逯塑 茎 ｅ 籼 朱立洪，等：改性淀粉浸润剂的配制工艺及性能分析 中图分类号：１７１．７７ ４．２ 文献标识码：Ａ 改性淀粉浸澜捌的配制工艺及性镌分析 朱立洪，李睿，白涛，李当现 （洛阳玻纤玻璃纤维有限公司，洛阳４７１ １３２） 摘要：介绍了改性淀粉浸润剂的配制工艺，通过检测配制过程中淀粉糊液和淀粉浸润剂的粘度等指标来指导淀粉浸润剂配 制工艺参数的设计。分析淀粉糊化程度与油剂乳化过程对淀粉浸润剂性能的影响，使淀粉浸润剂能充分发挥各自组分的优 点，生产出优质的玻璃纤维纺织用电子纱。 关键词：改性淀粉；淀粉浸润剂；电子纱；玻璃纤维 Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｍｏｄｉｆｉｅｄ Ｓｔａｒｃｈ Ｓｉｚｅｓ ａｎｄ Ｔｈｅｉｒ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ Ａｎａｌｙｓｉｓ ＺＨＵ Ｌｉｈｏｎｇ，ＬＩ Ｒｕｉ，ＢＡＩ Ｔａｏ，ＬＩ Ｄａｎｇｘｉａｎ （Ｌｕｏｙａｎｇ Ｂｏｘｉａｎ Ｆｉｂｅｒｇｌａｓｓ Ｃｏ．Ｌｔｄ，Ｌｕｏｙａｎｇ ４７ １ １ ３２） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｆｏｒ ｐｒｅｐａｒｉｎｇ ｍｏｄｉｉｅｄ ｓｔｆａｒｃｈ ｓｉｚｅｓ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ．Ｔｈｅ ｖｉｓｃｏｓｉｔｉｅｓ ｏｆ ｓｔａｒｃｈ ｐａｓｔｅｓ ａｎｄ ｓｔａｒｃｈ ｓｉｚｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｗｅｒｅ ｔｅｓｔｅｄ ｔｏ ｇｕｉｄｅ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｐｒｏｃｅｓｓ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ．Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｓｔａｒｃｈ ｇｅｌａｔｉｎｉｚａｔｉｏｎ ｄｅｇｒｅｅ ａｎｄ ｏｉｌ ｅｍｕｌｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｎ ｔｈｅ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｓｔａｒｃｈ ｓｉｚｅｓ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ｔｏ ｇｉｖｅ ｆｕｌｌ ｐｌａｙ ｔｏ ｔｈｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｉｚｅ ｉｎｇｒｅｄｉｅｎｔｓ ＳＯ ａｓ ｔｏ ｐｒｏｄｕｃｅ ｈｉｇｈ ｑｕａｌｉｔｙ ｇｌａｓｓ ｙａｒｎｓ ｆｏｒ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｕｓｅ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｍｏｄｉｆｉｅｄ ｓｔａｒｃｈ；ｓｔａｒｃｈ ｓｉｚｅ；ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｙａｒｎ；ｇｌａｓｓ ｆｉｂｅｒ Ｏ前言 随着数字技术和网络技术迅速普及，中国的电 善，淀粉型浸润剂技术也在快速发展。 目前各个电子纱生产厂家根据各自的情况，采 用不同的淀粉浸润剂配方。在淀粉选用上，一种是 子信息产业持续高速发展，今天中国电子布市场已 逐步进入了一个快速、多品种的阶段。淀粉型浸润 采用高直链的生淀粉，生淀粉需要经过高温蒸煮瞬 间糊化过程，蒸煮工艺复杂，而且该体系对淀粉浸润 剂拉丝工艺控制和拉丝后到捻线前这阶段的温湿度 剂是电子布生产过程中最广泛采用的一种纺织型浸 润剂，它对玻纤具有集束保护作用好，纺织性能优 良，分解温度较低等优点，经过几十年来不断的改 收稿日期：２０１２—１１—０６ 修回日期：２０１３—０４—２８ 作者简介：朱立洪，男，１９７２年生，技术品质部，工程师。 控制要求严格，生产的电子纱纱质较硬；另一种是采 用化学改性淀粉，化学改性淀粉既有普通淀粉，也有 高直链淀粉，经过化学改性的淀粉颗粒和浆液粘度 都能得到有效控制，该体系蒸煮工艺相对简单，容易 《玻璃纤维）２ｏ１３年第３期６ 朱立洪，等：改性淀粉浸润剂的配制工艺及性能分析 控制，电子纱纱质相对较软。本文就醚化改性淀粉 浸润剂的配制工艺进行探讨及分析。 １试验 １．１醚化改性淀粉 １．１．１ ＰＩＯＳＴＡＲＣＨ ＫＹ 化学名称：羟丙基醚化淀粉； 生产厂家：Ｅｔ淀化学株式会社； 化学式和结构式：Ｓｔａｒｃｈ－Ｏ—Ｃ，Ｈ （ＯＨ）， ＣＨ２０Ｒ ］ Ｉ Ｒ—Ｈ或 Ｏ＿＿ｆｌ 一 ； Ｃ３Ｈ （ｏＨ） ——＿Ｊ ｎ ＵＫ 水分：１３．１％； ｐＨ（２５℃，５％）：６．０１； 粘度（５％，５０℃，６０ ｒ／ｍｉｎ）：８．２ ｃｐｓ。 １．１．２ ＰＩＯＳＴＡＲＣＨ ３４ 化学名称：羟丙基醚化淀粉； 生产厂家：日淀化学株式会社； 化学式和结构式：Ｓｔｒａｃｈｉ—Ｏ—Ｃ，Ｈ （ＯＨ）； 水分：１３．９％； ｐＨ（２５℃，５％）：５．９４； 粘度（６．２５％，６０ ｏＣ，３０ ｒ／ｍｉｎ）：４．３ ｃｐｓ。 １．２辅助原材料 ＡＭＥＲＩＣＡＮＡ：三酸甘油脂； ＡＤＥＫＡＮＯＬ Ｌ一４４：聚氧丙烯醚，非离子表面活 性剂； ＭＧＳ一００１：脂肪酸酯； ＰＥＧ４０００：聚乙二醇； ＴＥＲＯＮ ＫＰ—ＩＯＡ：烷基酰胺衍生物，表面活性 剂； ＹＵＫＡＲＥＳＩＮ ＧＦ一８０３：环氧树脂乳液； ＴＥＲＯＮ ＫＰ一２０：表面活性剂； ＡＭＯＬＤＥＮ ＦＳ一１４Ｄ：有机氮硫化合物，防腐剂； ＡＮＴＩＦＯＲＯＭ ０１３Ａ：有机硅乳液，消泡剂。 Ｆｍｅｒ 浸润剂工艺 １．３主要试验设备及器具 小型均化器：秦皇岛精本机械有限公司； 恒温水浴槽：定制； 去离子水发生器：沧州市清源水处理设备有限 公司； 搪瓷乳化釜：郑州海燕搪瓷股份有限公司； 全自动电加热蒸汽发生器：上海华征热能设备 有限公司； ＮＤＪ一１旋转式粘度计：上海昌吉地质仪器有限 公司； 自动温控仪表：余姚自动化仪表厂； 多种规格不锈钢桶：定制。 １．４试验方法 １．４．１淀粉的糊化 首先计算所需各淀粉原料的用量，在蒸煮配制 罐中放人常温去离子水，加人去离子水量约为浸润 剂目标配制量的５０％；然后将称量好的两种醚化改 性淀粉ＰＩＯＳＴＡＲＣＨ ＫＹ和ＰＩＯＳＴＡＲＣＨ ３４分别加人 到蒸煮配制罐中，开启搅拌，先缓慢搅拌约５ ｒａｉｎ，再 持续中速搅拌；开始升温至８Ｏ ０【＝，常温到８Ｏ ｏ【＝的升 温时间控制在２５ ｒａｉｎ左右；继续升温到（９５±２）ｏＣ， 升温时间控制在１５ ｍｉｎ；在９５℃下保温糊化３０ ｍｉｎ；在升温和保温过程中保持连续搅拌，淀粉保温 糊化足够时间后取试样Ａｎ（ｎ＝１、２、３……）待测；在 配制淀粉糊液保温搅拌至足够时间后，倒入适量常 温去离子水，使淀粉糊液温度下降到７０ ｃＩ＝左右。 １．４．２油剂的乳化 从恒温热水槽（约６５。ｃ）分别取出已按配方规 定称量和预溶好的ＡＭＥＲＩＣＡＮＡ、ＭＧＳ一００１放人均 化器内，以约３ ０００ ｒ／ｒａｉｎ的速度搅拌乳化；在搅拌 过程中加人提前称量好的ＡＤＥＫＡＮＯＬ Ｌ一４４；称取 规定量的ＴＥＲＯＮ ＫＰ一１０Ａ，用约３倍量、约６５ ｃ（＝的 热去离子水预溶并适当搅拌，待ＡＭＥＲＩＣＡＮＡ、ＭＧＳ 一００１、ＡＤＥＫＡＮＯＬ Ｌ一４４在均化器中搅拌约５ ｒａｉｎ 后，将均化器搅拌速度提高到５ ０００ ｒ／ｒａｉｎ，缓慢加入 稀释好的ＴＥＲＯＮ ＫＰ一１０Ａ水溶液，到乳液粘度变 《玻璃纤维＞２ｏ１３年第３期７ 遗塑型 茎 ｅ 删 朱立洪，等：改性淀粉浸润剂的配制工艺及性能分析 生，则加入适量的用去离子水按照１ ０００：５比例提 前稀释好的ＡＮＴＩＦＯＲＯＭ ０１３Ａ进行消泡。 １．４．５淀粉升温糊化曲线及工艺控制 淀粉浸润剂的配制过程中按照图１升温曲线规 为最高时，停止加入，再把搅拌速度提高到 ６ ０００ ｒ／ｍｉｎ以上搅拌约１０ ｍｉｎ后，缓慢加入剩余的 ＴＥＲＯＮ ＫＰ一１０Ａ水溶液，并将搅拌速度调至约 ４ ５００ ｒ／ｍｉｎ，再加入适量热去离子水配制成约５０％ 的油剂乳液。 １．４．３助剂的配制 范控制，在配制过程保持连续搅拌；辅助乳液均化器 内的清洗液要倒人配制罐中。淀粉浸润剂从循环罐 到达单丝涂油器保证温度稳定控制在（６１±１）℃。 淀粉浸润剂在涂油皮带上均匀涂覆在每根单丝上， 用不锈钢桶称量ＹＵＫＡＲＥＳＩＮ ＧＦ一８０３，加入适 量的常温去离子水适当搅拌稀释待用；用不锈钢桶称 量ＴＥＲＯＮ ＫＰ一２０，加入适量约６５℃的去离子水溶 并把多根单丝集成一束，最后玻璃纤维在原丝筒上 按一定规律排列成丝饼。丝饼经过温湿度调理，剥 掉丝饼外层后取试样Ｃｎ（ｎ＝１、２、３……）待测。生 产的原丝足够一台捻线机的使用数量后，即可找头， 立即上捻线机纱架开机运转。一般原丝在４ ｈ内上 捻线机退解。如不能在４ ｈ内生产足够的纱饼，考 虑北方天气干燥，可用塑料袋包裹，以保住水分。原 丝保管库房的温湿度控制在温度２８～３０℃，湿度 ４５％～５０％，放置１２ ｈ。捻线机内温湿度控制在温 度３５℃，湿度４５％左右。 解，并搅拌５ ｍｉｎ待用；用不锈钢桶称量ＰＥＧ４０００，加 入适量约６５ ｃＩ＝的去离子水溶解，并适当搅拌待用。 １．４．４淀粉浸润剂的合成 把乳化好的油剂乳液和稀释待用的３种助剂在 淀粉糊液温度下降到约７０℃时加入配制罐搅拌均 匀，再加入适量去离子水，达到规定量，搅拌并使温 度降至６５℃左右时取试样Ｂｎ（ｎ＝１、２、３……）待 测，即完成淀粉浸润剂的配制。将配制好的浸润剂 用泵打入储罐保温６２ ｑＣ待用。 配制好的淀粉浸润剂进入循环罐若有泡沫产 ＼ 赠 时间／ｍｉｎ 图１淀粉浸润剂配制升温曲线 １．５试样性能测试 １．５．１淀粉糊液的检测 淀粉含有直链淀粉和支链淀粉两个主要组分， 在淀粉糊化冷却后形成较为有序的结构，并产生脱 水收缩。淀粉的糊化程度可以通过糊液的粘度来反 映，淀粉粒子膨胀到极限时，糊液的粘度也达到最 大，当膨胀到极限的淀粉粒子破裂时，糊液的粘度随 之降低。淀粉在配制罐中高温糊化状态下，淀粉团 粒结构表面的保护膜和淀粉团粒结构中生长环的间 淀粉浸润剂中直链淀粉含量达到５５％以上。直链 淀粉本质上是线性高分子，由１，４一 一Ｄ一脱水葡 萄糖单元组成。直链淀粉分子之间容易形成氢键， 《玻璃纤维）２０１３年第３期８ 朱立洪，等：改性淀粉浸润剂的配制工艺及性能分析 隔膜，随着温度升高、吸水、膨胀，最后破裂，同时团 粒结构内部结晶区的淀粉分子原来有序的排列也因 吸水、膨胀而变形后失去了ｘ射线光学双折射性，达 到淀粉糊化温度的分界限。淀粉糊化程度的控制不 当，易造成浸润剂絮凝，溶液的稳定性降低，一旦原 丝的温湿度控制出现波动，则产生毛羽、掉粉现象， 影响纺纱性能。 表１淀粉糊液性能检测结果 １．５．２淀粉浸润剂的检测 在高温糊化状态下，糊化淀粉的团粒结构已破 坏，原来被保护膜包裹在淀粉团粒结构内的大量淀 粉分子上的葡萄糖基单元结构都裸露在水中，所以 糊化状态下淀粉的活性大大增加。当油脂与淀粉一 起混合加热搅拌时，淀粉在脂质一水界面上聚集，形 成稳定的淀粉一脂质复合物，微米级的油脂液滴不 会分离或合并。由于油脂在淀粉基质中以脂肪小球 的形式存在，从而改善淀粉膜的硬脆性，起到一定的 柔软作用。淀粉浸润剂的粘度指标可以反映出淀粉 糊化工艺的好坏和淀粉一脂质复合物乳液的稳定 性。 表２淀粉浸润剂性能检测结果 Ｒｂｅ ｓ 浸润剂工艺 １．５．３原丝的检测 原丝的性能指标是检测淀粉浸润剂体系和配制 工艺控制的标准。含水率与含油率是需要重点监测 的指标，原丝在经过一定温湿度工艺调理后进行含 水率与含油率的取样检测。原丝内外含水率和含油 率的变化，可以反映淀粉浸润剂的成膜与迁移分布 情况。淀粉浸润剂的成膜与迁移分布最终会影响原 丝的纺纱性能和纱线的力学性能。 表３原丝性能检测结果 ２结果与分析 ２．１ 淀粉糊化工艺影响 试样Ａ１、Ｂ１、Ｃ１为同一批次取样，Ａ２、Ｂ２、Ｃ２为 同一批次取样，依次类推，下标数字１、２、３……为批 次号。从上表分析１、４、５号各批次测试指标中，配 制的淀粉糊液和浸润剂的粘度与浓度接近参考值， 表明浸润剂配制工艺正常，仅１号的原丝含油率较 低。分析可能是拉丝过程中单丝涂油器的线速度较 低，经测试为１５ ｍ／ｍｉｎ，原丝上油量不够，容易造成 丝饼在纺纱过程出现毛羽和断纱现象。通过调整单 丝涂油器的线速度到２０ ｍ／ｍｉｎ，使原丝含油率上升， 原丝质量明显改善。２、３号各批次测试指标中，配 制的淀粉糊液和浸润剂的粘度偏高，淀粉糊液和浸 润剂的浓度不稳定，导致原丝的含水率和含油率异 常，原丝纺纱质量下降。分析原因可能是在淀粉糊 化阶段工艺控制不佳，淀粉水溶性降低，溶液不稳 定，在拉丝和存放过程中容易出现浸润剂迁移现象。 ２、３号批次原丝试样含水率偏高，水分过多易造成 浸润剂膜发粘，纺纱时玻璃纤维摩擦力大，易折断起 毛。可以在库房对原丝进行温湿度调理，适当延长 《玻璃纤维）２０１３年第３期９ 暹 茎 ｅ，ｇ，ａｓ 存放时间，来降低含水率。淀粉的糊化工艺控制时 要掌握保留一定比例的溶胀但没有完全破裂的高直 链淀粉粒子，以减少浸润剂的迁移性。 ２．２ 油剂乳化工艺影响 氢化植物油乳液具有润滑及改善淀粉膜韧性的 作用。油剂乳化后与水溶性淀粉有很好的相容性。 油剂乳化工艺控制不当，形成的乳液粒子过大，乳液 粗糙不细腻，放置一段时间后浮在浸润剂表面，会造 成乳液的稳定性变差，浸润剂内有颗粒状沉淀，乳液 在拉丝高剪切力下不稳定，有颗粒析出而粘附于涂 油皮带上，造成飞丝；乳液颗粒越小，乳液稳定性越 好，但浸润剂在原丝上的迁移性就越强，乳液颗粒大 小要控制适当，在油剂乳化工艺控制过程中，高速搅 拌提供的剪切力使油脂颗粒分散到微米级尺寸，严 格控制好油剂乳化的转相点，完成从油包水到水包 油的转相，使淀粉型浸润剂中油剂乳液很好地起着 润滑和增塑淀粉的作用。 ２．３ 表面活性剂的影响 适量的表面活性剂可以有效降低浸润剂体系的 表面张力，使浸润剂更容易润湿玻璃纤维表面，有利 于减少拉丝和纺纱过程中产生毛丝和断头现象。但 表面活性剂的存在会对淀粉膜的机械性能产生影 响。有研究表明，含表面活性剂≥５％的淀粉膜有很 大的脆性，不能完整成膜，可能是由于表面活性剂与 《玻璃纤维）２ｏ１３年第３期１０ 朱立洪，等：改性淀粉浸润剂的配制工艺及性能分析 淀粉高分子之间缺乏强相互作用力，这会导致干燥 过程中的相分离。因此淀粉浸润剂中的表面活性剂 会使淀粉膜强度和柔性有所降低。 ３结束语 淀粉浸润剂在淀粉原料的选择时多选用两种不 同的淀粉来实现性能的互补，通过糊化工艺控制直 链淀粉颗粒的溶胀破裂比例，配制出高浓度低粘度 的糊液。在油剂乳化工艺阶段控制好乳化条件，分 散出微米级的乳液颗粒，实现乳液从油包水到水包 油的转相，使油脂颗粒均匀稳定地分布在水中。添 加适量的表面活性剂，充分发挥淀粉与油剂各自的 优点，改变淀粉膜脆硬的缺点，达到浸润剂渗透性 好，流变性稳定，淀粉膜光滑、细腻、柔韧的效果。 参考文献 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