聚酯浆料的溶解及水解性能研究

2021-07-30周玉荣

科学技术创新 2021年21期

周玉荣

(扬州瑞邦化工技术有限公司,江苏扬州 225000)

聚酯浆料是将苯二酸和甘醇与亲水性有机单体发生缩聚反应,合成含有酯基基团与水溶性基团的大分子新型浆料。由于聚酯浆料与聚酯纤维有着相似的化学结构,根据物质的相似相溶特性,聚酯浆料对聚酯纤维的粘附性能大,适合上浆。同时由于能被生物降解,环境污染少,从而受到很多关注和重视。

聚酯浆料由美国伊斯曼公司研制成功。至今美国、法国、德国等国已经能生产出比较成熟的产品。我国对聚酯浆料的研究开始于20 世纪90 年代。刘馨、陈辉等根据酯交换缩聚反应机理,制备了一种非结晶性共聚体聚酯浆料。具有优异的粘度能性和良好的浆纱性能。荣瑞萍、范雪荣等研究了聚酯浆料及其混合浆的浆液,浆膜性能,结果表明聚酯浆料可在聚酯纤维混纤纱上浆中替代。

聚酯浆料在多年的发展与不断完善后,虽然提高了聚酯纤维织物的上浆性能,但是水溶性不好的问题依然等待解决。在织物的退浆过程中,聚酯浆料在强的电解质溶液中会形成沉淀或不溶解现象,导致退浆不完全。

1 试验部分

1.1 仪器与材料

1.1.1 材料：聚酯长丝浆料,聚酯短纤浆料,硫酸镁,苯扎氯铵,氯化钠,氢氧化钠,碳酸钠。

1.1.2 仪器：MILLIPORE 反渗透水系统RIOSS, TW20 恒温水浴锅,可程式恒温恒湿箱。

1.2 测试方法

1.2.1 浆膜的制备

取聚酯长丝浆料和聚酯短纤浆料两种浆料,分别将它们配制成6%的浆液,等配制的浆液温度降到70℃左右时,均匀地倒在感光纸上,并用钢尺来回慢慢地移动,将浆液平铺均匀。将平铺好的浆液放入恒温恒湿机内,设置温度为20℃,湿度为65%RH,干燥成膜,继续放置24 小时。聚酯长丝浆膜的厚度为0.09mm,含水率为6.0%；聚酯短纤浆膜的厚度为0.11mm,含水率为6.5%。

1.2.2 溶解性和水解性测定

聚酯浆料的粒径在纳米级别,小于可见光波长,根据丁达尔现象,当完全溶解的浆液被一束光线透过,可以观察到出现一段光柱。聚酯浆料是含有酯键的高分子聚合物,水解后,酯键发生断裂,形成水溶性的二元酸、二元醇单体,分散在浆液中,此时浆液中没有沉淀,应透明。

称量一定重量的浆料和浆膜置于溶液中,配制成浓度为1%的浆液。设置不同的温度,从加入浆料和浆膜时开始计算时间,待完全溶解/水解时计时就终止。如果在1 小时内全部溶解/水解,就记录为溶解/水解,反之则记为不溶。每组别样品重复测定5 次,以5 次的平均结果作为最终结果。

2 结果与讨论

2.1 溶解性能

2.1.1 温度

聚酯的溶解过程分为溶胀和溶解两个阶段。溶胀是水分子扩散到内部,使其体积膨胀。随着水分子的不断渗入,溶胀的高分子均匀分散在水中即为溶解。

试验中温度设置在70℃至95℃之间,聚酯浆料及浆膜的溶解时间随着温度的不断升高,逐渐缩短。聚酯长丝浆膜、聚酯短纤浆料及浆膜的溶解时间基本相同,在5 分钟内已经全部溶解。聚酯长丝浆料由于与超纯水的接触面小,溶解的时间比较长。如图1。

图1 聚酯浆料及浆膜在超纯水中的溶解性

2.1.2 硬度

超纯水的硬度对聚酯浆料及浆膜的溶解也存在一定的影响。通过表1 改变MgSO4溶液的浓度调节水的硬度。

表1

图2 聚酯浆料及浆膜在不同浓度MgSO4 溶液中溶解性

试验中,设置MgSO4溶液浓度从0.0g/L 至0.36g/L,随着溶液浓度的增大,聚酯浆料及浆膜的溶解时间逐渐变长,主要是由于Mg2+与水溶性基团结合,难以电离,导致了水溶性降低。当MgSO4溶液浓度≧0.36g/L,溶解的时间均超过1 小时。聚酯短纤浆料具有更好的耐硬水性。如图2。

2.1.3 氯化钠浓度

试验中,设置NaCl 溶液浓度从0.1g/L 至3.0g/L,在NaCl 溶液中,随着浓度的增加聚酯浆料及浆膜的溶解时间也逐渐增加。这是由于NaCl 会抑制水溶性基团的电离,导致溶解力下降。当NaCl 溶液浓度≦1.0g/L 时,聚酯浆料及浆膜的溶解时间均不足1 小时,当NaCl 溶液浓度≧2.0g/L 时,聚酯长丝浆料及浆膜溶解时间超过1 小时。如图3。

图3 不同浓度NaCl 溶液中聚酯浆料及浆膜的溶解性

2.1.4 碱的种类和浓度

2.1.4.1 NaOH 溶液作为碱液

试验中,设置NaOH 溶液浓度从0.1g/L 至10.0g/L。从中发现：聚酯浆料及浆膜在0.1g/L NaOH 溶液中,9 分钟内就能全部溶解。聚酯短纤浆膜比其浆料的耐碱性强,NaOH 浓度大于0.5g/L 后,聚酯长丝浆料及浆膜、聚酯短纤浆料的溶解时间都超过了1 个小时。

2.1.4.2 Na2CO3溶液作为碱液

试验中,设置Na2CO3溶液浓度从0.1g/L 至10.0g/L。从中发现：聚酯短纤浆料及浆膜在≤1.0g/L Na2CO3溶液中,9 分钟内就可以全部溶解。当Na2CO3浓度≥5.0g/L 时,聚酯浆料及浆膜的溶解时间都超过了1 个小时。

结合两种碱液的溶解实验,在相同的碱液浓度下(＜5.0g/L),聚酯浆料及浆膜在NaOH 溶液中溶解的时间大于在Na2CO3溶液。

2.2 水解性能

在1g/L、1.5g/L、2.0g/L 的苯扎氯铵溶液中、设置NaOH 溶液的浓度从0.1g/L 至40.0g/L,观察聚酯浆料及浆膜的水解性。聚酯浆料是含有酯键的高分子聚合物,水解后,酯键发生断裂,形成水溶性的二元酸、二元醇单体。苯扎氯铵在碱性的作用下,能快速地被吸附,加温后,发生离子间的交换反应,溶液中的-OH聚集到表面,使水解的速度加快了。试验显示,当苯扎氯铵浓度在1g/L 至2g/L 的范围时、NaOH 浓度≥30.0g/L,聚酯浆料及浆膜在1 个小时内就可以水解完全。在同一浓度的苯扎氯铵溶液中,聚酯浆料及浆膜随着NaOH 溶液浓度的不断增大,水解的时间也随着不断的缩小,聚酯长丝浆料的水解比其浆膜更加困难,聚酯短纤浆料的水解比其浆膜更加容易；在同一浓度的NaOH 溶液中,随着苯扎氯铵浓度的不断增大水解性能没有明显的变化。