蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)滌綸纖維分解性能分析

賈 玉 梅

(紹興文理學(xué)院 紡織服裝學(xué)院，浙江 紹興 312000)

蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)滌綸纖維分解性能分析

賈 玉 梅

(紹興文理學(xué)院 紡織服裝學(xué)院，浙江 紹興 312000)

將蜂窩結(jié)構(gòu)滌綸纖維與普通滌綸纖維分別在NaOH(質(zhì)量分?jǐn)?shù)1 %、2 %和3 %)、NaClO(質(zhì)量分?jǐn)?shù)1 %、2 %和3 %)、H2SO4(質(zhì)量分?jǐn)?shù)50 %、80 %和98 %)和0.5 %洗衣粉等化學(xué)溶液中作分解性能分析，探討不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)、不同溫度(常溫到沸騰)下各纖維可分解性及分解速率差異。研究發(fā)現(xiàn)質(zhì)量分?jǐn)?shù)、溫度和反應(yīng)時間都能顯著影響纖維分解速率，但NaOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)因素占主導(dǎo)，H2SO4溫度因素占主導(dǎo)，同時蜂窩結(jié)構(gòu)滌綸纖維分解速率明顯高于普通滌綸纖維。

蜂窩狀；聚對苯二甲酸乙二酯纖維；分解性

蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)纖維是由中國自主研制的一種新型吸濕排汗纖維，有內(nèi)外貫穿的蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)的聚酯改性纖維。該纖維加工原理是適當(dāng)降低大分子聚合度，并加入各種功能添加劑，達(dá)到斷接鍵、改變其分子結(jié)構(gòu)的目的，最終得到適合于短纖維生產(chǎn)的改性切片原料。同時采用特殊的紡絲工藝，如高溫紡絲，增加前紡的預(yù)拉伸，增加前紡原絲的大微孔數(shù)量，在后紡工藝中采用高牽伸倍數(shù)的牽伸，使前紡原絲的大微孔更細(xì)化、更均勻，獲得蜂窩狀微孔的結(jié)構(gòu)。蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)纖維吸濕性強(qiáng)，纖維的比表面積是普通同樣規(guī)格纖維比表面積的10～15倍以上，快干效果好，并有著優(yōu)良的柔軟性和抗起毛起球性能。

蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)滌綸纖維最具特色的是其優(yōu)異的分解性能。但目前針對纖維分解性研究還集中在天然材料的新型試劑研究[1]，如Tosh B等[2]研究了纖維素的NMMO溶劑，羅慧謀[3]、劉麗英[4]、劉傳富[5]等分別研究了功能化離子液體溶劑。而化學(xué)纖維分解性研究，特別是新型纖維分解性研究較少涉及。

在上述背景下，選擇幾種常規(guī)的化學(xué)試劑，并調(diào)整化學(xué)試劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)和反應(yīng)溫度，研究蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)滌綸纖維的分解規(guī)律，進(jìn)而探討蜂窩滌綸纖維的回收條件，達(dá)到環(huán)境保護(hù)的目的。

1 試 驗(yàn)

1.1 材料及儀器

材料：1.67 dtex×38 mm的蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)滌綸纖維和普通滌綸纖維(上虞弘強(qiáng)彩色滌綸有限公司)，NaOH(分析純)和Na2CO3(分析純)(杭州恒鑫達(dá)化工有限公司)，洗衣粉(奇強(qiáng)牌，市場購置)，NaClO(分析純)和98 %H2SO4(上海葉盟實(shí)業(yè)有限公司)，蒸餾水等。

儀器：M267929型恒溫震蕩水浴鍋，分析天平(精度0.000 1 g)，QX841-1型恒溫烘箱，數(shù)碼照相機(jī)。

2.2 方 法

探討蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)滌綸纖維分解速率與溫度、化學(xué)試劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)及時間的關(guān)系。化學(xué)試劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)選擇如表1所示。

表1 化學(xué)試劑質(zhì)量分?jǐn)?shù) %Tab.1 Mass fraction of chemical reagent

將各調(diào)配好質(zhì)量分?jǐn)?shù)的化學(xué)試劑100 mL倒入三角燒瓶中，并在恒溫震蕩水浴鍋里，調(diào)節(jié)恒溫震蕩水浴鍋的溫度，NaOH試劑選擇溫度分別為100、90、80、70、60、50、40、25 ℃8個溫度點(diǎn)，H2SO4和NaClO選擇溫度為25 ℃和100 ℃，洗衣粉選擇40 ℃和25 ℃。當(dāng)各化學(xué)溶液溫度達(dá)到設(shè)定要求后，精確稱取干燥的蜂窩狀微孔結(jié)構(gòu)滌綸纖維0.1 g，并裝入三角燒瓶中，分解一定時間，觀察其分解性能。如獲得澄清溶液，則分解率為100 %，如8 h后仍為非澄清溶液，可用濾紙將溶液過濾，獲得不溶物質(zhì)質(zhì)量，計算分解率。用分解率與分解時間比值，即平均分解速率評價纖維分解性能優(yōu)劣。

同時將普通滌綸纖維在100 ℃條件下(低溫預(yù)實(shí)驗(yàn)顯示普通滌綸纖維較難分解)進(jìn)行分解，分析兩者分解性能差異。

2 結(jié)果與討論

2.1 蜂窩狀滌綸纖維在NaOH溶液中分解性

蜂窩狀滌綸纖維在NaOH溶液中分解速率與溫度、質(zhì)量分?jǐn)?shù)關(guān)系如圖1所示，圖1中橫坐標(biāo)為實(shí)驗(yàn)中的反應(yīng)溫度，縱坐標(biāo)為蜂窩狀滌綸纖維分解速率，三條曲線分別是質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1 %、2 %和3 %的NaOH溶液分解蜂窩狀滌綸纖維隨溫度變化趨勢圖。由圖1可得：

1)常溫25 ℃到70 ℃過程中，蜂窩滌綸纖維分解速率逐漸增加，但增加幅度小，70 ℃到90 ℃，滌綸纖維分解速率明顯加快，90 ℃到100 ℃時，滌綸纖維分解速率呈現(xiàn)近直線增加。依據(jù)滌綸分解原理，堿對滌綸中大分子酯鍵發(fā)生水解作用，生成對苯二甲酸鈉和乙二醇小分子分布于水中，整個化學(xué)反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，因此隨著反應(yīng)溫度的增加，加快了NaOH的水解速率，蜂窩狀滌綸纖維的降解速率增加，同時當(dāng)溶液溫度達(dá)到100 ℃時，由于水分子蒸發(fā)引起NaOH分子運(yùn)動速率明顯增快，增加了OH-與滌綸中大分子酯鍵接觸機(jī)會，提高了分解速率。

2)隨著化學(xué)試劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，蜂窩滌綸纖維分解速率逐漸增加。主要原因也是由于隨著溶液中NaOH的含量增加，增加了蜂窩滌綸中大分子酯鍵和OH-接觸機(jī)會，提高了分解速率。

圖1 NaOH溶液中蜂窩狀滌綸纖維分解速率與溫度、質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系Fig.1 Relations of decomposition velocity, mass fraction and temperature of honeycomb polyester fi ber in NaOH solution

2.2 蜂窩狀滌綸纖維在其他溶液中的分解性

蜂窩狀滌綸纖維在一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的化學(xué)試劑H2SO4、NaClO和洗衣粉溶液條件下，分解性見表2。

表2 蜂窩狀滌綸纖維在其他溶液中的分解性Tab.2 Decomposability of honeycomb polyester fi ber in others chemical solutions

由表2可知，中高質(zhì)量分?jǐn)?shù)的H2SO4對蜂窩狀滌綸纖維分解性能特別優(yōu)異，尤其是質(zhì)量分?jǐn)?shù)98 %的H2SO4在100 ℃僅36 s就全部分解，在室溫25 ℃下，也僅需要72 s全部分解。但是低質(zhì)量分?jǐn)?shù)(30 %以下)H2SO4對蜂窩狀滌綸纖維幾乎不分解，因此H2SO4質(zhì)量分?jǐn)?shù)是決定其分解性能的關(guān)鍵因素。該現(xiàn)象主要由于蜂窩滌綸纖維表面的分子和硫酸發(fā)生反應(yīng)生成對苯二甲酸，在試驗(yàn)過程中隨著質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，增加了蜂窩滌綸纖維酯基和硫酸的接觸概率，因而增加了滌綸纖維的分解速率。同時溫度也影響蜂窩滌綸纖維的分解速率，溫度越高，分解速率越快。

NaClO溶液在常溫下，對蜂窩狀滌綸纖維分解速率緩慢，在沸騰狀態(tài)下，也需較長時間將其分解。因此溫度是影響NaClO溶液分解蜂窩狀滌綸纖維的主要因素。NaClO溶液反應(yīng)機(jī)理是由于次氯酸鈉水解滌綸纖維表面的分子，生成對苯二甲酸鈉和乙二醇，整個反應(yīng)為吸熱反應(yīng)。隨著反應(yīng)溫度的增加，加快了纖維表面分子與次氯酸鈉的反應(yīng)，因而蜂窩狀滌綸纖維的降解速率增加。

蜂窩狀滌綸纖維在0.5 %洗衣粉條件下，隨著化學(xué)反應(yīng)溫度的增加降解速率增加，所以蜂窩狀滌綸衣物最好在常溫條件下洗滌，40 ℃以上溫水足以導(dǎo)致衣物在洗滌過程中被破壞，影響衣物外觀。

2.3 蜂窩狀滌綸纖維與普通滌綸纖維分解性對比

由于普通滌綸纖維在較低溫度條件下很難分解，因此選擇在100℃條件下比較普通滌綸纖維與蜂窩狀滌綸纖維在不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的NaClO、H2SO4、NaOH，以及0.5 %洗衣粉下的分解性能，測試結(jié)果如表3所示。

由表3可知，普通滌綸纖維和蜂窩狀滌綸纖維一樣，隨著化學(xué)試劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)和化學(xué)反應(yīng)溫度的增加，分解速率明顯加快。同時雖然普通滌綸纖維和蜂窩纖維化學(xué)組成及分子結(jié)構(gòu)完全相同，但是蜂窩狀纖維在各種條件下的分解性能都遠(yuǎn)好于普通滌綸纖維。主要原因是蜂窩狀滌綸纖維的多孔結(jié)構(gòu)，增加了酯基和化學(xué)試劑反應(yīng)接觸面，加快了化學(xué)水解速率，提高了蜂窩狀滌綸纖維降解速率。

3 結(jié) 論

分解劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)、分解溫度和時間對蜂窩狀和普通滌綸纖維的分解速率均有較大的影響，分解劑中NaOH的質(zhì)量分?jǐn)?shù)因素影響很大，硫酸的溫度占主導(dǎo)作用，NaClO和洗衣粉的分解速率較慢。同時由于特殊的多孔結(jié)構(gòu)，蜂窩結(jié)構(gòu)滌綸纖維分解速率遠(yuǎn)快于普通滌綸纖維。

[1] 劉箐.溶劑法降解纖維的進(jìn)展和趨勢[J].武漢科技學(xué)院學(xué)報，2008，21(3)：22-25.

[2] TOSH B, SAIKIA N C, DASS N N. Homogeneous esteri fi cation of cellulose in the lithium chloride-N, N-dimethylace tamidesolvent system: Effect of temperature and catalyst[J].Carbohydrate Research, 2000, 327: 345-348.

[3] 羅慧謀，李君毅，周長忍.功能化離子液體對纖維素的降解性能研究[J].高分子材料科學(xué)與工程，2005(2)：233-235.

[4] 劉麗英，陳洪章.纖維素原料離子液體降解體系流變性能的研究[J].纖維素科學(xué)與技術(shù)，2006，14(2)：8-12.

[5] 劉傳富，李維英，孫潤,等.試問離子液體中纖維素的降解與均相衍生化[J].造紙科學(xué)與技術(shù).2007，26(6)：37-40.

Decomposability analysis of honeycomb microporous structure polyester

JIA Yu-mei
(College Textiles and Clothing, University of Shaoxing, Shaoxing 312000, China)

The decomposability of honeycomb microporous structure polyester and normal polyester fiber were analyzed in these chemical solutions, such as NaOH (concentration 1 %, 2 % and 3 %), NaClO (concentration 1%, 2 % and 3 %), H2SO4(concentration 50 %, 80 % and 98 %) and 0.5% washing powder with various temperature(from room temperature to boiling temperature).Results show that temperature, concentration, and reaction time can influence decomposition velocity, but the concentration of NaOH dominates leading function,while the leading is the temperature factors in H2SO4solution. At the same time, the decomposition velocity of honeycomb microporous structure polyester is significantly higher than the velocity of normal polyester fiber.

Honeycomb; Polyester; Decomposability

TS101.921

A

1001-7003(2011)10-0018-03

2011-07-04

賈玉梅(1964－ )，女，高級實(shí)驗(yàn)師，主要從事紡織品檢測研究和實(shí)驗(yàn)設(shè)備管理。