聚酯漿料的溶解及水解性能研究

周玉榮

(揚州瑞邦化工技術有限公司,江蘇 揚州 225000)

聚酯漿料是將苯二酸和甘醇與親水性有機單體發生縮聚反應,合成含有酯基基團與水溶性基團的大分子新型漿料。由于聚酯漿料與聚酯纖維有著相似的化學結構,根據物質的相似相溶特性,聚酯漿料對聚酯纖維的粘附性能大,適合上漿。同時由于能被生物降解,環境污染少,從而受到很多關注和重視。

聚酯漿料由美國伊斯曼公司研制成功。至今美國、法國、德國等國已經能生產出比較成熟的產品。我國對聚酯漿料的研究開始于20 世紀90 年代。劉馨、陳輝等根據酯交換縮聚反應機理,制備了一種非結晶性共聚體聚酯漿料。具有優異的粘度能性和良好的漿紗性能。榮瑞萍、范雪榮等研究了聚酯漿料及其混合漿的漿液,漿膜性能,結果表明聚酯漿料可在聚酯纖維混纖紗上漿中替代。

聚酯漿料在多年的發展與不斷完善后,雖然提高了聚酯纖維織物的上漿性能,但是水溶性不好的問題依然等待解決。在織物的退漿過程中,聚酯漿料在強的電解質溶液中會形成沉淀或不溶解現象,導致退漿不完全。

1 試驗部分

1.1 儀器與材料

1.1.1 材料：聚酯長絲漿料,聚酯短纖漿料,硫酸鎂,苯扎氯銨,氯化鈉,氫氧化鈉,碳酸鈉。

1.1.2 儀器：MILLIPORE 反滲透水系統RIOSS, TW20 恒溫水浴鍋,可程式恒溫恒濕箱。

1.2 測試方法

1.2.1 漿膜的制備

取聚酯長絲漿料和聚酯短纖漿料兩種漿料,分別將它們配制成6%的漿液,等配制的漿液溫度降到70℃左右時,均勻地倒在感光紙上,并用鋼尺來回慢慢地移動,將漿液平鋪均勻。將平鋪好的漿液放入恒溫恒濕機內,設置溫度為20℃,濕度為65%RH,干燥成膜,繼續放置24 小時。聚酯長絲漿膜的厚度為0.09mm,含水率為6.0%；聚酯短纖漿膜的厚度為0.11mm,含水率為6.5%。

1.2.2 溶解性和水解性測定

聚酯漿料的粒徑在納米級別,小于可見光波長,根據丁達爾現象,當完全溶解的漿液被一束光線透過,可以觀察到出現一段光柱。聚酯漿料是含有酯鍵的高分子聚合物,水解后,酯鍵發生斷裂,形成水溶性的二元酸、二元醇單體,分散在漿液中,此時漿液中沒有沉淀,應透明。

稱量一定重量的漿料和漿膜置于溶液中,配制成濃度為1%的漿液。設置不同的溫度,從加入漿料和漿膜時開始計算時間,待完全溶解/水解時計時就終止。如果在1 小時內全部溶解/水解,就記錄為溶解/水解,反之則記為不溶。每組別樣品重復測定5 次,以5 次的平均結果作為最終結果。

2 結果與討論

2.1 溶解性能

2.1.1 溫度

聚酯的溶解過程分為溶脹和溶解兩個階段。溶脹是水分子擴散到內部,使其體積膨脹。隨著水分子的不斷滲入,溶脹的高分子均勻分散在水中即為溶解。

試驗中溫度設置在70℃至95℃之間,聚酯漿料及漿膜的溶解時間隨著溫度的不斷升高,逐漸縮短。聚酯長絲漿膜、聚酯短纖漿料及漿膜的溶解時間基本相同,在5 分鐘內已經全部溶解。聚酯長絲漿料由于與超純水的接觸面小,溶解的時間比較長。如圖1。

圖1 聚酯漿料及漿膜在超純水中的溶解性

2.1.2 硬度

超純水的硬度對聚酯漿料及漿膜的溶解也存在一定的影響。通過表1 改變MgSO4溶液的濃度調節水的硬度。

表1

圖2 聚酯漿料及漿膜在不同濃度MgSO4 溶液中溶解性

試驗中,設置MgSO4溶液濃度從0.0g/L 至0.36g/L,隨著溶液濃度的增大,聚酯漿料及漿膜的溶解時間逐漸變長,主要是由于Mg2+與水溶性基團結合,難以電離,導致了水溶性降低。當MgSO4溶液濃度≧0.36g/L,溶解的時間均超過1 小時。聚酯短纖漿料具有更好的耐硬水性。如圖2。

2.1.3 氯化鈉濃度

試驗中,設置NaCl 溶液濃度從0.1g/L 至3.0g/L,在NaCl 溶液中,隨著濃度的增加聚酯漿料及漿膜的溶解時間也逐漸增加。這是由于NaCl 會抑制水溶性基團的電離,導致溶解力下降。當NaCl 溶液濃度≦1.0g/L 時,聚酯漿料及漿膜的溶解時間均不足1 小時,當NaCl 溶液濃度≧2.0g/L 時,聚酯長絲漿料及漿膜溶解時間超過1 小時。如圖3。

圖3 不同濃度NaCl 溶液中聚酯漿料及漿膜的溶解性

2.1.4 堿的種類和濃度

2.1.4.1 NaOH 溶液作為堿液

試驗中,設置NaOH 溶液濃度從0.1g/L 至10.0g/L。從中發現：聚酯漿料及漿膜在0.1g/L NaOH 溶液中,9 分鐘內就能全部溶解。聚酯短纖漿膜比其漿料的耐堿性強,NaOH 濃度大于0.5g/L 后,聚酯長絲漿料及漿膜、聚酯短纖漿料的溶解時間都超過了1 個小時。

2.1.4.2 Na2CO3溶液作為堿液

試驗中,設置Na2CO3溶液濃度從0.1g/L 至10.0g/L。從中發現：聚酯短纖漿料及漿膜在≤1.0g/L Na2CO3溶液中,9 分鐘內就可以全部溶解。當Na2CO3濃度≥5.0g/L 時,聚酯漿料及漿膜的溶解時間都超過了1 個小時。

結合兩種堿液的溶解實驗,在相同的堿液濃度下(＜5.0g/L),聚酯漿料及漿膜在NaOH 溶液中溶解的時間大于在Na2CO3溶液。

2.2 水解性能

在1g/L、1.5g/L、2.0g/L 的苯扎氯銨溶液中、設置NaOH 溶液的濃度從0.1g/L 至40.0g/L,觀察聚酯漿料及漿膜的水解性。聚酯漿料是含有酯鍵的高分子聚合物,水解后,酯鍵發生斷裂,形成水溶性的二元酸、二元醇單體。苯扎氯銨在堿性的作用下,能快速地被吸附,加溫后,發生離子間的交換反應,溶液中的-OH聚集到表面,使水解的速度加快了。試驗顯示,當苯扎氯銨濃度在1g/L 至2g/L 的范圍時、NaOH 濃度≥30.0g/L,聚酯漿料及漿膜在1 個小時內就可以水解完全。在同一濃度的苯扎氯銨溶液中,聚酯漿料及漿膜隨著NaOH 溶液濃度的不斷增大,水解的時間也隨著不斷的縮小,聚酯長絲漿料的水解比其漿膜更加困難,聚酯短纖漿料的水解比其漿膜更加容易；在同一濃度的NaOH 溶液中,隨著苯扎氯銨濃度的不斷增大水解性能沒有明顯的變化。

3 結論

3.1 聚酯漿料及其漿膜在超純水中的溶解隨著溫度的不斷升高,時間隨之不斷地縮減。

3.2 水中的硬度變大(MgSO4溶液濃度的增高)會使聚酯漿料及漿膜的溶解時間增長。會降低兩種聚酯漿料及其漿膜的溶解性能,直至溶解時間大于60min,聚酯短纖漿料的耐硬水性比比聚酯長絲漿料更高。

3.3 隨著NaCl 溶液濃度的增加,聚酯漿料及漿膜的溶解時間也逐漸增加。在同一個濃度下,聚酯短纖漿料比聚酯長絲漿料容易溶解。

3.4 在相同的堿液濃度下(＜5.0g/L),聚酯漿料及漿膜在NaOH 溶液中溶解的時間大于在Na2CO3溶液。在低濃度的堿溶液中,聚酯漿料及漿膜都可以充分溶解。

3.5 當苯扎氯銨濃度在1g/L～2g/L 的范圍時、NaOH 濃度≥30.0g/L,聚酯漿料及漿膜在1 個小時內就可以水解完全。