苯甲醇在涤纶碱减量加工中的作用范文

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《印染助剂杂志》2016年第三期

摘要：

为了解决聚酯纤维碱减量耗碱量多、耗能大的问题，将载体苯甲醇应用于聚酯碱减量处理，研究了促进剂用量、苯甲醇用量、NaOH用量、减量温度和时间对聚酯碱减量效果的影响，测试了聚酯织物处理后的强力和SEM。结果显示：NaOH2.5g/L、CTAB4×10－4mol/L、苯甲醇20mL/L、98℃保温60min时聚酯纤维的减量率为17.1%；NaOH10g/L、CTAB0.5×10－4mol/L、苯甲醇20mL/L、98℃保温60min时聚酯纤维的减量率为12.4%；NaOH5g/L、CTAB4×10－4mol/L、苯甲醇20mL/L、80℃保温60min时聚酯纤维的减量率为10.6%。通过扫描电子显微镜（SEM）发现，经过碱减量处理后纤维表面被“剥蚀”，通过强力测试发现，织物的强力损失受减量率的影响较大。

关键词：

聚酯纤维；碱减量；减量率；苯甲醇

聚酯具有强度高、弹性好、耐摩擦、洗可穿、尺寸稳定等优越物理性能［1］，但吸水性及服用舒适性等不及天然纤维，为了改善聚酯织物的亲水性和其他与穿着舒适有关的性能，开发了碱减量加工工艺［2－3］。目前，碱减量处理是聚酯织物及其混纺织物染整加工过程中非常重要的工序，通过碱减量处理，聚酯织物可以获得良好的柔软性、真丝特有的悬垂性、柔和的光泽和一定的亲水性，使得聚酯织物的服用性能接近于真丝产品［4－6］。但碱减量需在高温浓碱条件下进行，耗碱量多、耗能大［7－9］，一般轻减量温度为110℃，重减量温度为120℃，轻减量液碱用量为10%（omf），重减量液碱用量超过15%（omf）。为了提高聚酯纤维减量率，常在碱减量处理浴中加入阳离子类促进剂［10］，但该工艺仍需要在较高的NaOH和促进剂用量下或较高的碱减量处理温度下进行。为了减少聚酯纤维碱减量过程中的耗碱量，降低碱减量处理温度，本文在聚酯纤维碱减量处理液中加入载体苯甲醇，探讨了各工艺因素对织物减量率的影响。

1试验

1.1材料织物：220T涤塔夫织物（市售）。化学品：氢氧化钠（NaOH）、苯甲醇（均为化学纯），十六烷基三甲基溴化铵（CTAB，分析纯）。

1.2碱减量处理NaOHxg/L，促进剂CTABymol/L，苯甲醇zmL/L，浴比1∶50。40℃投入织物，以1℃/min升温至98℃，保温60min后，再以3℃/min降温至70℃，充分水洗，自然晾干。

1.3测试

1.3.1减量率碱减量前后的织物于105℃烘箱中烘燥120min后称重，按下式计算减量率。

1.3.2断裂强力损失断裂强力按GB/T3923－1997《纺织品织物拉伸性能第1部分：断裂强力和断裂伸长的测定条样法》在南通宏大实验仪器有限公司的HD026H型电子织物强力仪上测定，织物碱减量后的强力损失按下式计算。式中：S1为织物碱减量前的断裂强力，S2为织物碱减量后的断裂强力。

1.3.3扫描电镜（SEM）将粘有干燥试样的样品台放入离子溅射仪中镀金，在抽真空状态下，使用捷克FEI公司的Quanta250型扫描电子显微镜观察形貌特征，加速电压为15.00kV。

2结果与讨论

2.1减量率的影响因素

2.1.1促进剂用量表面活性剂CTAB是常用的季铵盐类碱减量促进剂，为了研究碱减量促进剂对聚酯碱减量的影响，测试了不同苯甲醇用量下促进剂用量对聚酯织物减量率的影响，结果如图1所示。由图1可以看出，随着促进剂CTAB用量的增加，聚酯织物减量率逐渐增加，加入苯甲醇20mL/L时，减量率增加迅速且相对较大，但当促进剂用量达到2×10－4mol/L后，减量率不再明显增加；未加苯甲醇时，促进剂用量达到3×10－4mol/L后，减量率也增速缓慢。这是因为将促进剂加入到聚酯碱减量处理液中，其分子会吸附到纤维表面，使碱减量处理液中的OH－富集到纤维表面，使得OH－更容易进攻聚酯分子中带正电荷的羰基碳原子，造成聚酯大分子断裂，但季铵盐表面活性剂的稀溶液服从理想溶液所遵循的规律，当季铵盐表面活性剂的浓度达到饱和后，聚酯纤维对其吸附达到饱和，吸附量不再增加；在处理液中加入苯甲醇，可以降低聚酯纤维的玻璃化温度，在较低温度下聚酯纤维大分子链即可打开，OH－更易进攻纤维内部的大分子，与聚酯大分子反应。当使用苯甲醇20mL/L、促进剂0.5×10－4mol/L对聚酯织物处理时减量率达到12.4%，而不加苯甲醇条件下促进剂用量为1×10－4mol/L时减量率为11.7%，故达到同样减量率，加入苯甲醇后可减少促进剂用量。

2.1.2苯甲醇用量苯甲醇是一种研究较多的染色载体［11］，可有效降低合成纤维的玻璃化温度。测试了不同促进剂用量条件下苯甲醇用量对聚酯纤维碱减量的影响，结果如图2所示。由图2可以看出，聚酯减量率随着苯甲醇用量的提高而增大，当促进剂用量为1×10－4mol/L时，减量率随苯甲醇用量的提高增大较快，因为在苯甲醇的增塑作用下，聚酯大分子的溶胀程度增加，纤维的内表面积增加，取向度降低，OH－易从纤维表面深入到内部，反应更激烈，促进聚酯纤维的充分水解，以降低碱用量；但当促进剂用量为0.25×10－4mol/L时，减量率随苯甲醇用量的提高增大缓慢且幅度较小，这说明促进剂用量低时，苯甲醇的作用不明显。由上述分析可知，在促进剂和苯甲醇的共同作用下，聚酯织物碱减量效果较好，可在一定程度上减少碱用量。

2.1.3NaOH用量氢氧化钠是聚酯纤维碱减量处理过程中的一个非常重要的因素，测试了有无苯甲醇条件下氢氧化钠用量对聚酯减量率的影响，结果如图3所示。由图3可以看出，随着NaOH用量的增加，聚酯的减量率提高。因为NaOH用量增加，吸附到纤维表面的OH－增加，纤维表面被剥蚀出现大量的凹穴和沟壑，这又增加了聚酯纤维的表面积，可以吸附更多的OH－，加速聚酯大分子的水解反应，使得减量率提高。未加入苯甲醇时，聚酯减量率增加缓慢，且当NaOH用量达到25g/L时，减量率不再随NaOH用量的增加而提高；加入苯甲醇后，聚酯减量率提高更迅速，当碱用量为20g/L时，减量率超过60%，聚酯纤维大部分水解，出现织物断裂现象。未加入苯甲醇的条件下，NaOH用量为10g/L时减量率为12%，而加入苯甲醇的条件下，仅需NaOH5.7g/L就能达到相同的减量率，这说明聚酯碱减量处理时加入苯甲醇可降低NaOH用量。由上述分析可知，控制聚酯纤维减量率12%~20%时，在20mL/L苯甲醇用量条件下加入5~7.5g/LNaOH即可。

2.1.4碱减量温度为了研究减量温度对聚酯碱减量的影响，测试了表1所示工艺条件下，不同温度对聚酯减量率的影响，结果如图4所示。由图4可以看出，随着减量温度的升高，聚酯减量率提高。因为聚酯属于热塑性纤维，温度较低时，NaOH只能作用于聚酯纤维表面，只有当温度达到玻璃化温度，聚酯纤维膨胀，瞬时空隙增大增多，有利于促进剂大分子的进入，反应才能发生在一定深度的区域。另一方面，随着温度的升高，OH－动能增大，与聚酯大分子酯基的接触更加容易，反应更加激烈。60~110℃时，减量率：d>b>c>a，比较配方a和b可知，在其他条件一定的情况下，加入苯甲醇可提高聚酯织物减量率；比较配方b和d说明，促进剂可提高NaOH利用率，提高聚酯织物减量率；比较配方a和c、d说明，苯甲醇和促进剂共同作用可减少NaOH用量；90℃时，曲线d所示减量率达到20%，98℃时，曲线b所示减量率达到20%，曲线c所示减量率接近20%。由上述分析可知，苯甲醇和促进剂共同作用可提高聚酯纤维减量率，因而可适当降低NaOH用量和碱减量温度。聚酯仿真丝产品的减量率一般控制在12%~20%，故建议选择90~98℃作为减量温度。

2.1.5碱减量时间为了研究减量时间对聚酯碱减量的影响，测试了表1所示工艺条件下，不同时间对聚酯减量率的影响，结果如图5所示。由图5可以看出，随着处理时间的延长和处理温度的升高，聚酯织物减量率随之提高，处理时间为20~40min时，减量率几乎没有变化，处理时间超过40min后，减量率开始随时间的延长而提高。因为温度低时NaOH只能进攻聚酯纤维表面的大分子，且NaOH与纤维酯基反应需要一定的时间，当温度升高时，NaOH可作用于一定深度的区域，故反应温度升高、时间延长，减量率提高。另外，曲线d斜率最大，处理前期曲线b和c重合，当处理时间超过100min后，曲线b的斜率大于曲线c，曲线a斜率最小，这与2.1.4得到的结论相似，说明苯甲醇和促进剂共同作用时效果更好，可在较低碱用量和较低温度下达到碱减量仿真丝的效果。为了在不影响碱减量效果的前提下尽可能减少碱用量，可选取曲线c代表的减量工艺，故建议选择98℃保温30~60min，具体处理时间可根据对织物减量率的要求而定。

2.2性能

2.2.1强力由表2可以看出，经碱减量处理后试样1强力损失为26.5%，试样2强力损失为54.1%，织物的强力损失随减量率的增大而增加，故实际操作中需严格控制减量率。

2.2.2SEM聚酯碱减量处理前后的表面形态如图6所示，图6a、6b为聚酯原样，图6c、6d为NaOH2.5g/L，苯甲醇20mL/L，CTAB4×10－4mol/L，98℃保温60min条件下处理后的试样。由图6可看出，未经碱减量处理的聚酯纤维表面有细小颗粒，纤维表面结构紧密规整；经碱减量处理后织物表面出现沟槽，这与减量率的高低有直接关系，减量率过高时容易导致纤维表面出现沟槽，但从图6d明显可见纤维表面变得光滑。

3结论

（1）在聚酯纤维碱减量处理浴中加入苯甲醇，可明显降低碱减量所需的NaOH和促进剂用量，同时使碱减量处理在相对较低的温度下进行。（2）NaOH2.5g/L、CTAB4×10－4mol/L、苯甲醇20mL/L、98℃保温60min；NaOH10g/L、CTAB0.5×10－4mol/L、苯甲醇20mL/L、98℃保温60min；NaOH5g/L、CTAB4×10－4mol/L、苯甲醇20mL/L、80℃保温60min。以上3个碱减量工艺均可使聚酯纤维获得10%~17%的减量率。（3）经碱减量处理后聚酯纤维表面变得光滑，但减量率过高时，纤维表面可能出现沟槽，同时对织物强力有较大的影响。

作者：曹机良 孟春丽 安刚 俞显芳 曹成辉 程献伟 潘星远 单位：河南工程学院材料与化学工程学院