全支鏈馬鈴薯淀粉在中溫漿紗上的應用

楊 樹,沈艷琴,武海良

傳統常用漿料只在高溫下才可溶解或糊化,因而其經紗上漿普遍采用的是高溫上漿工藝[1-3]。高溫上漿在調煮漿料和保持漿槽中漿液溫度上需要消耗大量能源,漿紗成本較高;因此要降低上漿過程中的能耗,有必要對純棉紗采取中溫上漿。中溫漿紗是指在50-75℃之間進行的漿紗實踐,其調漿溫度低,能源消耗少,并可改善漿紗車間工人的工作環境,是一種極具研究價值的漿紗工藝[4-6]。由于中溫調漿存在漿液流動性差,漿液被覆紗線及浸透性低等問題,會影響漿紗質量;因此對中溫溶解性好,漿紗質量高的漿料進行研究具有重要意義[7]。

馬鈴薯淀粉因其支鏈淀粉含量高、漿液黏度穩定、成膜性好且強度高,被譽為淀粉行業中的朝陽產業[8]。荷蘭AVEBE公司以生物基因工程得到了100%全支鏈馬鈴薯淀粉(SPR),并對其進行了特殊的物理化學變性,制備出了一系列具有優良黏附性及漿膜柔韌性的產品;且與其他漿料相容性好,適合于純棉紗上漿。本文對該全支鏈馬鈴薯淀粉的漿紗性能做了較為系統的測試分析。

1 試驗部分

1.1 材料和儀器

試驗材料：SPR漿料(荷蘭AVEBE公司);JC9.7 tex純棉精梳紗。

試驗儀器：HH-6型數顯恒溫水浴鍋;電子恒速攪拌器;YT821可調漏斗式漿液黏度計;HD021N型電子單紗強力儀;ASS3000型小樣漿紗機;YG171B-1型紗線毛羽測試儀;YG026H型電子織物強力機;Y731型抱合力機。

1.2 漿紗工藝

調制兩個質量分數為10%的SPR漿液各800 ml,一個升溫至63℃,另一個100℃煮開,將煮好的漿液分別倒入提前預熱好的小樣漿紗機漿槽中供上漿,上漿工藝參數見表1。

表1 上漿工藝參數

1.3 測試方法[9-10]

1.3.1 漿液黏度和黏附力

調制500 ml質量分數為10%的漿液,恒溫水浴加熱到63℃,保溫30 min,使用YT821可調漏斗式漿液黏度計測試黏度值。

淀粉黏附力用粗紗條法進行試驗測定。將SPR淀粉配置成質量分數為1%的淀粉糊并升溫至63℃保溫30 min;將在紗架上繞好的粗紗放入漿液中5 min后取出,晾干后在恒溫恒濕室內平衡24 h,并在YG026 H型電子織物強力機上測試。同時使用SPR進行高溫試驗,形成對比分析。測試條件為拉伸速度50 mm/min,試樣夾持距離100 mm,每種樣品測試40次,取平均值。

1.3.2 原紗及漿紗性能

(1)拉伸性能 采用HD021N電子單紗強力儀進行測試,測試條件為預加張力10.00 c N,試樣夾距500 mm,拉伸速度500 m/min,環境溫度25℃,相對濕度65%,測試樣本數30組取平均值。拉伸性能計算公式為：

式中 Pj為上漿紗強力均值(c N);Ps為原紗強力均值(c N)。

式中 ε為原紗伸長率均值(%);ε1為上漿紗伸長率均值(%)。

(2)耐磨性 在室溫下使用Y731型抱合力機測試,測試條件為紗線靜態張力200 c N,磨片空載往返速率143次/min,磨片自壓240 g。測試30組結果后取平均值。增磨率計算公式為：

式中 m為上漿紗增磨率(%);mj為上漿紗耐磨次數均值;m0為原紗磨斷次數均值。

(3)毛羽降低率 毛羽測試在YG171A型毛羽測試儀進行,試驗時紗線測試長度為1 m,通過速度30 m/min,測試30組取其平均值。毛羽降低率計算公式為：

式中 F為毛羽降低率(%);N0為原紗有害毛羽指數均值;N1為上漿紗有害毛羽指數均值。

(4)漿紗回潮率 使用電子天平稱取全幅長度約1-3 g的漿紗樣品,輕輕扎成一束并置于105～110℃烘箱中烘至恒重,待冷卻20 min后繼續稱其干重,測試精確至0.001 g。漿紗回潮率公式為：

式中 WG為漿紗回潮率(%);Wj為漿紗濕重(g);W為漿紗干重(g)。

(5)漿紗退漿性能 采用氫氧化鈉退漿法,退漿率計算要考慮毛羽損失率。將已經回潮的試樣稱重并于清水中煮沸約10 min,取出后用清水洗凈后放入105℃鼓風干燥烘箱內烘至恒重,待冷卻20 min后取出稱重,數據精確至0.001 g。毛羽損失率計算公式為：

式中 β為漿紗毛羽損失率(%);B為原紗試樣煮前干重(g);B1為原紗試樣煮后干重(g)。

將已經回潮的試樣稱重后放入浴比30～40 ml/g,濃度0.5%的NaOH溶液中煮沸10 min后,用清水漂洗至洗凈。隨即置入105℃鼓風干燥烘箱內烘至恒重,繼續冷卻20 min后取出稱重,數據精確至0.001g。淀粉漿紗退漿率計算公式為：

式中 S為退漿率(%);W0為試樣退漿前干量(g);W1為試樣退漿后干量(g);β為毛羽損失率(%)。

2 結果與討論

2.1 全支鏈馬鈴薯淀粉的結構

支鏈淀粉聚合度較大、分支較多,屬具有高度分支結構的大分子;主鏈間由α-1,4糖苷鍵連接,分支點處通過α-1,6糖苷鍵與主鏈相連。支鏈淀粉的分支是成簇并以螺旋形式存在的,側鏈有序排列生成許多小結晶區。由于支鏈淀粉的高度分支性,晶體結構不太緊密,糊化時易伸展,水分子易滲透到支鏈淀粉顆粒內部使顆粒潤濕脹大,形成網狀結構,所以全支鏈淀粉易溶于水,凝沉性弱,具有很高的黏著力[11]。

采用雙波長比色法測定SPR支鏈淀粉的含量,分光光度法的原理是直鏈淀粉與碘的結合物呈藍色,支鏈淀粉與碘的結合物呈紫色[12],其吸光度值測試結果見表2。

通過雙波長比色法檢測出SPR淀粉漿料中支鏈淀粉的含量達95%以上。支鏈淀粉分子鏈短且分叉多,因此SPR具有很高的黏著力,對親水性纖維具有良好的黏附性,在不同溫度及各種剪切作用下,黏度穩定性高。

采用SEM對淀粉顆粒的外貌進行了測試,其測試結果見圖1。

表2 SPR直鏈淀粉、支鏈淀粉與碘結合物的吸光度值

圖1 馬鈴薯原淀粉與SPR的掃描電鏡圖

圖1 示出馬鈴薯原淀粉表面光滑,經過醚化改性后得到的全支鏈馬鈴薯淀粉SPR表面出現凹痕或裂縫,這改變了淀粉分子鏈運動能力,減弱了淀粉分子間的相互作用,增加了淀粉分子的膨脹能力與水溶性,從而降低了淀粉的糊化溫度,使其可中溫溶解。

采用紅外光譜測試了全支鏈馬鈴薯淀粉,其結果見圖2。

圖2 紅外光譜

從圖2可看出,馬鈴薯原淀粉在3 415 cm-1處寬的吸收峰為O-H鍵的對稱伸縮振動,2 932 cm-1處為CH2的不對稱伸縮振動,991 cm-1處的吸收峰為C-OH鍵的彎曲振動,而全支鏈馬鈴薯淀粉SPR的紅外光譜圖中,在3 295 cm-1出現-O-H鍵的對稱伸縮振動,峰型變窄是因為接上了醚化基團后,原-OH吸收峰的締合作用受到影響,但吸收峰的強度增加,在2 926 cm-1、1 413 cm-1、1 331 cm-1、847 cm-1處均出現了淀粉的特征吸收峰,在1 078 cm-1出現C-O-C對稱伸縮振動,證明SPR發生了醚化作用。

2.2 漿液性能及對紗線黏附力

使用SPR淀粉漿料在含固為10%時63℃煮漿,并與高溫進行對比,測試漿液的黏度及其波動率,測試結果見表3。

表3 SPR的黏度及黏度穩定性

由表3可知,在63℃下SPR漿液黏度為7.4 s,與高溫漿液黏度相差0.6 s,都表現出了良好的流動性,且黏度穩定性高均達到97.7%及以上。

漿液對純棉粗紗的黏附力測試結果見表4。

表4 SPR對純棉粗紗的黏附力測試值

由表4可知,高溫條件下SPR淀粉漿料對純棉粗紗的黏附力要大于中溫條件下的,這是由于溫度低漿液的表面張力大,漿液黏度略有增加,不利于對紗線的潤濕和浸透,使得浸透到粗紗內部的淀粉分子減少,紗線內部的纖維和外部的淀粉分子難以形成較為穩固的結構,黏附力降低。但二者相差不大,對粗紗都具有良好的黏附效果。

2.3 漿紗性能

采用ASS3000型小樣漿紗機進行上漿后,測試了JC9.7 tex原紗及其上漿紗性能,結果如表5所示。

表5 JC9.7 tex原紗和上漿紗性能

由表5可看出,95℃下上漿紗的斷裂強力最大為217.7 c N,65℃下上漿紗的斷裂強力略低為208 c N,二者相差不大,與原紗相比增強率都在26%以上。紗線斷裂伸長率減小,均低于25%,可滿足織造要求。毛羽指數大幅降低,降低率均在20%以上,紗體表面毛羽得到較好伏貼,能滿足織造過程對上漿紗毛羽指數的要求。退漿率在11%～14%之間,上漿效果良好。高溫漿紗和中低溫漿紗得到的上漿紗性能基本上保持一致,表明用SPR進行中低溫漿紗可達到或接近高溫漿紗的效果。

3 結論

(1)SPR全支鏈馬鈴薯淀粉漿料的中溫(63℃)溶解性能優良,漿液流動性好;含固量為10%時漿液黏度為7.4 s,黏度穩定性高達97.7%;黏附力強,保證了漿紗過程中漿液對紗線有良好的浸透及被覆性。

(2)SPR中溫上漿純棉紗的斷裂強力提高顯著,較原紗增強了25%以上;斷裂伸長率略減小,毛羽降低率達20%以上;紗線耐磨次數顯著增加,增磨率為220%,保障了上漿紗質量。

(3)SPR淀粉漿料可滿足精梳純棉紗上漿要求,實現了中溫漿紗,可大大降低能源消耗。