水溶性聚酯漿料的結(jié)構(gòu)性能和產(chǎn)品研發(fā)

周玉榮

（揚(yáng)州瑞邦化工技術(shù)有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225000）

水溶性聚酯（Water-Soluble Polyester，WPET）漿料，是利用縮聚合成反應(yīng)生成的一種新型紡織工業(yè)用漿料。這類(lèi)漿料主要由較大的分子構(gòu)成，其中包含酯類(lèi)基團(tuán)（——COOR）與一部分水溶性強(qiáng)的基團(tuán)，可由二元醇（如1,2-亞乙基二醇等）與二元酸（如1,4-苯二甲酸等）原料制備。鑒于其分子結(jié)構(gòu)與滌綸類(lèi)材料較為接近，且黏合性比滌綸材料強(qiáng)，非常適用于對(duì)其上漿[1]。

1 方法

本研究首先分析常見(jiàn)的WPET漿料分子結(jié)構(gòu)式、紅外（Infrared，IR）光譜、X-ray衍射圖譜，其次測(cè)試該物質(zhì)的黏度，用以評(píng)價(jià)WPET漿料的結(jié)構(gòu)性能。

1.1 WPET漿料的結(jié)構(gòu)性能

在合成方法上，WPET漿料和普通聚酯漿料大同小異，都是采用縮聚合成反應(yīng)。通過(guò)合成反應(yīng)得到化學(xué)結(jié)構(gòu)式，通過(guò)掃描IR和X-ray可以獲得IR圖譜和X-ray衍射圖譜。

1.2 短纖紗上漿技術(shù)

針對(duì)短纖紗上漿技術(shù)，從淀粉中WPET漿料質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)纖維黏附性的影響、淀粉/WPET漿料膜的差示掃描量熱分析、不同WPET質(zhì)量分?jǐn)?shù)淀粉漿膜的結(jié)晶數(shù)據(jù)、WPET質(zhì)量分?jǐn)?shù)對(duì)淀粉漿膜強(qiáng)伸性的影響、不同WPET質(zhì)量分?jǐn)?shù)淀粉漿膜的電鏡照片等數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

1.3 長(zhǎng)絲上漿技術(shù)

針對(duì)長(zhǎng)絲上漿技術(shù)，從抗裂性的試驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行分析。

2 結(jié)果

2.1 短纖紗上漿

不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)WPET淀粉漿膜的結(jié)晶數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)WPET淀粉漿膜的結(jié)晶數(shù)據(jù)

2.2 長(zhǎng)絲上漿

不同種類(lèi)漿料的技術(shù)參數(shù)如表2所示。

表2 不同種類(lèi)漿料的技術(shù)參數(shù)

3 討論

3.1 結(jié)構(gòu)性能

當(dāng)下市售的WPET漿料通常是在聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯單體結(jié)構(gòu)中引入5-磺酸-1,3-間苯二甲酸二甲酯這種親水性的物質(zhì)。在合成過(guò)程中，使用1,3-苯二甲酸能夠提高產(chǎn)物的規(guī)整性，形成非結(jié)晶產(chǎn)物，合成反應(yīng)有關(guān)的穩(wěn)定劑、催化劑在環(huán)境溫度、壓力下完成。WPET漿料的化學(xué)分子結(jié)構(gòu)中，分子式的左側(cè)是1,4-苯二甲酸或者間苯二甲酸乙二醇酯基團(tuán)，分子式右側(cè)是異酞酸-5-磺酸鈉二乙二醇酯基團(tuán)[2]。常見(jiàn)的WPET的IR圖譜，能夠解析出磺酸基，有時(shí)依據(jù)制備要求也會(huì)添加一些二乙二醇、PEG、丁二醇等物質(zhì)，用于改善產(chǎn)品的性狀。滌綸與WPET在分子結(jié)構(gòu)方面的相似度很高，聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯有著較大的分子質(zhì)量，通常在17 000～240 000，而WPET漿料分子質(zhì)量為 5 000～11 000。作為半結(jié)晶形狀的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯是一種高度聚合物，由高彈態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)椴ＡB(tài)的溫度區(qū)間為70～80 ℃；WPET漿料是非晶態(tài)的物質(zhì)，由高彈態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)椴ＡB(tài)的溫度區(qū)間為40～60 ℃[3]。

3.2 短纖紗上漿技術(shù)

WPET漿料在參與短纖紗上漿的過(guò)程中，通常和變性淀粉同時(shí)使用，淀粉和聚酯的互溶特性對(duì)產(chǎn)品性能與分子結(jié)構(gòu)發(fā)揮了決定性作用。相較于淀粉，WPET漿料與滌綸材質(zhì)的吸附性增長(zhǎng)53.89%，而對(duì)純棉的吸附性則減少15.94%。當(dāng)WPET漿料中的高聚物由高彈態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)椴ＡB(tài)的溫度為 50 ℃時(shí)，淀粉并不能干擾WPET漿料的玻璃化溫度。這一結(jié)果表明：WPET漿料與淀粉間無(wú)相互影響。

從表1的數(shù)據(jù)中可以發(fā)現(xiàn)，在淀粉氧化漿料里加入WPET漿料，能夠減小和降低膜的晶粒與結(jié)晶度，增加斷裂伸長(zhǎng)，調(diào)節(jié)淀粉脆硬性質(zhì)；10%以?xún)?nèi)的WPET能夠顯著提升膜強(qiáng)度，這一提升隨著質(zhì)量分?jǐn)?shù)的加大而變得不明顯。通過(guò)電鏡掃描圖可以看出，添加10%的WPET漿料，整個(gè)表面會(huì)更均勻、平滑，這是因?yàn)閃PET漿料存在于無(wú)定形區(qū)域，能抑制結(jié)晶的生長(zhǎng)[4]。

3.3 長(zhǎng)絲上漿抗裂性技術(shù)

滌綸長(zhǎng)絲上漿這一步驟在上噴水織機(jī)前需要使用丙烯酸漿料。相較于含有丙烯酸的漿料，WPET漿料對(duì)人工合成纖維的附著力更好。長(zhǎng)絲上漿和腈綸上漿相比，上漿率減少25%，成本顯著降低；能夠快速干燥，因此施膠生產(chǎn)效率高，質(zhì)量?jī)?yōu)良，織機(jī)效率接近99%；退漿操作也能在無(wú)堿、低堿時(shí)實(shí)施，能夠降低對(duì)聚酯的損害，無(wú)異味、無(wú)污染。噴水織機(jī)使用的WPET漿料在室溫下應(yīng)具有較好的耐水性，即溶解度低于短纖維使用的WPET漿料；相對(duì)分子質(zhì)量高于短纖維WPET漿料；玻璃化轉(zhuǎn)變溫度按季節(jié)分為夏季和冬季，技術(shù)參數(shù)參照表2。采用漿紙法測(cè)定其抗裂性，抗裂性為漿膜的斷裂強(qiáng)度×延伸率÷彈性模量，抗裂性越小，越容易發(fā)生扭折[5]。

3.4 WPET 漿料的系列研究

3.4.1 含隱性水溶性基團(tuán)的WPET漿料

獲得聚酯水溶性的方法主要有親水性單體法和隱性水溶性單體法。可溶性多元酸和多元醇通常含有磺酸基和乙烯醚鏈；在合成過(guò)程中，在聚酯分子鏈中引入親水性單體，使聚酯溶于水或分散于水中[6]。

3.4.2 根據(jù)纖維種類(lèi)定制WPET漿料

作為使用性能優(yōu)良的聚酯，有各種各樣的單體可供選擇。優(yōu)化二元酸和二元醇單體可以得到由高剛度到高柔軟度的聚酯材料[7]。根據(jù)纖維類(lèi)型定制WPET漿料上漿，在紡織上漿技術(shù)領(lǐng)域有著非常廣闊的發(fā)展前景。例如一種含萘的啜吸劑，以提高碳纖維的附著力；一種含羧基封端不飽和基團(tuán)的WPET漿料。聚酯接枝丙烯酸酯的思想可以豐富WPET漿料體系，開(kāi)發(fā)新的高能漿料。

4 結(jié)語(yǔ)

WPET漿料的應(yīng)用已經(jīng)引起人們的高度關(guān)注。對(duì)于短纖紗，WPET漿料通常與淀粉混用，能夠減小和降低晶粒和結(jié)晶度，完善膜的脆硬度，鑒于水溶性聚酯和淀粉在結(jié)構(gòu)上的相互作用相對(duì)缺乏，當(dāng)水溶性聚酯的加入量大于10%時(shí)，膜會(huì)出現(xiàn)顯著的分離。與此同時(shí)，已有的WPET漿料也有固有的缺陷，應(yīng)在后續(xù)的研究中有針對(duì)性地完善，制備出性能更加良好的WPET漿料。