蜂窝状微孔结构涤纶纤维分解性能分析

贾 玉 梅

(绍兴文理学院 纺织服装学院，浙江 绍兴 312000)

蜂窝状微孔结构涤纶纤维分解性能分析

贾 玉 梅

(绍兴文理学院 纺织服装学院，浙江 绍兴 312000)

将蜂窝结构涤纶纤维与普通涤纶纤维分别在NaOH(质量分数1 %、2 %和3 %)、NaClO(质量分数1 %、2 %和3 %)、H2SO4(质量分数50 %、80 %和98 %)和0.5 %洗衣粉等化学溶液中作分解性能分析，探讨不同质量分数、不同温度(常温到沸腾)下各纤维可分解性及分解速率差异。研究发现质量分数、温度和反应时间都能显著影响纤维分解速率，但NaOH质量分数因素占主导，H2SO4温度因素占主导，同时蜂窝结构涤纶纤维分解速率明显高于普通涤纶纤维。

蜂窝状；聚对苯二甲酸乙二酯纤维；分解性

蜂窝状微孔结构纤维是由中国自主研制的一种新型吸湿排汗纤维，有内外贯穿的蜂窝状微孔结构的聚酯改性纤维。该纤维加工原理是适当降低大分子聚合度，并加入各种功能添加剂，达到断接键、改变其分子结构的目的，最终得到适合于短纤维生产的改性切片原料。同时采用特殊的纺丝工艺，如高温纺丝，增加前纺的预拉伸，增加前纺原丝的大微孔数量，在后纺工艺中采用高牵伸倍数的牵伸，使前纺原丝的大微孔更细化、更均匀，获得蜂窝状微孔的结构。蜂窝状微孔结构纤维吸湿性强，纤维的比表面积是普通同样规格纤维比表面积的10～15倍以上，快干效果好，并有着优良的柔软性和抗起毛起球性能。

蜂窝状微孔结构涤纶纤维最具特色的是其优异的分解性能。但目前针对纤维分解性研究还集中在天然材料的新型试剂研究[1]，如Tosh B等[2]研究了纤维素的NMMO溶剂，罗慧谋[3]、刘丽英[4]、刘传富[5]等分别研究了功能化离子液体溶剂。而化学纤维分解性研究，特别是新型纤维分解性研究较少涉及。

在上述背景下，选择几种常规的化学试剂，并调整化学试剂的质量分数和反应温度，研究蜂窝状微孔结构涤纶纤维的分解规律，进而探讨蜂窝涤纶纤维的回收条件，达到环境保护的目的。

1 试 验

1.1 材料及仪器

材料：1.67 dtex×38 mm的蜂窝状微孔结构涤纶纤维和普通涤纶纤维(上虞弘强彩色涤纶有限公司)，NaOH(分析纯)和Na2CO3(分析纯)(杭州恒鑫达化工有限公司)，洗衣粉(奇强牌，市场购置)，NaClO(分析纯)和98 %H2SO4(上海叶盟实业有限公司)，蒸馏水等。

仪器：M267929型恒温震荡水浴锅，分析天平(精度0.000 1 g)，QX841-1型恒温烘箱，数码照相机。

2.2 方 法

探讨蜂窝状微孔结构涤纶纤维分解速率与温度、化学试剂质量分数及时间的关系。化学试剂质量分数选择如表1所示。

表1 化学试剂质量分数 %Tab.1 Mass fraction of chemical reagent

将各调配好质量分数的化学试剂100 mL倒入三角烧瓶中，并在恒温震荡水浴锅里，调节恒温震荡水浴锅的温度，NaOH试剂选择温度分别为100、90、80、70、60、50、40、25 ℃8个温度点，H2SO4和NaClO选择温度为25 ℃和100 ℃，洗衣粉选择40 ℃和25 ℃。当各化学溶液温度达到设定要求后，精确称取干燥的蜂窝状微孔结构涤纶纤维0.1 g，并装入三角烧瓶中，分解一定时间，观察其分解性能。如获得澄清溶液，则分解率为100 %，如8 h后仍为非澄清溶液，可用滤纸将溶液过滤，获得不溶物质质量，计算分解率。用分解率与分解时间比值，即平均分解速率评价纤维分解性能优劣。

同时将普通涤纶纤维在100 ℃条件下(低温预实验显示普通涤纶纤维较难分解)进行分解，分析两者分解性能差异。

2 结果与讨论

2.1 蜂窝状涤纶纤维在NaOH溶液中分解性

蜂窝状涤纶纤维在NaOH溶液中分解速率与温度、质量分数关系如图1所示，图1中横坐标为实验中的反应温度，纵坐标为蜂窝状涤纶纤维分解速率，三条曲线分别是质量分数为1 %、2 %和3 %的NaOH溶液分解蜂窝状涤纶纤维随温度变化趋势图。由图1可得：

1)常温25 ℃到70 ℃过程中，蜂窝涤纶纤维分解速率逐渐增加，但增加幅度小，70 ℃到90 ℃，涤纶纤维分解速率明显加快，90 ℃到100 ℃时，涤纶纤维分解速率呈现近直线增加。依据涤纶分解原理，碱对涤纶中大分子酯键发生水解作用，生成对苯二甲酸钠和乙二醇小分子分布于水中，整个化学反应是吸热反应，因此随着反应温度的增加，加快了NaOH的水解速率，蜂窝状涤纶纤维的降解速率增加，同时当溶液温度达到100 ℃时，由于水分子蒸发引起NaOH分子运动速率明显增快，增加了OH-与涤纶中大分子酯键接触机会，提高了分解速率。

2)随着化学试剂质量分数的增加，蜂窝涤纶纤维分解速率逐渐增加。主要原因也是由于随着溶液中NaOH的含量增加，增加了蜂窝涤纶中大分子酯键和OH-接触机会，提高了分解速率。

图1 NaOH溶液中蜂窝状涤纶纤维分解速率与温度、质量分数的关系Fig.1 Relations of decomposition velocity, mass fraction and temperature of honeycomb polyester fi ber in NaOH solution

2.2 蜂窝状涤纶纤维在其他溶液中的分解性

蜂窝状涤纶纤维在一定质量分数的化学试剂H2SO4、NaClO和洗衣粉溶液条件下，分解性见表2。

表2 蜂窝状涤纶纤维在其他溶液中的分解性Tab.2 Decomposability of honeycomb polyester fi ber in others chemical solutions

由表2可知，中高质量分数的H2SO4对蜂窝状涤纶纤维分解性能特别优异，尤其是质量分数98 %的H2SO4在100 ℃仅36 s就全部分解，在室温25 ℃下，也仅需要72 s全部分解。但是低质量分数(30 %以下)H2SO4对蜂窝状涤纶纤维几乎不分解，因此H2SO4质量分数是决定其分解性能的关键因素。该现象主要由于蜂窝涤纶纤维表面的分子和硫酸发生反应生成对苯二甲酸，在试验过程中随着质量分数的增加，增加了蜂窝涤纶纤维酯基和硫酸的接触概率，因而增加了涤纶纤维的分解速率。同时温度也影响蜂窝涤纶纤维的分解速率，温度越高，分解速率越快。

NaClO溶液在常温下，对蜂窝状涤纶纤维分解速率缓慢，在沸腾状态下，也需较长时间将其分解。因此温度是影响NaClO溶液分解蜂窝状涤纶纤维的主要因素。NaClO溶液反应机理是由于次氯酸钠水解涤纶纤维表面的分子，生成对苯二甲酸钠和乙二醇，整个反应为吸热反应。随着反应温度的增加，加快了纤维表面分子与次氯酸钠的反应，因而蜂窝状涤纶纤维的降解速率增加。

蜂窝状涤纶纤维在0.5 %洗衣粉条件下，随着化学反应温度的增加降解速率增加，所以蜂窝状涤纶衣物最好在常温条件下洗涤，40 ℃以上温水足以导致衣物在洗涤过程中被破坏，影响衣物外观。

2.3 蜂窝状涤纶纤维与普通涤纶纤维分解性对比

由于普通涤纶纤维在较低温度条件下很难分解，因此选择在100℃条件下比较普通涤纶纤维与蜂窝状涤纶纤维在不同质量分数的NaClO、H2SO4、NaOH，以及0.5 %洗衣粉下的分解性能，测试结果如表3所示。

由表3可知，普通涤纶纤维和蜂窝状涤纶纤维一样，随着化学试剂质量分数和化学反应温度的增加，分解速率明显加快。同时虽然普通涤纶纤维和蜂窝纤维化学组成及分子结构完全相同，但是蜂窝状纤维在各种条件下的分解性能都远好于普通涤纶纤维。主要原因是蜂窝状涤纶纤维的多孔结构，增加了酯基和化学试剂反应接触面，加快了化学水解速率，提高了蜂窝状涤纶纤维降解速率。

3 结 论

分解剂的质量分数、分解温度和时间对蜂窝状和普通涤纶纤维的分解速率均有较大的影响，分解剂中NaOH的质量分数因素影响很大，硫酸的温度占主导作用，NaClO和洗衣粉的分解速率较慢。同时由于特殊的多孔结构，蜂窝结构涤纶纤维分解速率远快于普通涤纶纤维。

[1] 刘箐.溶剂法降解纤维的进展和趋势[J].武汉科技学院学报，2008，21(3)：22-25.

[2] TOSH B, SAIKIA N C, DASS N N. Homogeneous esteri fi cation of cellulose in the lithium chloride-N, N-dimethylace tamidesolvent system: Effect of temperature and catalyst[J].Carbohydrate Research, 2000, 327: 345-348.

[3] 罗慧谋，李君毅，周长忍.功能化离子液体对纤维素的降解性能研究[J].高分子材料科学与工程，2005(2)：233-235.

[4] 刘丽英，陈洪章.纤维素原料离子液体降解体系流变性能的研究[J].纤维素科学与技术，2006，14(2)：8-12.

[5] 刘传富，李维英，孙润,等.试问离子液体中纤维素的降解与均相衍生化[J].造纸科学与技术.2007，26(6)：37-40.

Decomposability analysis of honeycomb microporous structure polyester

JIA Yu-mei
(College Textiles and Clothing, University of Shaoxing, Shaoxing 312000, China)

The decomposability of honeycomb microporous structure polyester and normal polyester fiber were analyzed in these chemical solutions, such as NaOH (concentration 1 %, 2 % and 3 %), NaClO (concentration 1%, 2 % and 3 %), H2SO4(concentration 50 %, 80 % and 98 %) and 0.5% washing powder with various temperature(from room temperature to boiling temperature).Results show that temperature, concentration, and reaction time can influence decomposition velocity, but the concentration of NaOH dominates leading function,while the leading is the temperature factors in H2SO4solution. At the same time, the decomposition velocity of honeycomb microporous structure polyester is significantly higher than the velocity of normal polyester fiber.

Honeycomb; Polyester; Decomposability

TS101.921

A

1001-7003(2011)10-0018-03

2011-07-04

贾玉梅(1964－ )，女，高级实验师，主要从事纺织品检测研究和实验设备管理。