1.5. Polyeste xử lý giảm trọng
1.5.3. Quá trình hóa học xảy ra khi xử lý giảm trọng
( Theo ATC January 1997 – Alkali weight reduction of polyeste and blends with cellulose fibres)
Khi xử lý giảm trọng polyeste trong NaOH, phản ứng xà phòng hóa liên kết este và tạo các nhóm ưa nước như : (–COOH) và (–OH) sẽ xảy ra.
Phản ứng này được mô tả như sau:
…(–OC– – CO–O–CH2–CH2–O–)…mắt xích cơ bản của mạch PET
(Polyeste unit)
+ 2NaOH
…–OC– – COONa + NaO–CH2–CH2–O–…
PET đã xà phòng hóa
(Saponified polyeste)
Sản phẩm thu được sau phản ứng xà phòng hóa sẽ được trung hòa baèng axit:
…–OC– – COONa + NaO–CH2–CH2–O–…
…–OC– – COOH + HO–CH2–CH2–O–…
H+
Từ phương trình xà phòng hóa PET ta nhận thấy rằng: để xà phòng hóa một mắt xích cơ bản (giảm trọng 1 mắt xích cơ bản) của mạch PET cần sử dụng hết 2 mol NaOH.
Theo tỷ lệ này của phương trình ta thấy: để giảm trọng 192 g polyeste phải dùng hết 80g NaOH.
Tỷ lệ polyeste mất đi sau khi giảm trọng được tính toán như sau:
192 x % NaOH OWF used in Wt. reduction
%WT Loss of PET =
80
% NaOH OWF : % NaOH so với trọng lượng vải cần xử lý 80 = 2 mol NaOH
192 = 1 mol khối lượng mắt xích PET
Những monome và oligome tạo thành sau phản ứng xà phòng hóa liên kết este hòa tan được trong nước hoặc có khả năng phân tán cao nên có thể tách ra khỏi xơ polyeste.
Vậy, nếu xác định được lượng xút sử dụng khi giảm trọng và lượng xút còn dư lại sau quá trình sẽ tính được khối lượng giảm trọng theo tỷ lệ 80/192 từ phản ứng xà phòng hóa. Ngược lại, nếu biết khối lượng polyeste đã giảm trọng và lượng xút sử dụng khi giảm trọng sẽ tính toán được hiệu suất sử dụng xút. Tuy nhiên, đây chỉ là tỷ lệ tính toán theo lý thuyết. Trên thực tế, khi xử lý giảm trọng thì ngoài các monome và oligome được tạo thành còn có các dime hay trime cũng bị tách ra khỏi xơ nên tỷ lệ tính toán trên không còn tuân thủ một cách chính xác nữa.
Cơ chế giảm trọng được hiểu như sau: tùy theo nồng độ xút sử dụng mà sự tấn công vào các polyme PET được bắt đầu từ những phân tử khối lượng lớn dễ bị hòa tan trong xút làm cho khối lượng PET giảm chủ yếu trong quá trình xử lý. Sau đó, quá trình giảm trọng PET tiếp tục diễn ra nếu xút vẫn còn vì xút tiếp tục tấn công để xà phòng hóa những phân tử nhỏ hơn trong xơ thành những momome hoặc oligome dễ hòa tan hay có khả năng phân tán cao, dễ dàng loại bỏ khỏi PET.
Chất hoạt đông bề mặt không những đóng vai trò như chất xúc tác của quá trình xà phòng hóa mà còn có khả năng tạo sự phân tán.
Sau khi kết thúc quá trình xà phòng hóa nồng độ xút thường giảm xuống dưới 1 g/l và không hoạt động như chất xà phòng hóa nữa. Lúc này cần giặt sạch vải ở nhiệt độ 800C÷850C để loại bỏ những phần tử đã bị xà phòng hóa càng sớm càng tốt.
Theo công nghệ giảm trọng này thì ảnh hưởng của NaOH đến tỷ lệ giảm trọng được thể hiện ở bảng 1.1 sau đây:
Bảng 1.1: Ảnh hưởng của nồng độ NaOH tới tỷ lệ giảm trọng
%NaOH sử dụng so với vật liệu (%khối lượng)
Tỷ lệ giảm trọng PET (%khối lượng)
6 14,4
8 19,2
10 24,0
12 28,8
14 33,6
Dung tyû (liquor ratio) 10 : 1 Nhiệt độ xử lý 1250C Thời gian xử lý 40 phút
Chất hoạt hóa AUSCAT PE 2,5 g/l
Xử lý nhiệt ở 1200C÷1300C và sử dụng chính xác chất hoạt hóa cation hầu như phản ứng tác dụng hết với 100% xút, gọi là hiệu quả của xút.
Hiệu quả này chịu ảnh hưởng rất lớn của các nhân tố: dung tỷ, nhiệt độ xử lý,
thời gian xử lý và chất hoạt hóa.
Với điều kiện: Nồng độ xút 10 g/l Chất hoạt hóa AUSCAT PE 2,5 g/l
Số liệu về ảnh hưởng của nhiệt độ và dung tỷ đối với hiệu quả giảm trọng vải polyeste truyền thống nhằm cải thiện tính chất của nó thu được theo bảng 1.2, 1.3:
Bảng 1.2: Ảnh hưởng của nhiệt độ tới tỷ lệ giảm trọng
Nhiệt độ (0C) Hiệu quả giảm trọng (%)
95 80
100 85
110 93
120 98
130 100
Bảng 1.3: Ảnh hưởng của dung tỷ tới tỷ lệ giảm trọng
Dung tỷ Hiệu quả giảm trọng (%)
30 : 1 84
25 : 1 88
20 : 1 92
15 : 1 98
10 : 1 100
* Ghi chuù:
- Tỷ lệ giảm trọng là tỷ lệ % giữa khối lượng vải PET bị mất đi sau quá trình xử lý giảm trọng so với khối lượng ban đầu của nó.
- Hiệu quả giảm trọng là tỷ lệ % giữa khối lượng vải PET bị mất đi sau quá trình xử lý giảm trọng trong điều kiện thực hiện so với khối lượng vải PET bị mất đi lớn nhất có thể sau quá trình xử lý giảm trọng trong điều kieọn toỏi ửu.
Sở dĩ xảy ra hiện tượng trên là do ở điều kiện xử lý giảm trọng tối ưu thì phản ứng xà phòng hóa liên kết este và tạo nhóm ưa nước giữa PET và NaOH là phản ứng hoàn toàn (NaOH tác dụng hết với PET) còn ở điều kiện chưa tối ưu về nhiệt độ, dung tỷ chất hoạt hóa thì NaOH không tác dụng hết với PET.
Sau khi giảm trọng cấu trúc mặt cắt ngang của tơ filament PET thay đổi so với với PET truyền thống. Mức độ thay đổi này nhiều hay ít tùy theo tỷ lệ giảm trọng của tơ. Sau đây là hình ảnh cấu trúc mặt cắt ngang của PET nhìn dưới kính hiển vi:
A B C Hình 1.9: Mặt cắt ngang của xơ PET
A: Mặt cắt ngang xơ PET chưa giảm trọng
B: Mặt cắt ngang xơ PET giảm trọng 12% bằng kiềm C: Mặt cắt ngang xơ PET giảm trọng 25% bằng kiềm
Chính vì sự thay đổi như trên mà polyeste giảm trọng cho cảm giác
ngoại quan tương tự như tơ tằm.