孟繼承，官軍，顧日強，孟令鵬，章小泉，占海華

(1.紹興文理學(xué)院，浙江 紹興 312000；2.浙江佳人新材料有限公司，浙江 紹興 312000)

0 引言

在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)體系中，高分子聚合物材料大量應(yīng)用到人類的日常生活中，而且以化學(xué)纖維在紡織產(chǎn)品中的應(yīng)用最為廣泛。由于聚酯纖維(PET纖維)是化學(xué)纖維最主要的品種，約占世界化學(xué)纖維產(chǎn)量的80%，隨著聚酯纖維應(yīng)用的不斷拓展和產(chǎn)量的不斷增加，如何處理廢棄紡織品中的聚酯纖維從而減少對環(huán)境的負(fù)面影響成為國際上普遍關(guān)注的研究課題。廢舊紡織品存在成分復(fù)雜及品質(zhì)波動大的特點，對廢舊紡織品的綜合利用是一項極其復(fù)雜的技術(shù)難題。同時，隨著社會發(fā)展與生活質(zhì)量提升，人們對纖維紡織品的需求從原始的驅(qū)寒保暖、遮蔽身體逐漸轉(zhuǎn)向時尚美學(xué)與健康防護(hù)，常規(guī)PET纖維落后產(chǎn)能已逐漸被淘汰，新興超大容量、循環(huán)再生、節(jié)能減排等新型PET纖維已成為流行趨勢[1]。在此背景下，國家對紡織行業(yè)的規(guī)劃發(fā)展也逐漸向高質(zhì)量、綠色制造、多品種和差別化等方向轉(zhuǎn)變。因此，在綜合利用廢舊紡織品的基礎(chǔ)上實現(xiàn)聚酯纖維的高效再生回收及差別化功能改性，以進(jìn)一步提高產(chǎn)品的附加值，這是比較現(xiàn)實可行的發(fā)展方向，化纖行業(yè)也急需得到有力的科學(xué)研究成果支持并最終達(dá)到實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的目標(biāo)。

本論文研究化學(xué)法循環(huán)再生陽離子染料可染聚酯的化學(xué)結(jié)構(gòu)與組成、結(jié)晶性能、熱性能和相應(yīng)的預(yù)取向纖維的牽伸性能。該共聚酯是將廢舊聚酯纖維經(jīng)過化學(xué)法循環(huán)再生處理得到，同時在聚酯合成的過程中添加了第三單體間苯二甲酸-5-磺酸鈉，實現(xiàn)了陽離子染料可染的化學(xué)改性。在成功實現(xiàn)該共聚酯合成的基礎(chǔ)上，將其與采用PTA直接酯化法工藝生產(chǎn)的陽離子染料可染聚酯進(jìn)行綜合對比，對其化學(xué)結(jié)構(gòu)與組成，包括以上各項性能進(jìn)行系統(tǒng)研究分析，進(jìn)一步論證該共聚酯產(chǎn)品實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的可行性。

1 試驗部分

1.1 原材料

廢舊紡織品：聚酯纖維材料為主要組成，約90%以上，外購；乙二醇：中國石化股份有限公司上海分公司產(chǎn)；甲醇：上海焦化有限公司產(chǎn)；間苯二甲酸-5-磺酸鈉(簡稱SIPA)，德州瑞橋化工有限公司產(chǎn)；醋酸鈉：東臺市天寧化纖有限公司產(chǎn)；鈦酸四丁酯，南京優(yōu)普化工有限公司產(chǎn)；陽離子染料可染聚酯切片(簡稱CD)：采用PTA直接酯化法工藝技術(shù)，杭州棟華實業(yè)投資有限公司產(chǎn)。

1.2 試驗設(shè)備

浙江佳人新材料有限公司年產(chǎn)5 000噸試驗裝置，包括廢舊紡織品分揀、聚酯纖維醇解、酯交換反應(yīng)釜、縮聚反應(yīng)釜及切粒成形等裝置，配套聚酯生產(chǎn)的常規(guī)檢測項目。

日本TMT公司產(chǎn)POY紡絲及卷繞機，日本TMT公司產(chǎn)高速加彈機。

1.3 再生陽離子染料可染聚酯的合成

以廢舊紡織品為原料，采用化學(xué)法循環(huán)回收的方法生產(chǎn)再生陽離子染料可染聚酯(簡稱RCD)，整個合成過程存在多步驟。首先，將廢舊紡織品粉碎、洗凈、熔融并解聚，然后將解聚物通過甲醇實施酯交換反應(yīng)生成DMT并提純，再將乙二醇酯交換反應(yīng)生產(chǎn)酯化物BHET；其次，通過SIPA與乙二醇實施酯化反應(yīng)合成間苯二甲酸乙二醇酯-5-磺酸鈉(簡稱SIPEG)；最后，將SIPEG作為第三單體與精制后的酯化物進(jìn)行混合，并通過縮聚反應(yīng)得到再生陽離子染料可染聚酯。

與PTA直接酯化法工藝技術(shù)比較，廢舊紡織品化學(xué)法循環(huán)再生聚酯纖維的生產(chǎn)采用以上再生聚酯DMT法工藝技術(shù)，過程相對比較復(fù)雜。具體如圖1所示。

圖1 再生聚酯DMT法工藝技術(shù)與PTA直接酯化法工藝技術(shù)的比較

1.3.1 原料廢舊紡織品的高效預(yù)處理

廢舊紡織品的預(yù)處理是再生聚酯纖維制造過程的第一步，由于廢舊紡織品存在混紡纖維及染料的影響，并且收集方式的不同也帶來了聚酯分子量分布各異的問題，因此分揀的工序分為兩部分。一是去除各種雜物的過程，生產(chǎn)裝置使用雙軸破碎機和帶式輸送機實現(xiàn)紡織品的高效破碎及高密度儲存輸送，二是通過乙二醇將不同分子量的聚合物進(jìn)行解聚，從而生產(chǎn)初級的酯化物對苯二甲酸雙羥乙酯(簡稱BHET)。

以上過程存在較高的不確定因素，不同收集方式的廢舊紡織品在分揀時還需要應(yīng)對各種物理性雜物的負(fù)面影響，盡量提高廢舊紡織品的聚酯纖維使用比例是實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)的重要因素，以降低去除各種雜物帶來的裝置運行成本，保持連續(xù)運轉(zhuǎn)的高效破碎機需具備切碎各種紡織品的功能，同時具有篩選剔除金屬雜物的功能，確保進(jìn)入解聚反應(yīng)釜的初級原料不會對帶有攪拌器和傳感器的設(shè)備產(chǎn)生安全問題。

醇解過程是聚酯縮聚反應(yīng)的逆向反應(yīng)過程，因此是化學(xué)法的步驟?；瘜W(xué)法是采用降解試劑作為反應(yīng)物，將高聚物降解為低聚物或單體的過程，常見的降解試劑有酸或堿的水溶液和醇類試劑[2]。通過乙二醇的解聚，來源不同的各種廢舊紡織品中不同聚合度的聚酯纖維得到有效分解，一些苯胺結(jié)構(gòu)的染料化合物也進(jìn)入了解聚物，甚至一些聚酰胺成分的高聚物也存在，因此需要對解聚物進(jìn)行初級過濾；在進(jìn)一步去除雜物的同時，利用酯化物BHET熔融溫度較低(110 ℃)的特性過濾熔點較高的其他高分子聚合物。

1.3.2 再生聚酯的酯化物精制

經(jīng)過解聚后的粗BHET需要精制，采用的方法是先使用甲醇進(jìn)行酯交換反應(yīng)，生成對苯二甲酸二甲酯(簡稱DMT)。該DMT為粗制的中間產(chǎn)品，也需要進(jìn)一步提純?nèi)コs質(zhì)。

粗DMT中主要存在兩部分雜質(zhì)，如對甲基苯甲醛(PT醛)和2-羥基對苯二甲酸二甲酯(羥基DMT)。前者進(jìn)入后續(xù)聚酯生產(chǎn)會影響分子鏈的結(jié)合，使紡絲出現(xiàn)斷頭，由于PT醛溶于甲醇，可以采用結(jié)晶法提純。后者對后續(xù)聚酯生產(chǎn)的產(chǎn)品色澤有負(fù)面影響，由于不能用結(jié)晶法去除，需采用精餾法提純，提純后DMT的純度在99%以上[3]。

結(jié)晶分離采用間歇式的生產(chǎn)方式，過程為二次結(jié)晶和三次洗滌。初期是減壓絕熱的過程，要求結(jié)晶罐密封良好，最后一次洗滌必須使用新鮮甲醇，濾液可以逆向循環(huán)使用。第一離心分離機分出的濾液中甲醇含量高，需送至甲醇精餾裝置回收甲醇。

二次結(jié)晶后的DMT先送至熔融罐熔融，后送入精餾塔實施減壓精制，以去除羥基DMT。真空由水蒸汽噴射泵產(chǎn)生，真空系統(tǒng)形成的富甲醇水送至甲醇回收工序進(jìn)一步回收。精餾塔頂?shù)牟沙鑫餅榧僁MT，送入酯交換工序。

將含有一定量酯交換催化劑的乙二醇溶液預(yù)熱后，與一定量熔融的DMT混合，在酯交換反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)，生成BHET和甲醇，甲醇進(jìn)一步回收處理。乙二醇是二元醇，可以同時和兩個酯基(—OCH3)進(jìn)行酯交換，因此在酯交換反應(yīng)中除了主反應(yīng)生成物BHET外，也可能生成低熔點的二聚體(熔點167 ℃)、三聚體(熔點200～202 ℃)、四聚體(熔點220 ℃)、環(huán)狀低聚物(熔點247～316 ℃)及二甘醇(DEG)。

酯交換反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，在152 ℃以下很難進(jìn)行反應(yīng)，只有在適當(dāng)?shù)拇呋瘎┳饔孟拢?75 ℃以上才能得到95%以上的轉(zhuǎn)化率，因此提高溫度有利于反應(yīng)進(jìn)行和甲醇蒸汽的排出。但溫度過高會使副反應(yīng)顯著增加，由于DMT的熔點僅為140 ℃，因此在175 ℃以上且溫度升高的情況下極易升華，DMT閃蒸至精餾塔和酯交換冷凝器，使大量DMT冷卻在酯交換冷凝器中，導(dǎo)致冷凝器列管堵塞[4]。

1.3.3 第三單體的合成

陽離子染料可染聚酯在合成過程中的關(guān)鍵單體是間苯二甲酸乙二醇酯-5-磺酸鈉(簡稱SIPEG)，目前采用間苯二甲酸-5-磺酸鈉(簡稱SIPA)與乙二醇進(jìn)行酯化反應(yīng)取得，具體的合成過程如圖2所示。

圖2 SIPA與乙二醇的酯化反應(yīng)過程

由于酯化反應(yīng)是在常壓下進(jìn)行的，因此反應(yīng)溫度上升比較緩和。實際生產(chǎn)中，反應(yīng)溫度達(dá)到172 ℃時，酯化反應(yīng)的副產(chǎn)物水開始產(chǎn)生。為了控制反應(yīng)時間，生產(chǎn)中對酯化水產(chǎn)生之前的混合升溫采取全程加熱的控制方式，同時設(shè)定了后續(xù)的升溫和保溫時間，分別是達(dá)到反應(yīng)溫度后和繼續(xù)升高15 ℃后，最后達(dá)到190 ℃后停止加熱。由于保溫時間可以根據(jù)產(chǎn)品的檢測分析和后續(xù)聚酯生產(chǎn)的使用情況調(diào)整，因此酯化反應(yīng)的反應(yīng)時間也相應(yīng)可以調(diào)整。隨著摩爾比的上調(diào)，酯化反應(yīng)結(jié)束后的酯化率逐漸上升。由于最終SIPEG溶液會加入聚酯裝置的酯化反應(yīng)釜與BHET(再生聚酯生產(chǎn)過程中經(jīng)過精制的酯化物)進(jìn)行混合，同時在酯化反應(yīng)釜中繼續(xù)進(jìn)行酯化反應(yīng)，因此生產(chǎn)SIPEG的酯化反應(yīng)存在一個合適的酯化反應(yīng)轉(zhuǎn)化率。根據(jù)酯化反應(yīng)的可逆反應(yīng)特點分析，提高摩爾比應(yīng)該對提高酯化反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率有利。

1.3.4 陽離子染料可染聚酯的合成

第三單體在聚合裝置的酯化反應(yīng)釜中與酯化物進(jìn)行充分的混合，達(dá)到一定的溫度后進(jìn)入縮聚反應(yīng)釜，在急劇閃蒸后物料開始處于真空狀態(tài)使得縮聚反應(yīng)緩慢開展，并通過調(diào)整真空度和縮聚反應(yīng)溫度不斷提升聚合度，達(dá)到理想的黏度值后出料并水下切粒，得到再生陽離子染料可染改性聚酯切片。合成過程需充分理解聚合反應(yīng)的特性，即陽離子改性聚酯雖然特性黏度較常規(guī)聚酯低，但其動力黏度略大于常規(guī)聚酯熔體，降解速度也明顯大于常規(guī)聚酯熔體[5]。

再生陽離子染料可染改性聚酯生產(chǎn)過程中，由于單體和助劑極性基團(tuán)的引入，會生成凝聚粒子，其中硫酸根會與金屬離子反應(yīng)生成沉淀物，這是熔體過濾器堵塞的主要因素之一，因此原料SIPA的硫酸根指標(biāo)應(yīng)該嚴(yán)格控制。

1.4 性能測試

1.4.1 紅外光譜測試

采用日本島津株式會社的傅里葉變換紅外光譜儀(FTIR)，型號為IRPrestige-21。在波長550～4 000 cm-1范圍內(nèi)采集參比背景光譜，并固定聚酯纖維，依次進(jìn)行檢測，通過譜圖分析得出化學(xué)結(jié)構(gòu)。

1.4.2 差示掃描量熱(DSC)測試

采用瑞士Mettler-Toledo公司的DSC差示掃描量熱儀，型號為DSC1。稱取聚酯切片樣品5～8 mg，放入小坩堝中，氮氣保護(hù)，流量約45 mL/min，升溫速度10 ℃/min，從25 ℃升到280 ℃，保溫5 min以消除熱歷史，隨后以80 ℃/min降溫至0℃，淬冷，保溫5 min。再以10 ℃/min升溫到280 ℃，得到升溫曲線。280 ℃保溫5 min后，以10 ℃/min降溫到0 ℃，得到降溫曲線。處理數(shù)據(jù)得到玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg、冷結(jié)晶峰ΔHcc、冷結(jié)晶溫度Tcc、熱熔融峰ΔHm、熔融溫度Tm及熔融結(jié)晶溫度Tmc等數(shù)據(jù)。

1.4.3 熱重(TGA)測試

采用日本精工儀器有限公司的綜合熱性能分析儀，型號為TG/DTA6300。稱取聚酯切片樣品5～8 mg，以空坩堝參比，在高純氮氣100 mL/min保護(hù)下進(jìn)行測試，升溫速率為5 ℃/min，升溫范圍為25～600 ℃，間隔掃描0.5 s。得到TG曲線，取得測試數(shù)據(jù)。

1.4.4 掃描電子顯微測試

采用韓國SEC公司的掃描電子顯微鏡，型號為SEM3000M。取一根適當(dāng)長度的聚酯纖維樣品，固定在工作臺并置于導(dǎo)電膠上進(jìn)行噴金處理，設(shè)定掃描電子顯微鏡的工況條件為20 kV、×1K、30 μm，觀察并拍攝纖維的外觀形貌。

1.4.5 強伸度測試

采用常州市第二紡織儀器廠的全自動單紗強力機，型號為YG023B-Ⅱ。試驗溫度為25 ℃，試驗濕度65%，試樣預(yù)加張力為0.05 cN/tex，夾持長度為250 mm，試驗速度為1 000 mm/min。

2 結(jié)果與討論

2.1 聚酯的化學(xué)結(jié)構(gòu)與組成

如圖3所示為CD和RCD的紡絲產(chǎn)品POY的紅外光譜圖，表1為CD和RCD的伸縮振動吸收峰的峰譜歸屬。由圖3可見，CD和RCD的主要譜帶特征大致相同，大部分的峰位重疊，由于相同的官能團(tuán)或相同的鍵型往往具有相同的紅外吸收特征頻率，因此CD和RCD的化學(xué)結(jié)構(gòu)和組成基本一致。但RCD波數(shù)為709,1 014 cm-1處的吸收峰增強，而且部分峰位向高頻方向有所偏移。

圖3 陽離子染料可染POY聚酯纖維CD和RCD的紅外光譜圖

表1為陽離子染料可染POY聚酯纖維CD和RCD的部分主要紅外吸收譜帶對比分析。

表1 陽離子染料可染POY聚酯纖維CD和RCD的主要紅外吸收譜帶數(shù)據(jù)

2.2 聚酯的結(jié)晶性能分析

圖4、圖5分別為CD和RCD聚酯切片樣品升溫及降溫過程中的DSC曲線。由圖4可以看出，升溫過程中RCD聚酯切片的冷結(jié)晶峰明顯寬于CD聚酯切片，且結(jié)晶峰半高寬/峰高的比值也大于CD聚酯切片，說明RCD聚酯切片的結(jié)晶速度慢。熔融溫度則是RCD聚酯切片高于CD聚酯切片，由于熔融溫度與分子結(jié)構(gòu)有關(guān)，一般情況下熔融溫度高，聚酯的結(jié)晶性能和紡絲時的可紡性能會好一些。當(dāng)然熔融溫度除了與芳香族二羧酸的分子結(jié)構(gòu)有關(guān)外，還與二元醇的碳鏈長度有關(guān)。CD與RCD聚酯切片的二甘醇含量明顯高于常規(guī)聚酯產(chǎn)品，因此不能從熔融溫度簡單地對結(jié)晶性能和相應(yīng)的紡絲性能下結(jié)論。

圖4 陽離子染料可染聚酯切片CD和RCD的DSC升溫曲線

圖5 陽離子染料可染聚酯切片CD和RCD的DSC降溫曲線

圖6、圖7分別為CD和RCD聚酯切片對應(yīng)的紡絲POY纖維樣品升溫及降溫過程中的DSC曲線。由圖7可以看出，在降溫過程中，RCD聚酯纖維POY的熔融結(jié)晶峰也明顯寬于CD聚酯纖維POY，進(jìn)一步說明RCD聚酯纖維POY在成形過程中的結(jié)晶速度慢于CD聚酯纖維POY。

圖6 陽離子染料可染POY聚酯纖維CD和RCD的DSC升溫曲線

圖7 陽離子染料可染POY聚酯纖維CD和RCD的DSC降溫曲線

利用DSC差示掃描量熱儀分別對RCD和CD的聚酯切片和相應(yīng)的預(yù)取向絲POY進(jìn)行檢測分析，可以得到相關(guān)的數(shù)據(jù)。表2為CD和RCD聚酯切片及對應(yīng)的紡絲產(chǎn)品POY的DSC測試具體數(shù)據(jù)。

表2 陽離子染料可染聚酯CD和RCD的DSC數(shù)據(jù)(含切片與POY)

通過以上數(shù)據(jù)可以計算過冷度ΔT=Tm-Tmc。過冷度的高低表示了熔融紡絲過程中凝固溫度與結(jié)晶溫度的差值。從熔融紡絲的過程分析，熔體冷卻過程中結(jié)晶的過冷度低，即結(jié)晶的溫度高，與纖維固化的溫度就近，意味著纖維固化后很快就發(fā)生結(jié)晶；纖維內(nèi)部的大分子鏈取向結(jié)構(gòu)來不及發(fā)展完善，一部分無定形區(qū)的鏈段就被結(jié)晶微粒產(chǎn)生的“交聯(lián)效應(yīng)”在這一程度上固定下來，使POY的內(nèi)應(yīng)力增大，容易造成纖維內(nèi)部取向結(jié)構(gòu)的不均勻[7]。從以上數(shù)據(jù)分析，CD聚酯切片的過冷度比RCD聚酯切片小，則說明CD聚酯切片在升溫過程中結(jié)晶速度快。因此理論上可以分析RCD的聚酯切片在熔融過程中結(jié)晶速度比較慢，同樣相應(yīng)的紡絲成形過程中也會呈現(xiàn)出過冷度比CD大的現(xiàn)象，然而實際數(shù)據(jù)非常接近，甚至RCD紡絲產(chǎn)品POY的過冷度卻略小于CD。分析原因可能是該CD-POY樣品來自熔體直接紡絲的生產(chǎn)裝置，由于熔體直接紡絲的生產(chǎn)不存在切片成形、再次結(jié)晶、干燥、螺桿擠壓和熔融的過程，因此結(jié)晶的過程反而比較慢。

結(jié)晶度的計算如式(1)：

(1)

式中：ΔHm——試樣的熔融焓；

ΔH0——PET結(jié)晶的標(biāo)準(zhǔn)熔融焓，取140 J/g[8]。

從結(jié)晶度的計算數(shù)據(jù)分析，無論是聚酯切片還是對應(yīng)的紡絲POY產(chǎn)品，RCD的結(jié)晶度均小于CD，而且RCD的冷結(jié)晶Tcc溫度明顯高于CD。分析原因是RCD的生產(chǎn)過程添加的第三單體SIPEG含量高于CD，由于Tcc的變化規(guī)律歸因于SIPEG的空間位阻效應(yīng)，SIPEG的間位位阻使共聚物的結(jié)晶不完善，這種不規(guī)整鏈對阻止結(jié)晶的貢獻(xiàn)較大[9]。

2.3 聚酯的熱失重分析

圖8為樣品CD聚酯切片和RCD聚酯切片的熱重TG曲線，曲線的變化趨勢非常相似，都是平滑的反S型曲線。從曲線可以得出，樣品均在350 ℃時開始快速失重，在450 ℃時質(zhì)量均趨于穩(wěn)定；RCD樣品殘余質(zhì)量為17.86%，略少于CD樣品的19.30%，說明RCD的極端熱分解溫度應(yīng)該略低于CD。

圖8 陽離子染料可染聚酯切片CD和RCD的熱重曲線

表3列出了樣品在氮氣保護(hù)的環(huán)境中產(chǎn)生的質(zhì)量損失數(shù)據(jù)與對應(yīng)的溫度值。

表3 陽離子染料可染聚酯CD和RCD的TG不同質(zhì)量損失溫度(℃)

通過以上數(shù)據(jù)可以看到，起始情況下，CD聚酯切片與RCD聚酯切片的熱損失溫度非常接近，總體呈現(xiàn)CD略低于RCD；至質(zhì)量損失50%以上開始，CD與RCD的熱損失溫度再次接近，并且呈現(xiàn)出略高于RCD的趨勢；最終接近殘余質(zhì)量時，CD的熱損失溫度明顯高于RCD。分析以上數(shù)據(jù)，可以說明在正常的紡絲工況下，即箱體溫度在300 ℃以下時，RCD的熱穩(wěn)定性能略高于CD。綜合分析50%以上質(zhì)量損失時的熱損失溫度及熱分解穩(wěn)定后的殘余質(zhì)量數(shù)據(jù)，可以說明RCD的最終熱分解情況好于CD。由于紡絲裝置存在開停車操作，長年的生產(chǎn)容易造成箱體內(nèi)部熔體分配管道積碳，最終熱分解溫度略低有利于箱體的高溫清洗維護(hù)。

2.4 聚酯纖維的外觀形貌分析

圖9為樣品CD和RCD的紡絲產(chǎn)品POY纖維的外觀形貌。兩種纖維的表面均比較光滑，無微孔或裂隙，各根圓柱狀纖維粗細(xì)均勻，外觀形貌極其接近。部分纖維的表面發(fā)現(xiàn)存在小的疵點，分析為聚合物經(jīng)過噴絲板并冷卻成形時一些低分子聚合物游離出纖維表面，最后伴隨著油劑附著在POY纖維的卷繞絲表面。

圖9 陽離子染料可染POY聚酯纖維CD和RCD的紡絲產(chǎn)品POY的外觀形貌分析

2.5 聚酯纖維的牽伸性能分析

試驗測得陽離子染料可染聚酯CD和RCD的紡絲產(chǎn)品POY纖維的強度和伸長數(shù)據(jù)見表4。

表4 陽離子染料可染聚酯CD和RCD的強度和伸長數(shù)據(jù)(POY)

通過以上數(shù)據(jù)可以看到，RCD的強度指標(biāo)與CD比較接近，略大一些。通過計算，RCD的單絲線密度為2.917 dtex，而CD的單絲線密度為5.417 dtex，理論上分析同類型聚合物制成的POY，單絲線密度小應(yīng)該強度高一些。從斷裂強度變異系數(shù)的數(shù)據(jù)分析，RCD明顯偏大，而斷裂伸長變異系數(shù)也是RCD明顯高于CD，說明RCD的整個合成的試驗過程存在不穩(wěn)定的生產(chǎn)因素。聚合物通過結(jié)晶、干燥、熔融、噴絲、冷卻成形并最后預(yù)取向拉伸，纖維的強伸度指標(biāo)變異系數(shù)反映出了這些不穩(wěn)定因素的影響。RCD的斷裂伸長率158.48%明顯高于CD的144.0%，因此可以通過提高POY生產(chǎn)的卷繞速度增加纖維的預(yù)取向度，提高纖維的結(jié)晶度，從而可以提升纖維的強度指標(biāo)。從理論上分析，隨著卷繞速度的增加，纖維結(jié)晶度也增加。這是因為卷繞速度提高，纖維大分子內(nèi)的取向度增加，分子結(jié)晶時所需要的觸發(fā)能量越小，結(jié)晶度就越大，即取向誘導(dǎo)了結(jié)晶，使結(jié)晶變得越來越容易所致[10]。

3 結(jié)論

本研究通過工業(yè)生產(chǎn)的試驗裝置合成了化學(xué)法循環(huán)再生陽離子染料可染聚酯，分析了聚合物和相應(yīng)的預(yù)取向POY纖維的化學(xué)結(jié)構(gòu)與組成、結(jié)晶性能、熱失重特性和纖維牽伸性能，得到如下結(jié)論：

(1)化學(xué)法循環(huán)再生陽離子染料可染聚酯(RCD)與PTA直接酯化法工藝生產(chǎn)的陽離子染料可染聚酯(CD)，化學(xué)結(jié)構(gòu)和組成基本一致，預(yù)取向纖維的外觀形貌極其接近。

(2)RCD聚酯切片的結(jié)晶速度比CD聚酯切片緩慢，相應(yīng)的結(jié)晶度比CD低。兩種聚酯制成的POY預(yù)取向纖維在冷卻成形結(jié)晶過程中的過冷度比較接近。

(3)在正常的紡絲工況下，RCD的熱穩(wěn)定性能比CD好一些，最終熱分解溫度略低于CD。

(4)RCD的預(yù)取向纖維POY試制時，紡絲速度可以適當(dāng)高于CD的預(yù)取向纖維POY，有利于產(chǎn)品指標(biāo)的穩(wěn)定。

綜合以上結(jié)論，化學(xué)法循環(huán)再生陽離子染料可染聚酯的合成及相應(yīng)的纖維加工可以實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。