功能性涤纶纤维的现状与发展

功能性涤纶纤维的现状与发展成都纺织高等专科学校郑光洪2004年8月3日随着社会物质文化水平的不断提高，人们对服饰面料、装饰材料的要求更加丰富-天然纤维和纤维素再生纤维无论在产量还是在质量上已不能满足人们曰益增长的需求。合成纤维技术因此得以广泛的研究和发展，化学纤维经过改性后赋子更多的功能，逐渐取代了天然纤维。而涤纶作为第一大合成纤维，开发适合消费者需求的多功能新产品备受人们的关注。涤纶纤维的功能并没有统一的划分，并且还在继续出现反映社会发展和消费者需求的新内涵。首先，我们对这些功能进行分类。一、涤纶纤维概述1.涤纶纤维分类①基本型：具有纤维固有的物理、化学特性。如纤度、强伸度等机械特性可在一定程度和范围内发生变化，同时也有纤维所必须具备的特性；②舒适功能：可分为“穿着性、外观”和“清洁、美观”两种功能，穿着舒适感包含生理和心理两方面的感觉，也是每个季节流行元素中最重要的特点；③新功能，超功能：现在的通用合纤无法达到的高标准或全新功能。2功能性涤纶纤维产品的开发从90年代末期起，涤纶纤维的新产品和功能化纤维作为涤纶纤维继续生存和发展的主要支撑，各大化纤公司相继研制和开发了包括阻燃、芳香、负离子、抗菌、抗紫外、保暖、抗静电、高阻光、蓄光等多品种的功能性涤纶纤维，并形成批量产品规模推向市场，取得了一定的效果。2．1阻燃纤维按生产工艺过程对阻燃方法进行分类，可归纳为以下5种：a)在酯交换或缩聚阶段加入反应型阻燃剂进行共缩聚;b)在熔融纺丝前向熔体中加入添加型阻燃剂;c)普通聚酯与含有阻燃成分的聚酯进行复合纺丝;d)在聚酯纤维或织物上与反应型阻燃剂进行接枝共聚;e)对聚酯纤维织物进行阻燃后处理。a)至c)方法属于长丝的阻燃改性，上海石化已成功研究出这三种改性技术，并已批量生产出阻燃长丝FDY、阻燃短纤维等；d)和e)方法属于表面处理改性。近期有在涤纶纤维中添加无机粉末作为阻燃剂的报道。目前，己工业化阻燃聚酯纤维主要是采用共聚阻燃改性方法。聚酯纤维织物的阻燃比改性方法工艺简单、成本低，适应性强，较原丝改性方法有利。但阻燃剂用量多，对织物的手感和色泽影响较大。阻燃纤维工艺原理涤纶的阻燃改性(不考虑织物的阻燃后整理)有共混改性和共聚改性两种方法：A.共混改性:在聚酯切片制造过程中添加共混阻燃剂制造阻燃切片或在纺丝时添加阻燃剂与聚酯熔体共混制共混阻燃纤维；B.共聚改性:是在制造聚酯过程中加入共聚型阻燃剂做单体,通过共聚方法制造阻燃聚酯。阻燃涤纶特性加工成本：无论采用何种方法，涤纶磷系阻燃产品的成本增加几乎是普通产品的80％，采用无机粉束阻燃的成本更高，同织物的阻燃整理相比较，纯涤纶织物限制了纺织品原料选择的多样性，而且达到几乎相同目的的加工成本几乎翻了一番。物理机械性能：阻燃涤纶的物理机械性能和染色性能与常规相比有所下降。因此，国外的阻燃涤纶，其性能和功能往往是多元化的，即阻燃涤纶往往是阳离子可染和抗起毛起球功能的复合产品。国内阻燃纤维的开发比较早，但是工业化的不多．主要原因是阻燃的标准尚没有形成，制造行业和加工业尚未共识，纤维阻燃、织物阻燃各具优点，过分强调纤维阻燃有失偏颇。另外纤维阻燃所带来的物理机械性能降低，纺织过程中的效率降低、纤维染色变化、纤维成本增加都是阻碍阻燃涤纶纤维市场化的阻力。2．2芳香纤堆生产方法：用皮芯复合的方法，在芯层加入由特殊塑料为载体的香料，由于芯层以较低的温度进行纺丝，因此香味在纺丝过程中的挥发减到了最低限度，纤维成型后香味沿纤维轴向切断的横截面逐渐逸出，达到持久芳香的效果。染色：采用熔体染色，在纤维的皮层染色．可染红、黄、绿等色，解决芳香纤维在染色过程中香味的损失，扩大产品的使用领域。芳香纤维用途：作为室内床上用品，例如枕头、被套、床垫、被子、坐垫的填充材料，也可以用于纺织纤维，由于芳香的品种对人体具有不同的功效，因此床上用品一般选用安神、催眠等特效香味，而桂花、茉莉等用于室内装饰纺织品，如墙布、沙发布、桌布等。芳香纤维还可以用于和其它含添加剂特殊功能的纤维混合使用，例如同具有远红外发射功能的纤维一起用于床上用品，和具有抗菌作用的纤维制成医院床上用品、服装等产品。香型有桂花茉莉、森林浴、草莓。根据用户的要求还可以生产苹果、薄荷、熏衣草等香型。建议用户采用针织或交织的方法避免高温，化学对芳香纤维的损害2．3负氧离子发生纤维(除臭纤维)负氧离子纤维功能：在涤纶熔体中添加特殊的无机添加剂(电气石Tourmaline)，可以赋予涤纶纤维4大功能：远红外保暖功能；除臭效果；具有负氧离子发射功能，能在室温条件下产生负氧离子：抗菌效果。故该纤维称“奇异纤维”．功能原理：电气石是以含硼为特征的铝、钠、铁锂环状结构的硅酸盐物质，因其热电性和压电性，使其极性离子在平衡位置振动而引起偶极矩变化产生远红外波段的电磁辐射，有较强的辐射宽带。当外界某种因素作用于电中性的气体分子时，气体分子的外层电子就会摆脱原子核的束缚从轨道中跃出，此时气体分子呈正电性，跃出的自由电子很快就会附着在另外的气体分子或原子上，成为空气负离子。电气石具有热电和压电性，因此在温度和压力变化情况下能引起电气石晶体的电势差，使周围的空气发生电离，被击中的电子附着于邻近的水和氧分子使之转化为空气负离子，即负氧离子。产品用途作为填充料，以单中空、多中空、特殊异形的截面形式提高纤维与空气接触的面积，提高和强化“奇异”效果，用于医疗纺织品的内芯等，也可以用于室内的床上用品、汽车的座椅等．以棉型和中长、毛型短纤维的形式用于纺成纱线，可以用于室内装潢、服装等产品．2．4抗菌纤堆生产原理：由具有高效抗菌剂或内含金属离子的沸石微粒与成纤PET共混制成抗菌消臭PET纤维；抗菌效果：能有效抑制和杀死附着在纤维表面的微生物(如真菌和细菌)，具有很好的持久性和安全性(不会影响人体正常的机能)，尤其是用内含金属高于的沸石粒子制成的PET纤维，除具有抗菌、防臭功能外，还增加了某些新特性，如织物悬垂、消炎、镇痛、促进人体血液循环、加速伤口愈合等医疗保健功能．今年SARS疫情的出现，让业内人士更加意识到开发高效抗菌纤维的必要性和紧迫性。涤纶及其织物常用抗菌整理剂(1)金属、金属盐及其化合物具有杀菌作用的金属包括Ag，Cu,Au,Zn,Hg，Cd,Y,Zr,Ca,Pt，Pb等。这些金属的盐及其化合物都具有抗菌活性，它们都是通过释放具有杀菌作用的金属离子，从而起到杀菌的作用。(2)季铵盐类化合物季铵盐的抗菌机理是破坏细菌细胞膜的代谢功能，最终导致细菌因细胞膜穿孔，内容物渗出而死亡。季铵盐具有优良的抗菌效力，但活性较低，持久性差。可以利用有机硅的反应活性，使有机硅带有季铵盐基团，再与纤维交联结合，在纤维表面形成一层保护膜，从而抑制细菌的繁殖。也可以用共混方式将它们引入涤纶中，含季铵盐的溶液对涤纶织物进行浸渍等后处理，赋予其抗菌的性能。(3)酚类化合物主要用于织物的涤纶抗菌整理，酚类抗菌剂可以通过破坏细菌细胞膜细菌脱氢酶和氧化酶的作用，影响细菌的代谢，从而起到杀菌的作用。(4)卤素化合物用于涤纶抗菌加工的卤素化合物主要有溴代和氯代两类。其中，溴代化合物包括溴代、5,7—二澳-8-羟喹啉等；氯代化合物除了上述的氯代酚外，还包括双(对氯苯基双胍)己烷，3，4，4，—三氯对称二苯脲，次氯酸等。卤素化合物主要通过与酶蛋白反应，导致酵活性丧失，阻碍细菌的代谢功能，从而起到杀菌作用。(5)有机氮化物吡咯(磺胺甲氧吡咯)、吡嗪、对甲基磺酰肼、苯丙三嗪.含胍基或缩二胍基团化台物等有机氮化合物也被用于涤纶及其织物的抗菌整理。此外，在涤纶及其织物的抗菌整理加工中引入的表面活性剂，尤其是阳离子表面活性剂，如聚乙二醇壬基苯醚硫酸钠，苯并咪唑磺酸钠，也具有杀菌能力。涤纶抗菌防臭加工方法共混、复合纺丝和后处理3种由后处理法得到的抗菌纤维其耐洗涤性能差，抗菌效果持久性能差。同时，此法处理时间长，且存在环境污染问题。但由于此法具有技术简单，容易实施的优点，因此它仍是涤纶抗菌防臭加工常用的方法。目前，国内涤纶的抗菌防臭加工研究还属于起步阶段，尽管涤纶织物整理法在国外仍被广泛用于涤纶的抗菌处理，但由于其存在生产成本高、抗苗耐久性差和环境污染的问题，它将逐渐被淘汰。2．5抗紫外线纤维(抗辐射)紫外线是波长为200--400am的光波，其具有杀菌作用、促进维生素D的合成等作用。适量的紫外线照射可以增加人体抵抗疾病的能力。但过量的紫外线照射会引起皮肤炎症甚至引起皮肤癌等的出现-对人体有危害的波长为200—320nm之间，因此所谓的防紫外线纤维是从技术的角度在纤维中添加抗紫外线添加剂或在纤维的表面涂布抗紫外线剂，以阻碍紫外线直接对皮肤的影响抗紫外线纤维主要原料：在纤维中添加抗紫外线的添加剂主要有作为屏蔽材料的纳米级超细粉末，主要有ZnO、TiQ以及含上述无机物的混合体。除紫外线屏蔽剂外，还可以采用紫外线吸收剂添加在纤维中以达到防紫外线的作用。吸收剂在吸收紫外线的能量后，转变为活性异构件，随之以光和热的形式释放这些能量恢复的原分子结构。美国伊司曼化学公司的光学增白剂(OB-1)是最有代表性的抗紫外线添加剂，由于OB—1具有非常好的溶解性能，因此可以在聚酯反应过程中添加，也可以在纺丝过程中添加，具有良好的灵活性。同时最大的优点是相对超细粉末添加方法，晨大能力地保留了涤纶纤维的纺织加工性能和纤维本身的物理机械性能。2．6保暖纤维(远红外)我国在80年代末期引进日本的三维卷曲纤维生产技术，其主要的原理是利用丝束冷却过程中的不对称原理，近风面冷却快，背风面冷却慢，在纤维横被面方向形成具有收缩应力不同的不对称非均匀高分子取向结构，当该原丝在后处理拉伸过程中，加大了该不对称性的程度，当外力释放后，内在的收缩应力使纤维产生具有螺旋状的自然卷曲形状。由于非对称冷却法的效果在中空截面形状体现得非常充分，因此国外将此类的纤维诡称为“空气注入复合纤维”(Airconjugatedfiber)。在同样总量的纤维条件下，涤纶三维卷曲中空纤维所占的体积比棉花大得多，因此其利用空气的保暖性能比棉花大大增加。为了增加纤维制成成品的蓬松程度，在纤维的表面施以有机硅，经高温定型后形成网状的润滑膜，大大提高了纤维的滑爽感，因此，商业产品有含硅和无硅产品之分。三维卷曲纤维对推动短纤维在填充领域的市场发展起到良好作用，应当看到，该市场的发展仍有较大的空间，大陆每年还在进口数万吨三维卷曲纤维．从技术角度看，我国目前的三维卷曲技术还停留在单组份单空或多孔的水平，国外已经开发并投放市场是双组份、多组份多孔异截面、中空细旦并具有附加功能的所谓“第三代”填充纤维，其所要代替的是羊绒以及具有理疗功能的保暖产品和仿毛产品等。在纤维中添加无机超细粉末(如二氧化硅(锗，锌)等)，使涤纶纤维具有一定的远红外发射功能，起到保暖的功能。远红外功能纤维是利用在常温下具有远红外功能的陶瓷粉(二氧化钍、二氧化锡、碳化钴、氧化铝)作添加剂与聚酯(PET)共混，纺制成远红外纤维。在涤纶(1．67dtex)中，4—14Um波长范围内的远红外纤维平均辐射率为80％以上，远红外线纤维的沮升效果可达2~4'C．远红外纤维的功能与远红外陶瓷粉的添加量成正比。远红外纤维的制备技术关键是陶瓷粉的颗粒细度．作为添加剂的陶瓷粉在超细加工时必须将陶瓷粉粒径粉碎到I.0um以下，才能保证纤维的可纺性．另一要点是极微小的添加齐li粒子可发散性，在与PET共混时能均匀地分散在熔体之中，并对纤维的物理机械性能不产生不良作用。这是纺制好远红外纤维的两个关键性技术。2.7抗静电纤维(导电纤堆)抗静电原理:抗静电原理:改善高聚物纤维吸湿性能抗静电方法:通过共聚在聚合物中引入亲水基团，提高吸湿性能，降低比电阻。嵌段共聚物是由化学结构不同，以末端相连的链段所组成的大分子聚合物．在嵌段共聚物中，软链段和硬链段组成具有网络能力的序列结构，即使共聚物处于熔体状态，这些网络结构仍能在一定程度上保持原样，从而使共聚物表现为良好的弹性和高粘度。如在PET的生产过程中，加入适量聚乙二醇(PEG)，经共同缩聚而制得PET-PEG嵌段共聚物，以此作为改性剂加入到PE