基于废旧涤纶纺织品的再生聚酯降解流变行为研究.docx

    基于废旧涤纶纺织品的再生聚酯降解流变行为研究    张晨曦+赵国樑+杨中开Reference：以废旧涤纶纺织品再生聚酯和原生聚酯为原料，采用Rosand RH-7型毛细管流变仪对其降解流变行为进行研究结果表明：一定温度下降解处理后，再生聚酯和原生聚酯仍表现出典型的假塑性流动行为；与原生聚酯相比，一定温度范围内，再生聚酯在较低的温度下即开始发生降解，且降解主要发生在降解处理的前 5 min；随着剪切速率的提高或者停留时间的延长，2 种聚酯的△Eη均呈下降的趋势，但再生聚酯的△Eη均略大于原生聚酯的△Eη；与原生聚酯相比，再生聚酯的结构粘度指数均较大，预示再生聚酯在熔纺加工时可纺性较差Keys：废旧涤纶纺织品；再生聚酯；降解流变行为；粘流活化能；结构粘度指数TQ342.21 ：AA Study on the Degradation-rheological Behavior of PET Regenerated from Used Polyester TextilesAbstract： TPET regenerated from used polyester textiles and native polyester were used as raw materials and their respective degradation-rheological behavior was studied by using Rosand RH-7 capillary rheometer. The results showed that after the degradation process at certain temperature， both materials showed a typical pseudoplastic flow behavior. Compared with native polyester， the regenerated polyester started degrading at a lower temperature， and the degradation occurred mainly within the first 5 min. of the degradation process. With the increase of shear rate or the retention time of the degradation treatment， the△Eη of both polyesters was found decreasing. Compared with the native polyester， the structural viscosity index of the regenerated polyester was relatively higher， predicting that the regenerated polyester would exhibit poor spinnability in the melt spinning process.Key words： waste polyester textiles； regenerated polyester； degradation-rheological behavior； flow activation energy； structural viscosity index本研究以由废旧涤纶纺织品（军装）经醇解再聚合得到的再生聚酯切片为原料，利用毛细管流变仪考察其在不同降解条件下的流变行为，并与直接由PTA和EG聚合得到的聚酯切片（简称“原生聚酯”）进行对比，以期为由废纺所得再生聚酯的纺丝工艺优化与精准控制提供基础数据。

1 实验1.1 原料再生聚酯切片：浙江富源再生资源有限公司，由废旧涤纶军装经醇解、液相增粘所得，特性粘数0.684 dL/g；原生聚酯切片：天津石化有限公司，膜级大有光切片，特性粘数0.670 dL/g1.2 测试与表征1.2.1 降解流变行为测试仪器：Malven公司Rosand RH-7型毛细管流变仪；测试条件：采用材料降解模式毛细管长径比16/1，毛细管直径0.5 mm，剪切速率（）2 000 ～ 10 000 s-1，降解时间（用样品在料筒内的停留时间表示）分别为 0、5、10 min，再生聚酯测试温度280、285、290、295 ℃，原生聚酯测试温度285、290、295、300 ℃；测试方法：将经真空干燥箱充分干燥的 2 种聚酯切片放入已设置好测试条件并达到设置温度的流变仪料筒中，开始测试得到不同条件下的流变行为曲线，并收集流变仪测试后的样品，进行其他相关测试1.2.2 红外表征仪器：Bruker Tensor 27型红外光谱仪；测试方法：扫描范围600 ～ 4 000 cm-1，扫描次数32次，分辨率 4 cm-11.2.3 特性粘數测试仪器：德国LAUDA S6全自动粘度计；实验按照GB/T 14190 — 2008《纤维级聚酯切片（PET）试验方法》进行。

1.2.4 灰分测试仪器：灰化炉，马弗炉，瓷坩埚；测试按照GB/T 14190 — 2008《纤维级聚酯切片（PET）试验方法》进行2 结果与讨论2.1 不同条件下的降解流变行为由图 1 可见，再生聚酯流变行为呈假塑性流体流动在290 ℃以下时，随降解时间增加，在相同温度、相同剪切速率下表观粘度ηa均呈现明显下降趋势；而从 5 min延长到10 min的过程中，表观粘度基本没有变化但当温度升高到295 ℃时，停留时间10 min表观出的粘度变化相对 5 min较为明显原因是在上述温度时，再生聚酯大分子在热及氧的作用下，发生了降解；降解过程既包含聚酯分子结构的改变如产生双键等，又包含分子链的断链由降解前后样品的红外表征（图 2）可知，再生聚酯大分子的结构并未发改变，因此可以推测该温度下降解主要是大分子的断链即分子量有所下降（表 1、表 2 中，2 种聚酯降解后的特性粘数均有所下降）；同时由于断链的非均匀性还会导致分子量分布变宽，分子链间的缠结作用及受剪切作用后的拖曳作用减弱，从而表现为表观粘度下降当温度低于290 ℃时，降解程度有限，因此降解时间从 5 min到10 min时，粘度基本无变化；但当温度较高（达到295 ℃）时，再生聚酯的降解程度大大增加，从而延长停留时间后，熔体表观粘度表现出较为明显的下降。

由图 3 可见，原生聚酯相对再生聚酯停留时间对其影响基本一致，同样是 5 min以内停留时间变化对其表观粘度影响较大，停留时间在 5 min以上，延长时间对物料的表观粘度影响不大；不同的是在295 ℃时，停留时间由 5 min延长到10 min，表观粘度下降也不明显，直到升高温度到300℃时，粘度变化开始显著由此可得，单从减弱聚酯热降解程度来说，纺丝加工时，停留时间在 5 min以内较理想，而再生聚酯热降解与原生聚酯相比对温度更为敏感此外，在相同的条件下原生聚酯的表观粘度总是高于再生聚酯，这可能与再生聚酯的分子量分布宽于原生聚酯有关2.2 不同降解条件下的非牛顿指数不同降解条件下，2 种聚酯的非牛顿指数数据如表 3、表 4 所示由此可知，随着温度提高或者停留时间的延长，2 种聚酯的非牛顿指数均呈变大趋势原因是升高温度使分子间作用力减弱，有利于聚酯大分子的运动及解缠结，因此流动性好，非牛顿指数变大；延长停留时间会加大聚酯的热降解，从而降低聚酯的分子量并产生其他小分子，使整个体系流动性提高，非牛顿指数变大从表 3、表 4 还可发现，相同温度、无停留时再生聚酯的非牛顿指数大于原生聚酯原因是再生聚酯经过二次聚合过程，分子量分布变宽，从而低分子量部分增多；且再生聚酯中含有染料、分散剂等添加剂以及无机灰尘（表 5）等，这些低分子量部分和无机粒子对大分子起到了增塑或“滚珠”作用，因此非牛顿指数变大。

另外还可发现，当停留时间从 0 min延长到 5 min，2 种聚酯非牛顿指数均变化较大这可能是由于降解大部分发生在前 5 min，降解使分子链变短，非牛顿指数变化明显，5 min后降解程度变小；当停留时间从 5 min延长到10 min，再生聚酯在295 ℃时，非牛顿指数开始有明显变化，而在温度达到300 ℃时，原生聚酯的非牛顿指数才有大的变化这再一次说明，再生聚酯在295 ℃降解程度有所加剧，而原生聚酯则是在300 ℃以上才会有这一现象，再生聚酯对高温热降解更加敏感，启示再生聚酯纺丝加工时应使用较低的纺丝温度2.3 粘流活化能表 6 和表 7 分别是再生聚酯和原生聚酯在不同条件下的粘流活化能数据在相同停留时间下，随着剪切速率变大，2 种聚酯的粘流活化能△Eη均变小但在相同条件下再生聚酯的粘流活化能均高于原生聚酯，其原因可能是再生聚酯中的杂质一定程度上跟聚酯分子发生了络合，导致大分子柔性变差，粘流活化能变大，这也意味着再生聚酯的表观粘度ηa对温度更加敏感该结果启示在再生聚酯纺丝加工过程中，应严格控制纺丝加工温度以及物料在螺杆中的停留时间2.4 结构黏度指数结构黏度指数△η是表征聚合物熔体结构化程度的参数，是衡量可纺性的重要指标，可在一定程度上表征纤维成形的难易程度。

结构黏度指数越大，流体的结构化程度越大，纺丝越难，纤维的力学性能也较差在不同降解条件下，2 种聚酯的结构黏度指数如表 8、表 9 所示由此可知，在相同温度下，再生聚酯熔体的结构黏度指数比原生聚酯略大，即再生聚酯的结构化程度较高，所以可纺性较原生聚酯要差；随温度升高，2 种聚酯的结构黏度指数均呈现出降低趋势，原因是温度升高，分子热运动加快，分子间空隙变大，熔体的流动性变好，结构化程度减少，进而表观粘度也降低所以从这个角度来看，在一定范围内提高纺丝温度有利于再生聚酯加工3 结论经在一定温度下降解处理后，与原生聚酯相比，再生聚酯在较低的溫度下即开始发生降解，且主要发生在降解处理的前 5 min；经在一定温度下进行降解处理后，再生聚酯和原生聚酯仍表现出典型的假塑性流动行为；随着剪切速率的提高或停留时间的延长，2 种聚酯的△Eη均呈下降趋势，但与原生聚酯相比，再生聚酯的△Eη和结构粘度指数均较大，其对温度更加敏感，熔纺可纺性较差Reference（略） 轩辕书社  -全文完-。