一、前言

涤纶纤维具有优良的服用性能，但与天然纤维相比，手感和光泽，都比不上真丝。要改善这一缺点，一般采用四个方面的措施；(1)异形丝和细旦丝；(2)碱处理；(3)酸处理；(4)后整理。作者分析统计了50多只国外样品，有30多只是经过碱处理的，占总数的60%以上。说明碱处理是涤纶仿真丝的主要工艺。涤纶纤维碱处理，使纤维表层溶解，纤维变细变软。织物交织点容易松动，手感柔软，光泽柔和，具有类似真丝的风格。在碱处理工艺上，主要有间歇式(吊炼)和连续式(轧烘或轧蒸以及连续热液处理)二种，国外文献也有发表[1，2]。国内在碱处理处方和工艺上进行了大量研究工作，使涤纶仿真丝绸取得了较大的进展。国家“六五”攻关项目中，上海纺织研究院也共同承担了该项任务，应用各种测试仪器，研究和解释了作用机埋，并结合生产，阐明了选择工艺的依据。

有关PET纤维和氢氧化钠的作用，文献都介绍水解作用从纤维表面开始，在纤维表层溶解以后碱液再接触内层，继续作用，但这些资料都没有详细的论证[7，8，9]。Namboori研究涤纶纤维经不同时间碱处理后的性能，发现随着碱处理时间的增加，强度下降。纤维变细。而强度按纤度计算(克/旦)变化不大，均保持在4克/旦左右，但他也没有进一步说明作用的机理。应用各种化学品，对PET高分子化合物进行化学处理的研究，文献曾有报导[3，4]。Duong等发现PET在室温40%甲胺水溶液处理24小时后，分子量用毛细管粘度法测定，从34,200下降到1,800，同时非晶区部份降解和溶解，最后可制得96%结晶度的PET(比重法计算)，Sweet[6]研究了伯胺对PET的腐蚀作用，得到了相似的结论。本文主要研究在高温和季胺盐类阳荷性表面活性剂存在的条件下，氢氧化钠和PET的化学作用，探讨作用过程中PET分子的降解，水解和结构变化，并结合生产说明选择工艺的依据。

二、试验材料和试验方法

1、试验材料

(1)涤纶长丝(金山)，68.4旦24根。

(2)60s/3纯涤纶线，样品经2克/升纯碱、3克/升肥皂，浴比1:50，温度60℃，预处理20分钟，并用热水及蒸馏水洗清。

2、试验方法

(1)碱处理条件，

氢氧化钠5克/升

十二烷基二甲基苄基溴化铵

浴比1︰50

温度甘油外浴100±1℃

(2)涤纶纱线热定形工艺:

德国本茨(Benz)热熔定形小样机上进行。

(3)结晶度(Xc)，

结晶度(Xc)数据测定在日本理学电机制造的X-衍射仪2037型上进行。铜靶Cuka滤液片；Ni管压、管流；4OkV、35mA。发射狭缝；1度。吸收狭缝；0.15毫米。散射狭缝1度。

(4)碱处理溶液中对苯二甲酸钠含量的测定[12]。

仪器:岛津双波长薄层色谱扫描仪CS-910。

(5)分子量测定

仪器:日立635TG高压液相凝胶色谱附件。

分析柱，ShodexGPCA-802(内径8毫米、长50厘米、排出极限5×102)。ShodexGPCA-804(内径8毫米、长50厘米、排出极限5×102)。

淋洗液；氯仿

检测器；UV，波长λ=254纳米、灵敏度0.64AUFS。

池体积；17.7毫升

(6)红外分光光度计

PerkinElmer577型分光光度计

(7)失重，称重法

三、试验结果及讨论

1、涤纶纤维碱处理时加入季按盐阳荷性表面活性剂的作用

涤纶纤维在低温时与稀氢氧化钠无明显的化学作用，在浓度或温度较高的条件下，涤纶与氢氧化钠起化学作用中产生对苯二甲酸钠和乙二醇。

如果在溶液中加入季胺盐类阳离子表面活性剂或其他催化剂，可降低碱液的表面张力，增加涤纶的亲水性，并能使羟基易于同酯键作用，加快涤纶水解的作用。根据试验，在碱处理时，加入催化剂后，碱液浓度可以大量降低，达到理想失重要求。

表1涤纶碱处理时加入季胺盐催化剂与不加催化剂失重数据比较

表1为涤纶碱处理时加入季胺盐催化剂与不加催化剂失重数据比较表。浴比均为1︰50，甘油外浴温度为100±1℃。不加催化剂的氢氧化钠浓度为100克/升；加催化剂的氢氧化钠浓度为5克/升，十二烷基甲基苄基溴化铵为1克/升。

图1涤纶失重与水解时间关系图

图1为失重与水解时间的关系，上面一条为不加催化剂的曲线，由于碱液浓度高(100克/升)，处理过程中碱量的消耗，对浓度影响不大，曲线接近线性。下面一条为加催化剂的曲线，在加入催化剂后，即便氢氧化钠浓度从100克/升降至5克/升。开始的水解速度还比较接近，在15分钟的失重分别为8.10%和8.14%，无明显差别；至l小时失重分别增加至19.83%和17.82%，差别还不大。但由于加入催化剂后，氢氧化钠本身浓度较低(5克/升)，同时PET在溶解时，又要耗用一定的氢氧化钠。根据化学反应式计算，每溶解192克PET就要耗用80克氢氧化钠。从处理1小时后PET的失重计算，耗碱量可达原氢氧化钠浓度的1/3，因此水解速度明显下降，仅从1小时的17.82%增至19.91%。对比加催化剂和不加催化剂二种试验条件，在加入十二烷基二甲基苄溴化铵或其他催化剂后，不仅能节约大量烧碱，而且失重也易于控制，在处理过程中不致会大量失重，避免纤维损伤，是一种比较稳妥和

合理的碱处理工艺，可用于多品种少批量生产。

2、涤纶纤维在碱处理过程中的降解和水解作用

采用(1)红外分光光度计图谱，(2)GPC分子量测定，(3)溶液中对苯二甲酸钠含量测定数据和(4)扫描电子显微镜照相，可以解释和论证碱处理水解作用在纤维表面进行，对内在质量影响不大。

图2涤纶纤维碱处理前、后红外吸收光谱图

（1）红外分光光度计图谱

涤纶主要化学成份聚对苯二甲酸乙二醇酯，一般在红外光谱图中无大量羟基峰存在。在碱处理后如果涤纶分子链断裂水解羟成对苯二甲酸钠和乙二醇，红外光谱中的羟基峰将有所增加。图2为涤纶纤维碱处理前后的红外吸收光谱图，对比-OH基的特征吸收峰在3350厘米-1附近无明显的变化，表示碱处理后羟基无明显增加，涤纶分子链无明显断裂现象，化学作用仅在表面进行，未深入到分子内层。

(2)GPC分子量测定

表2涤纶线样品经不同时间碱处理后分子最变化表

表2为涤纶线样品，经不同碱处理时间后分子量变化表，根据表2数据分忻，在碱处埋过程中，各阶段的分子量，包括重均分子量、数均分子量、粘均分子量以及分子量分布等都变化不大，表明碱处现对涤纶分子量影响不大，碱液对涤纶无明显的降解作用。表2中低分子化合物相对含量是用色谱专用计算计直接打印。未与低分子标准样品进行对比，数据代表相对含量，可作为参考。从数据分析，处理15分钟以后，低分子物含量略有下降，可能由于涤纶中原有少量低聚物先行溶解，以后经30、60、120和240分钟处理后，低聚物由于热与碱的作用，又逐步略育增加，但因总的低聚物含量很低，在碱处理过程中含量的变化，还不足以单独说明质量的变化。

(3)双波长薄层色谱扫描仪CS-910测溶液中对苯二甲酸钠含量

表3涤纶碱处理失重和溶液中对苯二甲酸钠含量比较表

注：*将失重率换算成对苯二甲酸含量百分率：

理论值=失重率×20×210/193

210=对苯二甲酸式盐钠分子量，192=对苯二甲酸乙二醇酯分子量，

20为浴比150的系数。

从表3上可以看出溶液中对苯二甲酸钠含量，从样品的失重计算和溶液中直接测定的数据基本相同，表示涤纶和氢氧化钠作用以后，全部生成对苯二甲酸钠，溶液中不存

在大量涤纶降解产物或低分子量产物，纤维上也无大量PET长分子键的断裂。

(4)从扫描电子显微镜拍摄的PET纤维横截面照相，也可以观察到纤维经不同时间碱处理后，外形不断缩小，但截面形态始终不变，同样也能说明纤维的碱水解作用在表面进行。

总的来说，以上这些测试数据和图表，都能说明和论证涤纶的水解作用在表面进行，不易透入内层。碱处理过程中纤维内部无明显的化学作用，分子键无明显的断裂现象，纤维分子量变化不大，溶液中也不存在大量涤纶降解产物，碱处理仅为表面溶解，对纤维的内在质量影响不大。

3、涤纶纤维在碱处理过程中的结构变化

根据X-衍射仪结晶度测试数据说明，涤纶和氢氧化钠的作用，除了产生化学变化外，结晶度和微结构也产生了变化。涤纶纤维和其他高分子纤维一样，由晶区与非晶区部份组成，晶区部份分子结构比较紧密，也较有规则；非晶区部份结构比较疏松，分子排列也比较杂乱无序。在碱处理时，OH基透入纤维非晶区部份来得容易，亦即非晶区部份比晶区部份较易溶解。涤纶经碱处理表面非晶区部份大量溶解，相应的晶区部份比例就高，在仪器上测定的结晶度数据就高。

表4涤纶纤维经碱处理和热定形后结晶度和失重变化

如表4所示，涤纶线原样在未处理时，X-衍射仪上所测结晶度为32.33%，经过碱处理后，纤维表面的非晶区部份比晶区部份溶解较多、较快，先开始水解和溶解，失重大部份为纤维表面的非晶区部份，相对结晶度有明显提高，从32.33%提高至35.53%。

热定形对纤维的结构也有变化，一般表现为比重增加，结晶度提高，吸湿率降低，染色性能也有变化[9，10，11]。根据上表所示，在180℃经半分钟定形处理后，纤维的结晶度从32.33%提高至33.47%。再将热定形的纤维进行碱处理，纤维的非晶区部份，又先行溶解，相对结晶度又有所提高(从

33.47%提高至34.60%)。从提高的程度来比较，相对来说比不上未定形的样品。这是由于定形以后，纤维结晶度提高，纤维晶区部份相对增加。在碱处理时晶区部份溶解较慢，失重比未定形的有所降低，结晶度的提高程度也比不上非定形样品。根据表4数据，可以计算出碱处理前后，失重中非晶区

和晶区含量%。从热定形前非晶区平衡，可以得出；

(1-0.3233)-0.1562x=(1-0.1562)(1-0.3553)

x=85.0

从热定形后非晶区乎衡，可以得出；

(1-0.3347)-0.1364x=(1-0.1364)(1-0.3460)

x=73.7

从以上数据可以看出，在热定形前，碱处理失重，非晶区占85.0%(即xc=85.0%，xc=l5.0%)；热定形后，碱处理失重，非晶区占73.7%(即x。=73.7%,xc=26.3%)。

由于以上情况通常在碱处理时，采用先热定形再碱处理的工艺，不仅手感柔软，而且可以适当提高纤维的结晶度，降低纤维失重，达到涤纶纤维仿真丝化的效果。这样从理论上来分析，也是一种比较合理的工艺。

四、结论

1、在碱处理工艺中，加入合适的催化剂以后(主要为季铵类催化剂)，氢氧化钠浓度可以大量降低，失重易于控制。一般处理一小时后，如果失重达15-20%时，氢氧化钠已消耗约1/3左右。如果在正常工艺条件下操作，不会严重损伤纤维强度。这说明目前丝绸行业所采用的一套涤纶仿真丝碱处理设备和工艺，条件比较稳妥，质量容易控制，适用于多品种小批量生产。

2、应用红外分光光度计、双波长薄层色谱扫描仪和凝胶色谱仪等测试数据和图谱，说明了涤纶纤维碱处理过程中的降解和水解作用。涤纶纤维和氢氧化钠作用时，由于涤纶纤维含极性基团少，亲水性低，碱液不易透入纤维内部，水解作用从表面进行，在纤维表层溶解以后，才能与内层接触，继续作用。在作用过程中，未溶解的纤维无明显的降解作用，分子量以及分子量分布等变化不大，纤维内部无明显的化学作用，碱处理主要为纤维表面溶解，对纤维内在质量影响不大。

3、涤纶纤维由晶区与非晶区组成，在碱处理时氢氧化钠对涤纶纤维的非晶区部份比晶区部份容易溶解。因此结晶度低的涤纶样品溶解较快；结晶度高的样品溶解较馒。涤纶纤维经热定形后，结晶度有所提高，溶解速度比未定形的为慢，因此通常在碱处理时，采用先热定形后碱处理的方法，可以适当提高纤维结晶度，降低或控制纤维失重，来达到涤纶真丝化的效果。这样从理论上来分析也是一种比较合理的工艺。

参考文献

[1]日本《加工技术》1979，No1、2、3，

[2]《MelliandTextilberichte》，1979，60，No.4,350

[3]R.E.MehaandJ,p.Beel，《J.Poly.Sci.》，

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[12]张济邦等，“涤纶碱处理工艺中对苯二甲酸钠含最测定”《印染》，1981年，第3期，P43

[13]《高分子通讯》，1983年，8月，No4