摘 要
    探讨浆纱系统工程中,浆液制备环节对上浆的影响。分析了国内浆纱行业浆纱制备中存在的问题以及解决的方法,举例介绍了聚乙烯醇浆料快速溶解工艺和解决聚酯浆料不溶解的措施。指出:正确的浆液制备操作要求十分重要,总结多年生产实践经验制定调浆工作管理要点对浆纱生产管理十分有益;同时应有效利用剩浆和回浆。认为:浆料、浆纱行业应重视浆液制备环节的工艺研究。

    关键词

    浆液制备;浆料膨润;浆料溶解;淀粉糊化;调浆工艺
    浆纱是一个系统工程,每个环节都不容疏忽。要想获得稳定、高品质的浆纱和高效的织机效率,没有科学、严格管理的浆液制备是不可能达到的。调制出稳定、均匀、一致的浆液是提高浆纱质量的基础和保证。在生产中,时常会发现同一品种、同工艺设计的浆轴中有 1 个 ~2 个轴织机效率不高(织机因素除外),这与浆液制备过程中存在的问题有直接关联。
    1 浆液制备工作存在的问题
    一直以来,无论是在理论研究方面,还是管理方面,有关浆液制备方面的文章非常稀少。由此反映出纺织业内对浆液制备方面的探索非常有限,浆液制备未能引起广大浆纱技术工作者的重视,缺乏深入细腻的工艺研究。
    20 世纪 80 年代,我国纺织行业几乎所有的工种都制定了工作法。如浆纱挡车工作法每个地区都有。但是调浆工作法很少见,连非常重视企业管理的上海纺织工业局都没有制定。目前调浆仍然停留在口手相传的方式上,浆液制备方面缺失公认的操作法。
    有些纺织企业调浆场地的脏、乱、差,已经到了难以想象的程度。如调浆桶使用多年没有清洗过;高速搅拌器上的各种浆料黏连成足球那么大;磅称缺失,调浆时各种浆料估算着往桶里倒等等,调浆工序缺少有效管理。在这样的情况下,企业难以生产出稳定、高品质的浆纱,更何谈生产高档面料。
    浆料研发单位、浆料生产商对所开发的浆料很少有明确的调浆工艺或调浆程序方面的规定,对浆料溶解特性研究不足。而纺织企业对于调浆和配浆还停留在浆料能溶解就行的层面上。而实际上,每一种浆料或助剂的溶解性能,尤其同其他浆料配伍时的溶解性能变化情况,浆液调制过程有何特点,都值得浆纱技术工作者去研究。通过浆料溶解特性的深入研究,才能找到有实效的调浆方法。
    2 浆液调制需要解决的问题
    2.1 增强调浆重要性的意识
    重视调浆工作,才能确保浆液的稳定,这是巩固提高浆纱品质的基础。很多纺织企业对调浆工作都很重视,自有摄像监控技术后,就第一时间在调浆场所、浆料仓库等安装摄像监控,以达到减少浆液浪费、防止溢浆、防止浆料被盗的目的。在此基础上,企业可进一步扩展监控功能,调整摄像角度或位置,要求先备料于桶边后,才可以开始调浆。这样可以监控浆液调制、烧煮温度、烧煮时间等重要过程,为稳定浆液起到一定的监控作用。
    2.2 深入了解各类浆料的糊化、溶解性能
    2.2.1 淀粉类浆料性能特点
    淀粉类浆料历来是上浆材料的主力军,尽管化学合成浆料目前使用的很多,但是淀粉的用量仍占很大比重。不同种类的淀粉其性质也不同,即使同一种类的淀粉,也会由于品种、产地和制法的不同性能多少有所差异。几种主要淀粉的特征归纳如下。
    玉米淀粉:淀粉粒子比较坚固,黏结力强,渗透性好,上浆易均匀附着于纱线上而富有弹性,但浆纱手感略为粗糙、僵硬。煮浆时间较长,高温条件下才能完全糊化,虽经久煮,黏度仍不易降低。用高压调浆桶配以合理的调浆工艺来调制玉米淀粉浆液最合适。
    马铃薯淀粉:浆液透明清亮,成膜性、耐曲折性以及耐磨性良好,浆液渗透性好,浆纱手感光滑细腻。但在糊化时其黏度急剧上升,随后逐渐降低而不稳定,如果浆液调制中采用高温久煮,会很快失去黏结性,容易造成轻浆。
    小麦淀粉:浆膜平滑性、渗透性良好,但成膜性差,伸度较小。其黏度比玉米淀粉低,黏度相对稳定。浆液糊化后黏度下降比较大,黏度热稳定性差,用高压调浆桶调制时,小麦淀粉黏度设置应较玉米淀粉高,否则浆液黏度会偏低。
    2.2.2 淀粉浆料的糊化
    淀粉颗粒不溶解于冷水,在热水中吸收水分而膨润,其体积增加几倍。这个过程和现象称为“膨润”。而后淀粉粒子破裂,淀粉大分子流出而成“浆”,这一状态称为“糊化”。淀粉发生糊化时的温度称为“糊化温度”。而“完全糊化”是指淀粉在达到糊化温度后,浆液继续升温加热,浆液黏度随着加热时间的延长而降低,到某一时间,黏度呈稳定状态,称为淀粉的完全糊化 。表 1 是几种常用淀粉的糊化温度参考值 。

    各种淀粉的糊化温度随条件的改变而改变,如浆料配方、淀粉变性方法、调浆升温速度等都会引起糊化温度的改变。
    由前人的大量研究可知,淀粉浆料调制过程分为第 1 膨润期、第 2 膨润期、糊化期、成熟期、稳定期。第 1 膨润期:淀粉吸水后开始膨润( 55℃~60℃ ),此温度下支链淀粉虽不溶解于水,但少许加热,水分即渗透到内部。第 2 膨润期:渗透到内部的水分使淀粉膨润,淀粉粒子开始破坏,直链淀粉流出(温度必须在 85℃ 以上)。糊化期:淀粉粒子被破坏,内部的直链淀粉流出于外部,此时温度为淀粉的糊化温度,一般为 88 ℃ ,调浆中温度90℃~95℃ ,高压时温度 115℃~120℃ 。成熟期:使糊化更完全并达到稳定化,调浆温度已经调整到给定的温度。稳定期:如长时间加热黏度会降低;而温度下降时,会呈固化状态,此时调浆温度是保持给定温度。
    以上规律浆纱工作者熟悉的只是淀粉浆料糊化过程和变化的大概情况(膨润温度是一个范围,膨润和完全糊化所需时间也不明确)。我国是纺织大国,浆料研发也很有特色,具体到每个纺织企业、每个品种的浆料配方,其混合浆料的糊化曲线是不同的。这些与所设计的浆料配方和调浆方法密切相关。其中要研究的内容还很多,尤其应重视浆液调制的工艺研究。
    2.2.3  PVA 的溶解
    尽管多年来纺织浆纱界一直提倡不用、少用PVA ,但是实际效果不尽人意,纺织企业目前仍在大量使用 PVA 上浆。 PVA 的溶解问题仍需重视。
由于高压调浆桶越来越普及,好像 PVA 的溶解已不是问题。而当了解了 PVA 的溶解机理后,采用普通(常压)调浆桶完全可以快速实现PVA 的溶解。参考文献[ 2 ]就有清晰的介绍。具体作法是在常压调浆桶内投入 PVA 后,使水温保持 在 63℃~65 ℃ ,加 入 质 量 分 数 不 超 过0.05% 的肥皂溶解液,保温 10min~15min 后,再加入其他浆料,煮开(90℃以上)保温 15min ,PVA 和其他浆料完全溶解,即可定积待用。
    2.2.4 聚酯浆料的溶解
    聚酯浆料在含涤品种的上浆中应用较多,其对涤纶具有很强的黏结性。在使用中用量不宜过大,由于其成膜性差,容易产生落浆落物。一般在纯涤品种上的用量以每桶浆不超过 6kg 为宜。另外聚酯浆料在调浆时,经常会出现白灰色不溶颗粒,这些不溶物严重时会增加落浆落物,造成浆纱断头。如果织进坯布,这些不溶物拒染不上色,会造成难以挽回的损失,不少浆料公司因此被投诉索赔。
    出现聚酯浆料不溶解的问题是生产环节的因素。聚酯浆料的生产在严格意义上讲还处于不完善、不可控的阶段。因而在使用上不可掉以轻心,每桶浆都要检查其溶解情况。聚酯浆料的溶解同调浆水质也有一定的关系。我国纺织企业地理位置分布很广,纺织企业调浆用水变化大,甚至有时会出现同一批聚酯浆料时有出现不溶解现象。
    这里介绍一种聚酯浆料的溶解方法。将工艺配方中的聚酯浆料称重后投入小桶中,将浆纱机烘房的高温冷凝水直接放入桶里并搅拌,直至溶解,把溶解的溶液投入调浆桶即可。这种方法已有企业使用多年,效果较好。还有一种解决聚酯溶解问题的方法,即在调浆时加入一定量的六偏磷酸纳(以下简称“六偏”)来解决聚酯的溶解问题,但此法有时有效,有时无效,不稳定,且长期得不到解决。山东某企业就碰到了该难题。通过分析认定,“六偏”的使用目的在于调水质。以前调浆投料,“六偏”同其他浆料一起投入调浆桶搅拌,有可能影响了“六偏”调正水质的效果。于是他们创新了投料程序:调浆时放水至适量,开搅拌器,首先投入适量“六偏”,搅拌数分钟,让“六偏”先把水质调好,再投入其他浆料。半年来,没有发生过聚酯不溶解的问题,“六偏”的用量也比推荐量大幅减少。通过创新投料程序,既解决了问题又降低了成本。
    2.3 正视调浆用水
    教课书上对调浆用水有明确要求,但出于很多因素,诸如水资源缺乏、上浆成本考虑等,调浆用水差异很大,有自来水、地下深井水、地下水、河水、池塘水等。上述这些调浆用水,随气候、下雨、地下水位以及其他不了解因素的变化而变化。其中自来水相对稳定,但微量元素,诸如钙、镁离子的含量随水源的变化也发生变化。同时这些调浆用水还因地理位置的不同而有其特定的水质。如山东潍坊和高密相距百公里之内,浆料配方和浆料供应商完全相同,潍坊某企业用地表水使用原淀粉调浆,降黏剂不能按常规的用量,否则浆液黏度很低,含固量低的甚至不用降黏剂,且该企业夏天没经处理的回浆放置两三天后酸度也不高;高密某企业也用地表水,使用原淀粉调浆,以过硫酸氨作为降黏剂,桶浆用量甚至到 350g ,黏度依然降不下来。仅相距 40km 左右的潍坊某企业,每桶浆只有 70g 过硫酸氨,黏度就能达到工艺要求。这说明水质不同,连降黏剂使用量都有显著不同。
    以上生产实例告诉我们,在调浆中,首先要正视纺织企业的调浆用水,没有特殊原因,企业是不会改变现状的。其次研究透本企业调浆用水的特性才能正确选择适合本企业的浆料。最后浆料生产供应商也应主动了解纺织企业调浆水质,对浆料溶解配伍做好评估试验,正确指导纺织企业用浆用料。
    2.4 浆液制备操作要求
    2.4.1 投料准备
    浆料准备就是按工艺配方的要求,正确称重所需浆料,保证品种齐全。浆料准备在调浆放水之前必须做好,否则不能进行调浆,杜绝一边称料一边调浆,其核心是防止发生浆料投料差错。
    2.4.2 投料顺序
    第一步是先放一定量的水。如果水都放不准,浆液的含固量也难以稳定。当前国内很多企业对调浆放水量没有规定,全凭调浆工的经验。但是少数企业对放水量还是十分认真的,他们把每个品种调浆所需的放水量都提前计算好。采用可设定进水量的自动进水装量,使得浆液的含固量非常稳定。印尼梭罗某纺织厂对调浆放水十分认真,工艺单上对每个品种浆料投完后的体积都有明确的规定。
    放好定量的水后,开搅拌器就可以开始投放各种浆料。投料要少量而均匀,有利浆料分散,防止结团。首先投放有特殊作用的浆料(投放量一般都很少),如“偏”、“纳米”浆料;其次投放能溶解于冷水,但容易结团,结块的浆料,如 CMC 、CMS ,随后投淀粉类浆料,再投 PVA ,防止 PVA沉淀于死角而不溶解。油剂类和固体丙烯浆料一般没有严格的顺序要求。液体聚丙烯类浆料的投放主要看什么时候投放泡沫少,对浆液黏度影响小,有些聚丙烯浆料是浆液定积前投放的。全部浆料投完后,必须用水把调浆桶内壁、搅拌器上黏附的浆料全部冲入桶内,防止不溶物的产生。这点虽然细小,但是很重要。
    2.4.3 烧煮要求
    大多数调浆都是投完料放水到位后,直接开蒸汽加温直至煮开。有些调浆则是在常温条件下浸泡 10min 左右。从淀粉、 PVA 等高聚物的溶解规律来看,它们都有一个在一定温度下膨润溶胀的过程。直接煮开,膨润溶胀过程就很短,冷水浸泡作用也不大,这样使浆液达到完全糊化的加温时间较长。不论是常压调浆还是高压调浆,建议采用2.2.3 中介绍的方法。用高压调浆,可以灵活利用温度控制和时间控制装置来进行,比较方便。常压调浆只能依靠人工控制,有些企业调浆就采取
    这种烧煮方法,效果不错。该烧煮方法,由于浆料膨润溶胀充分,对不耐煮的马铃薯浆料就可以降低保压温度和保压时间,防止轻浆的产生。
    2.4.4 定积方法
    定积时主要注意两个问题。一是浆液里的泡沫,尤其是密集的小泡沫很容易被忽视,泡沫未消,定积后浆液的实际含固量会偏高,因此定积前要先消泡。二是浆液体积调节需要加水的问题,普遍做法都是加冷水,大多数淀粉浆液遇低温冷水时,淀粉会出现一种“不可逆的凝胶”状态。淀粉浆发生凝胶后,再多的加热及搅拌也不会再成为均匀的浆液。若把这种浆液通过过滤器,就能看到滤网上收集到大量的小冻粒,即使这些粒子己破裂并能通过滤网,但仍是一种无效的浆料,不会形成均匀连续的浆膜。这部分凝胶化的浆液对上浆是不利的,其渗透性差,会导致局部上浆量过大,缺乏黏附性而引起落浆增加。因而浆液需要加水时,最理想的是加热水,热水温度越接近浆液温度越好。
    纺织企业定积时加热水的很少,其实加热水在浆纱工序来说不难,浆纱机只要运转就会产生高温冷凝水,不但温度够高,水质也好,是非常理想的调浆用水。只要企业了解加热水的好处并重视,这个问题就能得到很好解决。
    2.4.5 浆液检测
    浆液检测是浆液完成后的一项重要步骤,从质量管理角度来看,未经检测和经检测不符合质量要求的浆液是不允许使用的,可见浆液检测的重要性。
    大多数企业浆液调制完成后,对浆液的体积和黏度都做检测。而对浆液pH值的检测却不是很普遍,其他项目,诸如浆液的含固量、溶解度等需要在实验室来完成的,一般企业没有条件做,甚至有条件也不做。浆液检测内容和标准由各个企业根据自己的实际情况而定。
    3 调浆工作管理要点
    调浆工作管理应涵盖浆料进库、堆放、开始调浆直至浆液调制完成,确保浆液供应。其中很多管理内容都是必须的,比如交接班、清洁工作等等。这里介绍几个管理要点。
    3.1 先备料后调浆
    这个要求的目的在于防止或减少工艺配方在投料环节出现的遗漏或重复投料现象,尤其是减少重量小的浆料方面的差错,确保配方的正确性。如果不事先备好料,一边称料一边投料,投料过程又因故中断,更容易出现差错。先备料,并规定所有浆料都放在调浆桶旁,还便于进行现场检查,有监控装备的还可调取视频检查。
    3.2 确保浆料膨润、烧煮温度和时间
    这个要求的目的是确保各种浆料充分溶解,使浆液达到“完全糊化”的状态,浆液黏度稳定,均匀一致。要根据所选择的各种浆料的溶解特性,规定膨润温度和保温时间,规定最高煮浆温度和保温时间。
    3.3 定积为主黏度为辅,确保含固量
    这个要求的目的是力求上浆率稳定。而上浆率的稳定是以浆液含固量的稳定为基础的,因为浆液含固量与上浆率是正强相关。浆液黏度在一定范围内变化对上浆率的影响不大。因此,每个品种浆液的体积要控制一个很窄的范围,稳定含固量。当黏度变动比较大时,还是以确保含固量为主。
    3.4 调浆前后的信息沟通
    这个要求的目的是为了上浆的稳定和均匀性。调浆前应与挡车工进行沟通,了解上浆情况、是否要微调浆液含固量、生产调度情况、浆纱设备状况,便于安排调浆时间。防止过早调浆,使浆液长时间待用,导致含固量和黏度的降低,淀粉浆液也容易老化。有些企业对调浆工作疏于管理,调浆桶的数量多,往往会出现调浆工一上班就连续调浆,把当班的浆(甚至交班用的浆)都调好了。这样制备出来的浆液势必严重影响上浆率的均匀性和浆纱质量。
    调浆后也要及时与有关人员沟通,通报浆液调制的状况,尤其是浆液含固量、黏度、浆料溶解等情况。便于挡车工对压浆力、浆槽温度、浆纱回潮等进行调整,以确保上浆的稳定和均匀。
    4 剩浆和回浆的使用方法
    剩浆是指调浆桶内还没有使用完的新鲜浆液。回浆则是指已经使用过的从浆槽抽回调浆桶的浆液。它们在使用上有一定的差别。
    4.1 剩浆
    剩浆一般是已浆完品种剩下的浆液,与待浆品种浆料配方差异较大,相对待用时间不长。在使用中,根据剩浆体积、剩浆工艺配方,计算出浆液中主要浆料的含固量,如 PVA 、聚酯、淀粉的含量,如果再精确一些,连油脂、聚丙烯类的含量都可以计算出。若浆液存放时间不长,各类浆料的含量可以不打折,保守一点折算,淀粉打个 9.5折,化学浆可以不打折。再根据上浆品种的工艺配方和剩浆里各浆料的含量、剩浆体积和黏度情况,计算出和剩浆混合后符合上浆品种所需浆液的各浆料投料量,调制出新浆液,调制的新浆液与剩浆充分混合搅拌,检测浆液质量,待用。计算正确,调浆操作规范,一般不会影响上浆质量。剩浆如果存放时间长,只能当回浆使用。
    4.2 回浆
    回浆调回浆桶后要做防酸化处理,一般加稀释的氢氧化钠溶液,搅拌均匀后调整回浆pH值在8.5~9 左右,兼顾气温情况来确定pH值,气温高pH值应高些。此外,还要做好回浆的抗凝胶措施,因为目前大多数淀粉浆液冷却后都有凝胶现象,可以在回浆中加入淀粉抗凝剂,如加入单甘脂,其添加量在淀粉重量的 0.3% 左右;单甘脂必须在高温状态加入,高温不一定煮开,只要高于淀粉的糊化温度即可。因此,各种因素造成的浆液暂时不用又不能保持浆液始终处于高温状态,就必须做好防凝胶措施。特别是发生突然故障,浆液要调回浆桶,高温时立即加抗凝剂,搅拌均匀。
    回浆因为使用时间长,经过较长时间高温、机械(剪切)搅拌等因素,其含固量、黏度都会发生变化。在使用中,同样要根据回浆体积、回浆工艺配方计算出其中各种浆料的含量。回浆中各类浆料的含量是一定要打折的。根据一些企业实际使用的经验,推荐参考。 24h 以内化学浆打 9.5 折,淀粉类打 9 折, 48h 以内化学浆打 9 折,淀粉类打7.5 折 ~8 折。回浆存放天数越长,淀粉类含量的折率越小。回浆中其他助剂忽略不计。
需要说明的是,回浆中各种浆料含量的计算折率因所使用的浆料品种不同而不同,尤其是淀粉类浆料。如马铃薯淀粉是不耐煮的浆料,哪怕一天以内的回浆,其黏附性也下降得很厉害,如何计算其有效含量还需在实践中探索。以上剩浆、回浆的使用方法仅供参考。
    5 结束语
    浆液制备工作既然是浆纱系统工程的组成部分,那么对它的深入研究也就必不可少。浆液制备是高品质浆纱和高效织造的基础,对于获得稳定均匀的上浆尤其重要。浆液制备目前存在的诸多问题,究其关键是重视不够,只要大力提高对其重要性的意识,很多问题会迎刃而解,很多工艺创新会层出不穷。浆液制备的工艺重点是对各浆料,尤其是调浆配方的混合浆料的溶解特性、糊化温度、完全糊化所需时间规律的研究,以此获得均匀稳定的浆液。浆液制备的操作管理要根据企业的具体情况来制定,但基本原则是要减少差错、稳定浆液质量、符合工艺要求。浆液制备工作管理要点是集广大浆纱工作者多年实践经验之总结,企业根据实际情况,加以补充完善。

    来源：棉纺织技术新传媒

    作者：王正虎