趙乾博 范雪榮 高衛(wèi)東 徐 進(jìn)

（江南大學(xué)，江蘇無(wú)錫，214122）

水分散性聚酯漿料（以下簡(jiǎn)稱聚酯漿料）是采用與合成滌綸相同或相似原料的二元酸（如對(duì)苯二甲酸）和二元醇（如乙二醇）通過(guò)縮聚反應(yīng)合成的大分子結(jié)構(gòu)中含有酯基（—COO—）和水溶性基團(tuán)的一類新型紡織漿料［1-2］，由于其具有與滌綸相似的分子結(jié)構(gòu)，因此對(duì)滌綸有很好的黏附性，適合滌綸的上漿［3］。

聚酯漿料在德國(guó)、美國(guó)、韓國(guó)等國(guó)已有生產(chǎn)，國(guó)內(nèi)對(duì)聚酯漿料的研究始于20世紀(jì)90年代。劉馨等以對(duì)苯二甲酸二甲酯（以下簡(jiǎn)稱DMT）、間苯二甲酸二甲酯-5-磺酸鈉（以下簡(jiǎn)稱SIPM）、1，2-丙二醇（以下簡(jiǎn)稱PDO）、二甘醇（以下簡(jiǎn)稱DEG）為聚合單體，根據(jù)酯交換-縮聚反應(yīng)機(jī)理，并控制總酯（DMT和SIPM摩爾數(shù)總和）與總醇（PDO和DEG摩爾數(shù)總和）摩爾比例為1︰2，制備水溶性聚酯漿料。經(jīng)結(jié)構(gòu)分析與性能測(cè)試，所制備的水溶性聚酯漿料為非結(jié)晶性共聚物，具有優(yōu)異的熱黏度穩(wěn)定性和良好的漿紗性能，上漿后紗線的耐磨性得到顯著改善［4］。榮瑞萍等研究了聚酯漿料的上漿性能，結(jié)果表明聚酯漿料對(duì)滌綸具有優(yōu)良的黏附性和滲透性，上漿后漿液在紗線內(nèi)分布均勻，可以提高漿紗的抱合力［5］。

聚酯漿料經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展與完善，雖然提高了滌綸織物的上漿性能，但是仍然面臨著水溶性不佳等問(wèn)題。在退漿過(guò)程中，聚酯漿料對(duì)電解質(zhì)很敏感，會(huì)在強(qiáng)電解質(zhì)溶液中產(chǎn)生沉淀，若對(duì)退漿條件控制不當(dāng)，則無(wú)法徹底退漿［6］。

1 試驗(yàn)部分

1.1 試驗(yàn)材料與儀器

試驗(yàn)材料：長(zhǎng)絲聚酯漿料FY 01（宿遷科林新材料科技有限公司），短纖聚酯漿料BY 01（宿遷科林新材料科技有限公司），1227-十二烷基二甲基芐基氯化銨（以下簡(jiǎn)稱1227，化學(xué)純），六偏磷酸鈉（化學(xué)純），氫氧化鈉（化學(xué)純），無(wú)水硫酸鎂（化學(xué)純），氯化鈉（化學(xué)純），碳酸鈉（化學(xué)純）。

試驗(yàn)儀器：HH-1型數(shù)顯水浴鍋（常州市國(guó)旺儀器制造有限公司），HF13型恒溫恒濕機(jī)（杭州金森科技有限公司），UPR-11-10T型優(yōu)普系列去離子水機(jī)（四川優(yōu)普超純科技有限公司）。

1.2 測(cè)試方法

1.2.1 漿膜的制備

將長(zhǎng)絲聚酯漿料和短纖聚酯漿料分別調(diào)制成濃度為6%的漿液，待漿液冷卻至70℃左右后均勻倒在聚酯薄膜上，并用不銹鋼尺輕輕來(lái)回移動(dòng)，使?jié){液均勻鋪滿聚酯薄膜。漿液在恒溫恒濕室（溫度20℃，相對(duì)濕度65%）干燥成膜，再平衡24 h。長(zhǎng)絲聚酯漿膜的厚度為0.07 mm（測(cè)試20次取平均值），含水率為5.8%；短纖聚酯漿膜的厚度為0.09 mm（測(cè)試20次取平均值），含水率為6.4%。

1.2.2 溶解性和水解性測(cè)定

配制不同的試驗(yàn)溶液，稱取一定質(zhì)量的漿料或者漿膜加入溶液中，使?jié){液濃度為1%，溶解性和水解性測(cè)試溫度為90℃，漿料或者漿膜加入時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，漿料完全溶解或者水解時(shí)停止計(jì)時(shí)，若在60 min內(nèi)不能完全溶解或者水解，則記錄為不溶，每組樣品測(cè)試3次，取平均值作為結(jié)果。

聚酯漿料是水分散性高分子化合物，長(zhǎng)絲聚酯漿料的平均粒徑為36.6 nm，短纖聚酯漿料的平均粒徑為42.1 nm，它的粒徑小于可見(jiàn)光波長(zhǎng)。由于丁達(dá)爾效應(yīng)，當(dāng)光線通過(guò)完全溶解后的漿液時(shí)，可以看到乳白色的光柱，漿液無(wú)沉淀；聚酯漿料水解后，酯鍵斷裂，最終主要形成水溶性的對(duì)苯二甲酸鈉和乙二醇，水解產(chǎn)物均勻分散在漿液中且直徑小于1 nm，此時(shí)漿液呈透明狀，無(wú)沉淀。

2 結(jié)果與討論

2.1 溶解性能

2.1.1 溫度

聚酯在水中的溶解經(jīng)歷兩個(gè)階段，首先是水分子滲入高聚物的內(nèi)部，使高聚物體積膨脹，稱為溶脹，然后才是高分子均勻分散在水中［7］。兩種聚酯漿料及其漿膜在去離子水中的溶解時(shí)間和溫度的關(guān)系見(jiàn)圖1。

圖1 溫度對(duì)聚酯漿料及其漿膜溶解性的影響

由圖1可知，在去離子水中，隨溫度的升高，兩種聚酯漿料及其漿膜的溶解時(shí)間逐漸縮短，溫度越高越有利于水分子進(jìn)入到聚酯內(nèi)部，加速聚酯的溶脹。在相同溫度條件下，長(zhǎng)絲聚酯漿料的溶解時(shí)間大于短纖聚酯漿料及其漿膜的溶解時(shí)間，也大于長(zhǎng)絲聚酯漿膜的溶解時(shí)間。這是因?yàn)殚L(zhǎng)絲聚酯漿料為固體顆粒，相同質(zhì)量的漿膜要比漿料與水的接觸面積大很多，可以更快地溶解；溫度在70℃～95℃之間時(shí)，長(zhǎng)絲聚酯漿膜、短纖聚酯漿料及其漿膜的溶解時(shí)間相差不大，5 min內(nèi)就可以完全溶解。

2.1.2 水的硬度

通過(guò)在去離子水中添加硫酸鎂來(lái)模擬水的硬度［8］，極軟水中硫酸鎂濃度18 mg/L，軟水中硫酸鎂濃度18 mg/L～60 mg/L，略硬水中硫酸鎂濃度60 mg/L～120 mg/L，硬水中硫酸鎂濃度120 mg/L～240 mg/L，極硬水中硫酸鎂濃度大于240 mg/L。兩種聚酯漿料及其漿膜在不同濃度硫酸鎂溶液中的溶解時(shí)間見(jiàn)圖2。

圖2 硫酸鎂濃度對(duì)聚酯漿料及其漿膜溶解性的影響

由圖2可知，硫酸鎂的加入會(huì)降低兩種聚酯漿料及其漿膜的溶解性能，直至溶解時(shí)間大于60 min，這是因?yàn)橛菜械逆V離子會(huì)與聚酯分子鏈的水溶性基團(tuán)結(jié)合，使水溶性基團(tuán)在水中難以電離，從而導(dǎo)致聚酯漿料水溶性降低［9］。聚酯漿料在硬水中完全溶解后，漿液呈乳白色，無(wú)沉淀。短纖聚酯漿料比短纖聚酯漿膜、長(zhǎng)絲聚酯漿料具有更高的耐硬水性。硫酸鎂濃度不小于120 mg/L時(shí)，長(zhǎng)絲聚酯漿料及其漿膜、短纖聚酯漿膜的溶解時(shí)間均大于60 min；硫酸鎂濃度不小于360 mg/L時(shí)，兩種聚酯漿料及其漿膜的溶解時(shí)間都大于60 min。

2.1.3 六偏磷酸鈉濃度

六偏磷酸鈉是聚合磷酸鹽類軟水劑，可以與鎂離子形成可溶螯合物［10］，從而減小鎂離子對(duì)聚酯溶解性能的影響。聚酯漿料完全溶解后，漿液呈乳白色，無(wú)沉淀。

兩種聚酯漿料及其漿膜在不同濃度六偏磷酸鈉溶液中的溶解時(shí)間見(jiàn)圖3～圖6。

由圖3～圖6可知，加入六偏磷酸鈉可以縮短兩種聚酯漿料及其漿膜在硬水中的溶解時(shí)間。硫酸鎂濃度不大于240 mg/L時(shí)，短纖聚酯漿料及其漿膜的溶解時(shí)間隨著六偏磷酸鈉濃度的增大變化不大，5 min內(nèi)可以完全溶解；硫酸鎂濃度不大于120 mg/L且六偏磷酸鈉濃度0.5 g/L～2.0 g/L時(shí)，兩種聚酯漿料及其漿膜在25 min內(nèi)可以完全溶解；硫酸鎂濃度為60 mg/L時(shí)，由于聚酯漿料本身具有良好的水溶性，加入六偏磷酸鈉對(duì)溶解時(shí)間的縮短影響不大；硫酸鎂濃度為360 mg/L時(shí)，鎂離子對(duì)聚酯的溶解性影響較大，加入六偏磷酸鈉可以有效縮短聚酯的溶解時(shí)間。

圖3 在60 mg/L硫酸鎂溶液中的溶解性

圖4 在120 mg/L硫酸鎂溶液中的溶解性

圖5 在240 mg/L硫酸鎂溶液中的溶解性

圖6 在360 mg/L硫酸鎂溶液中的溶解性

2.1.4 氯化鈉濃度

兩種聚酯漿料及其漿膜在不同濃度氯化鈉溶液中的溶解時(shí)間見(jiàn)圖7。

圖7 氯化鈉濃度對(duì)聚酯漿料及其漿膜溶解性的影響

由圖7可知，兩種聚酯漿料及其漿膜的溶解時(shí)間隨著氯化鈉濃度的增加而增加，直至溶解時(shí)間大于60 min。聚酯漿料在水中溶解是由于分子鏈上—SO3Na在水中電離生成SO3-陰離子和Na+陽(yáng)離子的緣故［11］。水中加入氯化鈉會(huì)抑制水溶性基團(tuán)—SO3Na的電離，使其在水中溶解能力下降［12］。在濃度相同的氯化鈉溶液中，長(zhǎng)絲聚酯漿料比短纖聚酯漿料難溶；氯化鈉濃度不小于2.0 g/L時(shí)，長(zhǎng)絲聚酯漿料及漿膜的溶解時(shí)間大于60 min；氯化鈉濃度不小于3.0 g/L時(shí)，短纖聚酯漿料的溶解時(shí)間大于60 min。聚酯漿料在氯化鈉溶液中完全溶解后，漿液呈乳白色，無(wú)沉淀。

2.1.5 堿的種類和濃度

聚酯漿料在堿液中完全溶解后，漿液呈乳白色，無(wú)沉淀。兩種聚酯漿料及其漿膜在不同濃度氫氧化鈉溶液中的溶解時(shí)間見(jiàn)圖8。

圖8 氫氧化鈉濃度對(duì)聚酯漿料及其漿膜溶解性的影響

由圖8可知，氫氧化鈉濃度不大于0.1 g/L時(shí)，兩種聚酯漿料及其漿膜在10 min內(nèi)可以完全溶解。短纖聚酯漿料比其漿膜耐堿性弱，氫氧化鈉濃度不小于0.5 g/L時(shí)，長(zhǎng)絲聚酯漿料及其漿膜、短纖聚酯漿料的溶解時(shí)間均大于60 min；氫氧化鈉濃度不小于5.0 g/L時(shí)，兩種聚酯漿料及其漿膜的溶解時(shí)間均大于60 min。

兩種聚酯漿料及其漿膜在不同濃度碳酸鈉溶液中的溶解時(shí)間見(jiàn)圖9。

圖9 碳酸鈉濃度對(duì)聚酯漿料及其漿膜溶解性的影響

由圖9可知，碳酸鈉濃度不大于1.0 g/L時(shí)，短纖聚酯漿料及其漿膜在10 min內(nèi)可以完全溶解。長(zhǎng)絲聚酯漿料比其漿膜耐堿性強(qiáng)。碳酸鈉濃度不小于1.0 g/L時(shí)，長(zhǎng)絲聚酯漿膜的溶解時(shí)間大于60 min；碳酸鈉濃度不小于5.0 g/L時(shí)，兩種聚酯漿料及其漿膜的溶解時(shí)間均大于60 min。

結(jié)合圖8、圖9可知，當(dāng)堿液濃度小于5.0 g/L時(shí)，在相同濃度下，兩種聚酯漿料及其漿膜在碳酸鈉中的溶解時(shí)間小于在氫氧化鈉中的溶解時(shí)間。

2.2 水解性能

兩種聚酯漿料及其漿膜在不同濃度1227、氫氧化鈉溶液中的水解時(shí)間見(jiàn)圖10～圖12。

聚酯高分子的水解是一個(gè)復(fù)雜的反應(yīng)，在氫氧化鈉溶液中，聚酯表面分子鏈的酯鍵水解斷裂，并不斷形成不同聚合度的水解產(chǎn)物［13］。最終主要形成水溶性的對(duì)苯二甲酸鈉和乙二醇。1227是一種季銨鹽類表面活性劑，在堿液中可以迅速地被聚酯吸附，并且在沸煮時(shí)可進(jìn)入聚酯表面的空隙內(nèi)，通過(guò)離子交換作用，使溶液中的羥基負(fù)離子轉(zhuǎn)移并富集到聚酯表面，加速水解［14］。由 圖10～圖12可 知，在1227濃 度 為1 g/L～2 g/L、氫氧化鈉濃度不小于30.0 g/L時(shí)，兩種聚酯漿料及其漿膜在50 min內(nèi)可以完全水解。在相同濃度1227溶液中，兩種聚酯漿料及其漿膜的水解時(shí)間隨著氫氧化鈉濃度的增大而縮短，長(zhǎng)絲聚酯漿料比其漿膜更難水解，短纖聚酯漿料比其漿膜更容易水解；在相同濃度氫氧化鈉溶液中，兩種聚酯漿料及其漿膜的水解時(shí)間隨著1227濃度的增大變化不明顯。聚酯漿料完全水解后，漿液呈透明狀，無(wú)沉淀。

圖10 在1 g/L 1227溶液中的水解性

圖11 在1.5 g/L 1227溶液中的水解性

圖12 在2 g/L 1227溶液中的水解性

3 結(jié)論

（1）在去離子水中，兩種聚酯漿料及其漿膜的溶解時(shí)間隨溫度的升高逐漸縮短，溫度越高越有利于水分子進(jìn)入到聚酯內(nèi)部，加速聚酯溶脹。

（2）硫酸鎂的加入會(huì)降低兩種聚酯漿料及其漿膜的溶解性能，直至溶解時(shí)間大于60 min，短纖聚酯漿料比其漿膜、長(zhǎng)絲聚酯漿料具有更高的耐硬水性。加入六偏磷酸鈉可以縮短兩種聚酯在硬水中的溶解時(shí)間。

（3）兩種聚酯漿料及其漿膜的溶解時(shí)間隨著氯化鈉濃度的增加而增加，直至溶解時(shí)間大于60 min。在濃度相同的氯化鈉溶液中，長(zhǎng)絲聚酯漿料比短纖聚酯漿料難溶。

（4）兩種聚酯漿料及其漿膜在低濃度氫氧化鈉、低濃度碳酸鈉溶液中可以溶解；當(dāng)兩種堿液濃度不小于5.0 g/L時(shí)，兩種聚酯漿料及其漿膜溶解時(shí)間均大于60 min；當(dāng)堿液濃度小于5.0 g/L時(shí)，在相同濃度下，兩種聚酯漿料及其漿膜在碳酸鈉中的溶解時(shí)間小于在氫氧化鈉中的溶解時(shí)間。

（5）在1227濃度為1 g/L～2 g/L、且氫氧化鈉濃度不小于30.0 g/L時(shí)，兩種聚酯漿料及其漿膜在50 min內(nèi)可以完全水解。