專利名稱：：一種淀粉/蒙脫土納米復(fù)合漿料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種淀粉/蒙脫土納米復(fù)合漿料及其制備方法，屬于紡織槳料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
：淀粉漿料是目前紡織漿料的主要品種。淀粉具有良好的成膜性，有一定的漿膜強(qiáng)度和耐磨性，對(duì)纖維素纖維具有良好的粘附性，而且具有良好的生物可降解性。但是作為紡織漿料使用，普通淀粉或變性淀粉存在的主要問題是漿膜脆硬，缺乏柔韌性。淀粉分子之間由于強(qiáng)烈的氫鍵作用使得淀粉漿膜具有較高的初始模量和較小的斷裂伸長，漿膜容易龜裂脫落形成粉體。改進(jìn)淀粉漿料性能的常用技術(shù)是淀粉的深度變性加工，或者將合成高分子以較大比例加入到淀粉漿料中。前一技術(shù)的缺點(diǎn)是增加生產(chǎn)成本，增大淀粉消耗，并且耗能耗水；后者也會(huì)因?yàn)楹铣蓾{料價(jià)格高而大量增加漿紗成本，并且由于合成槳料不容易被生物降解，其退漿廢水會(huì)污染環(huán)境。近年來，層狀硅酸鹽納米復(fù)合材料逐漸成為高分子領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。將無機(jī)納米材料添加到高聚物本體中制備納米復(fù)合材料，由于其比表面效應(yīng)、體積效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)等特性，納米復(fù)合材料在力學(xué)性能、阻燃阻隔、生物降解性能等方面都優(yōu)于普通材料，在日常生活的很多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。但是迄今為止在紡織槳料領(lǐng)域還沒有淀粉/蒙脫土納米復(fù)合漿料產(chǎn)品。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足而提出一種淀粉/蒙脫土納米復(fù)合漿料及其制備方法。其特點(diǎn)是將鈉基蒙脫土粉體材料直接加入到淀粉漿料中，通過溶液插層法，在淀粉煮漿的過程中制備淀粉/蒙脫土納米復(fù)合漿料。制備方法簡單，能有效改善淀粉漿膜的強(qiáng)韌性，提高漿紗的機(jī)械性能，減少合成漿料的用量。本發(fā)明的目的由以下技術(shù)措施來實(shí)現(xiàn)，其中所述原料組分除特殊說明外，均為重量份數(shù)。淀粉/蒙脫土納米復(fù)合漿料的原料由以下組分組成-變性淀粉91~99份3鈉基蒙脫土(MMT)1~9份軟水劑0~2份其他漿料或助劑0~100份其中，變性淀粉為原淀粉經(jīng)酸解、氧化、酯化或醚化變性淀粉中的任一種。鈉基蒙脫土(MMT)，粒徑2300目，陽離子交換容量(CEC值)2110meq/100g。MMT:淀粉=1~9:9991的重量比，優(yōu)選MMT:淀粉=1~5:9995。軟水劑為六偏磷酸鈉、三偏磷酸鈉、乙二胺四乙酸或乙二胺四乙酸鈉中的至少一種。在使用自來水時(shí)添加，可去除水中的鈣.、鎂離子，這些多價(jià)金屬離子對(duì)蒙脫土的插層或片層剝離不利。其他漿料為聚乙烯醇、丙烯酸漿料或聚酯漿料中的至少一種。助劑為漿紗油脂、抗靜電劑、防霉劑和潤濕劑中的至少一種。本發(fā)明中使用的軟水劑、其他漿料和助劑都是本領(lǐng)域公知的技術(shù)，可以分別或共同使用，其前提條件是這些添加劑對(duì)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的以及取得本發(fā)明優(yōu)良效果不產(chǎn)生不利影響。淀粉/蒙脫土納米復(fù)合漿料的制備方法將上述變性淀粉91~99份，鈉基蒙脫土1~9份，軟水劑0~2份，其他漿料或助劑0~100份加入混合機(jī)中混合均勻。并按照以下方法煮槳將上述混合物固體組分干基重量36份，97~94份去離子水加入帶有攪拌器、溫度計(jì)和回流冷凝器的三頸瓶中，水浴加熱升溫至沸，保溫60min。獲得淀粉/蒙脫土納米復(fù)合漿料，固體含量3~6%。工業(yè)槳紗應(yīng)用時(shí)，根據(jù)紗線的纖維品種、紗支、密度和漿紗機(jī)條件不同，漿紗工藝要求的漿液固體含量一般為5%16%，粗支紗要求漿液固含量較低，高支紗需要較高的固含量，將上述混合物按照干基重5~16份加入到裝有約65~70份自來水或離子交換水的漿紗煮漿桶內(nèi)，攪拌20min，繼續(xù)攪拌同時(shí)開啟蒸汽升溫至沸，恒溫60min，補(bǔ)加80'C以上的熱水至漿液總體積100份。分兩次加水是針對(duì)工業(yè)煮漿采用直接蒸汽，每個(gè)企業(yè)的煮漿條件不同，蒸汽帶入的冷凝水量也不相同，因此采用初期加入所需要量大部分的水，煮漿完成后補(bǔ)加余下水量的方法。煮漿結(jié)束，獲得淀粉/蒙脫土納米復(fù)合漿料。本發(fā)明的淀粉/蒙脫土納米復(fù)合漿料用于純棉或滌棉混紡經(jīng)紗的上漿。槳料性能測試(1)結(jié)構(gòu)測試按照以上制備方法配置6%濃度的漿液，取60ml倒入聚四氟乙烯槽中，在溫度4(TC下干燥成膜。放入相對(duì)濕度68%環(huán)境，在室溫下吸濕平衡2天，供測試使用。用X-射線衍射儀對(duì)漿膜進(jìn)X射線衍射測定，Cu^輻射，A=0.1542nm，連續(xù)記譜掃描，速度0.03。/s,管電流35mA。根據(jù)X-射線衍射條件及Bragg方程，2c/sin0=;i,計(jì)算出聚合物中蒙脫土的片層間距&(2)漿料的強(qiáng)力和伸長性能測試本發(fā)明采用漿紙法(呂許超，胡曉，劉雁，朱譜新.評(píng)價(jià)漿膜力學(xué)性能的新方法——漿紙法，紡織科技進(jìn)展，2008,(6):20-21,24)測定其機(jī)械性能以3%漿液濃度98'C對(duì)純木漿皺紋紙上漿，干燥后剪成條狀10x200mm，用YG061F紗線強(qiáng)力試驗(yàn)儀測定其強(qiáng)伸性能，試樣夾持距離為100mm，拉伸速度100mm/min。對(duì)每個(gè)試樣至少測定10次，取平均值。這種方法兼顧了漿膜性能和漿料對(duì)纖維的粘附性，適合于對(duì)漿料綜合拔紗性能的評(píng)定。(3)漿液粘度的測定采用YT821型可調(diào)漏斗式漿液粘度計(jì)，測定漿液95'C時(shí)的100ml槳液從漏斗中流完所需要的時(shí)間，粘度以"秒"表示。本發(fā)明中釆用3#孔的漏斗，連續(xù)測定3次，取平均值。納米復(fù)合漿料的結(jié)構(gòu)測試結(jié)果詳見圖1和表1，結(jié)果表明當(dāng)MMT含量為1%或3%時(shí)，蒙脫土在淀粉基質(zhì)中為剝離態(tài)結(jié)構(gòu)；當(dāng)MMT含量為5。/?；?y。時(shí)，蒙脫土在淀粉基質(zhì)中為插層-剝離態(tài)結(jié)構(gòu)；當(dāng)MMT含量為9。/。時(shí)，蒙脫土在淀粉基質(zhì)中為插層態(tài)結(jié)構(gòu)。納米復(fù)合漿料的性能測試結(jié)果如表2所示，結(jié)果表明當(dāng)MMT含量為P/。5n/。時(shí)，納米蒙脫土粒子對(duì)淀粉機(jī)械性能有很大改善。本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)采用本
發(fā)明內(nèi)容制備的淀粉/蒙脫土納米復(fù)合漿料，其原料均來自于大自然，通過機(jī)械混合，不產(chǎn)生對(duì)環(huán)境有害的化學(xué)合成產(chǎn)物，屬于環(huán)保型綠色漿料；鈉基蒙脫土為微細(xì)粉末，可以與淀粉一起組成干燥的、可以自由流動(dòng)的固體混合物，便于包裝、運(yùn)輸和使用；通過煮漿工藝，蒙脫土能顯著改善淀粉漿料的物理機(jī)械性能，價(jià)格只有淀粉的1/4左右，更比合成漿料便宜，對(duì)紗線具有良好的粘附性和漿紗性能，能取代一部分合成漿料，對(duì)經(jīng)紗起到有效的增強(qiáng)保護(hù)作用，提高了紗線的耐磨性和織造質(zhì)量。圖1不同蒙脫土添加量的淀粉/蒙脫土納米復(fù)合漿膜的x-射線衍射圖譜具體實(shí)施例方式下面通過實(shí)施例和應(yīng)用例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明。有必要在此指出的是，本實(shí)施例和應(yīng)用實(shí)例只用于對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步說明，但不能理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，該領(lǐng)域的技術(shù)熟練人員可以根據(jù)上述本發(fā)明的內(nèi)容作出一些非本質(zhì)的改進(jìn)和調(diào)整。實(shí)施例1將99份玉米酸解淀粉與1份蒙脫土(MMT)均勻混合，分別取其混合物干重7.5份和15份，去離子水分別為242.5份和235份，按照煮漿方法制備固含量分別為3%和6%的漿液，用于漿料成膜測試結(jié)構(gòu)(結(jié)果詳見圖l和表l)和漿紙性能的測定(見表2)。實(shí)施例2將97份玉米酸解淀粉與3份蒙脫土(MMT)均勻混合，分別取其混合物干重7.5份和15份，去離子水分別為242.5份和235份，按照煮漿方法制備固含量分別為3%和6%的漿液，用于漿料成膜測試結(jié)構(gòu)(結(jié)果詳見圖l和表l)和漿紙性能的測定(見表2)。實(shí)施例3將95份玉米酸解淀粉與5份蒙脫土(MMT)均勻混合，分別取其混合物干重7.5份和15份，去離子水分別為242.5份和235份，按照煮漿方法制備固含量分別為3%和6%的漿液，用于漿料成膜測試結(jié)構(gòu)(結(jié)果詳見圖l和表l)和漿紙性能的測定(見表2)。實(shí)施例4將93份玉米酸解淀粉與7份蒙脫土(MMT)均勻混合，分別取其混合物干重7.5份和15份，去離子水分別為242.5份和235份，按照煮漿方法制備固含量分別為3%和6%的漿液，用于漿料成膜測試結(jié)構(gòu)(結(jié)果詳見圖l和表l)和漿紙性能的測定(見表2)。實(shí)施例5將91份玉米酸解淀粉與9份蒙脫土(MMT)均勻混合，分別取其混合物干重7.5份和15份，去離子水分別為242.5份和235份，按照煮漿方法制備固含量分別為3%和6%的漿液，用于漿料成膜測試結(jié)構(gòu)(結(jié)果詳見圖l和表l)和漿紙性能的測定(見表2)。應(yīng)用實(shí)例1經(jīng)紗品種牛仔布經(jīng)紗，為1()S氣流紡、7S氣流紡和7S竹節(jié)紗(OE10S+OE7S+7S特)棉紗，總經(jīng)根數(shù)4256,幅寬180cm。該品種所用常規(guī)漿料是變性淀粉100份，固體丙烯酸漿料10份，漿紗油脂5份。本發(fā)明對(duì)該經(jīng)紗上漿，采用95份玉米酸解淀粉、5份MMT、3份固體丙烯酸漿料、1份三偏磷酸鈉、與1份漿紗油脂均勻混合，取其混合物按照干基重5份，加入到裝有約6570份自來水的漿紗煮漿桶內(nèi)，攪拌20min，繼續(xù)攪拌同時(shí)開啟蒸汽升溫至沸，恒溫60min，補(bǔ)加8(TC以上的熱水至漿液總體積100份，得到淀粉/蒙脫土納米復(fù)合漿料，漿液固含量5%，粘度5.5秒。采用LDS40漿染聯(lián)合機(jī)(香港樂豐紡織機(jī)械廠)，上拔率6%，漿紗工藝平穩(wěn)，采用GAMMA-4R-190CM型劍桿織機(jī)(比利時(shí)Picanol公司)，織造效率98%;與常規(guī)配方相比，代替了大部分合成漿料和漿紗油脂。應(yīng)用實(shí)例2經(jīng)紗品種滌/棉(65/35)45SX45S經(jīng)紗，密度110X76根/10cm，幅寬160cm。該品種的常規(guī)漿料是變性淀粉100份，聚乙烯醇(PVA1799)51份，聚酯漿料8份，漿紗油脂3份。本發(fā)明對(duì)該經(jīng)紗上漿，采用98份玉米酯化淀粉、2份MMT、39份PVA1799、8份聚酯漿料、2份六偏磷酸鈉、與l份抗靜電劑均勻混合，取其混合物按照干基重10份，加入到裝有約6570份自來水的漿紗煮漿桶內(nèi)，攪拌20min,繼續(xù)攪拌同時(shí)開啟蒸汽升溫至沸，恒溫60min，補(bǔ)加80。C以上的熱水至漿液總體積100份，得到淀粉/蒙脫土納米復(fù)合漿料，漿液固含量10%，粘度8.5秒。采用GA308型漿紗機(jī)漿紗，上漿率11.5%，GA74劍桿織機(jī)織造，漿紗和織造工藝平穩(wěn)，織造效率92%;與常規(guī)配方相比，代替了部分PVA漿料。應(yīng)用實(shí)例3經(jīng)紗品種純棉40SX4()S經(jīng)紗，密度133X72根/10cm,幅寬170cm。該品種常規(guī)漿料是變性淀粉100份，聚乙烯醇(PVA1799)50份，固體丙烯酸漿料6份，漿紗油脂3份。本發(fā)明對(duì)該經(jīng)紗上漿，采用98.5份玉米氧化淀粉、1.5份MMT、40份PVA1799、6份固體丙烯酸漿料、l份乙二胺四乙酸、與3份漿紗油脂均勻混合，取其混合物按照干基重12份，加入到裝有約6570份自來水的漿紗煮漿桶內(nèi)，攪拌20min，繼續(xù)攪拌同時(shí)開啟蒸汽升溫至沸，恒溫60min,補(bǔ)加8(TC以上的熱水至漿液總體積IOO份，得到淀粉/蒙脫土納米復(fù)合漿料，漿液固含量12%，粘度9秒。采用祖克S432型漿紗機(jī)中壓上漿，上槳率13%，漿紗工藝平穩(wěn)；釆用ZAX-N190噴氣織機(jī)織造，效率91%;與常規(guī)配方相比，代替了部分PVA漿料。應(yīng)用實(shí)例4經(jīng)紗品種純棉JC80SX8()S，密度196X94，4/1，幅寬165cm。該品種的常規(guī)漿料是醚化變性淀粉60份，氧化玉米淀粉40份，聚乙烯醇(PVA1799)72份，聚乙烯醇(PVA205)24份，漿紗油脂5份，5份潤濕劑(尿素)與0.2份防霉劑。本發(fā)明對(duì)該經(jīng)紗上漿，釆用97份木薯氧化淀粉、3份MMT、72份PVA1799，24份固體丙烯酸漿料、0.5份乙二胺四乙酸鈉、漿紗油脂2份、5份潤濕劑(尿素)與0,2份防霉劑均勻混合，取其混合物按照干基重14份，加入到裝有約6570份自來水的漿紗煮槳桶內(nèi)，攪拌20min,繼續(xù)攪拌同時(shí)開啟蒸汽升溫至沸，恒溫60min，補(bǔ)加8(TC以上的熱水至漿液總體積100份，得到淀粉/蒙脫土納米復(fù)合漿料，漿液固含量14%，粘度12秒。采用津田駒HS-30漿紗機(jī)，上槳率15%，漿紗工藝平穩(wěn)；采用津田駒ZAX-340噴氣織機(jī)織造，織造效率卯％;與常規(guī)配方相比，用丙烯酸漿料代替了部分PVA漿料，更容易被生物降解。對(duì)比例1分別取3份玉米酸解淀粉(干重)、97份去離子水，按照煮漿方法制備固含量為3%的漿液，用于漿紙性能的測定(其結(jié)果詳見表2)。從圖1和表1可以看出，純蒙脫土(MMT)的X射線衍射峰2^=6.8°，計(jì)算出片層間距d=1.30nm。當(dāng)MMT含量為1%和3%(實(shí)施例1和實(shí)施例2)時(shí)，在2^=3°~8°之間未見衍射峰，說明蒙脫土在淀粉基質(zhì)中已經(jīng)成為剝離態(tài)；當(dāng)MMT含量為5n/。和7n/。(實(shí)施例3和實(shí)施例4)時(shí)，20=6.2°,片層間距J=1.43nm,衍射峰強(qiáng)度較小，成為插層-剝離態(tài)結(jié)構(gòu)；當(dāng)MMT含量為9。/。(實(shí)施例5)時(shí)，20=6.3°,片層間距c/=1.40nm,衍射峰強(qiáng)度較大，說明蒙脫土在淀粉基質(zhì)中雖然片層間距己經(jīng)擴(kuò)大，但是基本上為片層堆積結(jié)構(gòu)，即插層態(tài)結(jié)構(gòu)。表2表明，與未加MMT的對(duì)比例1相比，隨著MMT添加量的增大，漿膜的斷裂強(qiáng)度表現(xiàn)為持續(xù)增大；實(shí)施例1~實(shí)施例3是蒙脫土含量由1%增加到5%，其斷裂伸長率逐漸增大，斷裂功也逐漸增大，表現(xiàn)了蒙脫土納米粒子對(duì)淀粉機(jī)械性能的改善作用；但是當(dāng)蒙脫土含量為7%和9%(實(shí)施例4和實(shí)施例5)時(shí)，斷裂伸長率和斷裂功都逐漸減小，而且初始模量增加很大，對(duì)淀粉的改善作用降低。表1不同MMT添加量復(fù)合漿料的結(jié)構(gòu)<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>表2不同MMT添加量復(fù)合漿料的機(jī)械性能<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>權(quán)利要求1.一種淀粉/蒙脫土納米復(fù)合漿料，其特征在于該納米復(fù)合漿料的起始原料由以下組分組成，并按重量記為變性淀粉91～99份鈉基蒙脫土1～9份軟水劑0～2份其他漿料或助劑0～100份。2.如權(quán)利要求1所述淀粉/蒙脫土納米復(fù)合槳料，其特征在于蒙脫土淀粉=1~5:99~95。3.如權(quán)利要求1所述淀粉/蒙脫土納米復(fù)合漿料，其特征在于變性淀粉為原淀粉經(jīng)酸解、氧化、酯化或醚化變性淀粉中的任一種。4.如權(quán)利要求1所述淀粉/蒙脫土納米復(fù)合漿料，其特征在于軟水劑六偏磷酸鈉、三偏磷酸鈉、乙二胺四乙酸或乙二胺四乙酸鈉中的任一種。5.如權(quán)利要求1~3之一所述淀粉/蒙脫土納米復(fù)合漿料的制備方法，其特征在于該方法包括以下步驟(1)將變性淀粉9199份，鈉基蒙脫土1~9份，軟水劑02份，其他漿料或助劑0~100份加入混合機(jī)中混合均勻，然后將固體組分按干基36重量份，去離子水9794重量份加入帶有攪拌器、溫度計(jì)和回流冷凝器的三頸瓶中，水浴加熱升溫至沸，保溫60min。獲得淀粉/蒙脫土納米復(fù)合漿料，固體含量3~6%;(2)工業(yè)漿紗應(yīng)用時(shí)，根據(jù)紗線的纖維品種、紗支、密度和漿紗機(jī)條件不同，漿紗工藝要求的槳液固體含量一般為5%16%，粗支紗要求漿液固含量較低，高支紗需要較高的固含量，將上述混合物按照干基重5~16份加入到裝有約65~70份自來水或離子交換水的漿紗煮漿桶內(nèi)，攪拌20min，繼續(xù)攪拌同時(shí)開啟蒸汽升溫至沸，恒溫60min,補(bǔ)加80'C以上的熱水至漿液總體積100份，分兩次加水是針對(duì)工業(yè)煮漿采用直接蒸汽，每個(gè)企業(yè)的煮漿條件不同，蒸汽帶入的冷凝水量也不相同，因此采用初期加入所需要量大部分的水，煮漿完成后補(bǔ)加余下水量的方法，煮漿結(jié)束，獲得淀粉/蒙脫土納米復(fù)合漿料。全文摘要本發(fā)明公開了一種淀粉/蒙脫土納米復(fù)合漿料及其制備方法，其特點(diǎn)是將變性淀粉91～99重量份，鈉基蒙脫土1～9重量份，軟水劑0～2重量份，其他漿料或助劑0～100重量份加入混合機(jī)中混合均勻。然后將上述混合物固體組分干基3～6重量份，去離子水97～94重量份加入帶有攪拌器、溫度計(jì)和回流冷凝器的三頸瓶中，水浴加熱升溫至沸，保溫60min。獲得淀粉/蒙脫土納米復(fù)合漿料，固體含量3～6％。本發(fā)明中的蒙脫土能顯著改善淀粉漿料的物理機(jī)械性能，對(duì)紗線具有良好的粘附性和漿紗性，起到有效的增強(qiáng)保護(hù)作用，提高了紗線的耐磨性和織造質(zhì)量，降低了漿料成本。文檔編號(hào)C08L3/04GK101585933SQ200910059900公開日2009年11月25日申請(qǐng)日期2009年7月3日優(yōu)先權(quán)日2009年7月3日發(fā)明者余建華,朱譜新,點(diǎn)石,賈安榮,陳蔣玲,陳試偉申請(qǐng)人:四川大學(xué)