新一代多功能高質(zhì)感可控微孔聚酯的研究

肖頂 王建明 徐憬

1 晉江中紡標(biāo)檢測有限公司 福建 362200

2 北京服裝學(xué)院 北京 100029

3 海西紡織新材料工業(yè)技術(shù)晉江研究院 福建 362200

1 前言

聚酯纖維是由二元醇與二元酸或ω-羥基酸等縮聚而成的聚酯線型大分子所構(gòu)成的合成纖維。作為三大合成纖維之一，聚酯纖維實現(xiàn)工業(yè)化最晚，但發(fā)展速度最快，自問世以來，由于優(yōu)良的成纖性能和機械性能以及易洗、快干、挺括的服用性能，而成為化纖產(chǎn)品中產(chǎn)量增長最快的品種。但是聚酯分子鏈結(jié)構(gòu)緊密牢固，結(jié)晶度和取向度高，纖維剛性大，極性較小，缺乏親水性，故聚酯纖維是一種典型的疏水性纖維，回潮率只有0.4%。作為日常服用材料，其手感硬，舒適性很差，排汗困難，給人悶熱不適的感覺。同時，吸濕性很差也給織造帶來一系列問題，如易積聚靜電、易吸灰塵、難去除油污漬等。

針對聚酯纖維的弱點，對其進行舒適性改進工作一直是紡織科技界的重要課題。通過化學(xué)改性和物理改性使聚酯纖維微孔化、截面異形化以及導(dǎo)入吸濕性或活性官能團以改善纖維的服用特性，是聚酯改性的主要手段。其中，通過物理和化學(xué)改性相結(jié)合的方法使聚酯纖維產(chǎn)生由表及里的微孔結(jié)構(gòu)，是重大創(chuàng)新思路。該方法使滌綸的剛性降低，柔性增加，極光消失，觸感更接近天然纖維。在保持滌綸的快干和挺括性的同時，其微孔效果使纖維的吸濕性得到極大提高，并保持永久長效。

本課題研發(fā)的可控微孔聚酯產(chǎn)品，通過加入特殊成孔材料，采用對聚合物合成體系進行化學(xué)改性和物理改性相結(jié)合的創(chuàng)新技術(shù)，制成改性聚酯。

2 實驗部分

2.1 微孔聚酯切片的合成工藝

BHET工藝：將BHET熔融后加入二元酸、二元醇、成孔材料進行縮聚，當(dāng)攪拌功率達到預(yù)定值時，出料、切粒。

PTA工藝：按照一定配比將EG加入打漿釜，在攪拌下緩慢加入PTA、催化劑，控制打漿時間在40～50min。

將配置好的漿液定量加入已有母液的酯化釜，控制酯化反應(yīng)溫度為255±5℃，調(diào)節(jié)好柱溫在105±5℃，控制進料時間3h左右，當(dāng)進料結(jié)束后，常壓反應(yīng)，以備導(dǎo)入縮聚釜。

用氮氣將BHET導(dǎo)入縮聚釜，啟動攪拌，加入第三單體、成孔材料及相關(guān)助劑，升溫反應(yīng)，當(dāng)內(nèi)溫達260℃時，抽低真空，控制降溫點278℃，當(dāng)攪拌功率達預(yù)定值時，聚合反應(yīng)結(jié)束，停止攪拌，停真空，壓氮氣出料、切粒。

2.2 可控微孔聚酯短纖紡絲工藝和生產(chǎn)流程

工藝流程：主要工序為干燥、紡絲、卷繞、盛絲桶輥道輸送、集束、水浴牽伸、蒸汽牽伸、張力定型、卷曲、松馳熱定型、切斷、打包等；輔助工序有紡絲冷卻空調(diào)、熱媒循環(huán)和貯存、組件準(zhǔn)備(含過濾器清洗)、油劑調(diào)配及輸送等。

生產(chǎn)流程：切片脈沖輸送→干燥→紡絲→卷繞→落筒→集束→導(dǎo)絲→預(yù)拉伸→上油→一道拉伸→二道拉伸→緊張熱定型→卷曲→松弛熱定型→切斷→打包。

本流程建立了適合紡微孔聚酯纖維的前后紡紡絲工藝參數(shù)，紡制出的微孔聚酯短纖維的物性指標(biāo)均達到了設(shè)計要求。

2.3 微孔聚酯短纖維紡紗工藝流程

根據(jù)微孔纖維與棉纖維的性能特點，紡紗工藝中采取兩種纖維在清花、梳棉工序分別制卷成條，并在并條工序經(jīng)過3道并條充分混合。

混紡紗的規(guī)格設(shè)計包含了混紡纖維混紡比確定、成品紗線號數(shù)設(shè)計和紡紗難易程度。

本項目以開發(fā)中高檔休閑面料為主，為充分發(fā)揮微孔纖維優(yōu)異的吸濕透氣性和服用舒適性，確定了65/35（微孔纖維/棉纖維）的混紡比，紡制出的紗線各項品質(zhì)指標(biāo)均達到了較高的質(zhì)量水平。

2.4 微孔纖維針織面料的織造及染整流程

織造流程：原料檢驗→倒筒→織造→坯布檢驗→預(yù)定型→開孔處理→染色→后整理→成品布檢驗。

染整流程：微孔纖維織物染整工藝研究主要圍繞纖維成孔、得色均勻、功能突出、風(fēng)格高雅等關(guān)鍵技術(shù)展開。為確保微孔聚酯/棉混紡面料的吸濕排汗和抗起球性能以及穿著服用要求，對染整工藝技術(shù)進行了系統(tǒng)研究。最終確定的染整工藝路線：坯布檢驗→預(yù)定型→前處理（開孔）→染色→后整理；開孔工藝：NaOH為10g/L、浴比1：10、溫度120℃、保溫時間30min。

3 實驗結(jié)果與討論

3.1 具有可紡性和成孔性的微孔聚酯的研究

（1）成孔材料對結(jié)晶性的影響

成孔材料的粒徑不同：成孔材料使聚酯體系的熔點較常規(guī)升高，冷結(jié)晶溫度降低，結(jié)晶溫度大大提高，放熱峰面積較常規(guī)聚酯大，表明成孔材料對聚酯的結(jié)晶有促進作用，但粒徑對體系結(jié)晶性的影響不大。

表1 氫氧化鈉濃度與減量率、抗起球性之間的關(guān)系

成孔材料的含量不同：隨著成孔材料含量的增加，聚酯體系的熔點略有升高，冷結(jié)晶溫度降低，結(jié)晶溫度升高，表明隨著成孔材料含量的增加，聚酯體系的結(jié)晶性能提高。

（2）成孔材料含量對成孔性的影響

成孔工藝是對纖維或制品在染整加工中進行成孔處理，使纖維產(chǎn)生由表及里的微孔。在相同處理工藝下，隨著成孔材料含量的增加，纖維表面孔的數(shù)量提高，孔的深度加深，說明在保證可紡性的前提下，成孔材料的含量越高越好。

（3）聚酯切片的試制及指標(biāo)

通過逐級放大，經(jīng)過了在年產(chǎn)500L的半連續(xù)聚合裝置、單釜產(chǎn)量200kg的工業(yè)化生產(chǎn)半連續(xù)聚合裝置、單釜產(chǎn)量2000～3000kg的工業(yè)化聚酯切片生產(chǎn)線上，多次試驗，確立了工業(yè)化聚合生產(chǎn)裝置上微孔聚酯切片的生產(chǎn)工藝，包括微孔材料分散處理工藝、打漿工藝、酯交換工藝、縮聚工藝、酯交換后進入縮聚釜前的過濾器選用60μ等，從而使可紡性進一步改善。

3.2 堿劑濃度對微孔聚酯/棉混紡面料開孔的影響

根據(jù)2.1節(jié)、2.2節(jié)、2.3節(jié)和2.4節(jié)的工藝及流程，按照2.4節(jié)的開孔工藝，研究不同氫氧化鈉濃度下，微孔聚酯/棉混紡面料的開孔效果與減量率、抗起毛起球性能的關(guān)系，見表1。

微孔聚酯切片的生產(chǎn)過程中加入了特殊的開孔材料，該物質(zhì)在強堿性條件下會自動溶解，在纖維表面形成大量微孔，微孔結(jié)構(gòu)使得纖維比表面積成倍增加，表面摩擦系數(shù)提高，從而使得微孔面料具有卓越的吸濕排汗功能和優(yōu)良的抗起球性能，并且產(chǎn)生類似天然纖維織物柔和的光澤和自然的觸感，還具有濃染增深效果。

由表1可知，隨著氫氧化鈉濃度的增加，減量率也不斷增大，同時面料的微孔數(shù)量以及孔的深度都逐漸變多變深，提高了表面摩擦系數(shù)，增加了紗線中纖維的抱合力，減少了纖維末端滑脫，面料抗起球性能也由最初的2.5級提高到4級。因此，開孔處理工藝中的堿用量定為10 g/L左右為宜。

4 結(jié)論

（1）確立了工業(yè)化聚合生產(chǎn)裝置上微孔聚酯切片的生產(chǎn)工藝，獲得了滿足相關(guān)指標(biāo)的聚酯切片。

（2）研究了微孔短纖維紡紗織造過程中的一系列工藝，確定了65/35微孔聚酯/棉混紡面料的開孔工藝。

（3）經(jīng)晉江中紡標(biāo)檢測有限公司實驗室檢測，本項目研發(fā)成功的微孔聚酯短纖維及微孔聚酯針織面料的各項技術(shù)指標(biāo)均達到項目預(yù)定要求。