摘 要：為了提升滌綸堿減量過程中堿劑的減量效率，選用十八烷基二甲基芐基氯化銨（1827）季銨鹽陽離子表面活性劑作為堿減量促進劑，以苯甲醇作為增塑劑，研究了氫氧化鈉、增塑劑、促進劑用量及增塑劑-促進劑協(xié)同作用對滌綸織物堿減量效率的影響；同時，分析比較了促進劑使用前后堿減量織物的性能變化。結果表明：與不使用促進劑和增塑劑時相比，當處理液中苯甲醇體積占比為10%，1827促進劑質量濃度為2.0 g/L時，滌綸織物減量率可以從6.3%提高到34.9%，提高了4.5倍，明顯高于僅使用NaOH且質量濃度為35.0 g/L下的減量率（22%）；另外，增塑劑-促進劑協(xié)同作用可以改善滌綸織物減量后的毛效、白度、強力、均勻性性能。因此，促進劑協(xié)同增塑劑有望解決滌綸堿減量過程中高耗堿的技術難題，為推動滌綸前處理綠色可持續(xù)發(fā)展提供一定的參考價值。

關鍵詞：滌綸織物；減量率；增塑劑；促進劑；協(xié)同作用

中圖分類號：TS190.5

文獻標志碼：A

文章編號：1009-265X（2024）11-0089-07

滌綸作為應用最廣泛的合成纖維，具有良好的耐磨性、防皺性、彈性和熱塑性等優(yōu)點，在服裝行業(yè)占有重要地位［1-2］。滌綸堿減量處理是在高溫和較濃的燒堿中處理滌綸織物，處理后的滌綸表面被堿刻蝕，質量減輕，纖維直徑變細，表面形成凹坑，纖維的剪切剛度下降［3-4］，消除了滌綸的極光，并增加織物交織點的空隙［5］，使得織物手感柔軟、光澤柔和，明顯改善其吸濕排汗性［6］。目前，堿減量工藝已成為改善滌綸質量的重要加工環(huán)節(jié)，但該工序存在堿耗高、加工難度大、能耗高、對環(huán)境污染大、織物損傷大等缺點［7-8］。

已有文獻研究結果表明，選擇季銨鹽類促進劑和苯甲醇作為增塑劑，可以有效提高滌綸減量率［9-10］。然而促進劑端基取代基以及疏水鏈長短均會影響其在堿減量過程中的效果［11］。促進劑的作用機理可以描述為：季銨鹽陽離子表面活性劑能被纖維表面迅速吸附，攜帶堿減量處理液中的羥基負離子（OH-）富集到纖維表面，使得OH-更容易進攻滌綸分子中帶正電荷的羰基碳原子，進而導致滌綸大分子斷裂［12］。但季銨鹽表面活性劑的稀溶液服從理想溶液所遵循的規(guī)律［13］，即當季銨鹽表面活性劑的濃度達到飽和后，滌綸纖維對其吸附達到飽和，吸附量不再增加。目前有研究者通過在處理液中加入苯甲醇［14-15］，期望通過降低滌綸纖維的玻璃化溫度，實現(xiàn)在較低溫度下滌綸纖維大分子鏈即可打開，使OH-易進攻纖維內部的大分子鏈，進而與滌綸大分子發(fā)生反應［16-17］。因此，促進劑和增塑劑可以協(xié)同提高堿劑的減量效率。

季銨鹽促進劑包括甲基季銨鹽和芐基季銨鹽兩類，但是芐基季銨鹽分子內含有共平面性好的芐基取代基，該取代基通過其苯環(huán)的π-π堆疊能力，能夠與滌綸纖維表面的芳香族結構產生較強的相互作用，增加促進劑吸附滌綸纖維的能力。其中，促進劑十八烷基二甲基芐基氯化銨（1827）具有較長的疏水鏈，根據(jù)相似相容的特點，與具有疏水鏈的滌綸纖維具有更強的結合力。因此，本文以1827作為滌綸堿減量促進劑，結合增塑劑苯甲醇可以降低滌綸玻璃化溫度的特點，研究促進劑-增塑劑協(xié)同作用對滌綸織物堿減量效率的影響，分析比較促進劑使用前后堿減量織物的性能變化，為突破滌綸堿減量高耗堿的難題、實現(xiàn)節(jié)能減排、推動滌綸前處理綠色可持續(xù)發(fā)展提供了一定的參考價值。

1 實驗

1.1 材料、藥品和儀器

材料：100%滌綸機織織物（140 g/m2，杭州婁凌貿易有限公司）

試劑：氫氧化鈉（分析純，上海泰坦科技股份有限公司），十八烷基二甲基芐基氯化銨（1827，分析純，上海麥克林生化科技股份有限公司），苯甲醇（分析純，上海泰坦科技股份有限公司），促進劑1827的結構如圖1所示。

儀器：Datacolor 800型測色配色儀（美國Datacolor公司），YG（B）026G型萬能強力機（溫州大榮紡織儀器有限公司），YG871型毛細效應測試儀（中國寧波紡織儀器廠），ZEN3600型納米粒徑Zeta電位測試儀（英國Malvern公司），pH計（上海泰坦科技股份有限公司）。

1.2 試驗方法

滌綸織物堿減量處方及工藝為：100%滌綸機織織物2.0 g，堿用量X g/L，促進劑用量Y g/L，浴比為1∶6，增塑劑用量Z%（占總體積的比例）；堿減量時將配置好的處理液升溫至40 ℃后加入織物，經5.6 ℃/min升溫至95 ℃，保溫50 min，以5 ℃/min降溫至70 ℃，水洗15 min（浴比為1∶30）。水洗結束后，將織物放入60 ℃烘箱中干燥60 min。其中堿減量及水洗工藝曲線如圖2所示。

1.3 測試方法

1.3.1 減量率測定

為了測定滌綸織物的堿減量效率，將堿減量前后的織物于60 ℃的烘箱中烘至60 min后快速稱重，按照式（1）計算織物的減量率。

W/%=m0-m1m0×100（1）

式中：W為減量率，%；m0為堿減量前織物的絕對干重，g；m1為堿減量后織物的絕對干重，g。

1.3.2 斷裂強力測定

按照GB/T 3923.1—2013《紡織品 織物性能拉伸 第1部分：斷裂強力和斷裂伸長率的測定（條樣法）》的規(guī)定對滌綸織物的斷裂強度進行測試。測試所使用的織物包括：未處理織物、堿處理織物及堿-促進劑處理織物。將堿處理前后的棉織物剪成20 cm×5.5 cm的條狀，撕去織物毛邊使短邊長為5 cm，在萬能強力機下進行拉伸，直至織物斷裂，分別記錄斷裂強力和斷裂伸長率，并記錄斷裂的趨勢每種織物測試經向斷裂強力，測試5次，取平均值為最終測試結果。

1.3.3 白度測定

采用Datacolor 800型測色配色儀對實驗最后取用的織物進行測試，測量3次，取平均值。

1.3.4 毛效測定

采用毛細管效應測定儀測定毛效，主要步驟為：將試樣沿經向、緯向剪成30 cm×5 cm，記錄30 min內水沿織物爬升的芯吸高度，來表示堿減量后織物的潤濕性。

1.3.5 Zeta電位的測試

將未處理織物、促進劑處理織物拆解為紗線，按照布料與溶液質量比為1∶20的比例浸泡在濃度為0.001 mol/L的KCl溶液中，超聲10 min后，并靜止放置2 h，之后取上層清液，使用納米粒徑Zeta電位儀進行纖維表面Zeta電位的測定。

2 結果與討論

2.1 NaOH用量對滌綸減量率的影響

堿用量是影響滌綸織物堿減量程度的主要因素之一。當NaOH質量濃度為5.0、10.0、15.0、20.0、35.0 g/L時，探究滌綸織物減量率的變化規(guī)律，結果如圖3所示。由圖3可知，隨著NaOH質量濃度的增加，滌綸的減量率明顯提高。當氫氧化鈉質量濃度從5.0 g/L升高到15.0 g/L時，減量率上升得最快；隨著堿劑質量濃度達到35.0 g/L，滌綸織物的減量率達到了22.0%左右。這主要是因為隨著NaOH質量濃度的增加，吸附到滌綸纖維表面的OH-增加，纖維表面被剝蝕變細，同時表面的凹穴和溝壑使得滌綸纖維的表面積增加，可以吸附更多的OH-，加速滌綸大分子的水解反應，使得減量率提高。

2.2 促進劑對滌綸堿減量的影響

從NaOH質量濃度對滌綸減量率的影響可知（見圖3），當堿劑在較高的質量濃度時（30.0 g·L-1以上），滌綸織物的減量率才能達到20%。為了提高堿劑在堿減量過程中的使用效率，降低堿劑的用量，本文探究了促進劑1827的質量濃度對堿減量效果的影響。

設置促進劑質量濃度為0、0.5、1.0、1.5、2.0、3.0 g/L，研究了促進劑質量濃度以及10.0、15.0、20.0 g/L這3種堿用量處理后，滌綸的減量率變化情況，結果如圖4所示。在不同質量濃度NaOH溶液中，隨著促進劑1827質量濃度升高，減量率都有所升高。尤其是在加入0.5 g/L的促進劑后，減量率有著顯著提升。這是因為促進劑1827分子能快速吸附到滌綸纖維表面，促使堿減量處理液中的OH－富集到纖維表面，使得OH-更容易進攻滌綸分子中帶正電荷的羰基碳原子，造成滌綸大分子斷裂，從而提高滌綸減量率。隨著促進劑用量進一步增加，相同NaOH質量濃度下的滌綸織物的減量率增加緩慢，當促進劑質量濃度達到2.0 g/L后，減量率基本上趨于穩(wěn)定。這是因為季銨鹽表面活性劑的稀溶液服從理想溶液所遵循的規(guī)律，當季銨鹽表面活性劑的濃度達到飽和后，滌綸纖維對其吸附達到飽和，吸附量不再增加。

2.3 增塑劑用量對滌綸堿減量的影響

苯甲醇是一種研究較多的染色載體，具有較好的增塑效果，可有效降低合成纖維的玻璃化溫度。在不添加促進劑的條件下，分別按照增塑劑占總體積不同比例（0%、1%、3%、5%、10%、20%、40%、50%、60%、80%、90%、100%）配置前處理液，并對滌綸織物進行堿減量處理。增塑劑用量對滌綸堿減量效率的影響如圖5所示，滌綸減量率隨著苯甲醇用量的提高而增大，在體積占比為3%～5%時減量率顯著提升，加入少量的苯甲醇，就能達到高濃度下NaOH（30.0 g/L）的減量率，這說明苯甲醇的使用可有效降低滌綸堿減量過程中NaOH的用量。在增塑劑體積占比為10%～60%的區(qū)間內，堿減量變化不明顯，后又隨苯甲醇用量的提高而緩慢提升。當處理液中苯甲醇體積占比為60%時，滌綸纖維大部分水解，出現(xiàn)織物斷裂現(xiàn)象。因為苯甲醇的增塑作用使滌綸纖維分子鏈提前達到較為活躍的狀態(tài)，滌綸大分子的溶脹程度增加，纖維的內表面積增加，取向度降低，OH-易從纖維表面深入到內部，降低了滌綸纖維的玻璃化溫度，反應更激烈，從而促進滌綸纖維的充分水解，以降低堿用量?？紤]到經濟效益，因此應選用體積占比為10%的苯甲醇來提高減量率效果。

2.4 促進劑-增塑劑協(xié)同作用對滌綸堿減量的影響

為探究促進劑和增塑劑協(xié)同作用對滌綸減量率的影響，以不加苯甲醇作為對照組，選擇2.3節(jié)中實驗效果較好的苯甲醇質量濃度（5%、10%），分別加入0、0.5、1.0、1.5、2.0、5.0 g/L的促進劑1827對滌綸織物進行前處理，保溫溫度為95 ℃，其結果如圖6所示。在促進劑用量相同的條件下，苯甲醇的使用可以顯著提高滌綸織物減量率，且促進劑質量濃度小于0.5 g/L時，5%和10%苯甲醇用量下的減量率提升效果相當。但隨著促進劑質量濃度超過1.0 g/L，10%苯甲醇與促進劑的協(xié)同效果明顯優(yōu)于5%苯甲醇，尤其是當促進劑質量濃度為2.0 g/L，其減量率可以高達35%，比5%苯甲醇下的減量率（24%）提高了11%，較無苯甲醇的減量率提高了一倍。當繼續(xù)提高促進劑濃度時，減量率無明顯變化，這是因為滌綸纖維對OH-吸附達到飽和，吸附量不再增加。由上述分析可知，在促進劑和苯甲醇的共同作用下，滌綸織物堿減量效果較好，可大大減少堿減量過程中堿用量。與單獨添加促進劑或增塑劑苯甲醇相比，協(xié)同效果顯著。

2.5 織物Zeta電位分析

選擇無處理、純堿處理（10.0 g/L NaOH）、堿-促進劑（10.0 g/L NaOH+2.0 g/L 1827）、堿-增塑劑（10.0 g/L NaOH+10%苯甲醇）、堿-增塑劑-促進劑（10.0 g/L NaOH+10%苯甲醇+2.0 g/L 1827） 5種處方分別對滌綸織物進行前處理，結束后按照1.3.5所述步驟測定滌綸織物表面的Zeta電位，結果如圖7所示。由圖7可知，未處理的滌綸織物減量率和電位均為0；與純堿劑處理相比，苯甲醇的使用對滌綸織物的表面電位變化不大，均為-31.0 mA左右；而經過含有促進劑1827處理液處理的滌綸織物，其表面Zeta電位明顯上升。這表明加入苯甲醇只是起到了降低了滌綸玻璃化溫度的作用，只有加入促進劑才會有效提高滌綸織物表面Zeta電位。

2.6 促進劑-增塑劑協(xié)同提高滌綸堿減量效率的作用機理

促進劑-增塑劑的協(xié)同作用提升減量效率的機理可解釋為：當處理液中加入促進劑1827后，季銨鹽陽離子表面活能迅速吸附到纖維表面，帶正電的季銨根離子會使織物表面的Zeta電位迅速上升，隨之羥基也更容易富集到滌綸纖維表面，增加OH-進攻滌綸分子中帶正電荷羰基碳原子的能力。而苯甲醇對滌綸具有很好的增塑作用，能有效降低滌綸纖維的玻璃化溫度，使纖維分子鏈提前達到較為活躍的狀態(tài)，滌綸大分子的溶脹程度增加，纖維的內表面積增加，促進滌綸纖維的充分水解，從而達到降低堿用量的效果，其作用機制如圖8所示。因此，促進劑-增塑劑協(xié)同作用可以顯著提高堿劑的減量效率。

2.7 織物性能測試

為了探究2.5中所述不同處理方式對滌綸織物物理性能的影響，分別分析對比了5種條件處理織物的毛效、白度、斷裂強力變化，結果如表1所示。由表1可知，經過不同方式的堿減量處理后，滌綸織物芯吸高度均比未處理織物都有所增加高，其中處理液中同時含有增塑劑和促進劑時，毛效提高了46.35%。這表明苯甲醇和促進劑的協(xié)同作用能夠大幅降低織物的結晶度，進一步提高了滌綸織物的親水性，這也更有利于后續(xù)染色與后整理的加工。與未處理織物相比，經過不同堿減量處方處理的滌綸織物白度無明顯差異。在斷裂強力方面，雖然經過堿減量處理的織物均比無處理的低，增塑劑的使用對織物的斷裂強力影響較小。

3 結論

針對傳統(tǒng)滌綸堿減量過程中耗堿量大、NaOH減量效率低的問題，本文以1827為促進劑，苯甲醇為增塑劑，重點探究了增塑劑-促進劑協(xié)同作用對滌綸織物堿減量效率的影響，并分析比較了促進劑使用前后堿減量織物的性能變化，主要研究結果如下：

a）在滌綸纖維的堿減量工藝中，促進劑1827協(xié)同增塑劑苯甲醇可以有效提高滌綸織物堿減量率，相比純10 g/L NaOH下滌綸減量率提高了4.5倍。因此在達到相同堿減量效果的條件下，可以節(jié)省滌綸堿減量實際過程中堿劑的用量，降低對環(huán)境的污染程度。

b）促進劑-增塑劑協(xié)同處理滌綸織物后，白度無明顯變化，其親水性得到明顯改善，有利于滌綸織物后道的印染加工。

利用1827促進劑-苯甲醇協(xié)同作用為提高滌綸堿減量效率提供一種新的研究思路，這一發(fā)現(xiàn)不僅對提高滌綸織物的生產效率和環(huán)境友好性具有重要意義，而且為滌綸前處理工藝的綠色可持續(xù)發(fā)展提供了新的技術路徑。

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Accelerator-plasticizer synergistic improvement of alkali deweighting efficiency of polyester and its mechanism

CHENG" Wenjing1，" ZHANG" Hongjuan1，" DING" Lei1，" WANG" Zhengkai1，" SHEN" Chuliang2，" WANG" Jiping1

（1a. School of Textiles and Fashion; 1b. Shanghai Engineering Research Center for Clean Productionof Textile Chemistry， Shanghai University of Engineering Science， Shanghai 201620， China;2.Zhejiang Tonghui Textile Co.， Ltd.， Hangzhou 312000， China）

Abstract：

As one of the main synthetic fibers， polyester has the characteristics of excellent abrasion resistance， wrinkle recovery， and elasticity， and is irreplaceable in the garment industry. Currently， the alkali deweighting process has become an important processing step in improving the quality of polyester， but this step has several drawbacks， such as high alkali consumption， difficulties in processing， high energy consumption， severe environmental pollution， and considerable fabric damage.This paper focused on the study of alkali deweighting of polyester fibers， aiming to address the high alkali and energy consumption， and severe environmental pollution issues present in the traditional alkali deweighting process. Combined with previous research findings， this study used octadecyl dimethyl benzyl ammonium chloride （accelerator 1827） and benzyl alcohol as plasticizers， intending to increase the alkali deweighting rate of polyester fabrics through the synergistic effect of the accelerator-plasticizer combination. This， in turn， would reduce the required NaOH dosage， thereby reducing environmental pollution and minimizing production costs while ensuring the alkali deweighting effect on polyester fabrics. Experimental results showed that the addition of accelerator 1827 and benzyl alcohol significantly increased the alkali deweighting rate of polyester fabrics. Compared to a 10.0 g/L NaOH dosage， when the benzyl alcohol volume ratio in the treatment solution was 10%， and the concentration of accelerator 1827 was 2.0 g/L， the alkali deweighting rate of polyester fabrics increased from 6.3% to 34.9%， nearly an increase of 4.5 times， surpassing the deweighting rate （22%） at 35.0 g/L NaOH concentration. Thus， a high deweighting effect was achieved at a lower NaOH mass concentration， significantly reducing alkali usage and environmental pollution. Comprehensive tests of fabric properties showed that polyester fabrics treated with the accelerator-plasticizer synergy exhibited notably improved hydrophilicity， and the whiteness showed few changes， favoring subsequent dyeing and finishing processes.In conclusion， this paper successfully demonstrates that by regulating the concentration and usage ratio of the plasticizer and accelerator， the alkali deweighting rate of polyester can be significantly improved while production costs and environmental damage are lowered. This discovery not only has important implications for enhancing the production efficiency and environmental friendliness of polyester fabrics， but also offers a new technical path for the green and sustainable development of polyester pre-treatment processes.

Keywords：

polyester fabric; deweighting rate; plasticizer; accelerator; synergistic effect

基金項目：國家自然科學基金青年項目（22108169）；上海市青年科技英才揚帆計劃項目（21YF1416000）;浙江省清潔染整技術研究重點實驗室開放基金項目（QJRZ2205）；上海工程技術大學大學生創(chuàng)新訓練項目（CX2309013）

作者簡介：程文靜 （2002—），女，安徽宣城人，主要從事紡織品前處理及應用性能方面的研究。

通信作者：張紅娟，E-mail：hjz@sues.edu.cn