賈 玉 梅

(紹興文理學院 紡織服裝學院，浙江 紹興 312000)

蜂窩狀微孔結構滌綸纖維分解性能分析

賈 玉 梅

(紹興文理學院 紡織服裝學院，浙江 紹興 312000)

將蜂窩結構滌綸纖維與普通滌綸纖維分別在NaOH(質量分數1 %、2 %和3 %)、NaClO(質量分數1 %、2 %和3 %)、H2SO4(質量分數50 %、80 %和98 %)和0.5 %洗衣粉等化學溶液中作分解性能分析，探討不同質量分數、不同溫度(常溫到沸騰)下各纖維可分解性及分解速率差異。研究發(fā)現質量分數、溫度和反應時間都能顯著影響纖維分解速率，但NaOH質量分數因素占主導，H2SO4溫度因素占主導，同時蜂窩結構滌綸纖維分解速率明顯高于普通滌綸纖維。

蜂窩狀；聚對苯二甲酸乙二酯纖維；分解性

蜂窩狀微孔結構纖維是由中國自主研制的一種新型吸濕排汗纖維，有內外貫穿的蜂窩狀微孔結構的聚酯改性纖維。該纖維加工原理是適當降低大分子聚合度，并加入各種功能添加劑，達到斷接鍵、改變其分子結構的目的，最終得到適合于短纖維生產的改性切片原料。同時采用特殊的紡絲工藝，如高溫紡絲，增加前紡的預拉伸，增加前紡原絲的大微孔數量，在后紡工藝中采用高牽伸倍數的牽伸，使前紡原絲的大微孔更細化、更均勻，獲得蜂窩狀微孔的結構。蜂窩狀微孔結構纖維吸濕性強，纖維的比表面積是普通同樣規(guī)格纖維比表面積的10～15倍以上，快干效果好，并有著優(yōu)良的柔軟性和抗起毛起球性能。

蜂窩狀微孔結構滌綸纖維最具特色的是其優(yōu)異的分解性能。但目前針對纖維分解性研究還集中在天然材料的新型試劑研究[1]，如Tosh B等[2]研究了纖維素的NMMO溶劑，羅慧謀[3]、劉麗英[4]、劉傳富[5]等分別研究了功能化離子液體溶劑。而化學纖維分解性研究，特別是新型纖維分解性研究較少涉及。

在上述背景下，選擇幾種常規(guī)的化學試劑，并調整化學試劑的質量分數和反應溫度，研究蜂窩狀微孔結構滌綸纖維的分解規(guī)律，進而探討蜂窩滌綸纖維的回收條件，達到環(huán)境保護的目的。

1 試 驗

1.1 材料及儀器

材料：1.67 dtex×38 mm的蜂窩狀微孔結構滌綸纖維和普通滌綸纖維(上虞弘強彩色滌綸有限公司)，NaOH(分析純)和Na2CO3(分析純)(杭州恒鑫達化工有限公司)，洗衣粉(奇強牌，市場購置)，NaClO(分析純)和98 %H2SO4(上海葉盟實業(yè)有限公司)，蒸餾水等。

儀器：M267929型恒溫震蕩水浴鍋，分析天平(精度0.000 1 g)，QX841-1型恒溫烘箱，數碼照相機。

2.2 方 法

探討蜂窩狀微孔結構滌綸纖維分解速率與溫度、化學試劑質量分數及時間的關系?；瘜W試劑質量分數選擇如表1所示。

表1 化學試劑質量分數 %Tab.1 Mass fraction of chemical reagent

將各調配好質量分數的化學試劑100 mL倒入三角燒瓶中，并在恒溫震蕩水浴鍋里，調節(jié)恒溫震蕩水浴鍋的溫度，NaOH試劑選擇溫度分別為100、90、80、70、60、50、40、25 ℃8個溫度點，H2SO4和NaClO選擇溫度為25 ℃和100 ℃，洗衣粉選擇40 ℃和25 ℃。當各化學溶液溫度達到設定要求后，精確稱取干燥的蜂窩狀微孔結構滌綸纖維0.1 g，并裝入三角燒瓶中，分解一定時間，觀察其分解性能。如獲得澄清溶液，則分解率為100 %，如8 h后仍為非澄清溶液，可用濾紙將溶液過濾，獲得不溶物質質量，計算分解率。用分解率與分解時間比值，即平均分解速率評價纖維分解性能優(yōu)劣。

同時將普通滌綸纖維在100 ℃條件下(低溫預實驗顯示普通滌綸纖維較難分解)進行分解，分析兩者分解性能差異。

2 結果與討論

2.1 蜂窩狀滌綸纖維在NaOH溶液中分解性

蜂窩狀滌綸纖維在NaOH溶液中分解速率與溫度、質量分數關系如圖1所示，圖1中橫坐標為實驗中的反應溫度，縱坐標為蜂窩狀滌綸纖維分解速率，三條曲線分別是質量分數為1 %、2 %和3 %的NaOH溶液分解蜂窩狀滌綸纖維隨溫度變化趨勢圖。由圖1可得：

1)常溫25 ℃到70 ℃過程中，蜂窩滌綸纖維分解速率逐漸增加，但增加幅度小，70 ℃到90 ℃，滌綸纖維分解速率明顯加快，90 ℃到100 ℃時，滌綸纖維分解速率呈現近直線增加。依據滌綸分解原理，堿對滌綸中大分子酯鍵發(fā)生水解作用，生成對苯二甲酸鈉和乙二醇小分子分布于水中，整個化學反應是吸熱反應，因此隨著反應溫度的增加，加快了NaOH的水解速率，蜂窩狀滌綸纖維的降解速率增加，同時當溶液溫度達到100 ℃時，由于水分子蒸發(fā)引起NaOH分子運動速率明顯增快，增加了OH-與滌綸中大分子酯鍵接觸機會，提高了分解速率。

2)隨著化學試劑質量分數的增加，蜂窩滌綸纖維分解速率逐漸增加。主要原因也是由于隨著溶液中NaOH的含量增加，增加了蜂窩滌綸中大分子酯鍵和OH-接觸機會，提高了分解速率。

圖1 NaOH溶液中蜂窩狀滌綸纖維分解速率與溫度、質量分數的關系Fig.1 Relations of decomposition velocity, mass fraction and temperature of honeycomb polyester fi ber in NaOH solution

2.2 蜂窩狀滌綸纖維在其他溶液中的分解性

蜂窩狀滌綸纖維在一定質量分數的化學試劑H2SO4、NaClO和洗衣粉溶液條件下，分解性見表2。

表2 蜂窩狀滌綸纖維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，中高質量分數的H2SO4對蜂窩狀滌綸纖維分解性能特別優(yōu)異，尤其是質量分數98 %的H2SO4在100 ℃僅36 s就全部分解，在室溫25 ℃下，也僅需要72 s全部分解。但是低質量分數(30 %以下)H2SO4對蜂窩狀滌綸纖維幾乎不分解，因此H2SO4質量分數是決定其分解性能的關鍵因素。該現象主要由于蜂窩滌綸纖維表面的分子和硫酸發(fā)生反應生成對苯二甲酸，在試驗過程中隨著質量分數的增加，增加了蜂窩滌綸纖維酯基和硫酸的接觸概率，因而增加了滌綸纖維的分解速率。同時溫度也影響蜂窩滌綸纖維的分解速率，溫度越高，分解速率越快。

NaClO溶液在常溫下，對蜂窩狀滌綸纖維分解速率緩慢，在沸騰狀態(tài)下，也需較長時間將其分解。因此溫度是影響NaClO溶液分解蜂窩狀滌綸纖維的主要因素。NaClO溶液反應機理是由于次氯酸鈉水解滌綸纖維表面的分子，生成對苯二甲酸鈉和乙二醇，整個反應為吸熱反應。隨著反應溫度的增加，加快了纖維表面分子與次氯酸鈉的反應，因而蜂窩狀滌綸纖維的降解速率增加。

蜂窩狀滌綸纖維在0.5 %洗衣粉條件下，隨著化學反應溫度的增加降解速率增加，所以蜂窩狀滌綸衣物最好在常溫條件下洗滌，40 ℃以上溫水足以導致衣物在洗滌過程中被破壞，影響衣物外觀。

2.3 蜂窩狀滌綸纖維與普通滌綸纖維分解性對比

由于普通滌綸纖維在較低溫度條件下很難分解，因此選擇在100℃條件下比較普通滌綸纖維與蜂窩狀滌綸纖維在不同質量分數的NaClO、H2SO4、NaOH，以及0.5 %洗衣粉下的分解性能，測試結果如表3所示。

由表3可知，普通滌綸纖維和蜂窩狀滌綸纖維一樣，隨著化學試劑質量分數和化學反應溫度的增加，分解速率明顯加快。同時雖然普通滌綸纖維和蜂窩纖維化學組成及分子結構完全相同，但是蜂窩狀纖維在各種條件下的分解性能都遠好于普通滌綸纖維。主要原因是蜂窩狀滌綸纖維的多孔結構，增加了酯基和化學試劑反應接觸面，加快了化學水解速率，提高了蜂窩狀滌綸纖維降解速率。

3 結 論

分解劑的質量分數、分解溫度和時間對蜂窩狀和普通滌綸纖維的分解速率均有較大的影響，分解劑中NaOH的質量分數因素影響很大，硫酸的溫度占主導作用，NaClO和洗衣粉的分解速率較慢。同時由于特殊的多孔結構，蜂窩結構滌綸纖維分解速率遠快于普通滌綸纖維。

[1] 劉箐.溶劑法降解纖維的進展和趨勢[J].武漢科技學院學報，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] 羅慧謀，李君毅，周長忍.功能化離子液體對纖維素的降解性能研究[J].高分子材料科學與工程，2005(2)：233-235.

[4] 劉麗英，陳洪章.纖維素原料離子液體降解體系流變性能的研究[J].纖維素科學與技術，2006，14(2)：8-12.

[5] 劉傳富，李維英，孫潤,等.試問離子液體中纖維素的降解與均相衍生化[J].造紙科學與技術.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

賈玉梅(1964－ )，女，高級實驗師，主要從事紡織品檢測研究和實驗設備管理。