1、 1 毕业设计 开题报告 纺织工程 全额取代 PVA 浆料的变性淀粉上浆技术与工艺研究 一、选题的背景、意义 自 1940 年 PVA 浆料第一次用于经纱上浆之后，很快被全球纺织工业所采用。我国自 20 世纪60 年代起开始使用 PVA 浆料，当时主要用于涤棉混纺品种的上浆。由于 PVA 浆料具有优良的成膜性、粘附性和粘结强力及与其他浆料有相容性较好的特点，一度被认为是解决涤棉混纺纱及纯棉细号、高密、高难品种最理想的浆料。但是，由于 PVA 浆料的价格远远高于淀粉类浆料的价格，加之我国工业化发展现代化进程的不断加快， PVA 浆料对环境的破坏、污染 问题 1已经引起广泛重视，经过 PVA 浆的
2、织物在欧洲已经受阻。因此，经纱上浆全额取代 PVA 浆料，已成为亟待解决的重大问题 2。 变性淀粉作为主浆料用于中、高档品种的经纱上浆，已经得到广泛的认可，并在整个上浆工艺中发挥了极大作用，由于其价格相对较低，一定程度上能较好地满足上浆需要。淀粉经过酸化、氧化、酯化、交联等变性后，经过大量的试验和广泛的生产实践证明，其上浆性能已得到了显著的改善，这已成为广大同仁的共识 3。 首先，是变性淀粉粘度的稳定性问题 4，经过变性的淀粉，粘度的波动率比原淀粉大幅度降低，为均 匀上浆和提高上浆效果打下了良好的基础；其次，是变性淀粉低粘度，低粘为增加浆液含固量和采用高压上浆 5创造了条件，特别是一部分变性淀
3、粉的粘附性和粘结强力显著提高，使其成膜性、浆纱耐磨性、浆膜柔韧性、耐曲屈性、弹性都有较大程度的改善，这为在上浆中 全额取代 PVA浆料 ，大量使用变性淀粉提供了技术保证。 人类进入新世纪，历史翻开新篇章，科技进步为人类带来了翻天覆地的变化，但同时也带来了一些负面影响。由于资源的过度开发和利用，严重的环境污染和生态失调，危害着人类的健康。在人类发展史中，每一次对环境的破坏都得到了应有的 惩罚。人类越来越认识到环境保护的重要性，我们只有一个地球，经济的发展不能以牺牲环境为代价。为了净化我们生存的环境，必须减少环境污染。环境污染是由多方面的原因造成的，如人类对资源的破环、工业污染等等。纺织行业是工业
4、的一个重要组成部分，它造成的污染也同样不容忽视。纺织工业的污染主要是由于湿加工整理排放的污水造成的。这些湿加工整理包括：织物的退浆、煮练、漂白、染色、印花以及后2 整理等。其中，退浆造成的污染占有相当大的比重，超过 50，已 成为纺织生产过程中最大的污染源之一。退浆废水的主要成分是浆料，因此其污染主要是由 浆料造成的。经纱上浆所使用的三大类浆料中，淀粉可以完全生物降解，污染很小。丙烯酸类浆料的生物降解性介于淀粉和 PVA之间，有一定的生物降解性，但它的用量不多，对环境造成的污染较小，不是主要的污染源。 PVA的生物降解性很差，严重污染环境，造成退浆废液污染的主要来源是 PVA。 当前在中高档织
5、物的经纱上浆中，尤其在合成纤维经纱及细支合成纤维棉纤维混纺经纱的巳浆中，仍不得不采用以 PVA为主体，配以少量变性淀粉的混合浆。现在每年 PVA的用量占总浆料用量的 20左右，国内外 PVA浆料用量超过 l 7万吨。如此多的 PVA对 环境造成了严重的污染，因此解决 PVA浆料的污染问题是一个非常迫切的重要问题 7。 本课题使用变性淀粉全额取代 PVA浆料，不仅降低了对环境的污染而且还为企业节约成本，可使企业最大化优化资源结构，最终将为国家 工业应用研究进展 作出巨大贡献。 二、 相关研究的最新成果及动态 (1)关于淀粉及变性淀粉的研究 淀粉是一种多糖类的天然高分子化合物，由绿色植物通过光合作
6、用形成，广泛存在于许多种类的植物中，它既是人类及许多动物的主食品及饲料，也是工业上的重要原材料。由于它的资源丰富、价格低廉、环境污染低等特点，早已在许多工业 部门中广泛应用在纺织工业的经纱上浆中，更是应用已久的浆料 8。淀粉对亲水性的天然纤维有较好的粘附性，具有一定的成膜能力，基本上能满足天然纤维的上浆要求，在经纱上浆巾的应用已积累了一定的经验。但其上浆性能不能令人十分满意，常需要各种辅助浆料加以弥补。运用物理或化学的方法使淀粉变性，或与其它浆料混合使用，可提高淀粉的上浆效果并扩大其使用范围。变性淀粉按时间可分为第一代的分解淀粉、第二代的淀粉衍生物和第三代的接枝淀粉 9。分解淀粉是通过加热或用
7、酸、氧化剂使淀粉大分子降解，如酸解淀粉、氧化淀粉。淀粉衍生物是通 过化学的方法在天然淀粉大分予链上引入某些官能团，如醋酸酯淀粉、磷酸酯淀粉。接枝淀粉 10是以物理或化学的方法在淀粉大分子链上接枝一些低聚物。当前在各种浆料中，淀粉及变性淀粉仍占着最大比例，约 70。 （ 2）应用高性能变性淀粉取代 PVA上浆的配方、工艺及上浆效果研究 高级工程师史博生对 20个不同纺织企业生产的纯棉品种及涤棉混纺品种应用高性能变性淀粉取代 PVA上浆的配方、浆纱工艺、织造效果进行了汇总，并与用 PVA上浆的配方进行了对比。指出：应用高性能变性淀粉取代 PVA上浆，有利于提高浆纱好轴率、提高下机一等品 率、降低用
8、浆成本、提高印染质量 11。 3 天华企业发展 (苏州 )有限公司史博生、郑力研究以 PR-Su浆料完全取代 PVA的上浆工艺。对PR-Su浆料的粘着性、溶解性、浆液粘度、热稳定性、浆膜强度、浆膜耐磨性、降解性等指标进行了测试，并分析了各项指标对浆纱效果的影响，提出了适用于不同原料、不同纱号的各项工艺参数的选取范围，针对用 PR-Su浆料完全取代 PVA上浆实践中出现的具体问题，提出了有效的解决措施。指出：以 PR Su浆料完全取代 PVA，高压桶设定温度要降低，保温时间要缩短；浆槽温度要降低，以确保浆槽粘度稳定； 浆纱回潮率要提高，浆纱各段张力要降低，以弥补大量使用变性淀粉后浆膜断裂伸长偏小
9、的不足 12。 山东省青岛纺联集团一棉有限公司郭顺琪为降低成本，减少环境污粢，对纯棉、粘肢、涤棉混纺品种上浆进行了少用、不用 PVA的浆纱实践。通过优化调浆操作方法，对比各品种不同浆料配方情况下的浆纱效果、织造效果及用浆成本，认为以变性淀粉、丙烯酸类浆料为主浆料对纯棉、粘胶、涤棉混纺品种进行上浆，部分或完全取代 PVA，浆纱质量良好，可降低织机断经次数降低用浆成本 13。 （ 3）变性淀粉、聚丙烯酸类浆料的性能研究 河南南阳纺织集 团有限公司工程师朱庆生对变性淀粉、聚丙烯酸类浆料的性能研究进行了分析。随着变性淀粉粘度稳定性的提高，粘度的降低以及聚丙烯酸类浆料吸湿再粘缺陷得以改善，为在上浆中少用
10、或不用 PVA，以变性淀粉和聚丙烯酸类浆料为主体，替代 PVA提供了技术保证；再者，高压上浆技术的发展日趋完善，高压上浆使浆液粘附性和浆液的粘结强力得到极大的改善，有效地提高了上浆效果和织造性能，为少用或不用 PVA提供了更加有利的条件。作者分别设计了含 PVA浆料的配方和不含 PVA浆料的配方，并采用常压、高压不同压浆力配置，论证了上述观点 2。 （ 4）替代 PVA的接枝变性淀粉浆料的研究 东华大学张斌从经纱上浆对浆料的性能要求出发，提出了接枝变性淀粉浆料需解决粘附性和成膜性两个关键问题，然后依据结构和性能的关系，建立了接枝变性淀粉浆料接枝支链的分子结构模型。他用先接枝共聚，后酸化处理的方
11、法，简化了接枝变性淀粉浆料的工艺流程，制得的接枝变性淀粉浆料，不仅可生化性较好，可以完全生物降解，价格低廉，与目标浆料 (70 PVA+30氧化淀粉 )相比，价格低 49左右，经济效益明显，而且上浆性能优良，在实验室中全部替代了PVA用于 l 3tex 65 35涤棉混纺经纱 上浆，浆纱强力和伸长率、贴伏毛羽性能均优于目标浆料，耐磨性能也与目标浆料相差无几，克服了接枝变性淀粉浆料耐磨性差的缺点 14。 江苏省盐城纺织职业技术学院瞿才新从保护环境角度出发，通过分析淀粉 (变性淀粉 )、 PVA和丙烯酸类三大类浆料的性质及纯棉纱、涤棉混纺纱的上浆要求，比较了几种环保浆料的上浆性4 能指标，介绍了几
12、种环保浆料在纯棉纱和涤棉混纺纱上浆中取代 PVA的应用情况。指出：开发高性能的环保浆料十分必要，目前环保浆料国产化程度低，进口浆料价格高，制约了环保浆料的应用。就现有生产水平而言，立足变性淀粉和丙烯酸 类浆料，研究高效的添加剂取代 PVA上浆不失为一种有效途径 15。 二 . 课题的研究内容及拟采取的研究方法、技术路线及研究难点，预期达到的目标 1研究内容 淀粉变性原理及性能特点分析； PVA性能特点分析；变性淀粉及相关助剂筛选；变性淀粉浆料配方设计；变性淀粉上浆工艺研究；浆纱性能测试、分析；上浆工艺优化。 2研究方法 根据检索、收集到的相关文献与资料，分析、提炼出课题研究方案，并确定技术路线
13、；通过试验设计与实验分析，归纳总结出 全额取代 PVA浆料的变性淀粉上浆技术与工艺，并对浆纱效果进行测试分析，优化出最 佳上浆工艺。 3技术路线 变性淀粉与 PVA性能分析确定课题研究方案和技术路线变性淀粉及相关助剂筛选和准备变性淀粉 全额取代 PVA上浆技术与工艺试验 浆纱效果测试分析和浆纱工艺优化 4研究难点 变性淀粉及相关助剂筛选与浆料配方设计。 5预期目标 通过课题研究能够在纯棉和棉 /化纤混纺织物加工中实现 变性淀粉 全额取代 PVA上浆。 四、论文详细工作进度和安排 1、 2010年 11月 01日 2010年 11月 22日：毕业论文的选题（确定选题）； 2、 2010年 11月
14、 23日 2011年 01月 01日：完成并提交文献综 述、开题报告和外文翻译； 3、 011年 02月 21日 2011年 03月 11日：完成毕业论文（设计）初稿并通过学院组织的审核； 4、 2011年 03月 12日 2011年 05月 03日：毕业实习并接受学校的抽查； 5、 2011年 05月 04日 2011年 05月 12日：完成并提交毕业论文； 6、 2011年 05月 13日 2011年 05月 22日：毕业论文（设计）评阅； 7、 2011年 05月 23日 2011年 06月 03日：毕业论文答辩 5 五、主要参考文献 1 孙传芳纯棉纱卡不用 PVA 的上浆工艺 J棉纺织
15、技术， 200l； 29(12)： 41 42. 2朱庆生浅述少用或不用 PVA上浆工艺设计 J棉纺织技术， 2003； 31(7)： 5 8 3彭雅丽，吴卫国，潘旭新酸解、酯化及其复合变性淀粉的研究进展 J粮油加工， 2010，16(5)： 43 45. 4周永元经纱上浆及浆料中几个问题探讨 (J棉纺织技术， 1993； 21(9)： 6 9 5萧汉滨 ,高压上浆工艺量化的研讨 J棉纺织技术， 2001； 29（ 5）： 8 12. 6张斌，周永元浆纱污染与环境保护 (J棉纺织技术， 2003； 31(7)： 17 20 7喻永青，程学忠，武海良 / 纺织浆料对环境的污染与对策建议（ J）棉
16、纺织技术， 2002； 30（ 2）： 5 8. 8包劲松，徐律平，包志毅等淀粉特性与工业应用研究进展 J浙江大学学报 (农业与生命科学版 )， 2002， 35(2)： 26 27 9周永元，变性淀粉的应用剖析，棉纺织技术， 1990， l 8(9)： 4 9. 10周永元、祝志峰一类新型浆料 接枝变性淀粉 J中国纺织大学学报， 1997； 23(4)：8 15 11史博生 . 无 PVA 上浆的现状与展望 (上 )J. 棉 纺织技术 2009,37(7):22 24. 12史博生，郑力 PR Su浆料完全取代 PVA上浆的工艺探讨 (上 )J棉纺织技术 2008， 36(6)：24 28
17、13郭顺琪 . K一 2000变性淀粉取代 PVA的上浆实践 J 棉纺织技术 2009,37(4):246 248. 14张斌 . 替代 PVA的接枝变性淀粉浆料的研究 D.东华大学 .20050101. 15瞿才新 . 环保浆料应用分析 J 棉纺织技术 2005,33(5):257 260. 16Lpez， Olivia V.， Zaritzky， Noem E. Physicochemical characterization of chemically modified corn starches related to rheological behavior, retrogradation and film forming capacityJ Journal of Food Engineering， 2010， 100（ 1）： 160 168 17Gzel， Demet， Sayar Digestion profiles and some physicochemical properties of native and modified borlotti bean， chickpea and white kidney bean starches Food Research International， 2010， 43（ 8）： 2132 2137
