苯甲醇在滌綸堿減量加工中的作用范文

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《印染助劑雜志》2016年第三期

摘要：

為了解決聚酯纖維堿減量耗堿量多、耗能大的問題，將載體苯甲醇應(yīng)用于聚酯堿減量處理，研究了促進(jìn)劑用量、苯甲醇用量、NaOH用量、減量溫度和時間對聚酯堿減量效果的影響，測試了聚酯織物處理后的強(qiáng)力和SEM。結(jié)果顯示：NaOH2.5g/L、CTAB4×10－4mol/L、苯甲醇20mL/L、98℃保溫60min時聚酯纖維的減量率為17.1%；NaOH10g/L、CTAB0.5×10－4mol/L、苯甲醇20mL/L、98℃保溫60min時聚酯纖維的減量率為12.4%；NaOH5g/L、CTAB4×10－4mol/L、苯甲醇20mL/L、80℃保溫60min時聚酯纖維的減量率為10.6%。通過掃描電子顯微鏡（SEM）發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過堿減量處理后纖維表面被“剝蝕”，通過強(qiáng)力測試發(fā)現(xiàn)，織物的強(qiáng)力損失受減量率的影響較大。

關(guān)鍵詞：

聚酯纖維；堿減量；減量率；苯甲醇

聚酯具有強(qiáng)度高、彈性好、耐摩擦、洗可穿、尺寸穩(wěn)定等優(yōu)越物理性能［1］，但吸水性及服用舒適性等不及天然纖維，為了改善聚酯織物的親水性和其他與穿著舒適有關(guān)的性能，開發(fā)了堿減量加工工藝［2－3］。目前，堿減量處理是聚酯織物及其混紡織物染整加工過程中非常重要的工序，通過堿減量處理，聚酯織物可以獲得良好的柔軟性、真絲特有的懸垂性、柔和的光澤和一定的親水性，使得聚酯織物的服用性能接近于真絲產(chǎn)品［4－6］。但堿減量需在高溫濃堿條件下進(jìn)行，耗堿量多、耗能大［7－9］，一般輕減量溫度為110℃，重減量溫度為120℃，輕減量液堿用量為10%（omf），重減量液堿用量超過15%（omf）。為了提高聚酯纖維減量率，常在堿減量處理浴中加入陽離子類促進(jìn)劑［10］，但該工藝仍需要在較高的NaOH和促進(jìn)劑用量下或較高的堿減量處理溫度下進(jìn)行。為了減少聚酯纖維堿減量過程中的耗堿量，降低堿減量處理溫度，本文在聚酯纖維堿減量處理液中加入載體苯甲醇，探討了各工藝因素對織物減量率的影響。

1試驗

1.1材料織物：220T滌塔夫織物（市售）。化學(xué)品：氫氧化鈉（NaOH）、苯甲醇（均為化學(xué)純），十六烷基三甲基溴化銨（CTAB，分析純）。

1.2堿減量處理NaOHxg/L，促進(jìn)劑CTABymol/L，苯甲醇zmL/L，浴比1∶50。40℃投入織物，以1℃/min升溫至98℃，保溫60min后，再以3℃/min降溫至70℃，充分水洗，自然晾干。

1.3測試

1.3.1減量率堿減量前后的織物于105℃烘箱中烘燥120min后稱重，按下式計算減量率。

1.3.2斷裂強(qiáng)力損失斷裂強(qiáng)力按GB/T3923－1997《紡織品織物拉伸性能第1部分：斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長的測定條樣法》在南通宏大實(shí)驗儀器有限公司的HD026H型電子織物強(qiáng)力儀上測定，織物堿減量后的強(qiáng)力損失按下式計算。式中：S1為織物堿減量前的斷裂強(qiáng)力，S2為織物堿減量后的斷裂強(qiáng)力。

1.3.3掃描電鏡（SEM）將粘有干燥試樣的樣品臺放入離子濺射儀中鍍金，在抽真空狀態(tài)下，使用捷克FEI公司的Quanta250型掃描電子顯微鏡觀察形貌特征，加速電壓為15.00kV。

2結(jié)果與討論

2.1減量率的影響因素

2.1.1促進(jìn)劑用量表面活性劑CTAB是常用的季銨鹽類堿減量促進(jìn)劑，為了研究堿減量促進(jìn)劑對聚酯堿減量的影響，測試了不同苯甲醇用量下促進(jìn)劑用量對聚酯織物減量率的影響，結(jié)果如圖1所示。由圖1可以看出，隨著促進(jìn)劑CTAB用量的增加，聚酯織物減量率逐漸增加，加入苯甲醇20mL/L時，減量率增加迅速且相對較大，但當(dāng)促進(jìn)劑用量達(dá)到2×10－4mol/L后，減量率不再明顯增加；未加苯甲醇時，促進(jìn)劑用量達(dá)到3×10－4mol/L后，減量率也增速緩慢。這是因為將促進(jìn)劑加入到聚酯堿減量處理液中，其分子會吸附到纖維表面，使堿減量處理液中的OH－富集到纖維表面，使得OH－更容易進(jìn)攻聚酯分子中帶正電荷的羰基碳原子，造成聚酯大分子斷裂，但季銨鹽表面活性劑的稀溶液服從理想溶液所遵循的規(guī)律，當(dāng)季銨鹽表面活性劑的濃度達(dá)到飽和后，聚酯纖維對其吸附達(dá)到飽和，吸附量不再增加；在處理液中加入苯甲醇，可以降低聚酯纖維的玻璃化溫度，在較低溫度下聚酯纖維大分子鏈即可打開，OH－更易進(jìn)攻纖維內(nèi)部的大分子，與聚酯大分子反應(yīng)。當(dāng)使用苯甲醇20mL/L、促進(jìn)劑0.5×10－4mol/L對聚酯織物處理時減量率達(dá)到12.4%，而不加苯甲醇條件下促進(jìn)劑用量為1×10－4mol/L時減量率為11.7%，故達(dá)到同樣減量率，加入苯甲醇后可減少促進(jìn)劑用量。

2.1.2苯甲醇用量苯甲醇是一種研究較多的染色載體［11］，可有效降低合成纖維的玻璃化溫度。測試了不同促進(jìn)劑用量條件下苯甲醇用量對聚酯纖維堿減量的影響，結(jié)果如圖2所示。由圖2可以看出，聚酯減量率隨著苯甲醇用量的提高而增大，當(dāng)促進(jìn)劑用量為1×10－4mol/L時，減量率隨苯甲醇用量的提高增大較快，因為在苯甲醇的增塑作用下，聚酯大分子的溶脹程度增加，纖維的內(nèi)表面積增加，取向度降低，OH－易從纖維表面深入到內(nèi)部，反應(yīng)更激烈，促進(jìn)聚酯纖維的充分水解，以降低堿用量；但當(dāng)促進(jìn)劑用量為0.25×10－4mol/L時，減量率隨苯甲醇用量的提高增大緩慢且幅度較小，這說明促進(jìn)劑用量低時，苯甲醇的作用不明顯。由上述分析可知，在促進(jìn)劑和苯甲醇的共同作用下，聚酯織物堿減量效果較好，可在一定程度上減少堿用量。

2.1.3NaOH用量氫氧化鈉是聚酯纖維堿減量處理過程中的一個非常重要的因素，測試了有無苯甲醇條件下氫氧化鈉用量對聚酯減量率的影響，結(jié)果如圖3所示。由圖3可以看出，隨著NaOH用量的增加，聚酯的減量率提高。因為NaOH用量增加，吸附到纖維表面的OH－增加，纖維表面被剝蝕出現(xiàn)大量的凹穴和溝壑，這又增加了聚酯纖維的表面積，可以吸附更多的OH－，加速聚酯大分子的水解反應(yīng)，使得減量率提高。未加入苯甲醇時，聚酯減量率增加緩慢，且當(dāng)NaOH用量達(dá)到25g/L時，減量率不再隨NaOH用量的增加而提高；加入苯甲醇后，聚酯減量率提高更迅速，當(dāng)堿用量為20g/L時，減量率超過60%，聚酯纖維大部分水解，出現(xiàn)織物斷裂現(xiàn)象。未加入苯甲醇的條件下，NaOH用量為10g/L時減量率為12%，而加入苯甲醇的條件下，僅需NaOH5.7g/L就能達(dá)到相同的減量率，這說明聚酯堿減量處理時加入苯甲醇可降低NaOH用量。由上述分析可知，控制聚酯纖維減量率12%~20%時，在20mL/L苯甲醇用量條件下加入5~7.5g/LNaOH即可。

2.1.4堿減量溫度為了研究減量溫度對聚酯堿減量的影響，測試了表1所示工藝條件下，不同溫度對聚酯減量率的影響，結(jié)果如圖4所示。由圖4可以看出，隨著減量溫度的升高，聚酯減量率提高。因為聚酯屬于熱塑性纖維，溫度較低時，NaOH只能作用于聚酯纖維表面，只有當(dāng)溫度達(dá)到玻璃化溫度，聚酯纖維膨脹，瞬時空隙增大增多，有利于促進(jìn)劑大分子的進(jìn)入，反應(yīng)才能發(fā)生在一定深度的區(qū)域。另一方面，隨著溫度的升高，OH－動能增大，與聚酯大分子酯基的接觸更加容易，反應(yīng)更加激烈。60~110℃時，減量率：d>b>c>a，比較配方a和b可知，在其他條件一定的情況下，加入苯甲醇可提高聚酯織物減量率；比較配方b和d說明，促進(jìn)劑可提高NaOH利用率，提高聚酯織物減量率；比較配方a和c、d說明，苯甲醇和促進(jìn)劑共同作用可減少NaOH用量；90℃時，曲線d所示減量率達(dá)到20%，98℃時，曲線b所示減量率達(dá)到20%，曲線c所示減量率接近20%。由上述分析可知，苯甲醇和促進(jìn)劑共同作用可提高聚酯纖維減量率，因而可適當(dāng)降低NaOH用量和堿減量溫度。聚酯仿真絲產(chǎn)品的減量率一般控制在12%~20%，故建議選擇90~98℃作為減量溫度。

2.1.5堿減量時間為了研究減量時間對聚酯堿減量的影響，測試了表1所示工藝條件下，不同時間對聚酯減量率的影響，結(jié)果如圖5所示。由圖5可以看出，隨著處理時間的延長和處理溫度的升高，聚酯織物減量率隨之提高，處理時間為20~40min時，減量率幾乎沒有變化，處理時間超過40min后，減量率開始隨時間的延長而提高。因為溫度低時NaOH只能進(jìn)攻聚酯纖維表面的大分子，且NaOH與纖維酯基反應(yīng)需要一定的時間，當(dāng)溫度升高時，NaOH可作用于一定深度的區(qū)域，故反應(yīng)溫度升高、時間延長，減量率提高。另外，曲線d斜率最大，處理前期曲線b和c重合，當(dāng)處理時間超過100min后，曲線b的斜率大于曲線c，曲線a斜率最小，這與2.1.4得到的結(jié)論相似，說明苯甲醇和促進(jìn)劑共同作用時效果更好，可在較低堿用量和較低溫度下達(dá)到堿減量仿真絲的效果。為了在不影響堿減量效果的前提下盡可能減少堿用量，可選取曲線c代表的減量工藝，故建議選擇98℃保溫30~60min，具體處理時間可根據(jù)對織物減量率的要求而定。

2.2性能

2.2.1強(qiáng)力由表2可以看出，經(jīng)堿減量處理后試樣1強(qiáng)力損失為26.5%，試樣2強(qiáng)力損失為54.1%，織物的強(qiáng)力損失隨減量率的增大而增加，故實(shí)際操作中需嚴(yán)格控制減量率。

2.2.2SEM聚酯堿減量處理前后的表面形態(tài)如圖6所示，圖6a、6b為聚酯原樣，圖6c、6d為NaOH2.5g/L，苯甲醇20mL/L，CTAB4×10－4mol/L，98℃保溫60min條件下處理后的試樣。由圖6可看出，未經(jīng)堿減量處理的聚酯纖維表面有細(xì)小顆粒，纖維表面結(jié)構(gòu)緊密規(guī)整；經(jīng)堿減量處理后織物表面出現(xiàn)溝槽，這與減量率的高低有直接關(guān)系，減量率過高時容易導(dǎo)致纖維表面出現(xiàn)溝槽，但從圖6d明顯可見纖維表面變得光滑。

3結(jié)論

（1）在聚酯纖維堿減量處理浴中加入苯甲醇，可明顯降低堿減量所需的NaOH和促進(jìn)劑用量，同時使堿減量處理在相對較低的溫度下進(jìn)行。（2）NaOH2.5g/L、CTAB4×10－4mol/L、苯甲醇20mL/L、98℃保溫60min；NaOH10g/L、CTAB0.5×10－4mol/L、苯甲醇20mL/L、98℃保溫60min；NaOH5g/L、CTAB4×10－4mol/L、苯甲醇20mL/L、80℃保溫60min。以上3個堿減量工藝均可使聚酯纖維獲得10%~17%的減量率。（3）經(jīng)堿減量處理后聚酯纖維表面變得光滑，但減量率過高時，纖維表面可能出現(xiàn)溝槽，同時對織物強(qiáng)力有較大的影響。

作者：曹機(jī)良 孟春麗 安剛 俞顯芳 曹成輝 程獻(xiàn)偉 潘星遠(yuǎn) 單位：河南工程學(xué)院材料與化學(xué)工程學(xué)院