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聚酯因具有高强度、高模量、耐热性、尺寸稳定性和化学稳定性等良好的物理化学性能而被广泛应用于纤维、包装材料、工程塑料等多个领域。然而随着人们对聚酯需求量的不断增多,不仅石油资源日趋紧张,聚酯污染也不断增加,因此如何有效利用废旧聚酯开始逐渐为人们所关注。目前废旧聚酯的加工方法主要有物理法和化学法两种。由于再生聚酯纤维(再生涤纶)的原料来源广、再生工艺杂,与原生涤纶相比在结构与性能上难免存在一些差异,而纤维的结构与性能决定其纺织加工及产品开发与应用,因此,系统地开展再生涤纶的结构与性能研究对其进一步应用和持续回收开发具有重要意义。
本文以原生涤纶 DTY 为对照样,测试了物理法与化学法再生涤纶 DTY 的基本结构与性能,包括表面形貌、分子结构、结晶结构、热学性能、力学性能以及卷缩性能等;此外分别采用不同温度的干热、湿热及不同浓度的酸、碱、氧化剂和还原剂对再生涤纶DTY进行处理,并测试处理前后纤维性能的变化情况;最后对再生涤纶DTY的染色性能进行了研究,包括不同染色温度、染料浓度及保温时间对织物K/S值与上染百分率的影响等。研究结果表明:
1)再生涤纶DTY表面含有较原生涤纶DTY更多的颗粒状物质,而在分子结构上与原生涤纶DTY并无明显区别,且三者的结晶结构也基本相似,物理法再生涤纶DTY的结晶度较低,为36.64%,而化学法再生与原生涤纶DTY的结晶度较高,分别为41.84%和45.53%。
2)化学法再生涤纶DTY的玻璃化转变温度、熔点和熔融热与原生涤纶DTY的相差不大,而物理法的较低;三者的热稳定性基本相同,再生涤纶DTY的稍差;再生涤纶DTY的断裂强度比原生涤纶DTY的低,而物理法再生涤纶DTY的断裂伸长率较高,此外再生涤纶DTY的断裂强度与断裂伸长率的变异系数也均较原生涤纶DTY的高;化学法再生涤纶DTY的卷曲收缩率、卷曲稳定度和沸水收缩率与原生涤纶DTY的相差不大,而物理法的则明显较小。
3)经干热、湿热、酸、碱、氧化剂、还原剂等不同条件处理后的再生涤纶DTY与原生涤纶DTY的力学性能变化趋势相同,且在同等处理条件下断裂强度始终是原生>化学法再生>物理法再生,断裂伸长率始终是物理法再生>原生>化学法再生;再生涤纶DTY的干热处理温度最好控制在160℃以内,否则将对其力学性能造成破坏;而湿热处理可提高再生涤纶DTY的力学性能,但变化程度不大。高温浓酸处理易使再生涤纶DTY的断裂强度下降,断裂伸长率增加,而高温浓碱处理会使其力学性能急剧下降;经氧化剂、还原剂处理之后的再生涤纶DTY的断裂强度与断裂伸长率均呈现下降趋势,但变化程度不大。
4)经200℃/30min的干热处理或100℃/30min的湿热处理后,三种涤纶DTY的结晶度趋于一致;此外,酸、碱和氧化剂处理对涤纶DTY的结晶度变化不大;而经5g/L的保险粉处理80℃/15min后,三种涤纶DTY的结晶度急剧下降。
5)综合节能减排的角度考虑,三种涤纶DTY织物最优染色工艺为:染色温度120℃、染料浓度为2%(o.w.f)、保温时间40min。最优染色工艺下化学法再生和原生涤纶DTY织物的色牢度可达4-5级及以上,而物理法再生涤纶DTY织物的色牢度相对低一点,达到4级及以上。
本文以原生涤纶 DTY 为对照样,测试了物理法与化学法再生涤纶 DTY 的基本结构与性能,包括表面形貌、分子结构、结晶结构、热学性能、力学性能以及卷缩性能等;此外分别采用不同温度的干热、湿热及不同浓度的酸、碱、氧化剂和还原剂对再生涤纶DTY进行处理,并测试处理前后纤维性能的变化情况;最后对再生涤纶DTY的染色性能进行了研究,包括不同染色温度、染料浓度及保温时间对织物K/S值与上染百分率的影响等。研究结果表明:
1)再生涤纶DTY表面含有较原生涤纶DTY更多的颗粒状物质,而在分子结构上与原生涤纶DTY并无明显区别,且三者的结晶结构也基本相似,物理法再生涤纶DTY的结晶度较低,为36.64%,而化学法再生与原生涤纶DTY的结晶度较高,分别为41.84%和45.53%。
2)化学法再生涤纶DTY的玻璃化转变温度、熔点和熔融热与原生涤纶DTY的相差不大,而物理法的较低;三者的热稳定性基本相同,再生涤纶DTY的稍差;再生涤纶DTY的断裂强度比原生涤纶DTY的低,而物理法再生涤纶DTY的断裂伸长率较高,此外再生涤纶DTY的断裂强度与断裂伸长率的变异系数也均较原生涤纶DTY的高;化学法再生涤纶DTY的卷曲收缩率、卷曲稳定度和沸水收缩率与原生涤纶DTY的相差不大,而物理法的则明显较小。
3)经干热、湿热、酸、碱、氧化剂、还原剂等不同条件处理后的再生涤纶DTY与原生涤纶DTY的力学性能变化趋势相同,且在同等处理条件下断裂强度始终是原生>化学法再生>物理法再生,断裂伸长率始终是物理法再生>原生>化学法再生;再生涤纶DTY的干热处理温度最好控制在160℃以内,否则将对其力学性能造成破坏;而湿热处理可提高再生涤纶DTY的力学性能,但变化程度不大。高温浓酸处理易使再生涤纶DTY的断裂强度下降,断裂伸长率增加,而高温浓碱处理会使其力学性能急剧下降;经氧化剂、还原剂处理之后的再生涤纶DTY的断裂强度与断裂伸长率均呈现下降趋势,但变化程度不大。
4)经200℃/30min的干热处理或100℃/30min的湿热处理后,三种涤纶DTY的结晶度趋于一致;此外,酸、碱和氧化剂处理对涤纶DTY的结晶度变化不大;而经5g/L的保险粉处理80℃/15min后,三种涤纶DTY的结晶度急剧下降。
5)综合节能减排的角度考虑,三种涤纶DTY织物最优染色工艺为:染色温度120℃、染料浓度为2%(o.w.f)、保温时间40min。最优染色工艺下化学法再生和原生涤纶DTY织物的色牢度可达4-5级及以上,而物理法再生涤纶DTY织物的色牢度相对低一点,达到4级及以上。