旋转模头挤出再生聚对苯二甲酸乙二醇酯（rPET）纤维在强侵蚀性水环境中的化学与机械稳定性

《Polymers》：Chemical and Mechanical Stability of Rotary-Die-Extruded Recycled PET Fibers Under Aggressive Aqueous Environments

　　

本研究评估了由旋转模头挤出（rotary die extrusion）工艺制备的再生聚对苯二甲酸乙二醇酯（rPET）纤维在选定水环境暴露条件下的化学与机械稳定性。研究人员将rPET纤维、天然羊毛、棉絮以及一种聚酯/棉混纺服装面料分别暴露于洗衣粉、液体皂、漂白剂及稀盐酸中，暴露时长从2小时至7天不等。所有材料均评估质量保留率，而拉伸性能仅针对rPET纤维进行评价。结果表明，rPET纤维在7天暴露后质量保留率为99.92%–100%，初始拉伸强度保留超过95%。羊毛在漂白剂中质量损失最大，棉絮与服装面料在特定暴露条件下出现可测质量损失。这些参比材料因组成与物理形态不同，仅用于提供描述性背景。总体而言，结果揭示所考察rPET纤维在25 °C静态暴露下具有高质量保留与拉伸性能保留。该发现支持其在需耐受所测试水环境的纺织应用中具潜在用途，但未确立分子链完整性或与原生PET的等效性。

研究背景方面，纺织行业面临过度消费、废弃物增长与资源密集使用的环境压力，合成纤维占比持续上升，聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）的机械回收再生成rPET纤维成为循环经济重要路径。然而PET含酯键，在强酸、强碱或氧化条件下可能发生水解或表面消重，纺织品在洗涤维护中频繁接触表面活性剂与氧化剂型，其化学抵抗能力直接关系到服役寿命。既有文献多关注rPET的热或力学性能，少有在统一水暴露条件下将旋转模头挤出这一特定工艺路线与质量保留、拉伸保留同时关联评价，且常缺原生PET对照与分子层面表征。为此，研究人员以旋转模头挤出rPET短纤维为核心对象，选取洗衣粉、液体皂、漂白剂、稀盐酸四种水介质，在25 °C静态浸没2 h至7天，系统测定其质量保留与7天后拉伸性能（强度、杨氏模量、断裂伸长率），并以羊毛、医用棉絮、65%聚酯/35%棉斜纹服装布作描述性参比，明确参比因组成和形态差异不作为等效机制对照，也不声称rPET与原生PET等效。

主要关键技术方法上，研究人员收集消费后PET瓶经分选、清洗、碎片、造粒，采用桶温260 °C、螺杆45 rpm、模口直径1 mm的旋转模头挤出机熔体挤出，空气冷却后切成长10–12 mm短纤；样本源自阿尔及利亚Mascara地区当地废流与农业副产羊毛等。各取初干重10.000 g样品，以5 mL/g液固比静浸于50 mL试剂中，25±1 °C无搅动，于2 h/24 h/3 d/7 d后清水漂洗、60 °C烘至恒重，千分之一天平三重平行称质量算保留率；拉伸仅测未处理与7天暴露组rPET，光学显微镜作定性形貌辅证，未做FTIR、DSC、XRD、SEM、GPC。

研究结果部分，3.1显微观察显示rPET纤维直径异质，细纤丝约1.1–1.6 μm，粗纤约10.4–10.5 μm具纵向条纹与局部微胀，光学手段不能确认取向与结晶。3.2质量损失分析表明rPET全时段全介质质量损失0–0.08%，羊毛在漂白剂24 h失重约20%，棉絮在稀盐酸3 d失重约10%，服装布在漂白剂/稀盐酸24 h及液体皂3 d失重约10%，参比仅作描述背景。3.3服装面料行为：洗衣粉中近恒定，液体皂24 h内稳、3 d与7 d降至约9.01 g，漂白剂与稀盐酸24 h降至约9.01 g后持平，不能区分涤棉各自贡献。3.4棉絮行为：前三介质恒重，稀盐酸3 d与7 d约9.01 g（失约10%），符合纤维素酸解糖苷键断裂已知倾向但未做分子验证。3.5羊毛行为：漂白剂24 h降至8.012±0.055 g（约20%失重）后持平，液体皂3 d与稀盐酸24 h中等失重约9%，洗衣粉中近不变，归因于角蛋白氧化或酸损但未直接证实。3.6 rPET行为：剩余质量9.992–10.000 g即保留99.92%–100%，7天漂白与稀盐酸微变仍低于0.1%，静态与酯键可及性受限相关，但不证明结晶度或链断裂缺席。3.7力学完整性：未处理rPET拉伸强度245.5±5.2 MPa、杨氏模量2.85±0.12 GPa、断裂伸长28.4±2.1%；7天稀盐酸后强度235.2±5.5 MPa（保留95.8%）、模量2.70±0.13 GPa、伸长24.8±1.9%；漂白剂强度保留97.2%；其余介质更高；光学镜检无原纤化、点蚀、裂纹，透明度与光滑面维持，但亚微观变化不能排除。质量与拉伸双高保留说明旋转模头rPET在室温静态水环境表现稳健，但不等价于动态洗涤、60 °C、循环、原生PET对照或分子完整。

讨论部分总结：研究人员强调实验为加速筛选而非家用洗衣仿真（洗衣粉/皂100 g/L高于实用浓度、无搅动、无循环、25 °C），参比材料因表面积体积比与几何差异不可推等同动力学；商用液pH与有效氯未全程监测，可能引入偏差；结论限定于质量与拉伸测量证据，未用virgin PET对照，未声称rPET≥原生PET。未来应补入真实浓度、液更新、高温重复洗、virgin PET对照及FTIR/DSC/XRD/SEM/GPC直接结构验证。

结论部分翻译：本研究评估了旋转模头挤出rPET纤维在洗衣粉、液体皂、漂白剂、稀盐酸中2 h至7天暴露的化学稳定性，羊毛、棉絮、服装布作描述参比，力学仅测rPET。发现rPET 7天后质量损失可忽略、拉伸强度保留超95%，显示测试条件下高质量与力学保留，但不直接确认分子链断裂缺席或结晶变化；羊毛与棉絮在特定条件失重更大（羊毛漂白最甚、棉絮稀盐酸明显），因组成形态异仅作描述；服装布在漂白剂/稀盐酸24 h及液体皂长时失重，反映所测涤棉混纺行为不可与松散rPET等效比较。总体rPET在选定水环境保留大部分测得质量与拉伸性能，支持其潜在用于耐测化学环境纺织，但高浓度静态25 °C不等同实用洗涤；研究未含virgin PET对照、60 °C、循环、搅动、pH/有效氯连续监测或参比等价力学。后续应评真实浓度、液更新、高温重复洗、与virgin PET直比，并加FTIR、DSC、XRD、SEM、GPC判定官能团、结晶、形貌与分子量变化。论文发表于《Polymers》。