棕榈酸酯改性淀粉浆料的离子液体溶液及其应用.pdf

棕榈酸酯改性淀粉浆料的离子液体溶液及其应用，涉及纺织浆料生产技术领域，将淀粉溶解于[Amim]Cl离子液体中，制成淀粉质量百分数为8%～12%的淀粉离子液体溶液；再在淀粉离子液体溶液中溶入对甲苯磺酰氯和棕榈酸，然后恒温反应至反应结束，经冷却，取得棕榈酸酯改性淀粉浆料的离子液体溶液。将制备的棕榈酸酯改性淀粉浆料的离子液体溶液在纺织纱线上浆中，涤棉纱的毛羽下降约30～70%，断裂强力比未上浆纱线提高约10～30%，断裂伸长率降低约5～30%。

权利要求书
1.  棕榈酸酯改性淀粉浆料的离子液体溶液的合成方法，其特征在于包括以下步骤：
1）将淀粉溶解于[Amim]Cl离子液体中，制成淀粉质量百分数为8%～12%的淀粉离子液体溶液；
2）在所述淀粉离子液体溶液中溶入对甲苯磺酰氯和棕榈酸，然后恒温反应至反应结束，经冷却，取得棕榈酸酯改性淀粉浆料的离子液体溶液。

2.  根据权利要求1所述合成方法，其特征在于所述步骤1）中，在60～150℃的温度条件下，将淀粉溶解于[Amim]Cl离子液体中。

3.  根据权利要求1所述合成方法，其特征在于所述步骤2）中，所述对甲苯磺酰氯和棕榈酸的混合摩尔比为1:1，棕榈酸和淀粉的混合摩尔比为1～10:1。

4.  根据权利要求1或3所述合成方法，其特征在于所述步骤2）中，所述恒温反应的温度条件为80～150℃。

5.  根据权利要求1所述合成方法，其特征在于所述步骤1）中，淀粉为木薯淀粉、马铃薯淀粉、小麦淀粉或玉米淀粉中的任意一种。

6.  如权利要求1所述合成方法制备的棕榈酸酯改性淀粉浆料的离子液体溶液在纺织纱线上浆中的应用。

7.  根据权利要求6所述应用，其特征在于采用双槽浆纱机对纺织纱线上浆，将温度为40～60℃的所述棕榈酸酯改性淀粉浆料的离子液体溶液置于第一浆槽内，将温度为40～60℃的质量分数为80%的乙醇水溶液置于第二浆槽中，纺织纱线以单浸单轧方式在第一浆槽内浸浆，然后由导辊牵引浸入第二浆槽，最后进入50～80℃的烘房中烘干。

8.  根据权利要求7所述应用，其特征在于所述纺织纱线的浆纱速度为1～10m/s。

9.  根据权利要求6或4或8所述应用，其特征在于所述纺织纱线为涤棉纱经纱。

说明书棕榈酸酯改性淀粉浆料的离子液体溶液及其应用
技术领域
本发明涉及纺织浆料生产技术领域，具体涉及一种在离子液体中合成棕榈酸酯改性淀粉浆料并直接用于纺织纱线上浆的技术。
背景技术
淀粉来源广泛，价格低廉，一直是纺织工业中经纱上浆的主浆料。但淀粉分子含有大量的羟基，亲水性过强而且分子间氢键作用强，糊化后粘度大，流动性差，浆膜硬脆，对合成纤维的粘附性差，因此，原淀粉在涤棉纱上浆时不能满足织造工艺的要求，目前市场上多采用PVA浆料以及变性淀粉与PVA浆料混合的方法来对涤棉纱进行上浆。但是PVA 浆料对环境的破坏、污染问题已经引起人们广泛重视，经过PVA上浆的织物在欧洲已经受阻。因此，经纱上浆少用或不用PVA浆料，已成为亟待解决的重大问题。
解决这一问题的重要思路便是完全采用变性淀粉进行上浆。通过对淀粉进行改性，封闭其羟基或者在淀粉大分子链上引入一些柔性支链，从而降低分子间的堆积作用，改善浆膜的柔韧性，降低淀粉浆液的凝胶现象和浆液的混溶性。
目前常用的一些醚化淀粉、醋酸酯淀粉、磷酸酯淀粉以及丙烯酸类单体接枝淀粉就是基于以上思路得到的变性淀粉。虽然他们性能上有了一定程度的提高，但是仍然无法满足实际需要，而且其合成也存在诸多问题。例如，常规的丙烯酸类接枝淀粉，在合成中容易产生大量的均聚物，接枝效率不高，而且此类单体本身也不能生物降解。另外，现有的淀粉改性方法中，淀粉常常需要预先糊化，这导致反应器中的含固量不能太大，否则粘度高，反应困难。最后，大部分接枝反应需要加入引发剂，这往往导致反应速率难以控制，引发剂不易去除等一系列问题。
发明内容
本发明目的是为了克服以上现有技术缺陷，提出一种在离子液体中以棕榈酸酯制备改性淀粉浆料的方法。
本发明技术方案包括以下步骤：
1）将淀粉溶解于[Amim]Cl离子液体中，制成淀粉质量百分数为8%～12%的淀粉离子液体溶液；
2）在淀粉离子液体溶液中溶入对甲苯磺酰氯和棕榈酸，然后恒温反应至反应结束，经冷却，取得棕榈酸酯改性淀粉浆料的离子液体溶液。
本发明将[Amim]Cl离子液体这一新型溶剂体系引入到淀粉改性中，将完全可生物降解的长链脂肪酸单体-棕榈酸引入到淀粉大分子主链中，实现淀粉的疏水化改性，提高其对合成纤维上浆时的粘附力。由于离子液体对淀粉具有良好的溶解能力，因此淀粉在此溶剂下可以不经糊化直接进行反应，而且，在离子液体氛围中反应时无需添加引发剂即可进行，反应得到的改性淀粉离子液体溶液性质稳定，并能在现有设备上直接对涤棉纱线上浆。与传统的化学引发聚合相比，本发明具有反应条件温和、活性可控、产物选择性好、具有反应高效、绿色等优点。
本发明可以在无需添加引发剂以及预糊化的条件下，简单高效地合成含有棕榈酸酯改性的淀粉浆料，该浆料能在离子液体中长时间保存，使用时无需再调浆，该浆料对涤棉纱线粘附力好，可作为涤棉纱经纱上浆的主浆料。
进一步地，本发明所述步骤1）中，在60～150℃的温度条件下，将淀粉可以直接溶解于[Amim]Cl离子液体中。与传统的淀粉糊化形成的小颗粒和胶状液体相比，该过程可以更大程度上破坏淀粉的颗粒状态，形成澄清透明的淀粉离子液体均相体系，而且该过程对淀粉的特性和结构没有影响，有助于淀粉大分子与接枝物进行完全反应，得到取代度更高的改性淀粉。
所述步骤2）中，所述对甲苯磺酰氯和棕榈酸的混合摩尔比为1:1，棕榈酸和淀粉的混合摩尔比为1～10:1。采用此比例有助于生成高活性物质，促进淀粉酯化反应的快速进行，获得取代度较高的改性淀粉。
所述步骤2）中，所述恒温反应的温度条件为80～150℃。低于80℃，反应速度非常慢，而如高于150℃，淀粉则容易降解而且反应设备无法承受如此的高温。在80～150℃之间，淀粉离子液体溶液流动性较好，反应比较容易进行，反应速率适中，产物取代度较高。
所述步骤1）中，淀粉为木薯淀粉、马铃薯淀粉、小麦淀粉或玉米淀粉中的任意一种。这几种淀粉均为纺织工业上浆常用淀粉，其中玉米淀粉为纺织浆料中最常用的淀粉，普通玉米淀粉的直链淀粉含量相对较高（约为27%），在离子液体中溶解度较低，得到的改性淀粉的产物粘附性较好，成膜性差；小麦淀粉与玉米淀粉类似（直链淀粉含量约为25%），但是价格较高；木薯淀粉和马铃薯淀粉都属于直链淀粉含量较低的淀粉（直链淀粉含量<20%），其淀粉颗粒较大，在离子液体中的溶解度较玉米和小麦淀粉高，得到的产物成膜性较好，粘附性略低。
本发明的另一目的是提出合成方法制备的棕榈酸酯改性淀粉浆料的离子液体溶液在纺织纱线上浆中的应用。
具体是：采用双槽浆纱机对纺织纱线上浆，将温度为40～60℃的所述棕榈酸酯改性淀粉浆料的离子液体溶液置于第一浆槽内，将温度为40～60℃的质量分数为80%的乙醇水溶液置于第二浆槽中，纺织纱线以单浸单轧方式在第一浆槽内浸浆，然后由导辊牵引浸入第二浆槽，最后进入50～80℃的烘房中烘干。该法上浆的优点是，采用得到的改性淀粉浆料离子液体溶液在升温后即可上浆，不需要传统上浆所需要的糊化过程，也不需要添加其他助剂，上浆过程简单。之所以采用80%的乙醇水溶液，主要是由于该溶液对离子液体有较好的溶解能力，能够去除浆料中不必要的离子液体，完成离子液体的回收，同时，改性淀粉在此溶液中可以较好的在纱线上成膜。
经第二浆槽处理后，在回收离子液体的同时，棕榈酸酯改性淀粉可以在纱线表面形成一层光滑的薄膜，起到很好的保护作用，可以使得涤棉纱的毛羽下降约30～70%，断裂强力比未上浆纱线提高约10～30%，断裂伸长率降低约5～30%。
所述纺织纱线的浆纱速度为1～10m/s。通过该浆纱速度可以调整上浆时的上浆率、浆液的浸透和被覆程度，速度过快容易引起上浆率过高，形成表面上浆以及离子液体去除不完全等问题。
所述纺织纱线为涤棉纱经纱。与普通淀粉上浆相比，采用该方法上浆，首先，可以避免淀粉调浆时的难以糊化以及糊化不匀等问题；其次，该法得到的棕榈酸酯改性淀粉浆料对涤棉纱线中涤纶纤维粘附性也较好，上浆后的得到的浆膜比较柔韧；最后，该法上浆温度较低，具备节能环保等优点。
具体实施方式
一、实施例一：
1、棕榈酸酯改性淀粉浆料的制备方法：
首先将玉米淀粉加入到 [Amim]Cl离子液体中，在60℃下溶解48h，得到质量浓度为8%的淀粉离子液体溶液，按照对甲苯磺酰氯:棕榈酸:淀粉=1:1:1的摩尔比例，将对甲苯磺酰氯和棕榈酸逐步溶解到淀粉离子液体溶液中，之后将溶液温度升高至80℃，恒温反应12h，反应结束后，冷却至25℃，得到棕榈酸酯改性淀粉浆料的离子液体溶液。
2、采用棕榈酸酯改性淀粉浆料的上浆方法：
采用常规的双槽浆纱机对涤棉纱上浆，将上述棕榈酸酯改性淀粉浆料的离子液体溶液加入第一浆槽中，升温至40℃，浸浆方式采用单浸单轧，浆纱速度为5m/s，之后再由导辊牵引纱线浸入盛有80%乙醇的第二浆槽中，在40℃条件下除去离子液体，之后进入烘房于50℃烘干。
3、效果：
采用该方法得到的涤棉纱上浆率为10.3%，毛羽下降约44.1%，断裂强力比未上浆纱线提高约25.4%，断裂伸长率降低约11%，耐磨次数为89。
二、实施例2 ：
1、棕榈酸酯改性淀粉浆料的制备方法：
首先将玉米淀粉加入到 [Amim]Cl离子液体中，在150℃下溶解0.5h，得到质量浓度为10%的淀粉离子液体溶液，按照对甲苯磺酰氯:棕榈酸:淀粉=10:10:1的摩尔比例将对甲苯磺酰氯和棕榈酸逐步溶解到淀粉离子液体溶液中，之后将溶液温度升高至150℃，恒温反应0.5h，反应结束后，冷却至25℃，得到棕榈酸酯改性淀粉浆料的离子液体溶液。
2、采用棕榈酸酯改性淀粉浆料的上浆方法：
采用常规的双槽浆纱机对涤棉纱上浆，将上述棕榈酸酯改性淀粉浆料的离子液体溶液加入第一浆槽中，升温至60℃，浸浆方式采用单浸单轧，浆纱速度为10m/s，之后再由导辊牵引纱线浸入盛有80%乙醇的第二浆槽中，在60℃条件下除去离子液体，之后进入烘房于80℃烘干。
3、效果：
采用该方法得到的涤棉纱上浆率为12.1%，毛羽下降约36.5%，断裂强力比未上浆纱线提高约28.6%，断裂伸长率降低约10.3%，耐磨次数为130。
三、实施例3：
1、棕榈酸酯改性淀粉浆料的制备方法：
首先将玉米淀粉加入到 [Amim]Cl离子液体中，在100℃下溶解2h，得到质量浓度为12%的淀粉离子液体溶液，按照对甲苯磺酰氯:棕榈酸:淀粉=3:3:1的摩尔比例将对甲苯磺酰氯和棕榈酸逐步溶解到淀粉离子液体溶液中，之后在100℃温度下恒温反应1h，反应结束后，冷却至25℃，得到棕榈酸酯改性淀粉浆料的离子液体溶液。
2、棕榈酸酯改性淀粉浆料的上浆方法：
采用常规的双槽浆纱机对涤棉纱上浆，将上述棕榈酸酯改性淀粉浆料的离子液体溶液加入第一浆槽中，升温至45℃，浸浆方式采用单浸单轧，浆纱速度为1m/s，之后再由导辊牵引纱线浸入盛有80%乙醇的第二浆槽中，在45℃条件下除去离子液体，之后进入烘房于60℃烘干。
3、效果：
采用该方法得到的涤棉纱上浆率为11.8%，毛羽下降约68.7%，断裂强力比未上浆纱线提高约28.8%，断裂伸长率降低约22.5%，耐磨次数为221。
另外，以上实施例中可以用木薯淀粉、马铃薯淀粉，或小麦淀粉替代玉米淀粉，能达到同样的效果。