紡織漿料的吸濕與放濕規律

武海良， 姚一軍， 沈艷琴

(西安工程大學 紡織與材料學院， 陜西 西安 710048)

紡織漿料的吸濕與放濕規律

武海良， 姚一軍， 沈艷琴

(西安工程大學 紡織與材料學院， 陜西 西安 710048)

通過研究紡織漿料的吸放濕規律，為織造車間相對濕度的設定提供理論參考。依據國標采用烘箱干燥法系統研究了淀粉類漿料、聚乙烯醇(PVA)類漿料及聚丙烯酸類漿料在不同相對濕度下的吸濕與放濕規律，從結構上分析了各類漿料吸放濕規律產生差異的原因。結果表明，在同一相對濕度下，聚丙烯酰胺的吸濕性最好，淀粉類漿料的吸濕性好于PVA漿料，聚丙烯酸酯的吸濕性最差，對濕度不敏感；淀粉類漿料和聚丙烯酰胺漿料放濕平衡回潮率高于其他漿料。相對濕度為56%時的吸濕平衡回潮率與放濕平衡回潮率的研究結果表明，紡織漿料均存在吸濕滯后性。

吸濕性； 吸濕速率； 放濕曲線； 回潮率

Abstract The moisture absorption and liberation regularities of textile sizes was studied to provide theoretical basis for setting up the relative humidity in weaving workshop. According to the national standards, the oven drying method was used to analyze the moisture absorption and liberation regularities of starch size, polyrinyl alcohol (PVA) and polyacrylic acid sizes.The differences of moisture absorption and liberation regularities among the sizes were also analyzed from their structures. The results show that for the moisture absorption performance at the same relative humidity, the polyacrylamide is the best, the starch is better than PVA, and polyacrylate is the worst. It means that polyacrylate is not sensitive to humidity. The liberation regularities of variety sizes show that starch size and polyacrylamide have higher moisture regains. The final moisture absorption regains and liberation regains of sizes under the relative humidity of 56% indicate that absorption hysteresis exists.Keywords moisture absorption property； moisture absorption rate； moisture liberation curve； moisture regain

漿紗回潮率直接影響漿紗和織造工藝[1]、漿紗質量[2]及漿紗工序的節能效果[3]。漿料的吸濕放濕性能對漿紗平衡回潮率起著關鍵作用[4-5]。常用的紡織漿料主要有聚乙烯醇(PVA)、聚丙烯酸類及淀粉類漿料。PVA分為完全醇解和部分醇解；聚丙烯酸類漿料分為聚丙烯酸鹽、聚丙烯酰胺及聚丙烯酸酯；淀粉類漿料分為原淀粉及變性淀粉，氧化淀粉是最常用的變性淀粉漿料。本文分別研究了PVA、聚丙烯酸類漿料及淀粉漿料在不同相對濕度下的吸放濕規律，研究結果對合理設定織造車間相對濕度具有重要意義。

1 實驗部分

1.1 實驗材料

聚乙烯醇：PVA1799、PVA1788。

聚丙烯酸類：多元聚合聚丙烯酸漿料、聚丙烯酸酯、聚丙烯酰胺。

淀粉類：原淀粉、氧化淀粉。

1.2 實驗方法

1.2.1 漿膜制備

利用質量分數為3%的漿液采用澆鑄法制備測試用漿膜[6]。待漿膜制備完成后，在烘箱和HWS-250型恒溫恒濕箱進行測試。

1.2.2 吸濕實驗

依據GB/T 9995—1997《紡織材料含水率和回潮率的測定》和GB/T 6529—2008《紡織品調濕和試驗用標準大氣》，采用烘箱干燥法測試試樣的吸濕性能[7]。試樣在80 ℃烘箱內烘燥至質量恒定，記錄試樣的初始質量。分別在相對濕度為78%、74%、70%、65%、60%，溫度為28 ℃進入吸濕過程，每隔15 min測試試樣質量，直至吸濕平衡，計算回潮率。

1.2.3 放濕實驗

試樣在相對濕度為78%、溫度為28 ℃的恒溫恒濕箱內吸濕至平衡，記錄初始質量，而后在相對濕度為56%、溫度為28 ℃進入放濕過程，當試樣達到放濕平衡后，計算回潮率。

2 結果與討論

2.1 漿料結構分析

淀粉是由α-D-葡萄糖通過甙鍵連接而成的高分子化合物，屬于多糖類物質，分子中含有許多羥基。氧化淀粉是原淀粉中部分伯羥基轉變為羧基，且分子質量降低。完全醇解的PVA只含極性基團羥基(—OH)，而部分醇解PVA分子中除含有羥基外還含有酯基。

本文實驗所用的多元聚合聚丙烯酸漿料的紅外光譜如圖1所示。由圖可見，多元聚合聚丙烯酸漿料在3 340 cm-1附近有O—H伸縮振動帶，在1 600～1 570 cm-1之間有不對稱伸縮振動帶，特征明顯，即存在羧基(—COOH)。

2.2 淀粉類漿料的吸濕規律

分別在5種相對濕度下測試漿料的吸濕性能，結果如圖4所示?？煽闯?，不同相對濕度下淀粉類漿料吸濕規律相似，淀粉的回潮率隨吸濕時間的延長最終達到平衡回潮率。在高相對濕度下(70%以上)，淀粉漿料1 h后達到吸濕平衡回潮率，在低相對濕度下(65%以下)，2 h達到吸濕平衡回潮率。這是因為高濕度下，淀粉漿料外部水分子的濃度高，內部分子濃度小，水自然有向漿料分子表面附著的趨勢[8-10]，這個趨勢隨內外濕度梯度的增大而增大，濕度高，吸濕速率快，達到平衡所用時間短。從圖4(a)可看出原淀粉漿料在相對濕度為65%～70%時吸濕曲線發生突躍，從4圖(b)中可看出氧化淀粉在相對濕度為60%～65%時就開始發生突躍，這是因為氧化淀粉破壞了淀粉分子原有的規整分子鏈結構，分子質量下降，導致結晶性變差，結晶度變低，使得淀粉分子內部無定形區增大，水分子進入淀粉漿料內部阻力變小[11-13]，進而使水分子滲入漿料內部所需的最低濕度變低，即較低濕度下就會發生吸濕曲線突躍。在高相對濕度下，淀粉類漿料吸濕性差異不大，低濕度下吸濕性有顯著差異，尤其是相對濕度在60%～65%之間。

2.3 PVA類漿料的吸濕規律

PVA漿料的吸濕規律如圖5所示。圖5(a)為完全醇解的PVA吸濕規律，圖5(b)為部分醇解的PVA的吸濕規律?？煽闯?，不同相對濕度下PVA吸濕曲線相似，回潮率隨吸濕時間的延長最終達到平衡回潮率。PVA1799吸濕平衡回潮率高于PVA1788，這是因為在聚合度相同的情況下，PVA1799的醇解度高[14]，結構中有大量羥基，表現為吸濕性好；PVA1788結構中含有未醇解的酯基，親水基團少于完全醇解的PVA，表現為吸濕平衡回潮率低。從圖5(a)可看出，當相對濕度達到74%以上，PVA吸濕性顯著提高，這是因為相對濕度高于74%時水的驅動力才能破壞無定形區，導致吸濕回潮率顯著上升。當相對濕度為70%和74%時，PVA1799吸濕曲線幾乎重合，這是因為相對濕度74%以下時，PVA1799分子結構的結晶區束縛了無定形區，導致水分子無法拓展內部空間而繼續吸濕。由圖5(b)可以看出，PVA1788吸濕平衡回潮率在相對濕度為74%和78%時基本一致，這是因為PVA1788醇解度低，結晶區破壞，當相對濕度達到74%時親水基團和無定形區已經全部發揮作用，高相對濕度也無助于提高其吸濕回潮率。

2.4 聚丙烯酸類漿料的吸濕規律

圖6示出多元聚合聚丙烯酸漿料、聚丙烯酸酯漿料和聚丙烯酰胺漿料的吸濕規律?？煽闯?，聚丙烯酸類漿料吸濕曲線相似，呈先上升再平衡的特點。在初始階段，吸濕速率都較快，隨相對濕度的增大，吸濕回潮率也增大。由圖6(a)可看出，任何濕度下，多元聚合聚丙烯酸漿料都能很快達到平衡，且高于圖6(b)中相應吸濕平衡回潮率，這是因為聚丙烯酸中含有較多的親水基團羧基(—COOH)，而聚丙烯酸酯中親水性基團少或無親水基團。由圖6(b)可看出相對濕度60%以上時，聚丙烯酸酯漿料吸濕性出現突躍的過程，這是因為相對濕度60%時，水分子足以破壞無定形區使其繼續吸濕。圖6(b)中相對濕度74%時，先是親水基團直接吸水，而后無定形區決定其吸濕，水分子的進入使分子間作用力減弱，拓展無定形區空間，束縛的親水基團又發揮作用，同時在相對濕度78%時聚丙烯酸酯漿料吸濕平衡回潮率與相對濕度74%一致，這是因為相對濕度74%時，親水基團和無定形區的作用已全部發揮出來。由圖6(c)看出，相對濕度65%以下，聚丙烯酰胺漿料吸濕達到平衡時間明顯延長，幾乎接近3 h，但吸濕平衡回潮率依然不低于其他漿料，這是因為酰胺鍵極性強，玻璃化溫度高，低濕度下鏈段運動受阻[15]，但隨著時間延長水分還會降低，促使聚丙烯漿料繼續吸濕。

2.5 各種漿料吸濕平衡回潮率比較

淀粉類、聚丙烯酸類及PVA類漿料吸濕平衡回潮率的規律比較如圖7所示?？煽闯?，聚丙烯酰胺吸濕性最好，這是因為酰胺類漿料分子中含有大量的吸濕性很強的親水基團酰胺基(—CONH2)，與水分子親和力大，即直接吸水。相對濕度70%以下，淀粉類漿料吸濕性好于聚丙烯酸，相對濕度70%以上，聚丙烯酸漿料吸濕能力又高于淀粉類漿料，這是因為聚丙烯酸漿料本身屬于無規共聚，在相對濕度70%以下，分子間作用力牽制了羧基(—COOH)的內旋轉，保持了較高的內旋轉勢壘，而濕度高于70%時，內旋轉會自發地轉動，羥基直接與空氣接觸，增強了聚丙烯酸漿料的吸濕能力。從實驗結果還可看出，較低濕度下(相對濕度68%以下)，氧化淀粉吸濕平衡回潮率高于原淀粉，這是因為氧化淀粉聚合度降低，不易結晶，同時原淀粉中親水性基團羥基(—OH)被氧化成各種基團，破壞了大分子鏈之間規整的結構，導致較低濕度下有更多吸水性基團露出，吸濕速率變快；超過相對濕度68%時，原淀粉外部驅動力足夠大，使得原淀粉結晶區開始被拆散，也可以釋放出更多的親水基團，故吸濕回潮率又高于氧化淀粉。PVA1799、PVA1788吸濕性不及淀粉類漿料，是因為淀粉分子中有更多的親水性基團羥基(—OH)。聚丙烯酸酯吸濕性最差，即使相對濕度非常高，回潮率都保持在3.5%左右，說明聚丙烯酸酯類漿料對濕度不敏感，這個結果對研究低濕度下的漿紗工藝具有重要意義。

2.6 各種漿料的放濕規律

淀粉類、聚丙烯酸類及PVA類漿料的放濕規律如圖8所示?？煽闯?，各類漿料的放濕曲線基本相似，呈前快后慢的特點。淀粉類漿料和聚丙烯酰胺漿料保濕性能好于其他漿料，聚丙烯酸漿料放濕平衡回潮率高于PVA類漿料放濕回潮率，聚丙烯酸酯漿料回潮率無明顯變化，且放濕平衡回潮率最低，這與不同漿料分子中所含的親水性基團、分子鏈結構及結晶度有關。漿料的放濕規律對織造車間相對濕度的設定有重要參考價值。

2.7 淀粉漿料及PVA的吸濕滯后性

圖9示出在相對濕度56%下，原淀粉漿料、PVA1799吸濕平衡回潮率和放濕平衡回潮率對比?？煽闯?，同一濕度下，漿料的放濕平衡回潮率高于吸濕平衡回潮率，二者之間存在著吸濕滯后性差異。如果漿紗在織造車間處于放濕狀態，漿紗的平衡回潮率高于吸濕平衡回潮率，但漿紗回潮率過大，分絞困難，所以漿紗在織造車間通常是處于吸濕狀態，漿料的吸濕滯后性是織造車間相對濕度設置高的原因。

3 結 論

1)各種漿料吸濕曲線相似，放濕曲線也相似，吸放濕速率都為先快后慢的狀態。

2)相對濕度較高時，淀粉類漿料吸濕性差異不大，濕度較低時吸濕性有顯著差異，尤其是相對濕度為60%和65%。相對濕度68%以下，氧化淀粉吸濕性好于原淀粉，相對濕度超過68%，原淀粉吸濕平衡回潮率又大于氧化淀粉，相對濕度78%時，二者吸濕平衡回潮率一致。

3)任何相對濕度下，醇解度高的PVA1799吸濕平衡回潮率都高于PVA1788。

4)聚丙烯酸類漿料中，聚丙烯酰胺吸濕性最好，含有親水性基團的聚丙烯酸漿料次之，聚丙烯酸酯吸濕性最差，對濕度不敏感。

5)淀粉類漿料和聚丙烯酰胺漿料保濕性能好于其他漿料。

6)同一濕度下，漿料的放濕平衡回潮率高于吸濕平衡回潮率，紡織漿料存在吸濕滯后性。

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Moisture absorption and liberation regularities of textile sizes

WU Hailiang， YAO Yijun， SHEN Yanqin

(SchoolofTextileandMaterials,Xi′anPolytechnicUniversity,Xi′an,Shaanxi710048,China)

10.13475/j.fzxb.20150304906

2015-03-25

2015-12-09

陜西省科學技術研究與發展計劃項目(2015GY161)；2014年紡織之光應用基礎研究項目(J201407)

武海良(1962—)，男，教授。主要從事新型紡織漿料及漿紗工藝研究。E-mail:whl@xpu.edu.cn。

TS 103.846

A