科普 | 不是所有的聚酯纖維都叫 滌綸

聚酯(polyester)通常是指以二元酸和二元醇縮聚而得的高分子化合物,其基本鏈節(jié)之間以酯鍵連接。聚酯纖維的品種很多,如聚對(duì)苯二甲酸乙二酯(polyethyleneterephthalate, PET)纖維、聚對(duì)苯二甲酸丁二 酯 (polybutylene terephthalate, PBT) 纖維、聚對(duì)苯二甲酸丙二酯(polypropylene terephthalate, PPT)纖維等，其中以聚對(duì)苯二甲酸乙二酯含量在 85%以上的纖維為主,分子量一般控制在 18000～25000 之間,其主分子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式如下：

上圖：滌綸的分子結(jié)構(gòu)。

滌綸的研究始于 20世紀(jì) 30年代,是由英國(guó)人Whinfield 和 Dickson等發(fā)明的,1949 年在英國(guó)、1953 年在美國(guó)相繼實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn),它是大品種合成纖維中發(fā)展較晚的一種產(chǎn)品,但發(fā)展速度很快。

滌綸的分子量為18000～25000，聚合度為100～140。大分子具有對(duì)稱的化學(xué)結(jié)構(gòu)，在適宜條件下，大分子易形成結(jié)晶，纖維結(jié)構(gòu)緊密。滌綸大分子中含有苯環(huán)，基本為剛性大分子，同時(shí)又含有脂肪烴鏈，使分子具有一定的柔曲性。大分子中除了存在兩個(gè)端醇羥基外，沒有其他極性基團(tuán)。酯基含量高，高溫時(shí)會(huì)發(fā)生水解和熱裂解。滌綸采用熔體紡絲，其橫截面為圓形，縱向呈玻璃棒狀，干直光滑，其密度為1.38～1.40g／cm3。

中國(guó)將聚對(duì)苯二甲酸乙二酯含量大于 85%的纖維簡(jiǎn)稱為滌綸，俗稱“的確良”。國(guó)外的商品名稱很多,如美國(guó)的“Dacron(達(dá)克綸)”、日本的“Tetoron(帝特綸)”、英國(guó)的“Terlenka(特麗綸)”、前蘇聯(lián)的“Lavsan(拉夫桑)”等。

在 PET 分子鏈中引進(jìn)能結(jié)合陽離子染料的酸性基團(tuán),就可制得能用陽離子染料染色的改性滌綸(CDP)。CDP 早由美國(guó)杜邦公司研制,20 世紀(jì)末其產(chǎn)量已占 PET 纖維總產(chǎn)量的 1/ 6,其典型品種有Dacron T64、Dacron T65 等。CDP 不僅具有良好的染色性能,而且還可與羊毛等天然纖維同浴染色,便于混紡織物簡(jiǎn)化染色工藝,若與普通滌綸混紡、交織還可產(chǎn)生同浴異色效果,大大豐富了織物的色彩。因此,CDP 成為改性滌綸中發(fā)展較快的一個(gè)品種。CDP的制備主要是用共聚、接枝共聚等方法在 PET 大分子鏈上加入第三單體或第四單體,如間苯二甲酸二甲酯磺酸鈉(SIPM)等。由于在 CDP 分子鏈上增加了帶負(fù)電荷的磺酸基團(tuán),當(dāng)染色時(shí)磺酸基團(tuán)上的金屬離子將與染料中的陽離子進(jìn)行交換,因此染料離子就固定在 CDP的大分子鏈上,染色生成的鹽類在水溶液中不斷除去,反應(yīng)也就不斷進(jìn)行, 終達(dá)到染色效果。

CDP的生產(chǎn)工藝與 PET 相似,有連續(xù)和間歇之分,又由于原料來源不同,可分為 DMT 路線和PTA 路線。CDP 由于在大分子鏈上增加了新的基團(tuán),因此破壞了纖維的原有結(jié)構(gòu),使纖維的熔點(diǎn)、玻璃化溫度、結(jié)晶度有所降低。在無定形區(qū),分子間空隙增加,有利于染料分子滲透到纖維內(nèi)部。CDP 比普通滌綸的強(qiáng)度有所下降,但使織物的抗起毛起球性能提高,使手感柔軟、豐滿,可制作高檔仿毛制品。普通 CDP 的染色仍需要高溫(120～140℃)高壓或在加入載體的條件下進(jìn)行,這樣才能有較好的染色性,因此,在選用染料時(shí)必須注意所選染料要有較好的熱穩(wěn)定性。

在普通 PET 聚合過程中,加入少量第四單體可制得常溫常壓可染聚酯 ECDP。這主要是在 PET 大分子鏈上引入了聚乙二醇柔性鏈段,它使纖維的分子結(jié)構(gòu)更為疏松,無定形區(qū)增大,更有利于陽離子染料進(jìn)入纖維內(nèi)部,并與更多的磺酸基團(tuán)結(jié)合,因此可在常壓沸染條件下染色。ECDP 纖維比 CDP 和 PET 纖維手感更為柔軟,服用性能更好。但由于第四單體聚乙二醇鏈段的鍵能較低,ECDP 纖維的熱穩(wěn)定性降低,在 180℃熨燙溫度下 ECDP 纖維的強(qiáng)力損失達(dá) 30%以上。因此,用 ECDP 纖維制成的織物在后整理及洗滌熨燙時(shí)需格外注意。

PTT 纖維是聚對(duì)苯二甲酸丙二醇酯(polypropylene terephthalate)纖維的簡(jiǎn)稱。國(guó)外有人把PTT 稱作 21 世紀(jì)的大型纖維,其商品名為“Corterra(科爾泰拉)”。

PTT 和 PET 及 PBT 同屬聚酯家族,性能也近似。PTT 纖維兼有滌綸和錦綸的特點(diǎn),它像滌綸一樣易洗快干,有較好的彈性恢復(fù)性和抗折皺性,并有較好的耐污性、抗日光性和手感。它比滌綸的染色性能好,可在常壓下染色,在相同條件下,染料對(duì) PTT 纖維的滲透力高于 PET,且染色均勻,色牢度好。PTT 纖維與錦綸相比,同樣有較好的耐磨性和拉伸恢復(fù)性,并有彈性大、蓬松性好的特點(diǎn),因而更適合制作地毯等材料。

PBT 纖維是聚對(duì)苯二甲酸丁二酯(polybutylene terephthalate)纖維的簡(jiǎn)稱。PBT 纖維是由滌綸的主要原料對(duì)苯二甲酸二甲酯(DMT)或?qū)Ρ蕉姿?TPA)與 1,4 - 丁二醇縮聚而成。用DMT 與 1,4 - 丁二醇在較高的溫度和真空度下,以有機(jī)鈦或錫化合物和鈦酸四丁酯為催化劑進(jìn)行縮聚反應(yīng),再經(jīng)熔體紡絲制成 PBT 纖維。PBT 纖維的聚合、紡絲、后加工工藝及設(shè)備與滌綸的基本相同。

PBT 纖維具有同滌綸的強(qiáng)度好、易洗快干、尺寸穩(wěn)定、保形性好等特點(diǎn),主要的是它的大分子鏈上柔性部分較長(zhǎng),因而它斷裂伸長(zhǎng)大,彈性好,受熱后彈性變化不大,手感柔軟。PBT 纖維的另一優(yōu)點(diǎn)是染色性比滌綸好。PBT 織物在常壓沸染條件下用分散染料染色便可得到滿意的染色效果。此外,PBT 纖維還有較好的抗老化性、耐化學(xué)品性和耐熱性。PBT 纖維在工程塑料、家用電器外殼、機(jī)器零件上有著廣泛的用途。

PEN 纖維是聚萘二甲酸乙二醇酯 (polyethylene naphthalate) 纖維的簡(jiǎn)稱。與滌綸一樣,PEN 纖維是半結(jié)晶狀的熱塑性聚酯材料,初由美國(guó) KASA 公司推出, 它的生產(chǎn)工藝是通過2,6 - 萘二甲酸二甲酯(NDC)與乙二醇(EG)進(jìn)行酯交換,然后再進(jìn)行縮聚制得;另一種方法是將2,6 - 萘二甲酸(NDCA)與乙二醇 (EG) 直接酯化, 然后再經(jīng)縮聚制得。若加入少量含有機(jī)胺、有機(jī)磷類的化合物則可提高 PEN 的熱穩(wěn)定性。

PEN 纖維的紡絲工藝與滌綸相似,其工藝流程為:切片干燥→高速紡→牽伸。由于 PEN纖維的玻璃化溫度高于滌綸,牽伸工藝要相應(yīng)變動(dòng),應(yīng)采用多道牽伸并提高牽伸溫度,以免由于分子取向速度慢而影響了纖維的質(zhì)量。與常規(guī)滌綸相比,PEN 纖維具有較好的機(jī)械性能和熱性能,如強(qiáng)度高,模量高,抗拉伸性能好,剛性大;耐熱性好,尺寸穩(wěn)定, 不易變形,有較好的阻燃性;耐化學(xué)性和抗水解性好；抗紫外線、耐老化。

通過改變纖維截面形狀使單纖維之間的空隙增大,比表面積的增大及毛細(xì)管效應(yīng)使其導(dǎo)濕性能大大提高而制成導(dǎo)濕干爽型聚酯長(zhǎng)絲。該纖維織物的導(dǎo)濕性能、水分?jǐn)U散性能極佳,與棉纖維等吸濕性好的纖維搭配,采用合理的組織結(jié)構(gòu),效果更好,制成的服裝穿著干爽、清涼、舒適,適用于針織運(yùn)動(dòng)服裝、機(jī)織襯衫、夏季服裝面料、滌綸絲襪等。

杜邦(Du Pont)公司開發(fā)了一種四通道(Tefra - Channel)聚酯纖維,具有優(yōu)良的芯吸能力,是采用疏水性合成纖維制成的高導(dǎo)濕纖維,可將高度出汗皮膚上的汗液用芯吸導(dǎo)到織物表面蒸發(fā)冷卻。研究表明,30min 后濕度去除百分率棉纖維為 52%,而四通道聚酯纖維為 95%。這種纖維應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)服裝、軍用輕薄保暖內(nèi)衣特別有效,可保持皮膚干爽和舒適,且具有優(yōu)良的保暖防寒功能。

WELLKEY 的開發(fā)目的是把液態(tài)的汗作為對(duì)象,實(shí)現(xiàn)徹底的吸汗快干。WELLKEY是聚酯中空纖維,從纖維表面看,有許多貫通到中空部分的細(xì)孔,液態(tài)水可以從纖維表面滲透到中空部分,這種纖維結(jié)構(gòu)以大的吸水速度和含水率為目標(biāo)。在紡絲過程中,因共混了特殊的微細(xì)孔形成劑,再將它溶解,從而形成了這種纖維結(jié)構(gòu)。該纖維具有優(yōu)良的吸汗快干特性,主要用作襯裙、緊身衣、運(yùn)動(dòng)服、襯衫、訓(xùn)練服、外套等服裝的面料,另外,由于其吸水速干性和低干燥成本的優(yōu)點(diǎn),在非服用領(lǐng)域和醫(yī)藥衛(wèi)生領(lǐng)域也具有廣闊的應(yīng)用前景。

早期的三維卷曲纖維,是利用兩種具有不同收縮性能的聚合物通過復(fù)合紡絲技術(shù)并配以特定冷卻成形工藝,在拉伸后由于收縮率的差異而形成自然卷曲的方法制成,現(xiàn)在的制備工藝有了很大的發(fā)展,即采用獨(dú)特的偏心噴絲孔設(shè)計(jì)專利技術(shù),結(jié)合不對(duì)稱成形冷卻系統(tǒng)和相應(yīng)的后道拉伸定型工藝,所制得的纖維卷曲度高,卷曲自然永久,保暖性好。目前已開發(fā)的品種有四孔、七孔甚至九孔的三維卷曲中空纖維。三維卷曲中空纖維廣泛適用于填充、保暖纖維領(lǐng)域。