促進(jìn)劑-增塑劑協(xié)同提高滌綸堿減量效率及作用機(jī)制

摘 要：為了提升滌綸堿減量過(guò)程中堿劑的減量效率，選用十八烷基二甲基芐基氯化銨（1827）季銨鹽陽(yáng)離子表面活性劑作為堿減量促進(jìn)劑，以苯甲醇作為增塑劑，研究了氫氧化鈉、增塑劑、促進(jìn)劑用量及增塑劑-促進(jìn)劑協(xié)同作用對(duì)滌綸織物堿減量效率的影響；同時(shí)，分析比較了促進(jìn)劑使用前后堿減量織物的性能變化。結(jié)果表明：與不使用促進(jìn)劑和增塑劑時(shí)相比，當(dāng)處理液中苯甲醇體積占比為10%，1827促進(jìn)劑質(zhì)量濃度為2.0 g/L時(shí)，滌綸織物減量率可以從6.3%提高到34.9%，提高了4.5倍，明顯高于僅使用NaOH且質(zhì)量濃度為35.0 g/L下的減量率（22%）；另外，增塑劑-促進(jìn)劑協(xié)同作用可以改善滌綸織物減量后的毛效、白度、強(qiáng)力、均勻性性能。因此，促進(jìn)劑協(xié)同增塑劑有望解決滌綸堿減量過(guò)程中高耗堿的技術(shù)難題，為推動(dòng)滌綸前處理綠色可持續(xù)發(fā)展提供一定的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：滌綸織物；減量率；增塑劑；促進(jìn)劑；協(xié)同作用

中圖分類(lèi)號(hào)：TS190.5

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1009-265X（2024）11-0089-07

滌綸作為應(yīng)用最廣泛的合成纖維，具有良好的耐磨性、防皺性、彈性和熱塑性等優(yōu)點(diǎn)，在服裝行業(yè)占有重要地位［1-2］。滌綸堿減量處理是在高溫和較濃的燒堿中處理滌綸織物，處理后的滌綸表面被堿刻蝕，質(zhì)量減輕，纖維直徑變細(xì)，表面形成凹坑，纖維的剪切剛度下降［3-4］，消除了滌綸的極光，并增加織物交織點(diǎn)的空隙［5］，使得織物手感柔軟、光澤柔和，明顯改善其吸濕排汗性［6］。目前，堿減量工藝已成為改善滌綸質(zhì)量的重要加工環(huán)節(jié)，但該工序存在堿耗高、加工難度大、能耗高、對(duì)環(huán)境污染大、織物損傷大等缺點(diǎn)［7-8］。

已有文獻(xiàn)研究結(jié)果表明，選擇季銨鹽類(lèi)促進(jìn)劑和苯甲醇作為增塑劑，可以有效提高滌綸減量率［9-10］。然而促進(jìn)劑端基取代基以及疏水鏈長(zhǎng)短均會(huì)影響其在堿減量過(guò)程中的效果［11］。促進(jìn)劑的作用機(jī)理可以描述為：季銨鹽陽(yáng)離子表面活性劑能被纖維表面迅速吸附，攜帶堿減量處理液中的羥基負(fù)離子（OH-）富集到纖維表面，使得OH-更容易進(jìn)攻滌綸分子中帶正電荷的羰基碳原子，進(jìn)而導(dǎo)致滌綸大分子斷裂［12］。但季銨鹽表面活性劑的稀溶液服從理想溶液所遵循的規(guī)律［13］，即當(dāng)季銨鹽表面活性劑的濃度達(dá)到飽和后，滌綸纖維對(duì)其吸附達(dá)到飽和，吸附量不再增加。目前有研究者通過(guò)在處理液中加入苯甲醇［14-15］，期望通過(guò)降低滌綸纖維的玻璃化溫度，實(shí)現(xiàn)在較低溫度下滌綸纖維大分子鏈即可打開(kāi)，使OH-易進(jìn)攻纖維內(nèi)部的大分子鏈，進(jìn)而與滌綸大分子發(fā)生反應(yīng)［16-17］。因此，促進(jìn)劑和增塑劑可以協(xié)同提高堿劑的減量效率。

季銨鹽促進(jìn)劑包括甲基季銨鹽和芐基季銨鹽兩類(lèi)，但是芐基季銨鹽分子內(nèi)含有共平面性好的芐基取代基，該取代基通過(guò)其苯環(huán)的π-π堆疊能力，能夠與滌綸纖維表面的芳香族結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較強(qiáng)的相互作用，增加促進(jìn)劑吸附滌綸纖維的能力。其中，促進(jìn)劑十八烷基二甲基芐基氯化銨（1827）具有較長(zhǎng)的疏水鏈，根據(jù)相似相容的特點(diǎn)，與具有疏水鏈的滌綸纖維具有更強(qiáng)的結(jié)合力。因此，本文以1827作為滌綸堿減量促進(jìn)劑，結(jié)合增塑劑苯甲醇可以降低滌綸玻璃化溫度的特點(diǎn)，研究促進(jìn)劑-增塑劑協(xié)同作用對(duì)滌綸織物堿減量效率的影響，分析比較促進(jìn)劑使用前后堿減量織物的性能變化，為突破滌綸堿減量高耗堿的難題、實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、推動(dòng)滌綸前處理綠色可持續(xù)發(fā)展提供了一定的參考價(jià)值。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料、藥品和儀器

材料：100%滌綸機(jī)織織物（140 g/m2，杭州婁凌貿(mào)易有限公司）

試劑：氫氧化鈉（分析純，上海泰坦科技股份有限公司），十八烷基二甲基芐基氯化銨（1827，分析純，上海麥克林生化科技股份有限公司），苯甲醇（分析純，上海泰坦科技股份有限公司），促進(jìn)劑1827的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

儀器：Datacolor 800型測(cè)色配色儀（美國(guó)Datacolor公司），YG（B）026G型萬(wàn)能強(qiáng)力機(jī)（溫州大榮紡織儀器有限公司），YG871型毛細(xì)效應(yīng)測(cè)試儀（中國(guó)寧波紡織儀器廠），ZEN3600型納米粒徑Zeta電位測(cè)試儀（英國(guó)Malvern公司），pH計(jì)（上海泰坦科技股份有限公司）。

1.2 試驗(yàn)方法

滌綸織物堿減量處方及工藝為：100%滌綸機(jī)織織物2.0 g，堿用量X g/L，促進(jìn)劑用量Y g/L，浴比為1∶6，增塑劑用量Z%（占總體積的比例）；堿減量時(shí)將配置好的處理液升溫至40 ℃后加入織物，經(jīng)5.6 ℃/min升溫至95 ℃，保溫50 min，以5 ℃/min降溫至70 ℃，水洗15 min（浴比為1∶30）。水洗結(jié)束后，將織物放入60 ℃烘箱中干燥60 min。其中堿減量及水洗工藝曲線如圖2所示。

1.3 測(cè)試方法

1.3.1 減量率測(cè)定

為了測(cè)定滌綸織物的堿減量效率，將堿減量前后的織物于60 ℃的烘箱中烘至60 min后快速稱(chēng)重，按照式（1）計(jì)算織物的減量率。

W/%=m0-m1m0×100（1）

式中：W為減量率，%；m0為堿減量前織物的絕對(duì)干重，g；m1為堿減量后織物的絕對(duì)干重，g。

1.3.2 斷裂強(qiáng)力測(cè)定

按照GB/T 3923.1—2013《紡織品 織物性能拉伸 第1部分：斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率的測(cè)定（條樣法）》的規(guī)定對(duì)滌綸織物的斷裂強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試所使用的織物包括：未處理織物、堿處理織物及堿-促進(jìn)劑處理織物。將堿處理前后的棉織物剪成20 cm×5.5 cm的條狀，撕去織物毛邊使短邊長(zhǎng)為5 cm，在萬(wàn)能強(qiáng)力機(jī)下進(jìn)行拉伸，直至織物斷裂，分別記錄斷裂強(qiáng)力和斷裂伸長(zhǎng)率，并記錄斷裂的趨勢(shì)每種織物測(cè)試經(jīng)向斷裂強(qiáng)力，測(cè)試5次，取平均值為最終測(cè)試結(jié)果。

1.3.3 白度測(cè)定

采用Datacolor 800型測(cè)色配色儀對(duì)實(shí)驗(yàn)最后取用的織物進(jìn)行測(cè)試，測(cè)量3次，取平均值。

1.3.4 毛效測(cè)定

采用毛細(xì)管效應(yīng)測(cè)定儀測(cè)定毛效，主要步驟為：將試樣沿經(jīng)向、緯向剪成30 cm×5 cm，記錄30 min內(nèi)水沿織物爬升的芯吸高度，來(lái)表示堿減量后織物的潤(rùn)濕性。

1.3.5 Zeta電位的測(cè)試

將未處理織物、促進(jìn)劑處理織物拆解為紗線，按照布料與溶液質(zhì)量比為1∶20的比例浸泡在濃度為0.001 mol/L的KCl溶液中，超聲10 min后，并靜止放置2 h，之后取上層清液，使用納米粒徑Zeta電位儀進(jìn)行纖維表面Zeta電位的測(cè)定。

2 結(jié)果與討論

2.1 NaOH用量對(duì)滌綸減量率的影響

堿用量是影響滌綸織物堿減量程度的主要因素之一。當(dāng)NaOH質(zhì)量濃度為5.0、10.0、15.0、20.0、35.0 g/L時(shí)，探究滌綸織物減量率的變化規(guī)律，結(jié)果如圖3所示。由圖3可知，隨著NaOH質(zhì)量濃度的增加，滌綸的減量率明顯提高。當(dāng)氫氧化鈉質(zhì)量濃度從5.0 g/L升高到15.0 g/L時(shí)，減量率上升得最快；隨著堿劑質(zhì)量濃度達(dá)到35.0 g/L，滌綸織物的減量率達(dá)到了22.0%左右。這主要是因?yàn)殡S著NaOH質(zhì)量濃度的增加，吸附到滌綸纖維表面的OH-增加，纖維表面被剝蝕變細(xì)，同時(shí)表面的凹穴和溝壑使得滌綸纖維的表面積增加，可以吸附更多的OH-，加速滌綸大分子的水解反應(yīng)，使得減量率提高。

2.2 促進(jìn)劑對(duì)滌綸堿減量的影響

從NaOH質(zhì)量濃度對(duì)滌綸減量率的影響可知（見(jiàn)圖3），當(dāng)堿劑在較高的質(zhì)量濃度時(shí)（30.0 g·L-1以上），滌綸織物的減量率才能達(dá)到20%。為了提高堿劑在堿減量過(guò)程中的使用效率，降低堿劑的用量，本文探究了促進(jìn)劑1827的質(zhì)量濃度對(duì)堿減量效果的影響。

設(shè)置促進(jìn)劑質(zhì)量濃度為0、0.5、1.0、1.5、2.0、3.0 g/L，研究了促進(jìn)劑質(zhì)量濃度以及10.0、15.0、20.0 g/L這3種堿用量處理后，滌綸的減量率變化情況，結(jié)果如圖4所示。在不同質(zhì)量濃度NaOH溶液中，隨著促進(jìn)劑1827質(zhì)量濃度升高，減量率都有所升高。尤其是在加入0.5 g/L的促進(jìn)劑后，減量率有著顯著提升。這是因?yàn)榇龠M(jìn)劑1827分子能快速吸附到滌綸纖維表面，促使堿減量處理液中的OH－富集到纖維表面，使得OH-更容易進(jìn)攻滌綸分子中帶正電荷的羰基碳原子，造成滌綸大分子斷裂，從而提高滌綸減量率。隨著促進(jìn)劑用量進(jìn)一步增加，相同NaOH質(zhì)量濃度下的滌綸織物的減量率增加緩慢，當(dāng)促進(jìn)劑質(zhì)量濃度達(dá)到2.0 g/L后，減量率基本上趨于穩(wěn)定。這是因?yàn)榧句@鹽表面活性劑的稀溶液服從理想溶液所遵循的規(guī)律，當(dāng)季銨鹽表面活性劑的濃度達(dá)到飽和后，滌綸纖維對(duì)其吸附達(dá)到飽和，吸附量不再增加。

2.3 增塑劑用量對(duì)滌綸堿減量的影響

苯甲醇是一種研究較多的染色載體，具有較好的增塑效果，可有效降低合成纖維的玻璃化溫度。在不添加促進(jìn)劑的條件下，分別按照增塑劑占總體積不同比例（0%、1%、3%、5%、10%、20%、40%、50%、60%、80%、90%、100%）配置前處理液，并對(duì)滌綸織物進(jìn)行堿減量處理。增塑劑用量對(duì)滌綸堿減量效率的影響如圖5所示，滌綸減量率隨著苯甲醇用量的提高而增大，在體積占比為3%～5%時(shí)減量率顯著提升，加入少量的苯甲醇，就能達(dá)到高濃度下NaOH（30.0 g/L）的減量率，這說(shuō)明苯甲醇的使用可有效降低滌綸堿減量過(guò)程中NaOH的用量。在增塑劑體積占比為10%～60%的區(qū)間內(nèi)，堿減量變化不明顯，后又隨苯甲醇用量的提高而緩慢提升。當(dāng)處理液中苯甲醇體積占比為60%時(shí)，滌綸纖維大部分水解，出現(xiàn)織物斷裂現(xiàn)象。因?yàn)楸郊状嫉脑鏊茏饔檬箿炀]纖維分子鏈提前達(dá)到較為活躍的狀態(tài)，滌綸大分子的溶脹程度增加，纖維的內(nèi)表面積增加，取向度降低，OH-易從纖維表面深入到內(nèi)部，降低了滌綸纖維的玻璃化溫度，反應(yīng)更激烈，從而促進(jìn)滌綸纖維的充分水解，以降低堿用量。考慮到經(jīng)濟(jì)效益，因此應(yīng)選用體積占比為10%的苯甲醇來(lái)提高減量率效果。

2.4 促進(jìn)劑-增塑劑協(xié)同作用對(duì)滌綸堿減量的影響

為探究促進(jìn)劑和增塑劑協(xié)同作用對(duì)滌綸減量率的影響，以不加苯甲醇作為對(duì)照組，選擇2.3節(jié)中實(shí)驗(yàn)效果較好的苯甲醇質(zhì)量濃度（5%、10%），分別加入0、0.5、1.0、1.5、2.0、5.0 g/L的促進(jìn)劑1827對(duì)滌綸織物進(jìn)行前處理，保溫溫度為95 ℃，其結(jié)果如圖6所示。在促進(jìn)劑用量相同的條件下，苯甲醇的使用可以顯著提高滌綸織物減量率，且促進(jìn)劑質(zhì)量濃度小于0.5 g/L時(shí)，5%和10%苯甲醇用量下的減量率提升效果相當(dāng)。但隨著促進(jìn)劑質(zhì)量濃度超過(guò)1.0 g/L，10%苯甲醇與促進(jìn)劑的協(xié)同效果明顯優(yōu)于5%苯甲醇，尤其是當(dāng)促進(jìn)劑質(zhì)量濃度為2.0 g/L，其減量率可以高達(dá)35%，比5%苯甲醇下的減量率（24%）提高了11%，較無(wú)苯甲醇的減量率提高了一倍。當(dāng)繼續(xù)提高促進(jìn)劑濃度時(shí)，減量率無(wú)明顯變化，這是因?yàn)闇炀]纖維對(duì)OH-吸附達(dá)到飽和，吸附量不再增加。由上述分析可知，在促進(jìn)劑和苯甲醇的共同作用下，滌綸織物堿減量效果較好，可大大減少堿減量過(guò)程中堿用量。與單獨(dú)添加促進(jìn)劑或增塑劑苯甲醇相比，協(xié)同效果顯著。

2.5 織物Zeta電位分析

選擇無(wú)處理、純堿處理（10.0 g/L NaOH）、堿-促進(jìn)劑（10.0 g/L NaOH+2.0 g/L 1827）、堿-增塑劑（10.0 g/L NaOH+10%苯甲醇）、堿-增塑劑-促進(jìn)劑（10.0 g/L NaOH+10%苯甲醇+2.0 g/L 1827） 5種處方分別對(duì)滌綸織物進(jìn)行前處理，結(jié)束后按照1.3.5所述步驟測(cè)定滌綸織物表面的Zeta電位，結(jié)果如圖7所示。由圖7可知，未處理的滌綸織物減量率和電位均為0；與純堿劑處理相比，苯甲醇的使用對(duì)滌綸織物的表面電位變化不大，均為-31.0 mA左右；而經(jīng)過(guò)含有促進(jìn)劑1827處理液處理的滌綸織物，其表面Zeta電位明顯上升。這表明加入苯甲醇只是起到了降低了滌綸玻璃化溫度的作用，只有加入促進(jìn)劑才會(huì)有效提高滌綸織物表面Zeta電位。

2.6 促進(jìn)劑-增塑劑協(xié)同提高滌綸堿減量效率的作用機(jī)理

促進(jìn)劑-增塑劑的協(xié)同作用提升減量效率的機(jī)理可解釋為：當(dāng)處理液中加入促進(jìn)劑1827后，季銨鹽陽(yáng)離子表面活能迅速吸附到纖維表面，帶正電的季銨根離子會(huì)使織物表面的Zeta電位迅速上升，隨之羥基也更容易富集到滌綸纖維表面，增加OH-進(jìn)攻滌綸分子中帶正電荷羰基碳原子的能力。而苯甲醇對(duì)滌綸具有很好的增塑作用，能有效降低滌綸纖維的玻璃化溫度，使纖維分子鏈提前達(dá)到較為活躍的狀態(tài)，滌綸大分子的溶脹程度增加，纖維的內(nèi)表面積增加，促進(jìn)滌綸纖維的充分水解，從而達(dá)到降低堿用量的效果，其作用機(jī)制如圖8所示。因此，促進(jìn)劑-增塑劑協(xié)同作用可以顯著提高堿劑的減量效率。

2.7 織物性能測(cè)試

為了探究2.5中所述不同處理方式對(duì)滌綸織物物理性能的影響，分別分析對(duì)比了5種條件處理織物的毛效、白度、斷裂強(qiáng)力變化，結(jié)果如表1所示。由表1可知，經(jīng)過(guò)不同方式的堿減量處理后，滌綸織物芯吸高度均比未處理織物都有所增加高，其中處理液中同時(shí)含有增塑劑和促進(jìn)劑時(shí)，毛效提高了46.35%。這表明苯甲醇和促進(jìn)劑的協(xié)同作用能夠大幅降低織物的結(jié)晶度，進(jìn)一步提高了滌綸織物的親水性，這也更有利于后續(xù)染色與后整理的加工。與未處理織物相比，經(jīng)過(guò)不同堿減量處方處理的滌綸織物白度無(wú)明顯差異。在斷裂強(qiáng)力方面，雖然經(jīng)過(guò)堿減量處理的織物均比無(wú)處理的低，增塑劑的使用對(duì)織物的斷裂強(qiáng)力影響較小。

3 結(jié)論

針對(duì)傳統(tǒng)滌綸堿減量過(guò)程中耗堿量大、NaOH減量效率低的問(wèn)題，本文以1827為促進(jìn)劑，苯甲醇為增塑劑，重點(diǎn)探究了增塑劑-促進(jìn)劑協(xié)同作用對(duì)滌綸織物堿減量效率的影響，并分析比較了促進(jìn)劑使用前后堿減量織物的性能變化，主要研究結(jié)果如下：

a）在滌綸纖維的堿減量工藝中，促進(jìn)劑1827協(xié)同增塑劑苯甲醇可以有效提高滌綸織物堿減量率，相比純10 g/L NaOH下滌綸減量率提高了4.5倍。因此在達(dá)到相同堿減量效果的條件下，可以節(jié)省滌綸堿減量實(shí)際過(guò)程中堿劑的用量，降低對(duì)環(huán)境的污染程度。

b）促進(jìn)劑-增塑劑協(xié)同處理滌綸織物后，白度無(wú)明顯變化，其親水性得到明顯改善，有利于滌綸織物后道的印染加工。

利用1827促進(jìn)劑-苯甲醇協(xié)同作用為提高滌綸堿減量效率提供一種新的研究思路，這一發(fā)現(xiàn)不僅對(duì)提高滌綸織物的生產(chǎn)效率和環(huán)境友好性具有重要意義，而且為滌綸前處理工藝的綠色可持續(xù)發(fā)展提供了新的技術(shù)路徑。

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Accelerator-plasticizer synergistic improvement of alkali deweighting efficiency of polyester and its mechanism

CHENG" Wenjing1，" ZHANG" Hongjuan1，" DING" Lei1，" WANG" Zhengkai1，" SHEN" Chuliang2，" WANG" Jiping1

（1a. School of Textiles and Fashion; 1b. Shanghai Engineering Research Center for Clean Productionof Textile Chemistry， Shanghai University of Engineering Science， Shanghai 201620， China;2.Zhejiang Tonghui Textile Co.， Ltd.， Hangzhou 312000， China）

Abstract：

As one of the main synthetic fibers， polyester has the characteristics of excellent abrasion resistance， wrinkle recovery， and elasticity， and is irreplaceable in the garment industry. Currently， the alkali deweighting process has become an important processing step in improving the quality of polyester， but this step has several drawbacks， such as high alkali consumption， difficulties in processing， high energy consumption， severe environmental pollution， and considerable fabric damage.This paper focused on the study of alkali deweighting of polyester fibers， aiming to address the high alkali and energy consumption， and severe environmental pollution issues present in the traditional alkali deweighting process. Combined with previous research findings， this study used octadecyl dimethyl benzyl ammonium chloride （accelerator 1827） and benzyl alcohol as plasticizers， intending to increase the alkali deweighting rate of polyester fabrics through the synergistic effect of the accelerator-plasticizer combination. This， in turn， would reduce the required NaOH dosage， thereby reducing environmental pollution and minimizing production costs while ensuring the alkali deweighting effect on polyester fabrics. Experimental results showed that the addition of accelerator 1827 and benzyl alcohol significantly increased the alkali deweighting rate of polyester fabrics. Compared to a 10.0 g/L NaOH dosage， when the benzyl alcohol volume ratio in the treatment solution was 10%， and the concentration of accelerator 1827 was 2.0 g/L， the alkali deweighting rate of polyester fabrics increased from 6.3% to 34.9%， nearly an increase of 4.5 times， surpassing the deweighting rate （22%） at 35.0 g/L NaOH concentration. Thus， a high deweighting effect was achieved at a lower NaOH mass concentration， significantly reducing alkali usage and environmental pollution. Comprehensive tests of fabric properties showed that polyester fabrics treated with the accelerator-plasticizer synergy exhibited notably improved hydrophilicity， and the whiteness showed few changes， favoring subsequent dyeing and finishing processes.In conclusion， this paper successfully demonstrates that by regulating the concentration and usage ratio of the plasticizer and accelerator， the alkali deweighting rate of polyester can be significantly improved while production costs and environmental damage are lowered. This discovery not only has important implications for enhancing the production efficiency and environmental friendliness of polyester fabrics， but also offers a new technical path for the green and sustainable development of polyester pre-treatment processes.

Keywords：

polyester fabric; deweighting rate; plasticizer; accelerator; synergistic effect

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目（22108169）；上海市青年科技英才揚(yáng)帆計(jì)劃項(xiàng)目（21YF1416000）;浙江省清潔染整技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金項(xiàng)目（QJRZ2205）；上海工程技術(shù)大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目（CX2309013）

作者簡(jiǎn)介：程文靜 （2002—），女，安徽宣城人，主要從事紡織品前處理及應(yīng)用性能方面的研究。

通信作者：張紅娟，E-mail：hjz@sues.edu.cn