冯龙1，胡雪敏1，张朔1
（1河北科技大学 纺织服装学院，河北石家庄 05000；2湖北绿宇环保有限公司 湖北黄冈 438000）
0 前言
随着全球进入循环经济时代，人们更加需要体现循环经济理念，应用生态环保纺织品。我国经济快速发展，资源短缺和环境恶化的矛盾目益显现，资源短缺也成为我国经济发展的瓶颈。作为石油化工下游行业的涤纶产业，原油产量及价格从根本上影响着涤纶生产原料的价格，因此，寻找传统涤纶的替代品，减少石油消耗，促进循环经济发展迫在眉睫中[1,2]本文系统研究再生涤纶的热学性能、力学性能、耐碱性能及染色性能，为再生涤纶纺织品的开发提供理论基础。
1 试验
1.1 材料及仪器
织物:12Tex传统涤纶（浙江汇隆新材料股份有限公司），13Tex再生涤纶织物W、33Tex再生涤纶Y(浙江绿宇环保股份有限公司）
热化料:氢氧化钠（分析纯，天津市大茂化学试剂厂）；分散红FB(浙江闰土股份有限公司）。
仪器:DSC214差示扫描量热仪（德国耐驰科学仪器有限公司）；YG020电子单纱强力仪（南通三思机电科技有限公司）；HT-B红外线染色机（上海一派印染技术有限公司）；Color i5D 测色配色仪（美国爱色丽公司）。
1.2 测试方法
1.2.1 力学性能测试
采用电子单纱强力仪YG020测试力学性能。
1.2.2 热学性能测试
使用DSC差示扫描量热仪，升温速率10℃/min,测试纤维热学性能。
1.2.3 染色性能测试
采用 Color i5D 测色配色仪测试染后样品的表面色深度。
2 结果与讨论
2.1 力学性能
由表1可知，传统涤纶织物的断裂强度最高，再生涤纶Y的断裂强度最差；传统涤纶断裂伸长率最高，而两种再生涤纶的拉伸断裂性能与传统涤纶相比存在着较大的差距。传统涤纶和再生涤纶形成这种差距的原因可能是由于在再生涤纶生产过程中纤维结晶度、晶体大小、取向度以及无定型区分子的排列等方面与传统涤纶存在较大的差异:且在纺丝过中由于机械或者生产环境的原因造成的纺丝不均匀，导致纤维结构存在缺陷，在受力过程中缺陷会率先断裂导致整条纤维的断裂强度下降。
2.2 热学性能
分别对传统涤纶织物、再生涤经织物W、再生涤纶织物Y进行DSC测试，见图1。
从图1可见，三种涤纶织物的熔点差异很小，再生涤纶W和再生涤纶Y的曲线中出现熔融双峰，这意味着在两种再生涤纶织物中存在着不完善的晶粒。
三种涤纶的DSC测试结果见表2。
由表2可知，涤纶具有非常好的热学性能。相对于再生涤纶，传统涤纶具有更高的熔点（Tm)玻璃化转变温度（Tg),且两种再生涤纶的熔点和玻璃化转变温度。再生涤纶的ΔHm明显低于传统纶，说明再生涤纶的结晶部分不够完善。再生涤纶结晶度低于传统涤纶，这是因为聚酯大分子在回用加工过程中发生少量降解，大分子有序程度下降，导致再生涤纶纤维的结晶度下降[3]。
2.3 耐碱性能
2.3.1 时间对涤纶力学性能的影响
NaOH浓度为2g/L、温度为60℃条件下，不同处理时间，再生涤纶纤维与传统涤纶纤维的变化，见图2。
图2时间对涤纶断裂强度的影响
由图2可知，NaOH处理后，涤纶强度明显下降，传统涤纶的断裂强度保留率为47.5%;再生涤纶W的断裂强度保留率为62.7%;再生涤纶Y 的断裂强度保留率为83.0%.当处理时间由Omin增加到30min时，再生涤纶纤维与传统涤纶纤维的断裂强度衰减量较为明显；当处理时间继续增加至150min范围内，涤纶纤维断裂强度变化减小，其主要原因是随着涤纶的水解，NaOH浓度不断增加，导致洛液中移动速率下降，进一步导致反应速度下降，最终导致涤纶NaOH减量不再增加[4]。
2.3.2 温度对涤纶力学性能的影响
NaOH浓度2g/L、处理时间60min,不同处理温度，再生涤纶纤维与传统涤纶纤维力学强度变化见如图3。
由图3可知，随着温度的增加，再生涤纶纤维与传统涤纶纤维的断裂强度均有不同程度的减小。当温度在20-60℃时，再生涤纶纤维与传统涤纶纤维的断裂强度下降速率较快；当温度超过60℃时，再生涤纶和传统涤纶的断裂强度下降速率有所减缓并趋于稳定，这是因为当温度低时水解反应不明显，断裂强度随温度变化较小；涤纶NaOH处理的过程是酯键不断水解的过程，温度越高，水解反应越剧烈。
2.3.3 NaOH浓度对涤纶力学性能的影响
保持温度、处理时间因素不变，改变反应时NaOH的浓度，纤维的力学性能如图4所示。
由图4可知，随着氢氧化钠浓度的增加涤纶纤维断裂强度不断减小。氢氧化钠浓度增加，
导致氢氧根浓度提高，与涤纶纤维表面接触并可以进行反应的氢氧根数量随之增加，因此，在相同的处理时间内，NaOH 浓度越高，涤纶纤维断裂强度损失越高。同时，由于涤纶纤维表面可吸附NaOH量是有限的，因此，继续加大NaOH用量时，可以吸附在涤纶表面并与其发生反应的氢氧根数量不会持续增加，所以涤纶断裂强度不会继续下降。
2.4 染色性能
2.4.1 单因素分析
（1)染色时间对涤纶织物K/S值的影响
采用分散红FB对三种涤纶纤维染色，染色温度100℃,浴比为30:1,不同染色时间上染染色样品K/S值，见图5。
由图5可知，当染色时间由60min增加至90min时，分散红FB对传统涤纶和再生涤纶染色的K/S值提升效果非常明显，并且这三种织物在不同的时间段的得色量均为再生涤纶Y最高，再生涤纶W次之，传统涤纶最差。当时间达到90min后，由于染色深度达到较高值，此时继续增加染色的时间对其K/S值影响不大。由于分散染料具有分子量小以及结构简单的特点，其扩散速率较快，在60-90min时染料可以快速上染涤纶纤维，染色时间的增加有利于染料对于织物的上染，并且最终达到匀染的目的[5]，因此，从节约能源的角度以及最终染色效果考虑，分散红FB染料上染涤纶的最佳染色时间为90min。
（2）浴比对涤纶织物K/S值的影响
如图6所示，当浴比在20:1-60:1之间时，分散红FB对于传统涤纶和再生涤纶织物W、Y的上染值变化不大。浴比小，节能节水，但浴比太小会使得染色织物产生褶皱、擦伤，染色不均等特点。在保证染色效果的前提下，适当减小浴比，以使得水中的染料与纤维中的浓度差加大，从而有利于染料从水中转移到纤维内部，从节约能源以及最终染色效果的角度考虑在分散红FB染料上染再生涤纶纤维的最佳浴比为是20:1.
（3)温度对涤织物K/S值的影
染色温度在90-100℃范围内时，织物K/S值上升非常快，当温度达到120℃以后，继续增加染色温度对三种纤维的K/S值变化非常小。其原因是再生涤纶比传统涤纶的玻璃化温度降低分子链段更容易运动，从而使得分子间具有可以容纳染料的空间，染料分子可以进入到涤纶分子内部［6,7]。从节约能源以及最终染色效果的角度考虑在分散红FB染料上染涤纶的最佳温度为120℃。
2.4.2 正交实验
综上实验结果，改变浴比对分散染料上染再生涤纶 K/S值影响较小，以为分散红FB为例进行正交试验，探讨染色温度、染色时间对染色件能影响。确定浴比为20:1，测定染色温度分别为115、120、125℃时，染色时间分别为85、90 、95min时，染色再生涤纶W的K/S值。
注:表中 Ki 为各因素同一水平下染色后K/S值之和；Ki为各因素同一水平下染色后的K/S值之和的平均数；R 为极差
由正交表3结果可知，保温时间的极差要大于染色温度的极差，即保温时间对干染色K/S值的影响要大于染色温度的影响，并且在第三组时染色K/S值最大，最人值为23.53。对于分散染料来说，对再生涤纶织物的染色K/S值的影响因素关系为:保温时间＞染色温度。因为分散染料具有分子量很小以及结构很简单的特点，并且具有很快的扩散速率，另一方面再生涤纶具有更容易运动的分子链断，使得染料分子更容易进入到纤维内部，所以染料快速上染涤纶纤维。染色时间的增长有利于染料对于织物的上染:保温时间越长，织物得色深度越高并且最终达到匀染的目的[6]。综合考虑实验结果分散红FB对再生涤纶进行染色时的最佳工艺为:染色温度为125℃,保温时间95min,浴比为20:1。
3 结论
3.1 再生涤纶断裂强度及断裂延伸度低于传统涤纶；
3.2 再生涤纶与传统涤纶具有相近的熔点，再生涤纶的玻璃化温度要比传统涤纶低；
3.3 再生涤纶纤维的耐碱性高于传统涤纶纤维；再生涤纶Y的耐碱性要略高于再生涤纶W;
3.4 在相同的染色条件下再生涤纶的染色性能要比传统涤纶优越。分散红FB对再生涤纶染色的最佳染色工艺为:染色温度125℃,染色时间95min,浴比 20:1。
参考文献
［1]程小霞，龙邵，陈海波，吴静玲。涤纶阻燃染色同浴加工技术［J].印染，2013,39(07):27-29.
［2]曾卫卫。再生涤纶工业丝的制备及性能研究。［学位论文］浙江:浙江理工大学，2013.
［3]Hamdy M.Naguib,Xiu H.Zhang.Advanced recycled polyester based on PET and oleic acid[J].PolymerTesting,2018(06),69-73.
［4]曹毅，李娟，闫凯，张胜男，曹机良。涤纶退浆、碱减量和染色一浴加工工艺研究［J].上海纺织杆技，2018,46(04):26-30.
［5]卢婷婷，殷燕华，张瑞云，王妮。再生与传统涤纶DTY的结构与性能对比［J］.合成纤维工业，2018,41(05):71-75.
［6]胡雪敏。再生涤纶染色性能研究。针织工业，2018(03):53-55.
