科普 | 纖維知識之：改性滌綸

1941年英國Whenfield和Dikson以對苯二甲酸和乙二醇為原料合成了聚對苯二甲酸乙二酯，并制成了纖維，在我國商品名為滌綸。滌綸于1946年在英國工業化生產，1953年開始在世界范圍內大規模工業化生產，1971年開始在數量上超過尼龍，成為第一大合成纖維。由于滌綸具有強度高、彈性好、保型性好、尺寸穩定性高等優異性能，由其織成的衣物經久耐穿，電絕緣性好，易洗快干，具有“洗可穿”的美稱，因而被廣泛應用于服裝、裝飾、產業等領域。但是滌綸由于內部分子排列緊密，分子間缺少親水結構，因此回潮率很小，吸濕性能差。在相對濕度為95％的條件下，其高吸濕率為0.7％，由于其吸濕性差，抗靜電性不好，滌綸織物透氣性不好，染色性差，抗起毛起球性差。

滌綸纖維是疏水性的合成纖維，缺乏能與直接染料、酸性染料、堿性染料等結合的官能團。
雖然具有能與分散染料形成氫鍵的酯基，但是滌綸分子鏈結構緊密，染料分子不易進入纖維內部，致使染色困難，色澤單調，直接影響到滌綸面料花色品種的開發。由于滌綸的結晶度高，纖維中只存在較小的空隙，當溫度較低時，分子熱運動改變其位置的幅度較小，在潮濕條件下，滌綸纖維又不會象棉纖維那樣能通過劇烈溶脹而使空隙增大，染料分子難以滲透到纖維內部。滌綸染色時通常只能用分散染料進行染色，并且必須在高溫高壓下或借助載體進行染色。為了提高滌綸的染色性能，從分子結構上考慮，提高分子鏈的疏松程度，將有助于染料分子的進入。改善染色性能主要采用的方法有：(1)與分子體積龐大的化臺物共聚；(2)與具有可塑化效應的化合物混合紡絲；(3)導入具有醚鍵那樣的和分散性染料親和性好的基團。采用共聚方法改性制得的滌綸樹脂熔點低，結晶度低，纖維的熱性能和機械性能受到一定程度的損害。

陽離子染料可染改性方法是將滌綸染色改性劑，如簡苯二甲酸二甲脂-5-磺酸鈉(俗稱三單體，英文縮寫SIPM)與滌綸共聚，共聚后的滌綸分子鏈中引入了磺酸基團，可用陽離子染料染色，所染織物色彩鮮艷，染料吸盡率高，大幅度減少了印染廢水的排放，共聚聚酯切片又能增加抗靜電、抗起毛球及吸濕性能，是近年來改善滌綸染色性能的主要方法之一。日本尤尼吉卡公司用4份含磺酸基團的間苯二甲酸鹽單元的陽離子可染聚酯與1份乙二醇／聚乙二醇／磺酸基間苯二甲酸鈉／對苯二甲酸的嵌段共聚物共混紡絲，可制成具有高染色深度的超細纖維；在紡絲前或紡絲過程中，加人陽離子活性劑和少量變性劑與BAET共聚。使其成為無規線型聚合體后，其可紡性變好。這種改性滌綸不但可用陽離子染料染色，且還兼有抗起球性并提高了縮皺回復性。

另外在陽離子可染纖維推出的同時．一種以1，4丁二醇代替乙二醇作為第二單體的改性滌綸(PBT)也加入了差別化滌綸的行列。以丁二醇代替乙二醇不僅使分子鏈的柔性大大增加，而且纖維的染色性能也大為改善，達到常壓沸染。但由于1，4丁二醇的原料價格遠高于乙二醇，而使PBT纖維在價格上缺乏競爭優勢。因此目前主要是在常規PET中把l，4丁二醇作為第三單體加入，這樣不僅使纖維的價格有所下降，而且其染色性能得到改善，熱穩定性要大大優于陽離子可染纖維。

滌綸織物容易起球的原因與纖維性狀有密切關系，主要是纖維間抱合力小、纖維的強度高、伸長能力大，特別是耐彎曲疲勞、耐扭轉疲勞與耐磨性好，故纖維容易滑出織物表面，一旦在表面形成小球后，又不容易脫落。在實際穿用和洗滌過程中。纖維不斷經受摩擦，使織物表面的纖維露出于織物。在織物表面呈現出許多令人討厭的毛茸，即為“起毛”，若這些毛茸在穿用中不能及時脫落，就互相糾纏在一起，被揉成許多球形小粒，通常稱為起球。

影響織物起毛、起球的因素主要有：

(1)組成織物的纖維；

(2)紡織工藝參數；

(3)染整加工；

(4)服用條件。

已經采用的抗起球措施有：

(1)降低聚酯的分子量，使纖維的耐摩擦牢度、抗彎曲疲勞性與強度下降，使纖維在織物表面形成的小球較易脫落；

(2)改變纖維斷面形狀。異形截面纖維，如“T”形或“Y”形，在彎曲時易折斷，纖維纏結成簇較圓形纖維困難；

(3)降低纖維的伸長率、增加短纖維長度、短纖紗的捻度，或用后整理加工等方法來獲得抗起球效果，如將PET纖維浸入180～240℃的堿金屬甲醇溶液中進行處理；

(4)利用混紡的方法提高抗起球性，如將l：1的棉和PET混紡制得抗起球纖維。
AKZO Nobel NV公司開發出了一種具有較高抗起球性能的聚酯纖維和紗線。生產時將聚乙烯醇嵌段共聚物作為分離相均勻地加入到聚酯混合物中，這種配方特殊的聚合物中至少含有90％摩爾的聚乙烯對苯二甲酸鹽，聚合物是在聚酯混合物發生共聚以后加入的，它所占的重量比是1％～7％，當聚合物與聚酯混合物混合均勻后采用普通紡絲方法可制得具有抗起球特性的滌綸纖維。

滌綸的另一嚴重缺點是吸水性差，容易被油類所圬染，在低濕度的場合下易帶靜電荷。抗靜電纖維的制造方法有：

(1)用耐久性抗靜電劑涂于織物上；

(2)將耐熱性抗靜電劑分散在聚酯熔體中，紡絲織成織物；

(3)將聚酯分子鏈進行共聚改性，將共聚物熔融紡絲，改善聚酯纖維的抗靜電性能。通常所采用的可反應和可溶性的抗靜電添加劑有甘醇醚類和二羧酸酰胺類和西佛堿類化舍物。

改善高聚物纖維的抗靜電性能和吸濕性能，通常通過共聚等方法在聚合物中引入親水基團，提高其吸濕性能，降低比電阻。例如在PET的生產過程中，加入適量聚乙醇(PEG)，經過共同縮聚而制得PET—PEG嵌段共聚物，以此作為改性劑加入到PET中混合紡絲，用以改進滌綸產品的抗靜電性和吸濕性。

上世紀90年代后，日本的鐘紡、帝人、東麗、可樂麗等公司都進行了導電纖維系列研究。東麗公司開發的高白度導電復合纖維，可樂麗公司開發了由炭黑和熱塑性彈性體組成的具有永久導電性能的合成共軛纖維，還開發了用于軍裝和工作服的白色抗靜電聚酯長絲，用其織成的織物不僅具有優良的抗靜電性，還具有優良的手感、染色性、強度、抗洗滌性和耐化學性。由ICI纖維公司開發的Epirtopic纖維是一種獨特的導電纖維，其應用非常廣泛，其芯是聚酯，皮層是聚酯和間苯二酸酯的共聚物，在生產時，它浸漬于黑炭粒中。
國內導電纖維的研究起步較晚，浙江大學、浙江省冶金研究所與杭州孔雀化纖集團股份有限公司開發了一種鍍復合導電滌綸，它用普通PET作為基體，在其表面鍍上一層聚丙烯腈，再在聚丙烯腈上鍍上復合導電的Cu2S，制得具有與普通PET物理性能基本相同的導電纖維，該纖維的導電性能耐久，由其紡成的38支紗的電阻可小于100Ω．cm-1。
導電纖維用途廣泛，其中早用于地毯，是當前用量大的領域，其它方面主要用于抗靜電、除塵工作服，一般衣料及產業材料等領域。抗靜電除塵工作服主要用于石油、天然氣等危險品工作場地、半導體、電子工業、精密儀器、醫藥衛生等領域，其用途和市場正在不斷地擴大。

國內近年來對吸水纖維進行了研究開發，如北京服裝大學開發的PBT／PET中空微孔復合纖維，顯示出優異的吸水性和保水性；天津石化公司滌綸廠與北京服裝大學共同開發的高吸水中空滌綸短纖能快速地吸收、傳遞、釋放水分，并紡制出近l0t 2.5dtex的高吸水短纖，與紡織廠家聯合開發出高吸濕面料，制作的運動服具有良好的穿著舒適性；東華大學研制成功的高吸水聚酯纖維的吸水率與棉花相似，為20.5％，吸濕率為2％，是普通滌綸的5倍。帝人公司將聚酯纖維內部配合重量平均分子量10萬以上的聚烷撐氧為O.1wt％～15wt％，而且聚烷撐二醇衍生物接枝于纖維表面，吸濕耐洗，極大地改善了聚酯纖維的吸濕性。
抗靜電、防污和吸濕性三者在一定程度上是緊密聯系的，只要改善聚酯的親水性，就能使這三種性能相應得到改善，同時也能在一定程度上改善滌綸的染色性能。

滌綸的阻燃改性有共混改性和共聚改性兩種方法。共混改性是在聚酯切片合成過程中添加共混阻燃劑制備阻燃切片或在紡絲時添加阻燃劑與聚酯熔體共混成阻燃纖維；共聚改性是在合成聚酯過程中加入共聚型阻燃劑作單體通過共聚方法制備阻燃聚酯。
按生產工藝過程對阻燃方法進行分類，可歸納為以下5種：
(1)在酯交換或縮聚階段加入反應型阻燃劑進行共縮聚；

(2)在熔融紡絲前向熔體中加入添加型阻燃劑；

(3)普通聚酯與含有阻燃成分的聚酯進行復合紡絲；

(4)在聚酯纖維或織物上與反應型阻燃劑進行接枝共聚；

(5)對聚酯纖維織物進行阻燃后處理。

可用于聚酯纖維的添加型阻燃劑比較多，添加阻燃劑也是聚酯纖維初的阻燃改性方法。阻燃劑主要有鹵素阻燃劑和磷系阻燃劑。在鹵素阻燃劑中又以溴類阻燃劑的阻燃效果為好，且可與通過銻類化合物(如三氧化二銻)與其形成協效作用來提高其阻燃效果。在磷系阻燃劑中各種有機磷酸酯、無機磷酸酯以及氧化磷等阻燃劑都可以用于聚酯纖維阻燃改性。其中芳香族磷酸酯熱分解穩定性好，加入到聚酯熔體中對聚酯的熱降解影響較小，從而不會影響紡絲工藝和纖維的性能。目前，添加型阻燃劑在一些小的聚酯纖維生產企業中得到了廣泛的應用。聚酯纖維用反應型阻燃劑是指分子中含有阻燃元素(磷、氯、溴、氟)及活性基團(羧基、羥基以及酸酐等)的小分子阻燃劑。反應型阻燃劑將逐漸取代添加型阻燃劑。通常加入較低含量(3％～8％)的阻燃劑就可以使纖維具有良好的阻燃效果。可用于聚酯纖維的反應型阻燃劑包括鹵素和磷系阻燃劑。目前國際上常用的是磷系共聚型阻燃劑。磷系阻燃劑對聚酯纖維具有良好的阻燃效果，且燃燒過程中無毒性氣體的生成。屬于環保友好型阻燃體系。
在酯交換或縮聚階段加入反應型阻燃劑進行共縮聚，由于共聚阻燃單體通過共縮聚反應固定在共聚酯鏈上，成為構成大分子鏈上的一個組分，因此此種方法對PET紡絲性能影響較小，代表了纖維用阻燃聚酯發展的主流。如在合成阻燃聚酯時，添加4wt％～5wt％2一羧乙基苯基次膦酸(CEPPA)阻燃劑制成的聚酯纖維切片，氧指數可達到32％～33％；反應活性好，能夠得到高分子量的無毒無味、具有較高的熱穩定性及氧化穩定性和耐水性的聚酯切片。

隨著合成纖維工業的發展，人們生活水平的不斷提高及科學技術的不斷進步，人們對滌綸纖維的改性研究將得到更加深入的發展，改性后的滌綸織物以及滌綸混紡織物的應用將更加廣泛，民用、裝飾、工業用滌綸的比例將會有進一步變化。滌綸織物本身所具有的優異性能，加上改性后所賦予織物的鮮艷色澤、良好的手感、抗起毛起球性以及吸濕抗靜電性，將極大地推動聚酯纖維工業的發展。

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