超低熔点共聚酯材料的制备及其对织物抗起毛起球性能的影响

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织物的起毛起球一直是纺织行业中研究的热点和难点问题,常用解决方法主要有树脂整理法、氧化还原法、生物抛光法等。尽管这些方法在解决织物的起毛起球方面取得了一定成效,但是这些方法存在处理工艺相对复杂、耐久性差、手感不理想、环境污染大等问题,因此开发一种工艺简单、“绿色”高效的织物抗起毛起球技术具有十分重要的意义。本论文制备了超低熔点共聚酯短纤维和水相超细粒子,创新性采用热粘合方法将其用于解决织物的起毛起球问题,具有抗起毛起球效果好、工艺简单、绿色环保等特点,论文为解决纺织领域中织物的起毛起球这一关键共性问题提供了新方法、新思路,同时也拓展了超低熔点共聚酯材料的应用领域。  本文采用直接酯化—缩聚法合成了两种超低熔点共聚酯:聚[(对苯二甲酸乙二醇酯)-共-(间苯二甲酸乙二醇酯)](PETI)和聚[(对苯二甲酸丁二醇酯)-共-(间苯二甲酸丁二醇酯)](PBTI),采用FTIR、1H-NMR、13C-NMR、DSC、XRD、TG和SEM进行了表征。以对苯二甲酸(PTA)、间苯二甲酸(IPA)、己二酸(AA)、乙二醇(EG)、新戊二醇(NPG)为原料,通过共聚制备了熔点为116℃~120℃的PETI共聚酯,其特性黏度为0.67dL/g。结果表明:NPG的引入使共聚酯的Tm降低,Tg升高,结晶性能下降;AA的加入使共聚酯的Tm大幅降低,但Tg也降低;IPA的加入使Tm降低,结晶性能下降。以对苯二甲酸(PTA)、间苯二甲酸(IPA)、1,4-丁二醇(BDO)、聚乙二醇(PEG)为原料,制备了熔点为110℃~130℃的PBTI,其特性黏度为0.83dL/g。结果表明:随着IPA含量的增加,Tm逐渐下降,共聚物的结晶能力也逐渐变弱。当IPA含量达到50%时,共聚酯很难结晶。如果在PBTI缩聚反应中加入5%的PEG-2000,共聚酯的结晶性能明显改善,但PEG的加入使其热稳定性下降。成核剂SiO2的加入可以改善共聚物的结晶速度,但对其结晶度的提高有限。和PETI相比,PBTI具有更好的结晶性能。因此,为了便于后续纺丝和制备粒子,论文选择PBTI为原料进行后续研究。  论文对超低熔点PBTI共聚酯的等温结晶性能、非等温结晶性能、流变性能等可纺性进行了研究。等温结晶动力学研究表明:超低熔点PBTI共聚酯的Avrami指数在2~3之间,成核机理都是异相成核。PBTI(50/50)等温结晶对温度最为敏感,而PBTI(90/10)等温结晶对温度最不敏感。因此随着PBTI中PBI含量的增加,共聚酯切片的干燥温度要降低,且PBTI(50/50)干燥和预结晶的温度不宜超过85℃,阶段升温干燥预结晶工艺是最优选择。PBTI共聚酯的非等温结晶动力学研究表明共聚酯的Avrami指数在2~4之间,非等温结晶成核机理是介于均相成核和异相成核。PBTI(90/10)非等温结晶对冷却速率最敏感,因而在成型过程中对温度场的依赖性最大。PBTI共聚酯的流变性能表明:共聚酯的剪切粘度随剪切速率增加而降低,是典型的假塑性流体。在260℃时PBTI(70/30)非牛顿指数最大,其纺丝熔体的非牛顿性最弱。共聚酯的粘流活化能随剪切速率的升高而降低,说明共聚酯在低剪切速率下对温度更敏感。在低剪切速率时粘流活化能的大小为:PBTI>PBTI-PEG(50/50/5)>PBTI-PEG(45/55/5),在高剪切速率时粘流活化能的大小为:PBTI-PEG(50/50/5)>PBTI>PBTI-PEG(45/55/5)。剪切速率为200~5000s-1时纺丝熔体流变行为对纤维成型非常重要。在温度为250℃、卷绕速度为3206m/min以及侧吹风速度为0.4~0.5m/s时纺丝结果表明:PBTI(50/50)低熔点共聚酯可纺性良好,线密度为140dtex/24f的PBTI(50/50)与普通PET的皮芯复合纤维的断裂强度为1.8cN/dtex,断裂伸长率为87.35%。在其应力-应变曲线中可知PBTI的单纺纤维没有明显的屈服点,容易发生塑性变形。  论文研究了PBTI短纤维与其他纤维(涤纶、锦纶、棉、麻、蚕丝、毛、腈纶)的热粘合性能,而且还考察了PBTI短纤维混纺纱的性能以及对织物的抗起毛起球性能。研究结果表明:PBTI纤维对涤纶、棉、麻纤维的粘合力大。和ES热粘合纤维相比,PBTI热粘合性能更好。不同纤维的最佳粘结温度也不相同;使用PBTI纤维和蚕丝、羊毛、羊绒混纺的纱线中,PBTI纤维优先向纱线的外层转移。经过热处理后纱线断裂强力和断裂伸长率明显提高,纱线毛羽性能大幅改善;通过混入10~15%PBTI短纤维的羊毛针织物抗起毛起球性能由2~2.5级提高至4.5~5级,但手感变硬。  论文以PBTI超低熔点共聚酯为原料,采用正己烷为连续相,去离子水为分散相,OS为乳化剂,PEG-400为分散剂,通过反相乳液-沉淀法制备PBTI共聚酯纳米颗粒的水相体系。结果表明:PBTI纳米粒子呈现均匀的棒状或米粒状结构,粒子体积平均粒径为10nm,PDI分布系数为0.724。以PBTI超细水相粒子为原料,通过浸轧方法将PBTI超细粒子负载到涤/棉织物和羊毛织物上,经热熔处理后其抗起毛起球性能大幅提高。结果表明:涤/棉机织物的抗起毛起球性能由原来2~2.5级提高至5级,织物的断裂强力略有变化,断裂伸长率明显增加,撕裂强力大幅提高。织物的透气率有所下降,抗弯刚度和抗弯弹性模量略有增加。羊毛织物的抗起毛起球性能也有大幅提高。这种粒子的浸轧处理能够最大程度保持织物的手感。
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