长丝纤维上浆剂及其用途的制作方法

专利名称：：长丝纤维上浆剂及其用途的制作方法
技术领域：
：本发明涉及长丝纤维上浆剂及其用途。
背景技术：
：根据一般的用法来类推，对纺织纤维进行上浆是一种平滑化工艺，但是平滑化并不是该工艺的唯一目的，甚至并不是最重要的目的。其他目的还有将纤维粘结以及加固。在织造过程中，浆料被施加于用作经纱的纱线上。由于纱线原本为松散的结构，因此它们不能经受织造中的各种应力(在某些情况下应力可能较强)。纱线尤其会由于摩擦应力而变得粗糙化，从而造成纤维起毛，这使得织造难以进行。因此，非常有必要避免这类和其他类别的纱线损伤。为此，要把纱线保护起来。通过施加固化性粘结剂来实现这种保护，简单说来，该固化性粘结剂会形成围绕纱线的保护膜。这种粘结剂被称为"浆料"。为了将浆料施加到纤维上，将该浆料溶解于水中，然后将其作为"上浆液"施加于经纱上。在进行织造工序后，在大多数情况下，会将该浆料从织物上除去，即，将该浆料从织物上洗掉，这是因为浆料会妨碍随后的整理工序。上浆剂通常需要满足的要求包括上浆剂应形成膜，该膜还必须表现出一定的弹性。该上浆剂还必须对构成纱线的纤维表现出良好的粘附作用。无论出于技术原因需要什么样的浓度，上浆液的粘度都不能过高或过低。同样，浆料应可溶于水中，或应通过蒸煮而溶解。浆料应具有剪切稳定性。此外，浆料应尽可能容易洗掉或去除。另一方面，当空气湿度高时，浆料不能变软或变粘。最后这两个要求是矛盾的，需要找到其相应的折衷点。此外，上浆液不能变稠(retrograde)、形成皮层或易于起泡。此外，上浆液应易于浸润纱线。由于往往使用混合配方进行上浆，因此上浆剂应与可商购的其他产品相容；同样，上浆剂还应与诸如脂肪、润湿剂等必要的添加剂相匹配。总之，如果上浆剂本身是环保的，则这是有利的。在纺织行业中，对纺成纤维(spunfiber)和长丝纤维进行了区分。长丝纤维是连续不断的纤维，其是由纺丝原液通过纺丝而获得的，所述纺丝原液主要由合成聚合物或天然聚合物构成。所有长丝的共同特征是，在纺丝过程中，以颗粒形式存在的起始原料通过熔化或溶解而液化。然后，将形成的纺丝原液泵送通过纺丝头。一旦原纤维已经凝固(可以通过不同的方法来实现)，则将长丝线巻绕到筒管上。纺成纤维是通过拉伸并捻合有限长度的纤维而制备的，所述有限长度的纤维通常源自天然材料(例如，棉)。这两种类型的纤维(即，纺成纤维和长丝纤维)具有不同的性质，或对于待使用的上浆产品具有特殊的要求。例如，长丝具有较平滑的表面，而纺成纱(spunyarn)往往具有很松散的结构。因此，根据不同的纤维类型要使用不同的上浆剂。淀粉基上浆剂主要用于纺成纤维部分，而长丝纤维部分主要使用合成产品(例如，聚乙烯醇、丙烯酸酯或聚酯)。除此之外，长丝纤维上浆剂还需要满足的特殊要求包括低粘度，S卩，粘度低于lOOmPa.s(布氏(Brookfield)粘度，使用10%的水溶液在50。C下测定)。此外，长丝上浆剂还应对长丝纤维(例如，聚酯和聚酰胺)以及矿物长丝纤维显示出良好的粘接强度。另3外，有利的是，即使在低温下，该长丝上浆剂也具有高的稳定性。此外，在矿物长丝纤维的情况下，还需要上浆剂具有低的灰分量。长丝上浆剂应在光滑的表面上显示出极好的成膜性能，并应优选为仅使用水就能够将其洗掉。在用于合成长丝纤维的物质中，三种最重要的种类为聚酯(例如，得自DuPont公司的Dacron⑧、得自Hoechst公司的Trevira⑧和得自Akzo公司的Diolen⑧)、聚酰胺(例如，得自Bayer公司/Akzo公司的Perlon⑧、得自DuPont公司/Akzo公司的Nylon⑧和得自DuPont公司的Kevlar⑧)和聚丙烯腈(例如，得自Hoechst公司的的Dolan⑧、得自Bayer公司的Dralon⑧和得自DuPont公司的Orion⑧)。所有合成纤维的基本化学构造单元都是从石油获得的。各单独的分子通过聚合反应、縮聚反应或加聚反应而构建成各种聚合物。化学纤维(合成纤维)比天然纤维的结构更简单，所以具有更光滑的表面。长丝纤维的另一个重要的种类包括矿物，例如，Si0j石英)。这些玻璃长丝的特征在于具有特别高的强度，因此用于多种行业(如电子、汽车、建筑行业)中。目前，只有合成上浆剂完全符合长丝上浆剂所需要满足的要求。合成上浆剂主要由石油获得。迄今可供用于长丝纤维的淀粉基上浆产品均未对长丝表现出所需的亲合性，亲合性是指上浆剂对纤维的结合、粘接强度或粘附力。与合成产品形成对比的是，基于天然物质的上浆产品(例如，淀粉基上浆产品)是由可再生原料构成的，该可再生原料可大批量获得，并且是可生物降解的。
发明内容因此，本发明的一个目的是提供长丝纤维上浆剂，该长丝纤维上浆剂克服了现有技术中的缺点，尤其是，该长丝纤维上浆剂对长丝纤维表现出增强的亲合性，并且环境友好，从而能够部分或全部取代合成产品。此外，本发明的另一个目的是提供该长丝纤维上浆剂的用途。第一个目的是通过这样的长丝纤维上桨剂而实现的，该长丝纤维上桨剂包含至少50重量％的至少一种豆科植物淀粉，该豆科植物淀粉中的直链淀粉的含量为至少60重在这种情况下，优选的是，长丝纤维应选自合成纤维、天然纤维或矿物纤维。尤其优选的是，长丝纤维选自聚酯、聚酰胺、聚丙烯腈和玻璃。本发明还提出，豆科植物淀粉应选自豌豆、蚕豆(bean)、扁豆、大豆、花生、羽扇豆及它们的混合物。在一个实施方案中，豆科植物淀粉为化学改性和/或物理改性的。在这种情况下，优选豆科植物淀粉应该为酯化的。尤其优选的是，豆科植物淀粉应该为乙酰化的，其中乙酰基的含量优选为1%至5%。此处的乙酰基含量是指淀粉中所有能够乙酰化的官能团的比率。同样，还可以规定，豆科植物淀粉为挤出的。在挤出过程中，在高温(例如，约130°C)、压力和剪切力的作用下，淀粉被转变为可溶于冷水的稳定的低粘度产品。挤出是本领域中所公知的。豆科植物淀粉中直链淀粉的含量优选为60重量％至90重量％，更优选为65重量％至90重量％，尤其优选为70重量％至80重量％。上桨剂可以与至少一种其他的天然上桨剂和/或合成上桨剂混合。在这种情况下，优选的是，所得到的混合物中淀粉的含量为至少50重量％。豆科植物淀粉可以为基因修饰的。因此，本发明的上浆剂可以被施加到长丝纤维上。在这种情况下，首先将本发明的上浆剂施加到纤维上，在对纤维进行织造后，再将上浆剂从所制得的织物上除去，优选仅使用水将其洗掉。已经出乎意料的发现，如果长丝纤维上浆剂包含至少50重量％的至少一种豆科植物淀粉、且该豆科植物淀粉中直链淀粉的含量为至少60重量％，则能提供优异的长丝纤维上浆剂。如下面的例子部分所示，就亲合性、粘附力和伸长率而言，用该长丝纤维上浆剂可获得与合成制备的长丝纤维上浆剂相当的数据。已知淀粉的基本构造单元包括a-D-葡萄糖。当该葡萄糖单元在1，4位相连时，其形成直链分子的直链淀粉，而当同时还有1，6位连接时，则形成支链淀粉。因此，标准淀粉包括两种不同的分子。人们长久以来就已知道，这两种分子(直链淀粉和支链淀粉)具有不同的性质。因此，本发明的一个主要方面还在于豆科植物淀粉在制备长丝纤维上浆剂中的用途，其中，所述豆科植物淀粉中直链淀粉的含量为至少60重量％，并且所制备的长丝纤维上桨剂包含至少50重量％的所述豆科植物淀粉。从下面的详细说明并结合附图，可以了解本发明的长丝纤维上浆剂的其他特征和优点，其中，图1是示出本发明的长丝纤维上浆剂的布氏粘度与浓度的关系的图。具体实施例方式上浆剂的性能通常结合各自的基材(即，待施加上浆剂的基材)来定义。因此，如果直接将上浆剂彼此相比较，则所有其他的参数都必须相同，而这在实践中几乎是不可行的。然而，为了能够进行比较测量，例如，为了测量粘接强度，以下采用了转子_环(rotor-ring)法，该方法在文献"NeueUntersuch皿genzurKlebkraftvonSchlichtemitteln"(对上桨剂的粘接强度的新研究)，TextilPraxisInt.(1989年12月)中有所描述。在该方法中，在转子单元中制备纤维带，并通过注入各种浓度的上浆液而将纤维带润湿。在试验中，转子单元和上浆液均处于85°C的温度，该温度对应于实际过程中的温度。对以这种方式制备的纤维带进行拉伸试验，在此期间，测量拉伸强度和伸长率。在不同浓度下进行若干试验，从而得到线性曲线。所使用的参数是上浆率为1%时的值。该转子_环法的结果与实际情况完全相符。下文示出的实施方案无意于以任何方式来限制本发明的主题。例1制备具有高的直链淀粉含量的乙酰化的豌豆淀粉将4.7kg具有高的直链淀粉含量(约70重量％)的豌豆淀粉悬浮在7.3升自来水中。在室温下，采用380毫升乙酸酐在pH为8-8.3并且搅拌的条件下，将悬浮液酯化。酯5化后，将产物中和，过滤，并干燥。乙酰基含量为约2.4%。然后将乙酰化的豌豆淀粉挤出。以这种方式制备的豌豆淀粉酯对应于下表1所示的大豌豆(marrowfatpea)淀粉酯F8125。下表1示出了一系列具有不同的直链淀粉和支链淀粉含量的淀粉产品，以及根据转子_环法针对聚酯纤维测定得到的粘接强度和伸长率的数值。所有下列结果都是按照在TextilPraxisInt.(1998年12月)中的文章的描述而获得的。表1-不同淀粉原料和改性产品应用于聚酯纤维时的粘接强度值和伸长率值<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>为了制备去皮豌豆淀粉酯F8124，使用了不同的淀粉原料，以便获得与大豌豆淀粉酯F8125不同的直链淀粉或支链淀粉含量。同样，如何测定伸长率的值也可以在文献"NeueUntersuch皿genzurKlebkraftvonSchlichtemitteln，，(对上桨剂的粘接强度的新研究)，TextilPraxisInt.(1989年12月)中找到。下表2示出了合成上浆产品应用于聚酯纤维时的粘接强度值和伸长率值。表2-合成产品应用于聚酯纤维时的粘接强度值和伸长率值<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>最后，表3示出了本发明的长丝纤维上浆剂(豌豆淀粉酯F8125)与聚丙烯酸上浆剂应用于聚酰胺纤维时的粘接强度和伸长率的比较。表3-应用于聚酰胺纤维PA6.6时的粘接强度值和伸长率值口<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>由表1到3可以看出，就豌豆淀粉酯F8125(具有高的直链淀粉含量的豌豆淀粉酯)而言，其对聚酯和聚酰胺的粘接强度均显著增强，以至于该值在某些情况下可以与合成产品的值相当。然而，与合成产品形成对比的是，豌豆淀粉酯具有上文所述的优点。特别是，如从图1可看出的那样，豌豆淀粉酯F8125显示出优异的粘度值，例如，根据图l，在5(TC下，该酯的10%的水溶液可获得小于lOOmPa.s的粘度。此外，在2800rpm下剪切3分钟之后，测定了豌豆淀粉酯F8125的剪切稳定性。这些数值显示在表4中。表4-F8125的剪切稳定性剪切前10%的溶液的布氏粘度在2800rpm下剪切3分钟后的布氏粘度60mPa.s55mPa.s由于5mPa.s的差别是在测量精度范围内的，所以，从表4可以看出，产品F8125即使在经过剧烈的剪切之后，其粘度也不会改变。在说明书、权利要求书和附图中所披露的本发明的特征对于实施本发明的各种单独的和任意组合的实施方案来说可为必要的。权利要求一种长丝纤维上浆剂，其包含至少50重量％的至少一种豆科植物淀粉，该豆科植物淀粉中直链淀粉的含量为至少60重量％。2.权利要求1所述的长丝纤维上浆剂，其特征在于，所述长丝纤维选自合成纤维、天然纤维或矿物纤维。3.权利要求2所述的长丝纤维上浆剂，其特征在于，所述长丝纤维选自聚酯、聚酰胺、聚丙烯腈和玻璃。4.上述权利要求中任一项所述的长丝纤维上浆剂，其特征在于，所述豆科植物淀粉选自豌豆、蚕豆、扁豆、大豆、花生、羽扇豆及它们的混合物。5.上述权利要求中任一项所述的长丝纤维上浆剂，其特征在于，所述豆科植物淀粉为化学改性和/或物理改性的。6.权利要求5所述的长丝纤维上浆剂，其特征在于，所述豆科植物淀粉为酯化的。7.权利要求6所述的长丝纤维上浆剂，其特征在于，所述豆科植物淀粉为乙酰化的，其中的乙酰基含量优选为1%至5%。8.上述权利要求中任一项所述的长丝纤维上浆剂，其特征在于，所述豆科植物淀粉为挤出的。9.上述权利要求中任一项所述的长丝纤维上浆剂，其特征在于，所述豆科植物淀粉中的直链淀粉的含量为60重量％至90重量％，优选为65重量％至90重量％，尤其优选为70重量％至80重量％。10.上述权利要求中任一项所述的长丝纤维上浆剂，其特征在于，所述上浆剂与至少一种其他的天然上浆剂和/或合成上浆剂混合。11.权利要求10所述的长丝纤维上浆剂，其特征在于，在所得到的混合物中，淀粉的含量为至少50重量％。12.上述权利要求中任一项所述的长丝纤维上浆剂，其特征在于，所述豆科植物淀粉为基因修饰的。13.上述权利要求1至12中任一项所述的上浆剂应用于长丝纤维的用途。全文摘要本发明涉及长丝纤维上浆剂及其用途，所述长丝纤维上浆剂包含至少50重量％的至少一种豆科植物淀粉，该豆科植物淀粉中直链淀粉的含量为至少60重量％。文档编号D06M15/11GK101711296SQ200880020636公开日2010年5月19日申请日期2008年6月16日优先权日2007年6月26日发明者扎比内·拉马克-斯塔姆,霍尔格·斯特金克申请人:埃姆斯兰德-斯达克有限公司