廢舊滌棉混紡織物活化方法的探討

廢舊滌棉混紡織物活化方法的探討

隨著消費(fèi)的增加，對(duì)老紡織環(huán)境的壓力變得越來越大。在采用NMMO溶劑法回收利用廢舊滌/棉混紡織物中含棉成分時(shí),此溶劑是纖維素纖維的直接溶劑,整個(gè)過程為物理過程,另外溶劑還可回收,但是廢舊滌/棉混紡織物中的含棉成分的聚合度高,結(jié)晶度大,造成纖維素在NMMO溶劑中的溶解率低,纖維素溶液黏度大,不利于纖維素膜的制備或紡絲的進(jìn)行。為此,在回收利用前需先對(duì)廢舊滌/棉混紡織物進(jìn)行活化,通過物理和化學(xué)的活化方法對(duì)纖維素進(jìn)行活化,可增加其活性表面,改善其微孔結(jié)構(gòu),促進(jìn)反應(yīng)試劑在其中的滲透、擴(kuò)散和潤(rùn)脹,提高反應(yīng)性能1實(shí)驗(yàn)部分1.1甲基嗎啉-n-氧化物/水沒食子酸鹽/乙二胺水沒食子酸廢舊滌/棉混紡織物(緯紗:滌/棉混紡紗線,經(jīng)紗:純滌綸紗線);N-甲基嗎啉-N-氧化物(NMMO)(含水率為50%,濃度為4.8mol/L,東京化成工業(yè)株式會(huì)社);一水沒食子酸(抗氧化劑)、乙二胺(國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司);氫氧化鈉(上海伊嘉利化工試劑有限公司)。1.2儀器和檢測(cè)方法YG061型電子單紗強(qiáng)力儀(山東萊州市電子儀器有限公司);ComTinuμM型紅外顯微鏡(美國(guó)尼高立儀器公司);BS-210S型電子分析天平(上海偉鷹衡器成套設(shè)備公司);D/Max-2550PC型X衍射儀(日本RIGAKU公司);DXS-10A型掃描電鏡(上海電子光學(xué)技術(shù)研究所)。1.3改性經(jīng)紗線的制備將廢舊滌/棉混紡織物拆成經(jīng)紗和緯紗,經(jīng)紗為滌綸、緯紗為滌/棉混紡紗。按照萃取方法分別對(duì)經(jīng)紗和緯紗進(jìn)行萃取,并采用苯酚/四氯乙烷(60/40)溶劑溶解緯紗——滌/棉混紡紗中的滌綸,經(jīng)過充分的溶解、水洗、揮發(fā)和干燥,得到純棉紗線便于進(jìn)行研究。純棉紗線和滌綸分別編號(hào)為A、B。本文主要采用4種活化方法1.3.1堿減量法提取棉、滌綸分別將3g純棉紗線、18g滌綸在室溫下于200mL18%的氫氧化鈉溶液中浸漬1h,用大量的蒸餾水和甲醇洗滌,在50℃真空下烘干,得到的棉、滌綸分別編號(hào)為A1.3.2活化法提取棉、滌綸分別將3g純棉紗線、18g滌綸浸漬在200mL18%的氫氧化鈉溶液中,并將裝有氫氧化鈉溶液的稱量瓶放置在超聲波清洗機(jī)中1h,用大量的蒸餾水和甲醇洗滌,在50℃真空下烘干,得到的棉、滌綸分別編號(hào)為A1.3.3乙二胺溶液中棉、滌綸的制備分別將3g純棉紗線、18g滌綸在40℃下于200mL75%的乙二胺溶液中浸漬4h,用大量的蒸餾水和甲醇洗滌,在50℃真空下烘干,得到的棉、滌綸分別編號(hào)為A1.3.4u3000屬性棉、滌綸的身份檢驗(yàn)分別將3g純棉紗線、18g滌綸浸泡在40℃的200mL75%的乙二胺溶液中,并將裝著乙二胺溶液的稱量瓶放置在超聲波清洗機(jī)中4h,用大量的蒸餾水和甲醇洗滌,在50℃真空下烘干,得到的棉、滌綸分別編號(hào)為A1.4nmmo-5-硫基苯磺酸nmmo-k的制備本文采用含水13.3%的NMMO作為棉纖維素的溶解劑,由于市售NMMO溶劑的含水率是50%,需要將溶劑NMMO減壓蒸餾。真空度為0.09MPa,蒸餾時(shí)采用油浴加熱,以溶劑中的溫度為準(zhǔn),時(shí)間為1.5~2h,溫度為120℃,蒸發(fā)掉過量的水,使之形成NMMO·H分別將未活化和活化后的棉纖維碎屑(<5mm×5mm)在60℃下真空干燥,按一定比例取樣品分散在NMMO溶劑(減壓蒸餾后加入抗氧化劑)中,在75℃下溶脹30min,攪拌5~15min并升溫至95℃下靜溶1h。2結(jié)果與討論2.1纖維素含量的測(cè)量α-纖維素是指在20℃下不溶于17.5%或18%氫氧化鈉溶液的纖維素,其聚合度一般大于200,工業(yè)上一般常用該含量表示纖維素的純度。本文實(shí)驗(yàn)所用的原料和經(jīng)4種活化方法處理得到的棉纖維素其α-纖維素含量和聚合度測(cè)試值如表1所示。表1中數(shù)據(jù)顯示,4種活化方法均能增加纖維素的純度,同時(shí)降低纖維素的聚合度。由A2.2激活法對(duì)絲綢質(zhì)量、延長(zhǎng)和結(jié)構(gòu)的影響對(duì)廢舊滌/棉混紡織物的回收利用,要保證在盡量減少滌綸損傷的前提下進(jìn)行,為此在選擇活化方法時(shí)也要堅(jiān)持這一原則。2.2.1乙二胺+超聲波活化滌綸前處理對(duì)滌綸表面改性的影響按一定比例將滌綸經(jīng)4種不同的活化方法處理后,稱量并計(jì)算滌綸的質(zhì)量損失率,結(jié)果如表2所示。結(jié)果表明,氫氧化鈉、氫氧化鈉+超聲波方法對(duì)滌綸的質(zhì)量影響較小,乙二胺活化對(duì)滌綸影響其次,而乙二胺+超聲波活化對(duì)滌綸的質(zhì)量影響較大,不符合盡量減少滌綸損傷的原則,理論上應(yīng)淘汰這種活化方法。圖1為乙二胺+超聲波處理前后滌綸的掃描電鏡照片。從圖中可清晰地看出損傷情況,因?yàn)橐叶?超聲波活化方法不僅侵蝕了滌綸的表面,使表面粗糙、凹凸不平,而且從活化后滌綸的電鏡照片中可看到有洞的現(xiàn)象,這種活化方法還侵蝕了滌綸纖維的內(nèi)部,不僅質(zhì)量會(huì)有較大程度的損耗,同時(shí)強(qiáng)度也會(huì)受到很大的影響。2.2.2拉伸性能的測(cè)試由上述討論可知,乙二胺+超聲波活化方法對(duì)滌綸質(zhì)量有較大的損傷,因此在討論對(duì)滌綸強(qiáng)力的影響時(shí)不再考慮這種活化方法,針對(duì)氫氧化鈉、氫氧化鈉+超聲波、乙二胺3種活化方法進(jìn)行討論?；罨昂鬁炀]的拉伸性能如表3所示。實(shí)驗(yàn)條件為:夾持長(zhǎng)度250mm,拉伸速度250mm/min,預(yù)加張力2.0cN/tex。從表3可知,3種活化方法均使滌綸紗線的斷裂強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率降低,只是降低的幅度不同,氫氧化鈉和氫氧化鈉+超聲波方法對(duì)滌綸力學(xué)性能的影響較小,對(duì)斷裂強(qiáng)度的降低率均小于10%,因?yàn)闅溲趸c對(duì)滌綸具有腐蝕作用,平時(shí)也會(huì)用氫氧化鈉對(duì)滌綸做堿減量處理。而乙二胺對(duì)滌綸損傷較大,處理后的強(qiáng)度小于處理前強(qiáng)度的一半。同樣為了回收利用的原則,乙二胺活化法被淘汰。2.2.3活化前后滌綸織物的紅外光譜剔除乙二胺+超聲波及乙二胺這2種活化方法,氫氧化鈉、氫氧化鈉+超聲波活化方法對(duì)滌綸質(zhì)量和力學(xué)性能都有輕微的影響,至于是否改變了其化學(xué)結(jié)構(gòu),可以根據(jù)圖2示出的活化前后滌綸的紅外光譜來分析。對(duì)比利用這2種活化方法活化前后滌綸的紅外光譜可以發(fā)現(xiàn),在譜帶位置和吸收峰強(qiáng)度上相差無幾,表現(xiàn)為它們?cè)?730cm2.3活化方法對(duì)棉纖維素結(jié)構(gòu)及溶解影響在考慮回收利用廢舊滌/棉混紡織物時(shí),要盡可能減少對(duì)滌綸的損傷。由4種活化方法對(duì)滌綸質(zhì)量、力學(xué)性能、化學(xué)結(jié)構(gòu)的影響可知,氫氧化鈉、氫氧化鈉+超聲波在這3個(gè)方面相差無幾,因此要綜合考慮到氫氧化鈉、氫氧化鈉+超聲波活化方法對(duì)棉纖維素結(jié)構(gòu)和溶解性的影響,從這2種活化方法中尋找到最好的一種方法。2.3.1活化方法對(duì)纖維素結(jié)晶效果的影響棉纖維素經(jīng)過活化后,其物理結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化,活化后棉纖維素的X射線衍射譜圖也發(fā)生了改變。圖3為活化前后棉纖維素的X射線衍射圖。由圖3可知,與未活化的棉纖維素相比,經(jīng)過活化后的纖維素結(jié)晶度發(fā)生了很大的變化。由X射線衍射曲線分別計(jì)算A、A由表4可知,2種活化方法均能降低纖維素的結(jié)晶度。在活化過程中,氫氧化鈉滲入結(jié)晶區(qū),分散到纖維素結(jié)構(gòu)中,減弱了纖維素的氫鍵作用,同時(shí)破壞了結(jié)晶結(jié)構(gòu);而且氫氧化鈉+超聲波活化方法在此方面的作用比氫氧化鈉活化方法稍大,超聲波可在一定程度上降低纖維素的結(jié)晶度。纖維素用氫氧化鈉溶液活化時(shí),其潤(rùn)脹程度增加,中、低序區(qū)溶出,也有更多的高序區(qū)向中、低序區(qū)轉(zhuǎn)移,聚合度下降,纖維素形態(tài)改變,由平行鏈轉(zhuǎn)化為反平行鏈堆砌結(jié)構(gòu),微晶取向基本保持不變,結(jié)晶度降低超聲波活化主要是利用其聲空化作用,借助崩潰時(shí)射流的沖擊、崩潰激波對(duì)固體界面的損傷解締纖維素分子氫鍵,使得纖維素表面甚至內(nèi)部的結(jié)構(gòu)受到損傷,變得不完整、松散,有效地破壞纖維素分子間的氫鍵結(jié)合,減小分子間作用力,增大其表面積,降低纖維素的結(jié)晶度2.3.2活化方法對(duì)棉纖維素溶解度的影響采用Takashi等提出的方法測(cè)定:將未活化和經(jīng)2種方法活化后的棉纖維素碎屑(<5mm×5mm)在60℃下真空干燥,取1g樣品分散在6gNMMO溶劑(減壓蒸餾后加入0.01g抗氧化劑)中,在75℃下溶脹30min,攪拌5~15min并升溫至95℃下靜溶1h從表4可知,2種活化方法均能增加纖維素的溶解度,A綜上考慮活化方法對(duì)棉纖維素結(jié)構(gòu)和溶解性的影響,氫氧化鈉+超聲波活化方法比氫氧化鈉活化方法更能降低纖維素的結(jié)晶度,增加纖維素的溶解性能,所以氫氧化鈉+超聲波活化方法更適合作為廢舊滌棉混紡織物的活化方法。3活化方法對(duì)棉纖維及nmmo性能的影響1)氫氧化鈉、氫氧化鈉+超聲波、乙二胺、乙二胺+超聲波活化方法均能降低纖維素的聚合度,提高纖維素的純度。氫氧化鈉+超聲波活化方法的降低程度最大,氫氧化鈉其次,乙二胺再次,乙二胺+超聲波最小。2)活化方法應(yīng)該盡量減少對(duì)滌綸的損傷,從質(zhì)量、力學(xué)性能、表面形態(tài)及化學(xué)結(jié)構(gòu)分析可得,氫氧化鈉、氫氧化鈉+超聲波比乙二胺、乙二胺+超聲波更適合用來活化纖維素。