒温恒湿室内平衡24h，然后在拉伸试验机上试验，测得14S纯亚麻纱线在此混合溶液中的粘附力值。
(4)上浆率测试试验：
上浆率是反映经纱上浆量的指标，上浆率对纱线的毛羽降低率和耐磨性都有很大影响。对于光固化上浆溶液采用上浆法计算法纱线上浆率：将14S纯亚麻纱线烘干称重，进行光固化上浆实验后，测量上浆后的纱线重量，经纱上浆率为浆纱干重与原纱干重之比，实验测量五次，求平均值。
传统上浆液采用退浆法计算纱线的上浆率：将浆纱纱样烘干后冷却称重，测得浆纱干重，然后进行退浆，把纱线上的浆液退净，不同黏着剂的退浆方法不同，玉米淀粉浆和玉米淀粉混合浆使用稀硫酸退浆，固体丙烯浆液用氢氧化钠溶液退浆，退浆完成后计算上浆率。
(5)纱线毛羽试验：
用YG173A纱线毛羽测试仪测定纱线毛羽和毛羽指数，纱线上浆后毛羽贴伏能提高浆纱耐磨性，还使织机开口清晰。毛羽指数是指单位长度内单侧面上投影长度超过某设定长度的毛羽累计根数，用“根/m”表示；毛羽降低率定义为浆纱毛羽指数的降低值对原纱毛羽指数的百分比。
分别对原纱、三种配方上浆后的纱线和光固化上浆后的纱线进行毛羽测试实验。试验条件：测试次数10次、片段长度10m、测试速度30m/分、温度20℃、湿度65℃。
(6)强伸性试验
按照GB/T 3916-1997《纺织品卷装纱单根纱线断裂强力和断裂伸长率的测定》。利用岛津SHIMADZU电子拉伸试验机测试纱线的强伸性，同时测得原纱和光固化后纱线的断裂强力和断裂伸长率。原纱、三种配方上浆后的纱线、光固化上浆后的纱线各测试50次，分别求其平均值，分析计算上浆前后纱线的断裂强力和断裂伸长率的变化。试验条件：拉伸速度为250mm/min、试样夹持距离为250mm。
(7)耐磨性试验
纱线在织造过程中会受到各种机件的反复摩擦，从而使纱线起毛、磨损、强力降低，当强力小于外力时便发生断头。纱线耐磨性低时，纱线织造时断头率会增大。利用LFY-109电脑纱线耐磨仪测试纱线耐磨性。分别测量原纱、三种配方上浆后的纱线和光固化纱线的耐磨次数，各测试10次，求其平均值。对比分析上浆前后纱线耐磨性变化情况，计算增磨率。试验条件：张力重锤重量：20g，砂纸号数：40，温度20℃，湿度58℃。
上述实验过程中所采用的仪器汇总见表2：
表2试验仪器表
实验结果
(1)超景深三维试验
分别对三种传统浆液配方上浆后的纱线和光固化上浆后的纱线在数码显微镜下拍照后如图1，测试结果如图1所示，(a)、(b)、(c)分别代表是6％的玉米氧化淀粉浆液、6％的丙烯浆液、玉米淀粉和固体丙烯按50：50调配成的6％的混合浆液进行单纱上浆后的纱线；(d)为光固化上浆后的纱线。
光固化上浆后，在纱线表面形成了平滑而完整的光固化膜。与使用淀粉浆液、丙烯浆液相比，光固化上浆的成膜性更好、毛羽更加贴伏、浆膜更加完整、浆纱的耐磨性和拉伸性能将会得到更大的改善，提高经纱的可织性。
(2)红外光谱分析
分别对原纱和光固化上浆后的纱线进行红外光谱实验后，获得红外光谱图如图2所示，其中(a)为原纱的红外光谱图，(b)为退浆后光固化纱线的红外光谱图。
从图2可以看出，退浆后的光固化纱线和原纱在吸收上的原状光谱是比较相似的，都分别在3500cm-1、2700cm-1、1000cm-1、500cm-1左右区域出现四个底峰；在3000cm-1、1500cm-1、1250cm-1、750cm-1区域出现了四个尖峰。
对光固化后的亚麻纱线进行退浆后，亚麻纱的结构和官能团和原纱相比基本无变化，碱处理后，亚麻纱线1700cm-1、1500cm-1、1300cm-1处的吸收峰减弱，这是因为表面碱处理后，亚麻纤维表面部分木质素、半纤维素、聚木糖等低分子杂志被去除；光固化退浆后的纱线各峰的面积变大，是因为光固化过程中高温造成了键的拉伸。说明使用5％的碱溶液对光固化后的亚麻纱线进行退浆完全可行，保证后整理退浆工作的进行。
(3)浆液和浆纱性能测试
上述(3)传统浆液和光固化上浆溶液粘度、粘附力试验；(4)上浆率测试试验；(5)纱线毛羽试验；(6)强伸性试验；(7)耐磨性试验的实验结果如下表3：其中，Ⅰ代表用6％玉米氧化淀粉浆液上浆后的纱线、Ⅱ代表用6％固体丙烯浆液上浆的纱线、Ⅲ代表用6％玉米氧化淀粉与丙烯50:50配比配置成的浆液上浆后的纱线、Ⅳ代表用光固化技术进行的上浆后的纱线、“-”表示数据无法获得。
表3浆液和浆纱性能
由表3可知，光固化溶液的粘度和粘附力相比于淀粉和丙烯浆液都较小，通过实验，随着温度的升高，光固化溶液的粘度变化较小，粘度稳定，但淀粉和丙烯浆液由于温度的升高，淀粉和丙烯大分子的活动性增加，粘度出现波动。因此，在进行光固化上浆时，无须控制浆液温度，可直接常温配置溶液，实现常温上浆。
亚麻纱具有很高的断裂强力，但断裂伸长率却很低，通过淀粉和丙烯上浆后，纱线的强力提高30-40％，但纱线的伸长变化较小，经过光固化上浆后，纱线断裂强力提高到50％以上，伸长率也提高约50％。
耐磨性的好坏直接决定织造效率，影响经纱的可织性。通过光固化上浆，增磨率也接近4倍，相比于淀粉和丙烯浆液，光固化上浆对耐磨性的提高更加显著。
通过光固化上浆后，纱线毛羽指数也大大降低，毛羽降低率达到72％，但与淀粉和丙烯浆液相比，毛羽降低率要差于传统上浆方法。
上浆率的好坏对于纱线的强力和耐磨性都有很大的影响，通过光固化上浆，测定计算上浆率达到10％左右，上浆率明显高于通过淀粉和丙烯浆料进行的上浆，降低浆料的使用，节省成本。
通过上述实验，光固化溶液在常温下就可以实现对亚麻纱线的上浆，且溶液的粘度稳定性较好，避免传统纱线上浆时要严格控制温度的麻烦；采用光固化上浆，纱线的断裂强力和断裂伸长都有很大的提高，解决了亚麻纱断裂伸长率小，织造困难的问题；纱线的耐磨性和毛羽降低率也有很大改善，提高了经纱的可织性；相对常规淀粉和丙烯浆液的高的上浆率，也更加符合现代上浆工艺的要求。
采用光固化上浆与使用淀粉和丙烯浆液进行传统上浆相比，浆纱的质量得到了明显的改善，光固化上浆省去以前的调浆操作，采用红外光照和紫外固化，纱线成膜速度快，生产效率高，而且光固化后的纱线使用5％的碱溶液就可直接退浆，生态环保，能源利用率高。
以上已对本发明创造的较佳实施例进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明创造精神的前提下还可作出种种的等同的变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (7)

1.一种光固化上浆溶液，其特征在于，由以下重量百分比的原料组分组成：
其中，所述预聚物为聚氨酯丙烯酸酯，所述光引发剂为Darocur1173，所述黏着剂为聚乙烯醇，所述助剂为甘油。
2.根据权利要求1所述的光固化上浆溶液，其特征在于：
其中，所述聚氨酯丙烯酸酯的重量百分比为25％，Darocur1173的重量百分比为4％，聚乙烯醇的重量百分比为6％，甘油的重量百分比为35％。
3.根据权利要求1所述的光固化上浆溶液，其特征在于：
其中，所述光固化上浆溶液在95℃条件下的黏度为150mPa.s。
4.采用权利要求1所述的光固化上浆溶液对纯亚麻纱线进行光固化上浆的方法，其特征在于，包括如下步骤：
A、配置光固化上浆溶液；
B、光固化上浆溶液预处理
固化前将光固化上浆溶液在红外光下干燥，红外灯的功率为40w，干燥时间为4～7min；
C、纱线上浆
将纯亚麻纱线缠绕在绕纱板上备用，常温下将干燥后制得的光固化上浆溶液涂在纯亚麻纱线上，来回涂抹至均匀，其中上浆速度为30～35m/min、压浆力为10～15kN；
D、固化
将涂抹均匀后的纱线在光化学反应仪上固化，反应灯的功率为1KW，与纱线的距离为5～6cm，固化时间为20～30s。
5.根据权利要求4所述的对纯亚麻纱线进行光固化上浆的方法，其特征在于，还包括：
纱线退浆步骤，将固化后纯亚麻纱线置于25g/L的NaOH溶液中，水浴温度为80℃，浴比为1:20，处理时间为30min。
6.根据权利要求4所述的对纯亚麻纱线进行光固化上浆的方法，其特征在于：
其中，步骤A中，光固化上浆溶液的配置方法如下：常温下将水分散性聚氨酯丙烯酸酯、Darocur1173、甘油加入蒸馏水中搅拌均匀。
7.根据权利要求4所述的对纯亚麻纱线进行光固化上浆的方法，其特征在于：
其中，所述纯亚麻纱线的纱支为14S。
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