TEACHP-S/PVA 共混物上浆性能的研究
雷 岩 祝志峰*
(江 南 大 学 纺 织 服 装 学 院 生 态 纺 织 教 育 部 重 点 实 验 室 ，无 锡 214122)
摘 要 以 3-氯 -2-羟 丙 基 三 乙 基 氯 化 铵 为 阳 离 子 醚 化 剂 合 成 氯 化 三 乙 基 铵 羟 丙 基 淀 粉 (TEACHP-S)，研 究 聚 乙 烯 醇(PVA)的共混比例对共混物浆液黏度、粘合强度及共混膜力学性能的影响，评价这种共混物的上浆性能。实验结果表 明:随着 PVA 共混比的增加，浆液黏度降低，共混膜断裂伸长和断裂功显著增加，断裂强度减小，韧性增大，对涤纶纤维的 粘合强度明显提高。
阳离子淀粉是利用叔胺或季胺阳离子试剂与淀粉发生醚
化反应而制备的一类淀粉衍生物[1]。目前，工业上应用最多 的是季铵阳离子淀粉，这是因为它可在较宽的 pH 范围内显 正电性[2]。这类阳离子淀粉的糊化温度低、黏度稳定性好、易 于分散，具有诸多原淀粉所不具备的特质，因而具有极高的开 发 和 应 用 价 值 [3 ] 。
为增加季铵阳离子淀粉浆料新品种，研究开发了氯化三 乙 基 铵 羟 丙 基 淀 粉 (TEACHP-S)，这 种 阳 离 子 淀 粉 是 通 过 在 淀粉分子链中引入2-羟丙基三乙基氯化铵原子团而得。利用 这种原子团带正电荷的特性，能够改善浆液对带负电荷纤维 类材质的润湿与铺展性，增强淀粉胶层与纤维界面上的静电 吸引力，提高对纤维的粘合强度[4]，为今后其在造纸表面施 胶、纺织上浆及纸张粘合等领域中的选择和使用奠定基础。 然而，由于淀粉薄膜脆硬[5]，不能对纤维集合体起到保护作 用，从而限制了其在以薄膜为使用特征领域中的应用。因此， 为了改善淀粉薄膜脆硬的缺陷，增大韧性，采用 TEACHP-S 与聚乙烯醇(PVA)共混的方式来消除 TEACHP-S在使用性 能上的不足，以期两者能够相互取长补短，获得更为良好的上 浆效果。
1 实验部分 1.1 原 料 与 试 剂
玉 米 淀 粉 (工 业 品 ，黏 度 为 53mPa·s)，宜 兴 国 营 淀 粉 厂 ，使 用 前 先 分 别 对 其 进 行 精 制 [6 ] 和 降 黏 处 理 [7 ] 。 P V A -0 5 8 8 ( 工 业品)，四川维尼龙厂;三乙胺、环氧氯丙烷、氢氧化钠、无水硫 酸钠、盐酸、硫酸、甲醇等均为分析纯试剂，国药集团化学试剂 有限公司。
纯 棉 粗 纱 (线 密 度 460tex ，捻 系 数 112 ，纤 维 规 格 29 m m × 1.72dtex)，无 锡 国 棉 一 厂 。 涤 纶 粗 纱 (线 密 度 396tex，捻 系 数 49.8，纤 维 规 格 38mm×1.73dtex)，江 苏 仪 征 化 纤 厂 。 1.2 实 验 步 骤
1 .2 .1 T E A C H P -S 醚 化 剂 的 制 备 [8 ] 将101g三乙胺加入到带有搅拌和回流装置的四颈瓶中，
在搅拌下缓慢滴加96mL的浓 HCl(约1h左右加完)，并以水 浴将反应体系的温度维持在30°C。然后缓慢滴加计量的环氧 氯丙烷，在40°C的水浴中剧烈搅拌4h。反应结束后，用旋转 蒸发仪蒸馏浓缩产物，再用乙醚萃取5次，以除去残留的环氧 氯丙烷和三乙胺等试剂，即可得到 TEACHP-S醚化剂。
1 .2 .2 T E A C H P -S 的 制 备
将 干 重 为 180g 的 精 制 酸 解 玉 米 淀 粉 搅 拌 分 散 于 含 有 18g
NaSO4 的蒸馏水中，配制成质量浓度为40%的淀粉乳悬浮液。 移入带有搅拌器、温度计和滴液漏斗的三口烧瓶中，以稀 NaOH 溶 液 将 反 应 体 系 的 pH 值 调 节 至 11~12，搅 拌 下 通 过 水浴加热使反应体系升温到50°C，然后边搅拌边加入阳离子 醚 化 剂 和 NaOH 的 混 合 液 ，10min 后 再 加 入 10mL 含 有 1.5g CaO 的 水 溶 液 ，反 应 6h 后 用 稀 HCl将 产 物 的 pH 中 和 至 7，产 物 过 滤 后 用 乙 醇/水 混 合 溶 液 反 复 洗 涤 、干 燥 、研 碎 并 过 100目分样筛。
1.3 表征
1 .3 .1 T E A C H P -S 取 代 度 的 测 定 TEACHP-S的取代度(DS)[9]。
DS = 162(N - N0 ) (1) 14 × 100 - 193 .5 (N - N 0 )
式 中 ，N (% )、N0 (% )分 别 为 TEACHP-S 和 酸 解 淀 粉 的 含 氮 量 (wt，质 量 分 数 ，下 同 );162、14、193.5 分 别 表 示 淀 粉 葡 萄糖单元、氮原子以及取代基团季铵基的相对分子量。
红 外 分 析 采 用 溴 化 钾 压 片 法 在 红 外 仪 (Nicolet Nexus 470 型 )上 测 定 ，扫 描 范 围 为 500~4000cm-1 。
1.4 性 能 测 试
浆 液 黏 度 测 试 :采 用 旋 转 式 黏 度 计 (NDJ-79 型 )测 定 浆 液
的 表 观 黏 度 ，测 试 方 法 见 文 献 [10]。
薄 膜 性 能 测 试 : 按 文 献 [1 1 ] 的 方 法 制 备 共 混 膜 ， 然 后 在 标 准
条 件 (2 0 °C 、 相 对 湿 度 6 5 % ) 下 平 衡 2 4 h ， 将 薄 膜 裁 成 2 2 0 m m × 10mm 的 条 状 试 样 ，在 万 能 材 料 强 力 机 (Zwick)上 测 试 共 混 膜
的断裂强力、断裂伸长和断裂功，样本容量为20。 粘合强度测试:将 PVA 按照一定的共混比(PVA 对共混 物 的 质 量 百 分 比 )与 TEACHP-S 调 成 质 量 分 数 为 1% 的 混 合 液，然后在不断搅拌的条件下水域升温到95°C，并在此温度下 将 浆 液 保 温 1h。 采 用 轻 浆 粗 纱 法 制 备 粗 纱 条 并 按 文 献 [12]的
方法测试粘合强度。
2 结果与讨论
2 .1 T E A C H P -S 红 外 光 谱 分 析
TEACHP-S 的 红 外 光 谱 图 如 图 1 所 示 ，可 见 ，TEACHP-S
除保留有原淀粉的特征吸收峰外，其在1483cm-1处还出现了 C—N 键的伸缩振动吸收峰，由此可以证明淀粉分子链上阳离
子基团的存在。
2.2 共 混 对 浆 液 黏 度 的 影 响
PVA 共混比对共混物浆液黏度的影响见图2，显然，随着PVA 组 分 的 增 加 ，浆 液 的 黏 度 显 著 降 低 。 这 是 因 为 TEACHP-S的浆液黏度为280mPa·s，而 PVA 浆液的黏度仅有3mPa·s，两者混合后势必会使浆液的黏度降低，并且共混物中PVA所占的比例越高，黏度下降的幅度也就越大。
2.3 共混对薄膜拉伸力学性能的影响
表1反映了 PVA 共混比对薄膜拉伸力学性能的影响。 可 见 ，PVA 共 混 比 对 薄 膜 的 力 学 性 能 具 有 显 著 的 影 响 。 随 着 共 混 物 中 P V A 含 量 的 增 加 ，共 混 膜 的 断 裂 伸 长 和 断 裂 功 急 剧 增 大 ，而 断 裂 强 度 缓 慢 降 低 。 产 生 这 种 变 化 的 原 因 在 于
T E A C H P -S 和 P V A 分 子 中 都 含 有 大 量 的 羟 基 ， 当 两 者 混 合 成浆时，TEACHP-S分子上的羟基能与 PVA 分子上的羟基 形成氢键，削弱了 TEACHP-S分子间的氢键缔合[13]，从而提 高 TEACHP-S薄膜的韧性。此外，PVA 本身就具有良好的 成膜性及韧性[14]，因此共混物薄膜的韧性必然随着 PVA 组 分的增多而显著提高。
一般而言，在纺织经纱上浆和造纸表面施胶等以薄膜为 应用形态的领域中，薄膜的断裂伸长远比其强度重要得多。 因此，共混膜的断裂强度虽然随 PVA 共混比的增加有所降 低，但薄膜断裂伸长的增幅更大，因而断裂功大幅度提高，这 有助于缓解 TEACHP-S薄膜脆硬的缺陷，提高薄膜的韧性。 典型的 TEACHP-S/PVA 共混膜应力-应变曲线如图3所示(a、
b 、c 、d 、e 和 f 曲 线 分 别 对 应 着 P V A 的 共 混 比 为 0 、2 0 % 、4 0 % 、 60% 、80% 和 100% )。 可 见 共 混 能 够 显 著 改 善 TEACHP-S 薄膜的韧性。
2.4 共 混 对 纤 维 粘 合 强 度 的 影 响
PVA共混比对纤维粘合强度的影响如表2所示。可知，
共混物中随着 PVA 含量的增加，浆液对棉纤维的粘合强度显 著降低，而对涤纶纤维的粘合强度却显著增大。这是因为棉 纤维的分子结构与淀粉相似，根据“相似相容原理”可以推知，
图2 PVA共混比对共混物浆液黏度影响 混合液中淀粉含量越多，对棉纤维的粘合强度越大。另外， PVA 共混比对共混物浆液黏度的影响见图2，显然，随着 TEACHP-S中引入了带有正电荷的原子团，可与带负电荷的
PVA 组 分 的 增 加 ，浆 液 的 黏 度 显 著 降 低 。 这 是 因 为 TEACHP-S 纤 维 形 成 双 电 层 ，增 加 了 纤 维 与 胶 结 层 之 间 的 界 面 作 用 力 [4]，这也是混合浆中 TEACHP-S含量增多导致浆液对棉纤维的 粘合强度增大的原因。浆液对涤纶纤维的粘合强度随混合浆 中 PVA 含量的增加而增大，是由于 PVA 具有良好的水溶性， 将其与 TEACHP-S共混后，提高了浆液的水分散能力，有利 于浆液在纱线表面的润湿与铺展，也有利于浆液渗透到纱线 的内部与纤维形成紧密的结合，增强了纤维与胶层两者间的 界面作用力，降低了界面内应力破坏的可能性，因此 PVA 组 分的增加，会增大对涤纶纤维的粘合强度。
3 结 论
(1)采 用 TEACHP-S 与 PVA 共 混 的 方 法 ，能 够 有 效 地 改 善 T E A C H P -S 薄 膜 的 力 学 性 能 。 当 共 混 物 中 P V A 含 量 增 加，共混膜的断裂伸长和断裂功均显著增加，断裂强度缓慢 减小。
(2)PVA的共混比对纤维的粘合强度也存在影响。随着 PVA 含量的增加，浆液对涤纶纤维的粘合强度显著增加，而 对 棉 纤 维 的 粘 合 强 度 却 显 著 降 低 。 因 此 ，TEACHP-S/PVA
共混仅适用于对合成纤维的上浆。
(3)通 过 TEACHP-S/PVA 共 混 ，可 以 显 著 提 高 TEACHP-
S的上浆性能，改善淀粉浆料“脆硬”的缺陷，提高薄膜的韧性， 弥补 TEACHP-S浆料使用性能上的不足。
参考文献
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