一种环保型组合浆料的生产方法.pdf

本发明公开了一种环保型浆料的生产方法，其中将经过干燥后的颗粒淀粉置于柜式非平衡等离子体处理器中，通入非聚合性气体，调节处理器内压力；开启开关预热，对处理器中放置的电极施加电压，进行淀粉原位改性；得到的改性淀粉与变性淀粉组合配置组合浆料，用于重磅牛仔纱的上浆。本发明采用非平衡等离子体技术对淀粉进行原位改性的方法能耗低、处理时间短；改性淀粉组合浆料配方中不含有化学浆料，调浆过程省时简便，浆纱成本较低；且浆料废弃后在环境中的能够完全降解，不会对环境造成危害。

权利要求书一种环保型组合浆料的生产方法，其包括如下步骤：
1）将经过干燥后的颗粒淀粉置于柜式非平衡等离子体处理器中，用真空泵抽取所述柜式非平衡等离子体处理器中的气体，使所述柜式非平衡等离子体处理器中的压力小于或等于10 Pa；通入非聚合性气体，调节所述柜式非平衡等离子体处理器中压力为20～40 Pa；对处理器中放置的电极施加电压，调节施加电压放电频率为38 MHz，放电功率到500～800 W，气体流量保持750～1000 mL/min，处理时间为5～600 s，进行淀粉改性；
2）将经过非平衡等离子体改性的淀粉与变性淀粉之间按照20: 80～80：20范围的比例进行复配，加入1‑5 %柔软剂，可以配置适合不同牛仔纱上浆要求的组合浆料。
根据权利要求1所述的环保型组合浆料的生产方法，其特征在于：所用的淀粉包括玉米淀粉、马铃薯淀粉、小麦淀粉、木薯淀粉中的任意一种。
根据权利要求1所述的环保型组合浆料的生产方法，其特征在于：所用的非聚合性气体有空气、He、Ar、N2、O2、CO2、NH3等气体以及它们的混合气体。
根据权利要求1所述的环保型组合浆料的生产方法，其特征在于：所用的变性淀粉为酸解淀粉、氧化淀粉中的一种。

说明书一种环保型组合浆料的生产方法
技术领域
本发明涉及一种纺织领域中的浆料的生产方法，尤其是涉及一种环保型组合浆料的生产方法。
背景技术
牛仔布为纯棉粗号高密织物，布面要求平整、纹路清晰，为达到这种效果，织造时要采用大张力、强打纬工艺，并多在速度快、张力大的剑杆织机上织造。同时多数牛仔布在织造前经纱预先染色，这一过程对纱线的损伤不小。牛仔布织造所用经纱上浆是牛仔布生产的关键工序之一。通过上浆使经纱表面被覆一层光滑、耐磨、柔韧具有一定强度的浆膜，同时使部分浆料渗入纱线的内部，增加纤维间的粘附力，提高纱线的抗拉强度、摩擦强度和贴伏毛羽，进而达到降低织造断头率、提高生产效率、改善产品质量的目的。
经纱上浆所用的浆料是纺织生产过程中不可缺少的专用高分子材料，这些高分子材料有一定的粘着力、适当的粘度和粘度稳定性、易于退浆等特点。目前，纺织行业经纱上浆浆料可分为变性淀粉类、聚乙烯醇(PVA)和丙烯酸类等。变性淀粉类在三大浆料中用量最多，在国际市场上淀粉浆料约占浆料总量的74%，其中美国全部采用变性淀粉浆料；PVA和丙烯酸浆料分别占11%和12%，其他浆料3%。PVA由于侧基单一，结构整齐，内聚力大，浆料在干燥成膜时易结晶定型，浆纱干燥后分绞时膜易被撕裂，造成二次毛羽过大，不易织造；并且PVA浆料溶解性差，退浆困难，退浆液中的PVA不易生物降解，严重污染环境。传统上的丙烯酸浆料在经纱上形成的膜过硬，且由于浆料吸湿性过强易发生再粘性，使纱线分绞困难，只能作为浆料助剂使用。
淀粉用于经纱上浆历史悠久，原淀粉对亲水性的天然纤维有较好的粘附性，具有一定的成膜能力，基本上能满足天然纤维的上浆要求，但其上浆性能仍不能令人十分满意，常需要添加各种辅助浆料加以弥补或进行变性处理。原淀粉浆料对合成纤维的粘附力差，因此多采用变性淀粉和接枝淀粉。牛仔纱的上浆以被覆为主，浆料配方以变性淀粉为主，辅以化学PVA浆和丙烯酸类浆。纺织厂在调浆时一般都采用多种浆料混合调浆的方法，调浆程序复杂，给操作带来困难，还有人为的因素造成的浆液质量波动，不利于浆纱的质量稳定。配方中的化学浆料价格昂贵，造成生产成本增加。
发明内容
本发明的目的是克服牛仔纱上浆采用淀粉为主体浆料及变性淀粉在变性过程中存在的缺点，提供一种适合牛仔纱上浆的环保型组合淀粉浆料的生产方法，该生产方法采用非平衡等离子体的物理改性方法对淀粉进行原位改性，并与适当的变性淀粉及助剂复配形成组合浆料。
本发明提供了一种环保型组合浆料的生产方法，其包括如下步骤：
1）将经过干燥后的颗粒淀粉置于柜式非平衡等离子体处理器中，用真空泵抽取所述柜式非平衡等离子体处理器中的气体，使所述柜式非平衡等离子体处理器中的压力小于或等于10 Pa；通入非聚合性气体，调节所述柜式非平衡等离子体处理器中压力为20～40 Pa；对处理器中放置的电极施加电压，调节施加电压放电频率为38 MHz，放电功率到500～800 W，气体流量保持750～1000 mL/min，处理时间为5～600 s，进行淀粉改性；
2）将经过非平衡等离子体改性的淀粉与变性淀粉之间按照20: 80～80：20范围的比例进行复配，加入1‑5 %柔软剂，可以配置适合不同牛仔纱上浆要求的组合浆料。
其中，所用的淀粉包括玉米淀粉、马铃薯淀粉、小麦淀粉、木薯淀粉中的任意一种。
其中，所用的非聚合性气体有空气、He、Ar、N2、O2、CO2、NH3等气体以及它们的混合气体。
其中，所用的变性淀粉为酸解淀粉、氧化淀粉中的一种。
通过本发明的生产方法所制造出来的浆料在上浆过程无需其他助剂，操作方便，可以基本消除牛仔布后处理浆料对环境造成的污染。在浆料的制造过程中，非平衡等离子体可以直接作用于淀粉粉体，改变传统变性淀粉生产过程中需要在溶液中进行，改性后淀粉需要干燥处理而造成的能量浪费；且非平衡等离子体技术具有低能耗、污染小，处理时间短，效果明显的特点。
具体实施方式
本发明是为解决牛仔纱上浆浆料中含有化学浆料，成本较高，且浆料应用时调配复杂，因此，提出采用新技术改性淀粉与变性淀粉形成的组合浆料，用于牛仔纱的上浆。
所谓的新技术改性淀粉是利用非平衡等离子体技术对原淀粉颗粒进行原位改性，随后与变性淀粉混合形成组合浆料。非平衡等离子体技术激发气体形成等离子体，其中含有各种中性分子流和离子流，中性分子流通过连续不断地轰击淀粉颗粒表面，对颗粒进行刻蚀，使淀粉颗粒外表面变得粗糙，相互间作用力增大，在牛仔纱表面形成浆膜时具有较高粘附力。此外，高反应活性的中性离子流很容易被吸附到较低温度的基材表面上，将能量传递给淀粉大分子使之活化，活化的淀粉大分子更易于参与后续的改性反应。另一方面，等离子体中离子流中不仅有高密度的电子(1010‑1012 个/cm3)，而且电子气温度比普通气体分子温度高出10‑100倍，这种高密度、高能与局部高温的电子流使进入反应器中的任何分子活化，形成活性自由基，活性自由基等离子体具有较高能量，使进入体系的淀粉大分子中的化学键键能较低且空间位阻较小的烷基等基团会受到激发、离化，在大分子表面产生自由基（主要发生在淀粉葡萄糖环的C5位），自由基进一步反应可以在淀粉颗粒表面引入亲水性的‑OH，‑COOH或‑C=O等，使淀粉分子间作用力增强，进而增强淀粉浆料粘附力，且与传统酸解淀粉等变性淀粉有良好的相容性；活性自由基与淀粉大分子反应生成的淀粉大分子自由基片段之间能够产生交联反应，这种交联反应能够提高淀粉浆料干燥后的浆膜的韧性，改进传统单一变性淀粉浆料膜较脆的弱点。淀粉颗粒改性反应过程如下面的反应式1‑6所示：

其中，（HEP）*为高能粒子，R，R’，R’’为大分子片段。
由反应式1‑6，可以看出改性淀粉是一种简单的、同时进行的多重淀粉改性方式，同时包括引入羧基等的基团改性（反应式5）和交联（反应式6）两种过程，这两种过程能够充分发挥各种每一种变性方式的优势,得到高性能的淀粉浆料，这种多重改性淀粉是目前淀粉浆料的发展趋势。
本发明的浆料的生产主要包括两步，第一步是利用非平衡等离子体技术改性原淀粉；第二步是利用第一步得到的改性淀粉与变性淀粉组合配置组合浆料，用于重磅牛仔纱的上浆。
对于第一步来说，所述的非平衡等离子体技术改性原淀粉是将经过干燥后的颗粒淀粉置于绝缘容器中，然后将容器放入柜式处理器中，用真空泵对所述处理器进行抽取真空，抽取处理器重的气体，使处理器中的压力小于或等于10 Pa；通入非聚合性气体，调节压力为20～40 Pa；开启开关预热，对处理器中放置的电极施加电压，调节施加电压放电频率为38 MHz，放电功率到500～800 W，气体流量保持750～1000 mL/min，处理时间为5～600s，进行淀粉改性。
上述处理的工艺条件对处理效果影响显著，处理器中真空度过低时，电子的平均自由程很小，电子在一个碰撞周期内从外部电场获得的能量较低，能够激发气体电离的高能电子数量较少，导致等离子体中活性粒子的数量减少，作用于淀粉颗粒的能量过低，对淀粉颗粒的改性效果较差；若真空度过高，处理器内的气体稀薄，气体分子数量较少，即使激发后生成的活性离子的数量也很少，难以满足淀粉颗粒改性的要求。因此需要保持适中的真空度，使激发的等离子体体系中气体密度保持相对较低水平，活性粒子因碰撞失活的几率大大减少，自由程明显增大，从而可有效抵达淀粉颗粒表面，完成颗粒的改性。体系的放电功率影响淀粉改性处理时间，如果放电功率过低则要求处理时间延长，可能会导致淀粉分子链中的糖甙键的降解过度，淀粉浆料的粘度会显著降低，影响淀粉应用；如果放电功率过高，放电不稳定，且对淀粉颗粒的处理时间过短，改性后淀粉的时效性就会明显增强，因此需要控制放电功率与处理时间保持适当范围，使等离子体能够有效作用与淀粉颗粒表面，引起表面化学改性，并有足够时间完成表面高能接团向淀粉颗粒内部反转，达到反转平衡，降低等离子体处理的时效性，满足淀粉改性在工业应用中的要求。
上述非聚合性气体包括空气、He、Ar、N2、O2、CO2、NH3等气体以及它们的混合气体。这些气体可以在电能作用下激发形成等离子体，但在等离子体状态下不能够自身聚合，只能与淀粉大分子中的基团间发生反应。
上述的淀粉包括玉米淀粉、马铃薯淀粉、小麦淀粉、木薯淀粉等，实验表明淀粉中的支链淀粉含量越高，淀粉浆料形成的干膜粘附力、韧性和渗透力越强。而淀粉中蛋白质含量较高时，浆料的粘着力、浆膜强度、浆膜耐磨性均有下降。因此，本发明中优选为支链淀粉含量较高、淀粉中蛋白质含量较低的薯类淀粉，如木薯淀粉中支链淀粉含量高达83 %，蛋白质含量仅有0.1 %。
第二步是含有改性淀粉的组合浆料的配置。将非平衡等离子体改性淀粉与变性淀粉及柔软剂按照一定比例混合，可以配置适合不同牛仔纱上浆要求的浆料。将非平衡等离子体改性淀粉与变性淀粉之间按照20：80～80：20范围的比例进行复配，也就是说，离子体改性淀粉与变性淀粉的比例由20:80，变化到离子体改性淀粉与变性淀粉的比例为80:20，然后，再加入浆料总重量1%‑5 %的柔软剂。使用时将组合浆料加入冷水中，浸润10‑20 min，然后升温至煮沸，保温30 min，定浓使形成含固量为6‑15 %的溶液，打入浆料槽中使用即可。
上述配方中仅含有变性淀粉和新技术改性淀粉及少量的柔软剂，不含有传统的化学合成的PVA和丙烯酸酯浆料，是一种变性与改性淀粉进行共混组成共混物，属于一种组合浆料。在组合浆料的组分配伍问题非常重要, 这并不是任何淀粉组分都能被混合在一起并获得理想使用效果的。本发明第一步淀粉改性过程生成的改性淀粉中含有亲水性的‑OH，‑COOH或‑C=O等，与酸解或氧化变性淀粉分子中的‑COOH具有相似的基团，因此两者之间有良好的相容性能。
上述配方中所用的变性淀粉主要采用酸解淀粉和氧化淀粉，如锦湖变性淀粉、 淄博宏通变性淀粉、佛山振东变性淀粉等。
上述所用的柔软剂包括氧化聚乙烯蜡、油膏、氢化牛油等常规浆料柔软平滑剂。
本发明生产的组合浆料与传统浆料相比，有很多优点和良好效果：
1）本发明采用非平衡等离子体技术对淀粉进行原位改性，该方法能耗低、处理时间短，不添加额外的化学试剂，因此生产过程是环保过程。
2）改性淀粉中含有较多的羧基等含氧基团，对棉纤维有更好的亲和力。改性淀粉导致淀粉颗粒的部分交联反应能够增强浆料膜的强度与韧性。
3）组合配方中不含有化学浆料，成本较低。
4）改性淀粉与变性淀粉中均含有羧基，羧基的存在对淀粉浆料在废弃后在环境中的降解过程有良好的促进作用，因此本发明生产的浆料是一种环保型浆料。
以下是工厂在7S×16 S重磅靛蓝牛仔纱上浆的应用效果，可以看出发明产品的应用优势。原配方中含有淀粉、DDF淀粉高效催化剂、牛油等。新配方中只含有本发明的淀粉组合浆料，浆料中改性淀粉与变性淀粉的比例为60：40。表1是两种配方的在牛仔纱上的应用效果对比，从表中可以看出新配方浆料的操作工艺简单，浆液粘度稳定性好。组合淀粉浆膜性能好， 经纱上浆后，表面富有光泽，且不易产生落棉，车间环境干净、清洁。由于浆膜耐磨，使得断经减少，织机效率提高。
表1 两种配方的在牛仔纱上的应用效果对比

下面结合两个配方实例对本发明进行具体说明。
实施例1
马铃薯粉放入干燥箱中80 ℃是将干燥24 h，经过干燥后的淀粉置于处理绝缘容器中，淀粉层厚度约20 mm。将容器放入处理器中，用真空泵将抽取处理器，使处理器中的压力约等于5 Pa。通入非聚合性气体He和O2（摩尔比为6：1），至处理器内压力为25 Pa；开启开关预热，对处理器中放置的电极施加电压，进行淀粉改性。调节施加电压放电频率为38.0 MHz，放电功率到800 W，气体流量保持750 mL/min，处理时间为90 s。关闭开关，缓慢卸压至常压，取出淀粉即为非平衡等离子体改性淀粉。
改性淀粉的组合浆料的配置。将上述非平衡等离子体改性淀粉45份（重量，以下提到“份”均指重量比）、酸解淀粉55份、牛油1份的比例放入混合研磨机中进行复配，得到固体粉末即为本发明的改性淀粉组合浆料。用于牛仔纱的经纱上浆时，仅需要将组合浆料加入冷水中，浸润10 min升温至煮沸，保温30 min即可用于10S×16 S重磅牛仔纱的上浆。
实施例2
蜡质玉米粉放入干燥箱中70 ℃是将干燥24 h，经过干燥后的淀粉置于处理绝缘容器中，淀粉层厚度约20 mm。将容器放入处理器中，用真空泵将抽取处理器，使处理器中的压力约等于4 Pa。通入非聚合性气体He和空气（摩尔比为3：1），至处理器内压力为30 Pa；开启开关预热，对处理器中放置的电极施加电压，进行淀粉改性。调节施加电压放电频率为38.0 MHz，放电功率到800 W，气体流量保持900 mL/min，处理时间为120 s。关闭开关，缓慢卸压至常压，取出淀粉即为非平衡等离子体改性淀粉。
改性淀粉的组合浆料的配置。将上述非平衡等离子体改性淀粉32份、酸解淀粉68份、牛油3份的比例放入混合研磨机中进行复配，得到固体粉末即为本发明的改性淀粉组合浆料。用于牛仔纱的经纱上浆时，仅需要将组合浆料加入冷水中，浸润10 min升温至煮沸，保温30 min即可用于16S×21 S牛仔纱的上浆。
实施例3
木薯粉放入干燥箱中80 ℃是将干燥24 h，经过干燥后的淀粉置于处理绝缘容器中，淀粉层厚度约15 mm。将容器放入处理器中，用真空泵将抽取处理器，使处理器中的压力约等于4 Pa。通入非聚合性气体He和O2（摩尔比为8：1），至处理器内压力为30 Pa；开启开关预热，对处理器中放置的电极施加电压，进行淀粉改性。调节施加电压放电频率为38.0 MHz，放电功率到700W，气体流量保持600 mL/min，处理时间为120 s。关闭开关，缓慢卸压至常压，取出淀粉即为非平衡等离子体改性淀粉。
改性淀粉的组合浆料的配置。将上述非平衡等离子体改性淀粉50份、氧化淀粉50份、牛油1份的比例放入混合研磨机中进行复配，得到固体粉末即为本发明的改性淀粉组合浆料。用于牛仔纱的经纱上浆时，仅需要将组合浆料加入冷水中，浸润10 min升温至煮沸，保温20 min即可用于16S×21 S牛仔纱的上浆。
虽然本发明是参考其实施例示出和描述的，但本领域的普通技术人员应该理解，在不脱离附属的权利要求书所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以进行形式和细节的各种改变。