水溶性聚酯漿料的結構性能和產品研發

周玉榮

（揚州瑞邦化工技術有限公司，江蘇 揚州 225000）

水溶性聚酯（Water-Soluble Polyester，WPET）漿料，是利用縮聚合成反應生成的一種新型紡織工業用漿料。這類漿料主要由較大的分子構成，其中包含酯類基團（——COOR）與一部分水溶性強的基團，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。鑒于其分子結構與滌綸類材料較為接近，且黏合性比滌綸材料強，非常適用于對其上漿[1]。

1 方法

本研究首先分析常見的WPET漿料分子結構式、紅外（Infrared，IR）光譜、X-ray衍射圖譜，其次測試該物質的黏度，用以評價WPET漿料的結構性能。

1.1 WPET漿料的結構性能

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。通過合成反應得到化學結構式，通過掃描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

針對短纖紗上漿技術，從淀粉中WPET漿料質量分數對纖維黏附性的影響、淀粉/WPET漿料膜的差示掃描量熱分析、不同WPET質量分數淀粉漿膜的結晶數據、WPET質量分數對淀粉漿膜強伸性的影響、不同WPET質量分數淀粉漿膜的電鏡照片等數據進行分析。

1.3 長絲上漿技術

針對長絲上漿技術，從抗裂性的試驗參數進行分析。

2 結果

2.1 短纖紗上漿

不同質量分數WPET淀粉漿膜的結晶數據如表1所示。

表1 不同質量分數WPET淀粉漿膜的結晶數據

2.2 長絲上漿

不同種類漿料的技術參數如表2所示。

表2 不同種類漿料的技術參數

3 討論

3.1 結構性能

當下市售的WPET漿料通常是在聚對苯二甲酸乙二醇酯單體結構中引入5-磺酸-1,3-間苯二甲酸二甲酯這種親水性的物質。在合成過程中，使用1,3-苯二甲酸能夠提高產物的規整性，形成非結晶產物，合成反應有關的穩定劑、催化劑在環境溫度、壓力下完成。WPET漿料的化學分子結構中，分子式的左側是1,4-苯二甲酸或者間苯二甲酸乙二醇酯基團，分子式右側是異酞酸-5-磺酸鈉二乙二醇酯基團[2]。常見的WPET的IR圖譜，能夠解析出磺酸基，有時依據制備要求也會添加一些二乙二醇、PEG、丁二醇等物質，用于改善產品的性狀。滌綸與WPET在分子結構方面的相似度很高，聚對苯二甲酸乙二醇酯有著較大的分子質量，通常在17 000～240 000，而WPET漿料分子質量為 5 000～11 000。作為半結晶形狀的聚對苯二甲酸乙二醇酯是一種高度聚合物，由高彈態轉變為玻璃態的溫度區間為70～80 ℃；WPET漿料是非晶態的物質，由高彈態轉變為玻璃態的溫度區間為40～60 ℃[3]。

3.2 短纖紗上漿技術

WPET漿料在參與短纖紗上漿的過程中，通常和變性淀粉同時使用，淀粉和聚酯的互溶特性對產品性能與分子結構發揮了決定性作用。相較于淀粉，WPET漿料與滌綸材質的吸附性增長53.89%，而對純棉的吸附性則減少15.94%。當WPET漿料中的高聚物由高彈態轉變為玻璃態的溫度為 50 ℃時，淀粉并不能干擾WPET漿料的玻璃化溫度。這一結果表明：WPET漿料與淀粉間無相互影響。

從表1的數據中可以發現，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晶度，增加斷裂伸長，調節淀粉脆硬性質；10%以內的WPET能夠顯著提升膜強度，這一提升隨著質量分數的加大而變得不明顯。通過電鏡掃描圖可以看出，添加10%的WPET漿料，整個表面會更均勻、平滑，這是因為WPET漿料存在于無定形區域，能抑制結晶的生長[4]。

3.3 長絲上漿抗裂性技術

滌綸長絲上漿這一步驟在上噴水織機前需要使用丙烯酸漿料。相較于含有丙烯酸的漿料，WPET漿料對人工合成纖維的附著力更好。長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，因此施膠生產效率高，質量優良，織機效率接近99%；退漿操作也能在無堿、低堿時實施，能夠降低對聚酯的損害，無異味、無污染。噴水織機使用的WPET漿料在室溫下應具有較好的耐水性，即溶解度低于短纖維使用的WPET漿料；相對分子質量高于短纖維WPET漿料；玻璃化轉變溫度按季節分為夏季和冬季，技術參數參照表2。采用漿紙法測定其抗裂性，抗裂性為漿膜的斷裂強度×延伸率÷彈性模量，抗裂性越小，越容易發生扭折[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 根據纖維種類定制WPET漿料

作為使用性能優良的聚酯，有各種各樣的單體可供選擇。優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]。根據纖維類型定制WPET漿料上漿，在紡織上漿技術領域有著非常廣闊的發展前景。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，開發新的高能漿料。

4 結語

WPET漿料的應用已經引起人們的高度關注。對于短纖紗，WPET漿料通常與淀粉混用，能夠減小和降低晶粒和結晶度，完善膜的脆硬度，鑒于水溶性聚酯和淀粉在結構上的相互作用相對缺乏，當水溶性聚酯的加入量大于10%時，膜會出現顯著的分離。與此同時，已有的WPET漿料也有固有的缺陷，應在后續的研究中有針對性地完善，制備出性能更加良好的WPET漿料。