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《东华大学》 2003年
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聚酯纤维染整加工中低聚物问题的研究

郑敏  
【摘要】:在聚酯纤维高温高压染色中,最常遇见的问题之一就是低聚物问题。长期以来,人们一直在探索如何解决低聚物问题以提高聚酯纤维的附加值,但是这些研究往往伴随着投资、环境、产品质量等的负面影响。即便如此,到目前为止,也尚无一种有效的方法可完全消除低聚物给聚酯纤维尤其是超细纤维染色及后加工造成的影响。从纤维中提取低聚物是研究低聚物的重要基础,但有关这方面的报道也较少。 本论文在研究低聚物溶解性的基础上,对传统的低聚物提取方法进行了改进和设计,选择与低聚物溶解度参数相近的混合溶剂氯仿/二噁烷(1:2体积比),并在超声波作用下对聚酯纤维中总低聚物进行了有效提取,与传统提取法相比,大大节约了时间和溶剂,从而为低聚物的研究及其控制打下了基础。 针对严重影响聚酯纤维染整加工的表面低聚物,采用薄层色谱和紫外光标准吸收曲线表征了聚酯纤维表面低聚物含量,并对其准确性进行了评定,该法具有简便、快速、准确测定聚酯纤维表面低聚物含量的优点。 采用薄层色谱、扫描电镜、偏光显微镜、差示扫描量热仪、广角X射线衍射仪、乌氏粘度计、红外分光光度计、紫外分光光度计、超声波发生器、激光粒度分析仪等分析手段系统和深入地研究了低聚物的性能。研究结果揭示了影响低聚物含量、组成、表面形态、溶解性、扩散性以及对光的吸收性的各种因素。证实了低聚物是一类晶格完善紧密、晶体尺寸较大、结晶度较高的混合物,其主要成分为环状三聚物。首次发现:溶剂蒸汽处理和超声波处理对表面低聚物含量和组成有很大影响;高温下湿热处理比干热处理更会加速低聚物从纤维内部迁移到表面;非离子表面活性剂蓖麻油聚氧乙烯醚等处理能在一定程度上减少表面低聚物。并证实了染前预处理可有效降低表面低聚物含量。以上研究可解释实际生产中出现的许多低聚物问题,并对寻求解决低聚物问题的途径提供了重要的理论指导。 在上述研究结果的基础上论文还系统研究了染色工艺和助剂对表面低聚物含量的影响,探讨了降低表面低聚物含量的有效措施:一方面利用助剂的协同效应对助剂进行合理复配,复配出具有较好效果的助剂ZS3;另一方面优化和改进染色工艺,并创新性地提出了超声波/碱协同处理新工艺,探讨了最佳处理条件,评价了其作用效果以及对纤维物理性能和染色性能的影响,并对其作用机理进行了分析。结果表明该工艺可较大程度地降低表面低聚物含量,而且不会影响纤维染色性能和 东华大学博士论文 物理性能,可较好地解决染色中的低聚物问题。 论文最后根据低聚物的特点进行了分子设计,合成了一类新型低聚物处理剂 PECE(1一5),它是一类分子结构较大的酷类化合物,具有一个或二个,少数具有三 个长链醋基,属单尾、双尾和三尾型表面活性剂,它们不易进入纤维内部,但对表 面低聚物具有较好的增溶和分散作用。首先利用Cannizzaro法对中间产物长碳链 多元受阻醇TMH的合成工艺条件进行了优化,最佳合成工艺条件为:甲醛与庚醛 摩尔比为5.5:1,催化剂M用量为10.0%(对反应物总质量),反应温度为85℃, 反应时间为2.5h,庚醛滴加时间为60min。最终产品得率为75%以上。并通过IR 谱和’HNMR谱和质谱分析对目标产物进行了确证。再以TMH为原料,采用负载 杂多酸催化剂与聚氧乙烯梭酸PEC合成了一组新型低聚物去除剂PECE(1一5), 考察了它们及其复配助剂(Ml,M2)对低聚物在溶液中颗粒大小及分布、zeta电 位的影响,结果表明:PECE(1)及其复配助剂Ml对低聚物具有较强的分散增溶 作用,能较好地去除低聚物,而且随温度升高,作用增强,而且对染色性能也有所 、改善,能较好的抑制纤维上染料和低聚物的热迁移。 本课题的创新点主要表现在如下几方面: 1.论文对传统的低聚物提取方法进行了有效改进,采用特性粘数法确定了低 聚物的溶解度参数范围,首次使用超声波提取法对聚酷纤维中总低聚物进 行了有效提取,大大节省了时间和溶剂。 2.首次采用紫外光标准吸收曲线法来评价未染色的聚醋纤维表面低聚物含 量,大大简化了测试方法。 3.采用现代测试仪器对低聚物的性能(扩散性能、结晶性能、热性能,溶解 性能、分散稳定性能等)进行了深入系统的研究。解释了当前染整加工时 出现的许多低聚物问题并为克服这些问题提供了理论依据。 4.创新地提出超声波/碱协同处理工艺,特别对需要染前碱处理的复合超细纤 维织物具有重要的实用意义。 5.进行了分子设计,合成了一类多元受阻醇酷PECE新型高效低聚物处理剂, 对其中间体TNtH分子结构进行了表征,并研究了PECE及其复配助剂M 对溶液中低聚物颗粒大小及分布、Zeta电位的影响。实验证明,它们的性 能优于目前常用助剂。
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