超声波在超细粉体分散中的应用

　　近年来,现代纤维科学的进步带动了功能性纤维的发展,为传统的纺织工业不断技术创新、向高科技企业转化创造了条件。目前开发的功能性纤维大部分是通过添加功能性无机微粒子使纤维具有某些特殊功能,如抗菌防臭、抗静电、抗紫外线、电磁屏蔽等。其关键是如何将功能粉体均匀的分散在聚酯中。笔者研究了超声波在无机微粒子分散中的应用。

　　1 实验

　　1.1 原料及设备

　　乙二醇:纤维级,扬子石化公司;超细无机粉体:Dg95,d<0.5μm,市售;超声波发生器:980W,上海声科公司;ST25-03熔融纺丝实验机,方胜新技术公司。

　　1.2 超细粉体的分散

　　在500mL的烧杯中将粉体配成质量分数为30%的乙二醇溶液,加入分散助剂,经电动搅拌器预分散,然后用超声波发生器震荡分散一定时间。

　　1.3 功能聚酯纤维的生产工艺

　　用超声波分散超细粉体制造功能聚酯纤维的工艺流程如下:

　　2 结果及讨论

　　超细粉体的比表面积及表面活性很大,易于吸附而发生凝聚,悬浮在溶液中的粉体普遍受到范德华力,更易发生凝聚。通常用超声波将分散剂中的凝聚体打开。应用于分散超细粉体的超声属于功率超声—声空化,即液体中空腔的形成、震荡、生长收缩以至崩溃。液体声空化的过程是集中声场的能量并迅速释放的过程,当空化气泡崩灭时,发生一个极短的强压力脉冲,在崩灭点处形成寿命极短的局部热点,极短的时间内在空化气泡周围的极小空间里产生5000K以上的温度和大约50MPa的高压,并伴生强烈冲击和时速达400km的射流以及电发光的瞬间过程[1]。这足以打开凝聚体中小微粒间的范德华力,从而使微粒均匀地分散在分散剂中。

　　在超声分散中,分散时间及超声发生器的功率是影响分散效果的两大因素[2]。实验采用980W固定功率的超声波发生器,主要研究了分散时间对体系分散性的影响。以超声分散后超细粉体在乙二醇中完全沉降时间及用它所生产的改性聚酯的可纺性作为粉体在乙二醇中分散效果的表征手段。

　　2.1 粉体在乙二醇中的分散

　　由表1可以看出,随着分散时间的延长,粉体在乙二醇中的完全沉降时间越来越长,且最大颗粒直径越来越小,粉体的分散性越来越好,但溶液中粉体的直径并不是无限的变小,其最大直径有一极小值,达到这一值后,乙二醇溶液中的最大颗粒直径不再随分散时间而变化。分散30min即可达到生产的需要。

　　2.2 可纺性实验结果

　　将超声分散的质量分数为30%的功能性粉体在PTA与EG酯化后加入到反应釜中缩聚(占PET的0.5%),达到一定的黏度(0.673dL/g)时出料,聚酯切片的指标如表2。