水溶性聚酯浆料的结构性能和产品研发

周玉荣

（扬州瑞邦化工技术有限公司，江苏 扬州 225000）

水溶性聚酯（Water-Soluble Polyester，WPET）浆料，是利用缩聚合成反应生成的一种新型纺织工业用浆料。这类浆料主要由较大的分子构成，其中包含酯类基团（——COOR）与一部分水溶性强的基团，可由二元醇（如1,2-亚乙基二醇等）与二元酸（如1,4-苯二甲酸等）原料制备。鉴于其分子结构与涤纶类材料较为接近，且黏合性比涤纶材料强，非常适用于对其上浆[1]。

1 方法

本研究首先分析常见的WPET浆料分子结构式、红外（Infrared，IR）光谱、X-ray衍射图谱，其次测试该物质的黏度，用以评价WPET浆料的结构性能。

1.1 WPET浆料的结构性能

在合成方法上，WPET浆料和普通聚酯浆料大同小异，都是采用缩聚合成反应。通过合成反应得到化学结构式，通过扫描IR和X-ray可以获得IR图谱和X-ray衍射图谱。

1.2 短纤纱上浆技术

针对短纤纱上浆技术，从淀粉中WPET浆料质量分数对纤维黏附性的影响、淀粉/WPET浆料膜的差示扫描量热分析、不同WPET质量分数淀粉浆膜的结晶数据、WPET质量分数对淀粉浆膜强伸性的影响、不同WPET质量分数淀粉浆膜的电镜照片等数据进行分析。

1.3 长丝上浆技术

针对长丝上浆技术，从抗裂性的试验参数进行分析。

2 结果

2.1 短纤纱上浆

不同质量分数WPET淀粉浆膜的结晶数据如表1所示。

表1 不同质量分数WPET淀粉浆膜的结晶数据

2.2 长丝上浆

不同种类浆料的技术参数如表2所示。

表2 不同种类浆料的技术参数

3 讨论

3.1 结构性能

当下市售的WPET浆料通常是在聚对苯二甲酸乙二醇酯单体结构中引入5-磺酸-1,3-间苯二甲酸二甲酯这种亲水性的物质。在合成过程中，使用1,3-苯二甲酸能够提高产物的规整性，形成非结晶产物，合成反应有关的稳定剂、催化剂在环境温度、压力下完成。WPET浆料的化学分子结构中，分子式的左侧是1,4-苯二甲酸或者间苯二甲酸乙二醇酯基团，分子式右侧是异酞酸-5-磺酸钠二乙二醇酯基团[2]。常见的WPET的IR图谱，能够解析出磺酸基，有时依据制备要求也会添加一些二乙二醇、PEG、丁二醇等物质，用于改善产品的性状。涤纶与WPET在分子结构方面的相似度很高，聚对苯二甲酸乙二醇酯有着较大的分子质量，通常在17 000～240 000，而WPET浆料分子质量为 5 000～11 000。作为半结晶形状的聚对苯二甲酸乙二醇酯是一种高度聚合物，由高弹态转变为玻璃态的温度区间为70～80 ℃；WPET浆料是非晶态的物质，由高弹态转变为玻璃态的温度区间为40～60 ℃[3]。

3.2 短纤纱上浆技术

WPET浆料在参与短纤纱上浆的过程中，通常和变性淀粉同时使用，淀粉和聚酯的互溶特性对产品性能与分子结构发挥了决定性作用。相较于淀粉，WPET浆料与涤纶材质的吸附性增长53.89%，而对纯棉的吸附性则减少15.94%。当WPET浆料中的高聚物由高弹态转变为玻璃态的温度为 50 ℃时，淀粉并不能干扰WPET浆料的玻璃化温度。这一结果表明：WPET浆料与淀粉间无相互影响。

从表1的数据中可以发现，在淀粉氧化浆料里加入WPET浆料，能够减小和降低膜的晶粒与结晶度，增加断裂伸长，调节淀粉脆硬性质；10%以内的WPET能够显著提升膜强度，这一提升随着质量分数的加大而变得不明显。通过电镜扫描图可以看出，添加10%的WPET浆料，整个表面会更均匀、平滑，这是因为WPET浆料存在于无定形区域，能抑制结晶的生长[4]。

3.3 长丝上浆抗裂性技术

涤纶长丝上浆这一步骤在上喷水织机前需要使用丙烯酸浆料。相较于含有丙烯酸的浆料，WPET浆料对人工合成纤维的附着力更好。长丝上浆和腈纶上浆相比，上浆率减少25%，成本显著降低；能够快速干燥，因此施胶生产效率高，质量优良，织机效率接近99%；退浆操作也能在无碱、低碱时实施，能够降低对聚酯的损害，无异味、无污染。喷水织机使用的WPET浆料在室温下应具有较好的耐水性，即溶解度低于短纤维使用的WPET浆料；相对分子质量高于短纤维WPET浆料；玻璃化转变温度按季节分为夏季和冬季，技术参数参照表2。采用浆纸法测定其抗裂性，抗裂性为浆膜的断裂强度×延伸率÷弹性模量，抗裂性越小，越容易发生扭折[5]。

3.4 WPET 浆料的系列研究

3.4.1 含隐性水溶性基团的WPET浆料

获得聚酯水溶性的方法主要有亲水性单体法和隐性水溶性单体法。可溶性多元酸和多元醇通常含有磺酸基和乙烯醚链；在合成过程中，在聚酯分子链中引入亲水性单体，使聚酯溶于水或分散于水中[6]。

3.4.2 根据纤维种类定制WPET浆料

作为使用性能优良的聚酯，有各种各样的单体可供选择。优化二元酸和二元醇单体可以得到由高刚度到高柔软度的聚酯材料[7]。根据纤维类型定制WPET浆料上浆，在纺织上浆技术领域有着非常广阔的发展前景。例如一种含萘的啜吸剂，以提高碳纤维的附着力；一种含羧基封端不饱和基团的WPET浆料。聚酯接枝丙烯酸酯的思想可以丰富WPET浆料体系，开发新的高能浆料。

4 结语

WPET浆料的应用已经引起人们的高度关注。对于短纤纱，WPET浆料通常与淀粉混用，能够减小和降低晶粒和结晶度，完善膜的脆硬度，鉴于水溶性聚酯和淀粉在结构上的相互作用相对缺乏，当水溶性聚酯的加入量大于10%时，膜会出现显著的分离。与此同时，已有的WPET浆料也有固有的缺陷，应在后续的研究中有针对性地完善，制备出性能更加良好的WPET浆料。