李曉旭

（鄭州經(jīng)貿(mào)學(xué)院，河南 鄭州 451191）

聚對苯二甲酸乙二酯（PET）纖維由于原料易得且性能優(yōu)良，是產(chǎn)量最大、應(yīng)用最廣的化學(xué)纖維。PET纖維的橫截面在顯微鏡下呈圓形，縱向粗細(xì)均勻，表面光滑。PET分子中存在苯環(huán)，經(jīng)熔體紡絲后拉伸并快速結(jié)晶，制備的纖維取向度和結(jié)晶度較高，具有強(qiáng)度高、彈性好、熱定型性優(yōu)良、耐酸堿、耐熱性好等特點［1］。本文介紹了PET的生產(chǎn)工藝路線以及應(yīng)用于服裝領(lǐng)域的PET纖維改性。

1 PET的生產(chǎn)工藝路線

1.1 酯交換縮聚法（DMT法）

DMT法采用對苯二甲酸二甲酯（DMT）與乙二醇（EG）進(jìn)行酯交換反應(yīng)，然后縮聚成PET。首先，DMT與EG或1,4-丁二醇在催化劑存在下進(jìn)行酯交換反應(yīng)，生成對苯二甲酸雙羥乙酯（BHET）或?qū)Ρ蕉姿犭p羥丁酯，通常使用鋅、鈷、錳的乙酸鹽為催化劑，反應(yīng)副產(chǎn)物甲醇不斷排出。第二步為BHET或?qū)Ρ蕉姿犭p羥丁酯在高真空及強(qiáng)烈攪拌下進(jìn)行縮聚，并加入少量穩(wěn)定劑提高熔體的熱穩(wěn)定性以獲得高相對分子質(zhì)量PET［2］。

1.2 直接酯化縮聚法（PTA法）

PTA法采用精對苯二甲酸與EG或1,4-丁二醇直接酯化生成BHET或?qū)Ρ蕉姿犭p羥丁酯，然后進(jìn)行縮聚得到PET，關(guān)鍵是使精對苯二甲酸與EG或1,4-丁二醇均勻混合，提高反應(yīng)速率并抑制醚化反應(yīng)。采用PTA法易制得相對分子質(zhì)量大、熱穩(wěn)定性好的聚合物。該方法對原料精對苯二甲酸的純度要求較高，精對苯二甲酸提純精制費(fèi)用大［2］。

1.3 環(huán)氧乙烷法（EO法）

EO法使用環(huán)氧乙烷與精對苯二甲酸通過直接加成反應(yīng)得到BHET，再進(jìn)行縮聚得到PET。該方法的優(yōu)點是設(shè)備利用率高，輔助設(shè)備少，產(chǎn)品易于精制。缺點是環(huán)氧乙烷與精對苯二甲酸的加成反應(yīng)需在2～3 MPa壓力下進(jìn)行，對設(shè)備要求苛刻，因而影響該方法的廣泛使用。日本曾用此法進(jìn)行生產(chǎn)，但由于此法具有易爆、易燃、有毒等缺點，目前已淘汰［2］。

PET主要使用PTA法合成，是因為該方法連續(xù)生產(chǎn)較易，原料消耗低，PET產(chǎn)量大、質(zhì)量好、可直接紡絲、產(chǎn)品成本低。

2 PET纖維的改性

PET纖維由于加工簡單且價格便宜而大量應(yīng)用于服裝設(shè)計領(lǐng)域。采用PET纖維制造的織物易洗快干，且其分子中的酯鍵有較強(qiáng)的抗氧化能力，不易被洗滌劑和肥皂等破壞，不易被微生物侵蝕，織物有較好的耐穿性。PET纖維織物經(jīng)熱定型后尺寸形態(tài)穩(wěn)定、挺括性好、不易縮水，可用于制作襯衫、男士西裝褲、外衣和夾克等。PET纖維的缺點是由于分子排列緊密且缺少親水基，吸濕性較天然纖維差，易產(chǎn)生靜電，并且染色性差，產(chǎn)品易燃燒，影響穿著的舒適性，因此需要通過改性來提升PET纖維的性能。

2.1 服裝用親水抗靜電PET纖維

與天然纖維不同，化學(xué)纖維表面不具有天然油脂，吸濕性和導(dǎo)電性都很差，因此，化學(xué)纖維在紡絲和加工過程中，纖維與纖維、纖維與機(jī)器部件之間摩擦后會產(chǎn)生靜電。由于化學(xué)纖維本身的絕緣性很強(qiáng)，不易導(dǎo)電，靜電荷很難逸散，當(dāng)靜電積累到一定程度會產(chǎn)生一系列的問題，尤其在溫濕度低、纖度細(xì)、紡機(jī)速度快等情況下，靜電問題更突出。因此，為了消除PET纖維長絲所制服裝的靜電并充分考慮其親水性能，聚合時引入多元醇或其低聚物，紡絲時添加吸濕性材料共混紡絲、改變噴絲孔形狀、在織物表面涂覆親水整理劑等都可以提高PET纖維的吸濕性能。湖州欣緣紡織有限公司［3］公開了一種親水性好的防靜電PET纖維長絲的制備方法。將二氧化硅9.0 phr，粒徑為0.5～5.0 μm的輕質(zhì)碳酸鈣3.0 phr，抗氧劑4.0 phr，二氧化鉬7.0 phr，有機(jī)硅粉末10.0 phr，PET粉料100.0 phr混合，得到親水性母粒；將苯基甲基硅油12.0 phr，硬脂酸鋅6.5 phr，及干燥后過18 μm篩得到的PET粉料100.0 phr混合，得到抗靜電母粒；將PET切片進(jìn)行干燥，干燥條件為PET切片預(yù)結(jié)晶溫度165～170 ℃，干燥溫度170～175 ℃，干空氣壓力0.18～0.22 MPa，干空氣露點控制在-80 ℃以下；按質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為12%，7%，81%加入親水性母粒、抗靜電母粒和PET切片，混合后經(jīng)螺桿擠壓機(jī)制成PET熔體。PET熔體過濾加壓后經(jīng)計量泵分配到各噴絲組件產(chǎn)生初生纖維。初生纖維經(jīng)一羅拉拉伸，加熱，加捻，二羅拉拉伸，加熱定型，三羅拉定型和卷繞輥卷繞成型，得到親水性好的防靜電PET纖維長絲。馬娟等［4］使用雙螺桿擠出機(jī)將納米級聚丙烯酸鈉與常規(guī)PET切片共混制備了親水性母粒，將PET切片與6%（w）親水性母粒共混熔融紡絲制備了親水性PET纖維，該纖維回潮率為2.09%，體積比電阻為2.3×109Ω·cm，吸濕性及抗靜電性能優(yōu)良。李建武等［5］以精對苯二甲酸和EG為基體，間苯二甲酸雙羥乙酯-5-磺酸鈉為第三單體，聚乙二醇為第四單體，山梨醇為第五單體，采用常壓和二段縮聚制備高親水性共聚酯，后經(jīng)熔融紡絲制得共聚酯纖維。該纖維能夠滿足紡織加工的要求，具有良好的親水性能和力學(xué)性能。

2.2 服裝用抗菌防臭PET纖維

紡絲時在PET熔體中加入抗菌劑可以制備抗菌防臭PET纖維。使用該纖維可以避免微生物侵蝕紡織品并可阻止致病菌繁殖以及細(xì)菌在織物上分解產(chǎn)生的臭味?？咕莱鬚ET纖維廣泛用于內(nèi)衣褲、兒童服裝、運(yùn)動休閑裝、功能服裝服飾等的設(shè)計生產(chǎn)。劉偉時［6］使用納米銀系抗菌母粒（用量為PET切片質(zhì)量的5%）與PET切片混合，在紡絲機(jī)上經(jīng)熔融紡絲制備了抗菌防臭PET纖維。該纖維的力學(xué)性能良好并且具有較強(qiáng)的抗菌性能，斷裂強(qiáng)度為4.22 cN/dtex，斷裂伸長率為21%，對大腸桿菌抑菌率為99.42%，對金黃色葡萄球菌抑菌率為97.07%。晉縉等［7］采用PTA法制備抗菌改性PET切片。首先，將精對苯二甲酸、EG、催化劑、穩(wěn)定劑在聚合釜進(jìn)行第一酯化反應(yīng)，反應(yīng)溫度240～250 ℃，反應(yīng)壓力0.3～0.5 MPa。第一酯化反應(yīng)結(jié)束后進(jìn)行30 min常壓酯化，之后進(jìn)入第二酯化反應(yīng)階段。在此階段，添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.0%的Cu-ZnO納米復(fù)合抗菌劑。在縮聚階段控制真空度50 Pa，反應(yīng)溫度275～283 ℃，縮聚2 h得到Cu-ZnO復(fù)合抗菌改性PET切片。將切片熔融紡絲得到Cu-ZnO復(fù)合抗菌改性PET纖維。該纖維可紡性好，纖維的斷裂強(qiáng)度為2.6 cN/dtex，斷裂伸長率為32.8%；抗菌劑在纖維表面分散均勻，對大腸桿菌抑菌率為91.2%，對金黃色葡萄球菌抑菌率為93.2%，抗菌效果良好。張梅等［8］使用超細(xì)聚丙烯腈纖維 （德絨）、新型纖維素纖維（超細(xì)旦木代爾）、銀離子改性PET纖維，按照質(zhì)量比50∶40∶10，經(jīng)過開清棉工序、梳棉工序、預(yù)并條工序、并條工序、粗紗工序、細(xì)紗工序等進(jìn)行混紡，得到賽絡(luò)緊密紡德絨/超細(xì)旦木代爾/銀離子改性PET纖維紡紗線。該紡紗線細(xì)膩滑糯、抗菌除臭、柔和親膚，主要應(yīng)用于T恤、內(nèi)衣、高檔針織服裝等領(lǐng)域。

2.3 服裝用防紫外線PET纖維

普通衣料對紫外線的遮蔽率一般在50%左右，長時間的紫外光照射會引起紡織品的褪色和老化，需要對衣料進(jìn)行紫外線屏蔽處理。浙江東太新材料有限公司［9］制備了一種抗紫外線PET纖維，是將PET切片與復(fù)合有機(jī)紫外光吸收劑的中空多孔微球混合均勻后熔融紡絲所得。首先，制備復(fù)合苯基水楊酸中空多孔微球，然后，將經(jīng)過150 ℃，3 h干燥處理后的PET切片與中空多孔微球以質(zhì)量比2∶3熔融共混制備功能母粒，再將功能母粒與PET切片混合均勻，其中，復(fù)合苯基水楊酸中空多孔微球質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.0%；最后，經(jīng)過熔融紡絲得到抗紫外線PET纖維。工藝參數(shù)為：紡絲溫度270 ℃，側(cè)吹風(fēng)冷卻風(fēng)溫度28 ℃，側(cè)吹風(fēng)風(fēng)速0.3 m/s，卷繞紡絲速度3 500 m/min，牽伸倍數(shù)3.0倍。所制抗紫外線PET纖維在波長為365 nm紫外光下輻照240 h后，斷裂強(qiáng)度降低率為20.4%；復(fù)合苯基水楊酸中空多孔微球質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.4%時，抗紫外線PET纖維的纖度為3.6 dtex，斷裂強(qiáng)度為2.96 cN/dtex，斷裂伸長率為12%。纖維抗紫外線性能好，使用時間長。陳康等［10］將紫外光吸收劑雙苯并噁唑二苯乙烯、精對苯二甲酸、EG通過原位聚合工藝制備抗紫外線PET切片，其中，雙苯并噁唑二苯乙烯質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.05%。然后，經(jīng)固相增黏得到抗紫外線增黏PET切片。切片干燥后在320℃熔融紡絲，雙螺桿紡絲機(jī)的擠出壓力為5 MPa，卷繞速度為800 m/min，總牽伸倍數(shù)為4.7倍，制備了抗紫外線增黏PET纖維。經(jīng)過300 h人工氙燈加速老化實驗，該纖維強(qiáng)度保持率達(dá)到96%，抗紫外線老化效果好，能夠達(dá)到紡織用高強(qiáng)PET纖維的要求。翟和生［11］將經(jīng)過表面包覆改性的金紅石型納米級TiO2粉體分散于EG中，配制成TiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的均勻漿料。將精對苯二甲酸與EG按照摩爾比為1.0∶1.8投入反應(yīng)釜，添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的納米級TiO2/EG漿料，加入含有20%（w）Sb2O3的催化劑溶液進(jìn)行聚合。酯化反應(yīng)2 h，壓力為150.0 kPa，溫度為270 ℃?？s聚反應(yīng)壓力為0.5 kPa，溫度為290℃。原位聚合生成具有抗紫外線功能的PET/TiO2切片。切片紡絲得到抗紫外線PET纖維。用此纖維制成的布樣，防曬指數(shù)為78.2，具有優(yōu)異的抗紫外線性能，并且PET纖維絲的物理性能和外觀指標(biāo)不受影響。

2.4 其他功能PET纖維

PET纖維強(qiáng)度高、尺寸穩(wěn)定、保型性好、高模量、低收縮，是理想的紡織材料。福建六樹網(wǎng)絡(luò)科技有限公司［12］開發(fā)了一種改性PET纖維，是將1 phr負(fù)載納米太極石的SiO2氣凝膠磨成粉末后分散到100 mL四氫呋喃中，加入到4 phr纖維級PET中混合均勻，除去四氫呋喃，熔融擠出，切片，得到聚酯母粒。干燥除水后，將1 phr聚酯母粒和19 phr纖維級PET混合，于270～280 ℃熔融擠出，拉伸比為4.0下進(jìn)行拉伸、上油、收卷，得到改性PET纖維。該纖維的密度和室溫導(dǎo)熱系數(shù)較低并且耐洗性好。單獨(dú)紡織或與其他纖維混合紡織而成的織物，具有輕盈且保溫隔熱性能好的特點，具備優(yōu)良的遠(yuǎn)紅外性能，可以進(jìn)一步提高織物保溫能力。PET纖維是熔融性可燃纖維，在裝飾織物、阻燃防護(hù)服等領(lǐng)域的應(yīng)用受到限制。為解決這個問題，曲銘海等［13］采用原位聚合工藝，將精對苯二甲酸、EG、無鹵環(huán)保阻燃劑［（6-氧-6H-二苯并-（c,e）（1,2）-氧磷雜己環(huán)-6-酮）-甲基］-丁二酸（DDP）、BaSO4/EG溶膠和Sb2O3按比例加入反應(yīng)釜直接酯化，縮聚，制備BaSO4質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%以及DDP質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的PET切片，并應(yīng)用高速紡絲二步法制造阻燃共聚酯納米復(fù)合材料長絲。當(dāng)長絲加工變形溫度為190 ℃，牽伸倍數(shù)為1.58倍，加工速度為500 m/min時，紡制的纖維能夠滿足面料紡織加工要求，纖維氧指數(shù)達(dá)到30.5%，具有良好的阻燃效果，能夠滿足服裝及家紡要求。

3 結(jié)語

PET纖維由于原料易得且性能優(yōu)良，是化學(xué)纖維中產(chǎn)量最大、應(yīng)用最廣的纖維，廣泛應(yīng)用于服裝設(shè)計領(lǐng)域。對PET纖維進(jìn)行改性可以制備親水抗靜電纖維、抗菌防臭纖維、防紫外線纖維、遠(yuǎn)紅外纖維、阻燃纖維等。用改性纖維織造織物，可以設(shè)計制造功能性服裝服飾。