李曉旭

（鄭州經(jīng)貿(mào)學院，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、應用最廣的化學纖維。PET纖維的橫截面在顯微鏡下呈圓形，縱向粗細均勻，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）進行酯交換反應，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行酯交換反應，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烈攪拌下進行縮聚，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，提高反應速率并抑制醚化反應。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得到BHET，再進行縮聚得到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需在2～3 MPa壓力下進行，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，化學纖維表面不具有天然油脂，吸濕性和導電性都很差，因此，化學纖維在紡絲和加工過程中，纖維與纖維、纖維與機器部件之間摩擦后會產(chǎn)生靜電。由于化學纖維本身的絕緣性很強，不易導電，靜電荷很難逸散，當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、紡機速度快等情況下，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切片進行干燥，干燥條件為PET切片預結(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)量分數(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，在紡絲機上經(jīng)熔融紡絲制備了抗菌防臭PET纖維。該纖維的力學性能良好并且具有較強的抗菌性能，斷裂強度為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)定劑在聚合釜進行第一酯化反應，反應溫度240～250 ℃，反應壓力0.3～0.5 MPa。第一酯化反應結(jié)束后進行30 min常壓酯化，之后進入第二酯化反應階段。在此階段，添加質(zhì)量分數(shù)為1.0%的Cu-ZnO納米復合抗菌劑。在縮聚階段控制真空度50 Pa，反應溫度275～283 ℃，縮聚2 h得到Cu-ZnO復合抗菌改性PET切片。將切片熔融紡絲得到Cu-ZnO復合抗菌改性PET纖維。該纖維可紡性好，纖維的斷裂強度為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］使用超細聚丙烯腈纖維 （德絨）、新型纖維素纖維（超細旦木代爾）、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、預并條工序、并條工序、粗紗工序、細紗工序等進行混紡，得到賽絡(luò)緊密紡德絨/超細旦木代爾/銀離子改性PET纖維紡紗線。該紡紗線細膩滑糯、抗菌除臭、柔和親膚，主要應用于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切片與復合有機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，復合苯基水楊酸中空多孔微球質(zhì)量分數(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)吹風冷卻風溫度28 ℃，側(cè)吹風風速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，斷裂強度降低率為20.4%；復合苯基水楊酸中空多孔微球質(zhì)量分數(shù)為0.4%時，抗紫外線PET纖維的纖度為3.6 dtex，斷裂強度為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)量分數(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，該纖維強度保持率達到96%，抗紫外線老化效果好，能夠達到紡織用高強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)量分數(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投入反應釜，添加質(zhì)量分數(shù)為1%的納米級TiO2/EG漿料，加入含有20%（w）Sb2O3的催化劑溶液進行聚合。酯化反應2 h，壓力為150.0 kPa，溫度為270 ℃?？s聚反應壓力為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不受影響。

2.4 其他功能PET纖維

PET纖維強度高、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下進行拉伸、上油、收卷，得到改性PET纖維。該纖維的密度和室溫導熱系數(shù)較低并且耐洗性好。單獨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)良的遠紅外性能，可以進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、阻燃防護服等領(lǐng)域的應用受到限制。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按比例加入反應釜直接酯化，縮聚，制備BaSO4質(zhì)量分數(shù)為5%以及DDP質(zhì)量分數(shù)為10%的PET切片，并應用高速紡絲二步法制造阻燃共聚酯納米復合材料長絲。當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，是化學纖維中產(chǎn)量最大、應用最廣的纖維，廣泛應用于服裝設(shè)計領(lǐng)域。對PET纖維進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。