SIP改性异形聚酯纤维的碱水解性能.pdf
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1、第3 0 卷第4 期 2 0 0 9 年4 月 纺织学报 J o u r n a lo fT e x t i l eR e s e a r c h V 0 1 3 0N o 4 A p r 2 0 0 9 文章编号:0 2 5 3 9 7 2 1 ( 2 0 0 9 ) 0 4 0 0 2 8 0 5 S I P 改性异形聚酯纤维的碱水解性能 刘越1 ,朱 平1 2 ,李 旦1 ( 1 绍兴文理学院,浙江绍兴3 1 2 0 0 0 ;2 青岛大学,山东青岛2 6 1 0 3 1 ) 摘要对含有间苯二甲酸5 磺酸基团( S I P ) 的异形聚酯纤维碱水解性能进行了研究。结果表明,在恒温及碱浓
2、度较低时,纤维减量率与时间呈较好的线性关系,减量程度随共混H C D P 中磺酸基团摩尔分数的增加而增加。纤维 的减量率除受处理温度、碱浓度以及时间等因素的影响外,较大程度上还受到纤维横截面形状的影响。由于H C D P 与P E T 碱水解效率的差异,共混纤维上会形成较多尺寸不等的微狭隙结构。说明纤维经过适当的氢氧化钠处理后 具有较好的水分传输性能。 关键词异形中空纤维;聚酯纤维;共混纺丝;问苯二甲酸5 磺酸钠;碱水解性能 中图分类号:T S1 0 2 6文献标志码:A A l k a l i n eh y d r o l y s i sp r o p e r t i e so fm o d
3、 i f i e dp r o f i l e dh o l l o wp o l y e s t e rf i b e r L I UY u e l ,Z H UP i n 9 1 ”,L ID a n l ( 1 S h x # , gU n i v e r s i t y ,S h a o x i n g ,z 概3 1 2 0 0 0 ,C h i n a ;2 Q i n g d a oU n i r s i t y ,Q i n g 如o ,S h a n d o n g2 6 1 0 3 1 ,C h i n a ) A b s t r a c tA l k a l i n eh
4、 y d r o l y s i sp r o p e r t i e so fm o d i f i e dp o l y e s t e rf i b e rc o n t a i n i n gs o l d i u m 5 - - s u l f o - i s o - p h t h a l a t e ( S I P ) i ss t u d i e d E x p e r i m e n t si n d i c a t et h a tw e i g h tl o s so ft h ef i b e rh a sg o o dl i n e a rr e l a t i o
5、n s h i pw i t ht r e a t m e n t t i m ea tc o n s t a n tt e m p e r a t u r ea n dl o w e rN a O Hc o n c e n t r a t i o n ,a n dt h ed e g r e eo ff i b e rw e i g h tl o s si n c r e a s e sw i t h t h ei n c r e a s eo fS I Pi nt h eH C D Pf i b e r B e s i d e st r e a t m e n tt e m p e r a
6、 t u r e ,a l k a l i n ec o n c e n t r a t i o n ,a n dt r e a t m e n t t i m e ,w e i g h tl o s so ft h ef i b e r si sa f f e c t e db yp m f l e dc r o s s s e c t i o no ff i b e r sc o n s i d e r a b l y O w i n gt ot h ed i f f e r e n t h y d r o l y t i cd e g r e eb e t w e e nH C D Pa
7、 n dP E T ,a f t e rt r e a t m e n t ,m o r em i c r o c e U u l a rs t r u c t u r e so nt h e s u r f a c eo f H C D P ,i n d i c a t i n gt h a tt h ef i b e rh a sb e t t e rw a t e rt r a n s p o r t a t i o na b i l i t y K e yw o r d sp r o f i l dh o l l o wf b e r ;p o l y e s t e rf i b e
8、 r ;b l e n ds p i n n i n g ;S I P ;a l k a l i n eh y d r o l y s i s 聚对苯二甲酸乙二醇酯( P E T ) 纤维已在全球范 围内得到了广泛的应用,与棉花等天然纤维相比,聚 酯纤维穿着舒适性如吸湿排汗等方面存在着明显的 不足。为了改善聚酯织物的服用性能,人们做过许 多尝试。如通过化学改性、亲水接枝等方法以减少 其憎水性、静电荷积累性Ho 。用碱液对聚酯纤维进 行碱处理是目前普遍采用的方法,对这一问题的理 论研究以及实践应用已有许多报道陋。3 】。从实际效 果看,普通聚酯纤维的碱处理仍有许多不足之处,处 理后纤维并未真正达
9、到服用舒适性的效果。美国 D u p o n t 公司为聚酯织物的难染色问题开发了含有间 苯二甲酸一5 磺酸钠成分( S I P ) 的离子化共聚酯,在研 究中人们发现,加有S I P 或其酯类( S I P E ) 成分的聚 酯纤维不仅具有较好的分散染料及阳离子染料深染 性能,而且由于S I P 成分中磺酸基团对羟基的敏感 性,使得纤维对碱处理更加敏感,使改性后的共聚酯 纤维水解速率大为加快H 一。 对异形中空聚酯纤维进行碱减量处理有可能在 其表面形成大小不等的狭隙结构,同时还可形成与 中空部分贯通的微孔,这样就可能赋予纤维吸汗、贮 汗及排汗功能,提高穿着舒适性。本文就各种不同 磺酸基团摩尔
10、分数的共混纺丝异形中空聚酯纤维的 碱水解机制及其性能进行分析研究,为开发舒适性 优异的聚酯纤维作一探讨。 收稿日期:2 0 0 8 0 4 2 8修回日期:2 0 0 8 一一0 4 作者简介:刘越( 1 9 6 5 一) ,男,教授。主要研究领域为功能纤维及纺织品的功能性整理。E m a i l :l i u y u e 8 4 6 1 6 3 c o m 。 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 第4 期刘越等:S I P 改性异形聚酯纤维的碱水解性
11、能 2 9 。 1实验部分 1 1 纤维样品制备 将普通聚酯切片以及不同摩尔分数的S I P 共混 组分( 共混组分系指不同磺酸基团摩尔分数的共聚 酯,以H C D P 表示,H C D P 加所含S I P 摩尔分数,如 S I P 摩尔分数为6 ,则用H C D P 6 表示,以下同) 按文 献 4 的方式分别干燥后混合,然后用圆形、四叶中 空、三叶中空、圆形中空、圆形四孔中空等特殊设计 的喷丝板在忆5 姗小型实验纺丝机上按照不同的 质量比( 见表1 ) 、不同的纺丝工艺参数纺制成一系 列纤维。 表1 共混组分的质量比 T a b 1B l e n d i n gm a s sr a t
12、i o 样品质量比 P E T ,H C D P 6 P E ,r ,H C D 1 9 H C D P 3 ,H C D P 9 1 0 0 0 ,9 0 1 1 0 ,2 0 ,7 0 3 0 ,6 0 1 4 0 ,5 0 1 5 0 1 0 0 0 ,9 0 1 1 0 ,8 0 2 0 1 0 0 1 0 ,9 0 1 0 ,8 0 1 2 0 1 2 实验仪器及药品 Z K 8 2 B 真空干燥箱,上海实验仪器总厂;J S M 5 6 0 0 L V 扫描电子显微镜,J E O L 日本电子株式会社; 双列六孔精密恒温水浴锅,黄骅市综合电器厂; J A 2 0 0 3 分析天平,上
13、海天平仪器厂;8 0 - 2 G 型离心机, 上海手术器械厂;N a O H ,分析纯,济南试剂总厂。 1 3 纤维碱水解实验 碱处理时,先将配制好的处理液置于恒温水浴 锅中平衡1 5r a i n ,待处理液达到设定的温度时,再将 准确称取的1g 纤维放入处理液中处理一定时间。 取出样品后先用去离子水冲洗,以去除残存的 N a O H ,然后用0 1 盐酸溶液中和2m i n ,最后用去 离子水洗涤直到洗涤干净。碱水解实验前后纤维样 品都经过洗涤,1 0 5 烘干4h ,然后置于室温下的干 燥容器中平衡2 4h 称量。 测试每组样品碱水解前的质量( W o ) 和碱水解 后的质量( 形) ,
14、计算纤维碱减量率,以表征纤维的 碱水解程度。用下式计算 纤维碱减量率= ( I V o 一形,) I V o 1 0 0 ( 1 ) 2 结果与讨论 2 1 碱处理对纤维减量率的影响 按照I n g o l d 的分类规则引,酯类碱水解催化的 过程一般属于不可逆的B 舂a 或B 地机制( 酰氧键水 解断裂以A C 表示,1 、2 表示反应分子数) ,而且只 有在较为剧烈的反应条件和较高的能量下,形成的 C + 中间体能有足够的稳定性时,才有可能发生 B 棚机制( R 及R 代表聚酯纤维大分子上的某一段 链节) 。 O O R _ L o R ,二垦:生卜县+ 尘吐 B A c I OO ll
15、j R - c 一0 H - R C 。二二0 O0 R _ L o R ,! 竺王R L O R ,! 骂 B 地l 0 H OO 。 lI j R _ 一C 一O H ,R C = 0 对于由乙基酯相连接的改性聚酯纤维的碱水解 反应机制亦为双分子反应的B 。Q 机制,或者说是羟 基的亲核加成反应。 已经证实,普通聚酯纤维碱水解反应在恒定的 处理温度及碱浓度条件下,纤维碱减量率与处理时 间呈线性关系,而且其影响程度与反应初期碱浓度 有关,即碱浓度越高,减量率越大6 q o 。这种线性 关系在不同S I P 摩尔分数的共混纤维碱水解中也可 以观测到。表2 示出在1 0 0 、N a O H 浓
16、度为 0 1 8 75m o l L 的条件下,不同H C D P 6 质量分数的系 列共混圆形纤维样品碱减量率与处理时间的线性显 著性分析数据。可以看出,减量率与处理时间呈现 较好的线性关系,对于共混改性圆形纤维,N = 7 , R 瑚 r 。舢= 0 9 5 08 ,属于线性关系高度显著。 从尺唧= 0 8 8 89 可以看出,普通聚酯纤维的线性关 系比改性圆形纤维要差,但由于R 唧 r 0 埘= 0 8 7 45 ,亦属线性高度显著,换言之,在恒温及较低 碱浓度条件下,纤维的碱减量率随处理时间的变化 呈线性变化。这与普通聚酯纤维的碱处理情况 类似。 对于同一H C D P 6 质量分数的
17、圆形改性纤维而 言,如3 0 H C D P 6 圆形纤维( v 3 0 ) ,其在1 0 0 以及 不同碱浓度条件下的减量率与处理时间之间也具有 较好的线性依赖关系,见表3 。可以看出,虽然实验 值( 口0 ) 与理论值( 口= O ) 间尚存在一定差距,但并 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 3 0 纺织学报第3 0 卷 表2 改性纤维碱减量率与处理时间的线性显著性检验 T a b 2L i n e a rs i g n i f i c a n
18、c ee x a m i n a t i o nb e t w e e nw e i g h t l o s sa n dI I k l l d i l l ep r o c e s sH m ef o rm o d i f i e df i b e r 注:线性关系式碱减量率= 口+ b t ,t I 为直线的截距,b 为直线 的斜率;表中为试验次数或数据点数;肋为拟合变量的标 准差;R 为相关系数。其中置信概率r 0 0 l = O 8 7 45 ,r o = 0 9 5 08 。 没有掩盖其线性关系以及普通聚酯纤维与改性聚酯 纤维品种的差异在减量率数值上的表现。将同一碱 处理浓度下的H
19、C D P 6 共混改性纤维与普通聚酯纤 维的线性斜率b 值按照式( 2 ) 进行比较。 d o H 浓度= 6 共馄改性囊_ 纤基b 菁通聚醇纤堆 ( 2 ) 从式( 2 ) 得到艿。眦,= 4 2 3 00 ;艿o 1 盯5 = 4 9 7 15 I 艿。引:,= 5 4 4 96 。这说明,共混改性聚酯纤维随时 间变化的减量程度约为普通聚酯纤维的4 倍,这种 变化随着N a O H 浓度的增加有加大的趋势,这说明 除了纤维改性因素外,碱处理浓度的变化在其中也 起了巨大的作用,即体系中羟基含量增大,羟基与羰 基碳原子间有效碰撞几率增加,提高了反应机会,加 快了水解反应速率。 裹3Y M 纤
20、维碱减量率与处理时间的线性显著性检验 T a b 3L i n e a rs i g n i f i c a n c ee x a m i n a t i o nb e t w e e nw e i g h tl o s sa n da l k g d i l l ep r o c e s st i m eo fY Mm o d i f i e df i b e r 注:当N 一2 = 5 时,7 0 们= 0 8 7 45 ,7 0 舢= 0 9 5 08 0 造成两者碱减量率显著差异的主要原因有二: 首先间苯二甲酸5 - 磺酸钠组分中磺酸基团具有强 吸电子性,使得苯环上电子云密度明显降低,
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