废旧聚酯瓶制备PET沉析纤维及性能研究.doc

废旧聚酯瓶制备PET沉析纤维及性能研究我国是世界上最大的聚酯生产国,随着聚酯瓶应用范围的不断增加,其消费量呈现快速增长趋势,聚酯瓶大量消费后产生的资源浪费和环境污染问题备受关注,因此研究废旧聚酯瓶回收再利用具有重要的社会和经济效益。目前,聚酯瓶再生切片已广泛应用于非织造布和聚酯短纤的生产,但对于制备具有差异化纤维等研究较少。本文以聚酯瓶再生切片为原料,采用沉析法制备出聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)沉析纤维,并探讨PET沉析纤维的成形机理、结构性能、表面形貌等物化性能。同时对PET沉析纤维的亲水性进行改性研究,制备出一种亲水性较好的聚对苯二甲酸乙二醇酯/聚己二酰己二胺(PET/PA66)复合沉析纤维。本文首先分析了聚酯瓶再生切片在苯酚和四氯乙烷混合溶剂中的溶解机理,其次测定该聚合物的特性粘度和分子量,以及聚酯瓶再生切片和PA66切片的结构和热稳定性能。结果表明:聚酯瓶再生切片经造粒过程,其粘度降低为0.61-0.89dL/g,相对分子量在16723-26508间,表明聚酯瓶再生切片满足聚酯成纤条件。通过傅里叶红外光谱仪(FTIR)和热重分析仪检测,结果显示聚酯再生切片和PA66切片纯度较高,其熔融温度分别为432.8°C和455.3°C,说明两种切片的热稳定性较好。其次研究了PET沉析纤维的成形机理,发现PET沉析纤维成形过程包括双扩散,凝固和相分离三个过程,并且沉析纤维表面形态受凝固剂扩散系数的影响较大。本文主要研究剪切速率对PET沉析纤维长度、表面形貌、结构特征、结晶性能和热稳定性的影响。结果表明:随着剪切速率的增大,PET沉析纤维的重均长度呈正态分布,长度主要集中在0.15-0.55mm间,纤维外形呈带状,其结晶度和热稳定性均随剪切速率的增大而增大,当剪切速率为5000r/min时纤维的热稳定性基本保持不变,说明高剪切速率有利于沉析纤维热稳定性的提高。由于PET沉析纤维亲水性较差,一定程度上限制其在纸张抄造中的部分性能。因此本研究选用含亲水基团较多的PA66切片,通过物理共混的方法对PET沉析纤维亲水性进行改性,制备得到PET/PA66复合沉析纤维。研究了不同配比PET/PA66复合沉析纤维的打浆度、接触角、表面形态和结构特征等性能。结果表明,PET/PA66复合沉析纤维在3305cm-1、1636cm-1、1539cm-1出现特征峰,分别属于-NH伸缩振动峰和酰胺Ⅰ带及酰胺Ⅱ带。研究发现随着PA66含量的增加PET/PA66复合沉析纤维长度呈减小趋势,其长度主要分布在0.15mm左右,纤维在R100-R200间占到62.1%-81.5%。复合沉析纤维外形呈带状且纤维直径较小。随着PA66含量的增加,纤维的打浆度呈增大趋势最后保持在27°SR、接触角依次减小、纤维分散效果依次变好。XRD和热性能结果显示PET和PA66切片在2θ为22.3°处衍射峰出现叠加现象,并且共混后测得复合沉析纤维仅出现一个熔融峰,说明PET/PA66混合溶液的相容性较好。最后将形态相同的自制PET沉析纤维与采用熔融纺丝再经分丝帚化制得的市售PET浆粕进行性能对比。通过纤维质量分析仪、扫描电子显微镜(SEM)、原子力学显微镜(AFM)、FTIR等检测手段进行表征。结果表明:PET沉析纤维在水介质中均匀分散且稳定性较好,而市售PET浆粕则絮聚分散于水面上。PET沉析纤维的重均长度相比PET浆粕的重均长度较小,主要在0.1-1.0mm间,其细小纤维含量分别为70.4%、57.6%。SEM和AFM图像显示,PET沉析纤维相比PET浆粕纤维表面粗糙度大,纤维外形呈带状,表面有褶皱,而PET浆粕表面光滑,外形呈棒条状。此外PET沉析纤维结晶度略高于PET浆粕,分别为37.88%和33.26%;沉析纤维的初始分解温度和最大分解温度均高于PET浆粕的初始分解温度和最大分解温度,说明自制PET沉析纤维比PET浆粕的热性能优异。