生物基錦綸56的研究現(xiàn)狀

鐘應(yīng)紅，胡成佐

（福建省天鑫高科新材料有限公司，福建 泉州 362201）

生物基錦綸56是生物工程生產(chǎn)的戊二胺與己二酸聚合而成。由于是生物工程產(chǎn)品，其具有環(huán)保和可再生的特點。其分子結(jié)構(gòu)與錦綸66以及錦綸6的對比見圖1。

圖1 錦綸66、錦綸6、生物基錦綸56分子結(jié)構(gòu)式

從圖1可以看出：生物基錦綸56由戊二胺與己二酸聚合而成；錦綸66和錦綸6的2個酰胺鍵之間都間隔6個碳原子，導(dǎo)致N-H鍵與酰胺基中氧原子形成了大量氫鍵結(jié)構(gòu)；生物基錦綸56分子中有大量極性的N-H鍵未形成氫鍵。

與錦綸66相比，生物基錦綸56具有更好的吸濕性[1]。生物基錦綸56中大量未形成氫鍵的N-H鍵更容易與酸性染料結(jié)合而著色。這樣的超分子結(jié)構(gòu)讓其具有不同于錦綸66和錦綸6的理化性質(zhì)以及紡織印染特性。

1 生物基錦綸56的理化性能

1.1 熱力學(xué)性能

康宏亮等通過原位升溫X射線衍射發(fā)現(xiàn)，類α晶型的生物基錦綸56在升溫過程中，190 ℃左右發(fā)生不可逆的Brill轉(zhuǎn)變。通過原位升溫紅外光譜發(fā)現(xiàn)氫鍵強度隨著溫度的升高而減弱；位于1631 cm-1α相吸收譜帶減弱，位于1637 cm-1γ相的吸收譜帶增強，顯示了α相向γ相的轉(zhuǎn)變過程；CH2亞甲基鏈段變化顯著，1201 cm-1譜帶可作為 Brill 轉(zhuǎn)變譜帶[2]。

1.2 結(jié)晶性能

東華大學(xué)吳田田等采用差示掃描量熱儀和帶有熱臺的偏光顯微鏡對生物基錦綸56的等溫結(jié)晶性能進行了研究。用Avrami方程對等溫結(jié)晶過程及其動力學(xué)進行了分析，得出Avrami指數(shù)（n值）在2.30～3.37之間，推測其晶體生長方式為三維球狀生長；采用Arrhenius方程計算了生物基錦綸56的等溫結(jié)晶活化能（△E）為-99.04 kJ/mol。并用偏光顯微鏡研究證實了上述推測，同時發(fā)現(xiàn)球晶半徑與結(jié)晶時間呈線性關(guān)系，并求得了球晶的生長速率見表1[3]。

表1 不同結(jié)晶溫度下生物基錦綸56的球晶生長速率

1.3 流變性能

東華大學(xué)吳田田等實驗發(fā)現(xiàn)生物基錦綸56的流變性很好。圖2是錦綸66和生物基錦綸56的流變曲線。從圖中可以得出，相同剪切速率下錦綸66的切應(yīng)力更高。這說明在紡絲經(jīng)過噴絲孔時，錦綸66聚合物熔體更容易由于內(nèi)應(yīng)力積累而產(chǎn)生擠出膨大效應(yīng)，也說明生物基錦綸56 的紡絲性能比錦綸66的好[4]。

圖2 生物基錦綸56和錦綸66的流變曲線對比

1.4 吸/放濕性能及其他性能

郝新敏等在2018年將錦綸56和錦綸66進行了對比研究。得出圖3所示實驗結(jié)果。

圖3 標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下生物基錦綸56和錦綸66的吸/放濕曲線

從圖3（a）中可以看出錦綸66在40 min達到吸濕平衡，回潮率為3.71%；生物基錦綸56在100 min達到吸濕平衡，回潮率為4.69%。從圖3（b）可以看出錦綸66在40 min達到放濕平衡，值3.96%；生物基錦綸56則在60 min達到放濕平衡，值4.97%。生物基錦綸56的吸濕快干性優(yōu)于錦綸66[1]。

生物基錦綸56 分子中的酰胺鍵易水解。纖維容易隨著濕、熱條件的變化會發(fā)生水解，造成強力急劇降低。同時，酸堿條件也會破壞纖維的結(jié)構(gòu)，降低其力學(xué)性能[5]。生物基錦綸56耐酸堿性較錦綸66略差，但依然可以滿足生產(chǎn)加工與使用需要。

生物基錦綸56具有阻燃性能，極限氧指數(shù)可達32.0%以上，通過混紡可以滿足各類防護服裝的阻燃需要[1]。

2 生物基錦綸56紡絲、織造、染色及印花研究現(xiàn)狀

2.1 紡絲、織造及面料開發(fā)研究現(xiàn)狀

大連合成纖維研究設(shè)計院股份有限公司的于維才在流變儀上對該產(chǎn)品進行紡絲小試，生物基錦綸56在流變儀上擠出的絲條不連續(xù)，但熔融性能良好，從流變效果推測該產(chǎn)品具有可紡性[6]。該公司的孫彥潔通過實驗檢測生物基錦綸56的出絲指標(biāo)完全達到錦綸66標(biāo)準(zhǔn)[7]。上海凱賽生物科技公司采用高粱、玉米和小麥等為原材料，經(jīng)過生物、化學(xué)和物理方法研發(fā)出生物基錦綸56纖維[8]。

江南大學(xué)的張俊輝和叢洪蓮采用78 dtex/24f生物基錦綸56長絲、78 dtex /24f的錦綸6長絲和78 dtex/23f的錦綸66長絲分別在SM-DJ2TS圣東尼緯編圓機上開發(fā)雙羅紋組織，機器筒徑16英寸，機號18針，總針數(shù)912枚，轉(zhuǎn)速為14 r/min，所得坯布的基本規(guī)格參數(shù)見表2[9]。

表2 三種錦綸織物基本參數(shù)

江南大學(xué)教育部針織技術(shù)工程研究中心李新彤研究了生物基錦綸56短纖紗及其針織面料的開發(fā)和性能，發(fā)現(xiàn)該面料具有良好的吸濕透氣性、拉伸性、抗起毛起球性、耐磨性、懸垂性，并且其穿著舒適性優(yōu)良。另外生物基錦綸56紗線還具有良好的耐磨性[10]。

2.2 生物基錦綸56染色和印花研究現(xiàn)狀

2.2.1 生物基錦綸56的染色

東華大學(xué)李蒙蒙對生物基錦綸56的染色性能做了系統(tǒng)的研究，結(jié)果表明在98 ℃的染色條件下，弱酸性染料上染生物基錦綸56的平衡上染百分率接近或者高于錦綸66，但是在染色初期生物基錦綸56的上染百分率是錦綸66的6～7倍，分別在30 min左右和80 min達到染色平衡。這可能是因為生物基錦綸56所含的氨基數(shù)量比錦綸66多，所以更易上染，提升性好。弱酸性紅10B、弱酸性橙AGT、弱酸性深藍5R染生物基錦綸56的耐干摩和濕摩色牢度均在4-5級，但耐洗色牢度較差，尤其是羊毛、錦綸、棉纖維貼襯的沾色比較嚴(yán)重，經(jīng)過陰離子固色劑固色后，耐洗色牢度有明顯提升[5]。

郝新敏等研究發(fā)現(xiàn)，生物基錦綸56可用酸性染料、中性染料和活性染料染色，且得色深，K/S值均可達到16以上，并且色牢度多在4級以上[1]。郝新敏等也發(fā)明了一種錦綸56纖維/棉混紡面料的堿性一浴法染色方法[11]、一種錦綸56纖維面料的堿性浴染色方法[12]以及一種錦綸56纖維面料的酸性浴染色方法[13]。

2.2.2 生物基錦綸56的印花

目前針對生物基錦綸56的印花研究較少。郝新敏等人發(fā)明了一種錦綸56纖維/棉混紡面料的雙面印花方法[14]和一種錦綸56纖維/棉混紡面料的印花方法[15]。

3 生物基錦綸56的其他相關(guān)研究現(xiàn)狀

3.1 生物基錦綸56 的抗菌性能研究

東華大學(xué)李蒙蒙研究了二苯甲酮及其衍生物整理的生物基錦綸56的抗菌性[5]。

南通東屹高新纖維科技有限公司張子睿發(fā)明了一種具有抗菌功能的生物基錦綸56纖維的制作工藝，在生物基錦綸56纖維內(nèi)通過陶瓷粉粘附銀粉，銅粉和鋅粉，使他們產(chǎn)生協(xié)同作用，進而使得生物基錦綸56纖維具有良好的抗菌能力[16]。

東華大學(xué)張瀚譽研究了抗菌生物基錦綸56纖維和織物的制備及其性能。將聚六亞甲基胍鹽酸鹽（PHMG）抗菌劑與生物基錦綸56進行共混改性，制備了抗菌生物基錦綸56/PHMG共混體系，并研究其各項性能，然后將生物基錦綸56和其抗菌共混體系進行紡絲實驗，對比分析了纖維的力學(xué)性能和抗菌性能[17]。

3.2 生物基錦綸56的阻燃性能研究

會通新材料（上海）有限公司任大偉等以戊二胺為原料進行合成的生物基錦綸56作為基體樹脂，制得的改性生物基錦綸56材料的導(dǎo)熱系數(shù)高，阻燃性能優(yōu)越且韌性佳[18]。

優(yōu)纖科技（丹東）有限公司郝新敏發(fā)明了一種阻燃改性錦綸56聚合物，其最大的優(yōu)點是具有阻燃抗融滴的特性，可以適應(yīng)較高溫度、濕度、電壓的場所使用，安全環(huán)保[19]。

3.3 生物基錦綸56 的復(fù)合性能研究

東華大學(xué)趙輝研究了生物基錦綸56異收縮混纖絲的制備及性能[20]。王學(xué)利等發(fā)明了生物質(zhì)錦綸56纖維/PBT纖維的FDY/POY異收縮混纖絲及其制備方法[21]和生物質(zhì)錦綸56纖維/PTT纖維的FDY/POY異收縮混纖絲及其制備方法[22]。

3.4 生物基錦綸56納米纖維膜研究

北京服裝學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院劉玥波等研究了靜電紡錦綸56納米纖維膜的制備及力學(xué)性能。發(fā)現(xiàn)，當(dāng)紡絲液濃度為2.0 g生物基錦綸56/10 mL HCOOH，推進速度為0.5 mL/h，紡絲溫度為45 ℃時，紡絲效果最佳，此時纖維直徑為0.155 μm。采用電子萬能試驗機對制得的生物基錦綸56納米纖維膜的力學(xué)性能進行測試，在最佳條件下所制膜的彈性模量為142.43 N/mm2，斷裂伸長率為19.9%，拉伸斷裂應(yīng)力為15.02 N/mm2，拉伸強度為15.02 N/mm2，具有較好的力學(xué)強度[23]。

4 總結(jié)

目前已有不少科研機構(gòu)對生物基錦綸56進行了研究和實踐，得到了很多有價值的研究成果。其中，生物基錦綸56的合成和性能分析及表征方面已有東華大學(xué)、上海凱賽生物科技公司、中國人民解放軍軍事科學(xué)院、中國科學(xué)院化學(xué)研究所和中央軍委后勤保障部軍需裝備研究所等機構(gòu)做過相關(guān)研究且已成功噴絲且探明其理化性能；紡織、染色和印花方面有東華大學(xué)、青島大學(xué)、山東濱州亞光毛巾有限公司、大連合成纖維研究設(shè)計院和江南大學(xué)等機構(gòu)做過相關(guān)研究且已開發(fā)出生物基錦綸56面料并成功染色；印花方面研究則相對較少；抗菌、阻燃、異收縮混纖絲和納米纖維膜等相關(guān)方面有東華大學(xué)、南通東屹高新纖維科技有限公司、會通新材料（上海）有限公司、優(yōu)纖科技（丹東）有限公司和北京服裝學(xué)院等機構(gòu)做過研究。總體上看，這些研究成果已基本涵蓋了生物基錦綸56從結(jié)構(gòu)及理化性能到纖維生產(chǎn)及紡織印染的全部環(huán)節(jié)，為生物基錦綸56的發(fā)展打下了堅實基礎(chǔ)。