聚酯纖維的改性

1、江蘇理工學(xué)院江蘇理工學(xué)院研究生課程論文(20 -20 學(xué)年第 學(xué)期)題 目： 研究生： 提交日期： 年 月 日 研究生簽名： 學(xué) 院學(xué) 號課程名稱 任課教師 教師評語：成績評定： 任課教師簽名： 年 月 日淺談服裝材料中滌綸的性能及改進(jìn)任慧中 摘要：合成纖維是我國服裝材料中應(yīng)用最多的材料之一，而聚酯纖維（滌綸）又是化纖用量最大的一種。本文分析了滌綸的物理及化學(xué)性能，并對吸濕性、耐燃燒性、抗靜電性在物理和化學(xué)特性方面進(jìn)行進(jìn)一步改善,使滌綸更加舒適,應(yīng)用更加廣泛。最后，本文對合成纖維在國內(nèi)外的發(fā)展進(jìn)行了展望。關(guān)鍵詞： 聚酯纖維；吸濕性；耐燃燒性；抗靜電性；改性Analysis The Proper

2、ty Of Dacron And Improvement In The Clothing MaterialsREN HuiZhong Abstract: Synthetic fiber is one of the most widely was used materials. However, the polyester (PET) is the largest about fiber. The property of physics and chemistry and was made a further improvement about hygroscopic、flammability

3、and antistatic in this paper, which was became more comfortable and wider in application. Finally, the development of synthetic fiber was expected in domestic and foreign.Keywords: polyester fiber; hygroscopicity; flammability; anti-static electricity; improvement1 前言當(dāng)前，中國服裝、紡織品出口的質(zhì)量、數(shù)量和效益在逐年攀升。同時(shí)，服

4、裝消費(fèi)模式呈現(xiàn)出多元化的態(tài)勢，不但滿足了消費(fèi)者日益增長的需求，也推動(dòng)了紡織產(chǎn)業(yè)鏈向科技創(chuàng)新、文化增值、綠色環(huán)保以及可持續(xù)發(fā)展的方向發(fā)展，這必將使我國紡織、服裝業(yè)的全球市場競爭力不斷提高。近二十年來，我國的化學(xué)纖維工業(yè)取得了快速發(fā)展，根據(jù)官方數(shù)據(jù)顯示（圖1-1），2010年我國化纖產(chǎn)量為3089.7萬噸，2014年為4432.67萬噸?？梢娢覈幕w用量不斷的增大。其中聚酯纖維的產(chǎn)量最大，為化纖總量的四分之三。隨著聚酯纖維的發(fā)展，其性能已經(jīng)在吸濕性、抗靜電性、抗燃性等方面已經(jīng)不能夠滿足人們的需求。本文主要闡述對聚酯纖維三種特性進(jìn)行物理和化學(xué)性能方面的改進(jìn)，進(jìn)而滿足人們的需求。圖1-1 1990-

5、2002我國聚酯的供需變化聚酯纖維的改性可以在聚合、紡絲和纖維加工各個(gè)過程中實(shí)現(xiàn)1。改性方法大致可以歸納為兩大類:a.物理改性物理上主要是在纖維的加工條件上做一系列的改變?；旒?，復(fù)合以及通過變化的形態(tài)等方法來達(dá)到改性的目的。復(fù)合以及混紡等只局限于特殊領(lǐng)域的改性，而改變形態(tài)的方式，目前還不能獲得像天然纖維那樣比較理想的效果，但是在外觀風(fēng)度上較為直觀。b.化學(xué)改性化學(xué)改性的工藝過程比較簡單，當(dāng)然也比較容易達(dá)到我們的目的。但是它的缺陷是，耐久性比較差。如表面處理、共聚（在聚酯鏈中引入第三組分）和共混（在聚合物制造過程中加入改性添加劑）等。當(dāng)時(shí)共聚和共混在過程上比較復(fù)雜，通常會(huì)影響產(chǎn)品的某些物理性能。

6、如強(qiáng)度降低等。2 改性聚酯纖維的吸濕性2.1 吸濕性概念服裝在穿用過程中，常常會(huì)遇到受潮、洗滌、干燥等的變化。在這些變化當(dāng)中，制成服裝的纖維原料有時(shí)候會(huì)吸收液態(tài)水（常稱之為吸水性），有時(shí)會(huì)吸收氣態(tài)水，有時(shí)也能放出氣態(tài)水，使服裝逐漸干燥。這種吸收和放出氣態(tài)水的能力稱為纖維的吸濕性。一般吸濕性用回潮率W（%）表示。由于滌綸表面光滑，內(nèi)部分子排列緊密，分子間缺少親水結(jié)構(gòu)，因此吸濕率很小，在標(biāo)準(zhǔn)大氣狀況下回潮率僅0.4%左右，吸濕性能很差，做夏季服裝有悶熱感，使人感到不適2。2.2 吸濕機(jī)理纖維吸收空氣中水分子的最主要的原因，在于纖維的分子結(jié)構(gòu)中存在著親水性的化學(xué)基團(tuán)，在常用纖維中，親水基團(tuán)有OH，C

7、OOH，NH2，CONH,CN等幾種。親水基團(tuán)的極性愈強(qiáng)、吸收水分子的能力就愈強(qiáng)，吸濕性就愈好。當(dāng)然親水基團(tuán)的數(shù)量愈多，吸濕性也愈強(qiáng)。此外，纖維的結(jié)晶區(qū)內(nèi)因分子排列整齊，空隙比較小，水分子難以進(jìn)入；而非結(jié)晶區(qū)分子排列不規(guī)整，空隙比較大，水分子較易進(jìn)入，所以結(jié)晶度高纖維的吸濕性差。纖維所吸收的部分水分子，是被纖維的表面或內(nèi)部空隙的表面吸附著，所以纖維的表面積愈大，能吸附的水分子也就愈多。滌綸纖維內(nèi)部不存在親水性基團(tuán)，它的吸濕僅靠表面吸附。天然纖維在生長過程中還存在一些糖類、膠質(zhì)，這些物質(zhì)的吸濕能力較大，所以這些物質(zhì)分離前后，纖維的吸濕能力也有所不同2。2.3 吸濕指標(biāo)吸濕指標(biāo)常用回潮率W（%）表

8、示。回潮率W（%）表示纖維吸濕多少，計(jì)算式如下： W（%）=（G-G0）/G0*）100 （ 2.3 ） 式（2.3）中：G含水濕重（g）;G0干燥重量（g）。在我國現(xiàn)行的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中，棉纖維是采用另外一個(gè)指標(biāo)含水率M（%）來表示其含水的數(shù)量3。纖維吸濕量的多少，除了與纖維本身的結(jié)構(gòu)性能有關(guān)外，還與纖維所處的環(huán)境的濕度有關(guān)。如表2-3所示，環(huán)境相對濕度越高，纖維的回潮率也越大。吸濕性越好的纖維，越容易受環(huán)境相對濕度的影響3。表2-3 相對濕度與回潮率的關(guān)系纖維20C，65%時(shí)20C，100%時(shí)公定回潮率棉7-823-278.5苧麻12-1312.0羊毛15-1733-3615.0絲936-391

9、1.0黏膠13-1535-3413.0銅銨12-1413.0錦綸3.5-5.08-134.5滌綸0.4-0.51.0-1.10.4腈綸1.2-2.05.0-6.52.0維綸4.5-5.026-305.0丙綸00.1-0.20纖維吸濕性的多少，對纖維性能影響較大，所以測定纖維的性能必須在恒溫恒濕室內(nèi)進(jìn)行。此外相同量的纖維，在不同相對濕度條件下有不同的回潮率，從而具有不同的重量4。因此各個(gè)國家為了買賣交易公平起見，都以標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的回潮率為依據(jù)，確定公定回潮率Wk(%)時(shí)的重量是公定重量Gk(g)。買賣交易的重量都指的是公定重量Gk。如下表2-3所示，常用纖維的回潮率：表2-3 常用纖維的回潮率纖維

10、種類公定回潮率纖維種類公定回潮率原棉8.5粘膠纖維13同質(zhì)洗凈毛16滌綸0.4異質(zhì)洗凈毛15錦綸4.5桑蠶絲11腈綸2亞麻12維綸5黃麻14丙綸、氯綸0由此可見，滌綸的回潮率很低，即吸濕性能比較差。下面對聚酯纖維進(jìn)行物理和化學(xué)方法的改性，進(jìn)而改善聚酯纖維的吸濕性。2.4 物理改性2.4.1 混紡?fù)ǔ２捎?5%的棉與65%的滌綸混紡。這種織物主要采用高支紗平紋組織織成，多用于輕薄的襯衫布、細(xì)平布、府綢等。滌棉布俗稱“的確良”，它既保持了滌綸纖維強(qiáng)度高、彈性恢復(fù)性好的特性，又具備棉纖維的吸濕性強(qiáng)的特征，易染色、洗后免燙快干。滌棉布品種規(guī)格較多，有原色布、色布、印花布及色織布等4。2.4.2 結(jié)晶區(qū)

11、域聚酯纖維的結(jié)晶區(qū)域多于非結(jié)晶區(qū)域，因?yàn)槔w維的結(jié)晶區(qū)內(nèi)因分子排列整齊，空隙比較小，水分子難以進(jìn)入，而非結(jié)晶區(qū)分子排列不規(guī)整，空隙比較大，水分子較易進(jìn)入。所以將聚酯纖維的部分結(jié)晶區(qū)轉(zhuǎn)化為非結(jié)晶區(qū)即可改善其吸濕性。2.5 化學(xué)改性2.5.1 用親水性基團(tuán)接枝共聚用接枝共聚的方法，在大分子結(jié)構(gòu)內(nèi)引入親水基團(tuán)（酰胺基、氨基等）增加纖維導(dǎo)濕性能。日本東洋紡公司開發(fā)出會(huì)呼吸的聚酯織物“Ekslive”，就是通過聚合方法將聚丙烯酸酯粉末以化學(xué)鍵接方式接到聚酯纖維上，通過吸濕排除熱量，改善織物的飽和吸水性。接枝共聚的改性纖維吸濕率可以達(dá)4%14%，但成本相對較高。因此對原料進(jìn)行化學(xué)改性的同時(shí)，還需要用適當(dāng)?shù)募?/p>

12、絲工藝或其他處理方法，使得纖維具有多孔的結(jié)構(gòu)和更大的表面積等5。2.5.2 親水性物質(zhì)整理為使聚酯纖維表面親水化，可用親水性高分子物質(zhì)覆蓋，但要有耐水洗性能。親水加工劑苯二甲酸的苯環(huán)與酯鍵和聚酯纖維有完全相同的結(jié)構(gòu)。因此，使用這種親水加工劑處理后進(jìn)行加熱時(shí)，具有相同結(jié)構(gòu)的部分接近于熔合狀態(tài)，冷卻后進(jìn)入聚酯纖維的結(jié)晶結(jié)構(gòu)之中形成共熔結(jié)晶，獲得耐久性。一般采用聚乙二醇鏈段獲得親水性2。真絲的絲膠朊是一種高高吸濕性絲蛋白。用化學(xué)方法提取后，將其牢固地附著于 聚酯纖維分子上，也可實(shí)現(xiàn)功能轉(zhuǎn)移。帝人公司開發(fā)的高級吸濕性纖維WellKeyMA就是利用 此方法制成的，織物的吸濕快干特性高于普通聚酯纖維織物1

13、0倍。另外，絲膠朊是氨基酸，用其整理過的織物，貼身穿著時(shí)會(huì)被皮膚吸收，并有保護(hù)皮膚的效果。日本日經(jīng)新聞曾介紹，絲膠朊對遺傳過敏性皮炎有顯著療效，能抑制人體內(nèi)有機(jī)物的氧化。3 改性聚酯纖維的阻燃性聚酯纖維的可燃性雖然比纖維素纖維要差一些,但是,作為衣著服飾和家庭用品,必然要引起對其可燃性的關(guān)注。從改性聚酯纖維所發(fā)表專利的數(shù)量來看,改進(jìn)阻燃性已躍居首位。在阻燃性的理論研究方面,也獲得了較快的進(jìn)展。纖維按其燃燒能力大小可以分為易燃（如纖維素纖維、腈綸）、可燃的（如蠶絲、羊毛、錦綸、滌綸、維綸）、難燃的（如氯綸）和不燃的（如石油、玻璃絲）等四種。表達(dá)纖維及其制品燃燒性能的的指標(biāo)一般有兩種：一種表示纖維

14、是否容易燃燒；另一種表示纖維是否經(jīng)得起燃燒。前者評定為纖維可燃性指標(biāo)，如纖維的點(diǎn)燃溫度和發(fā)火點(diǎn)，后者評定為纖維的耐燃性指標(biāo)，如極限氧指數(shù)3。極限氧指數(shù)LOI是材料點(diǎn)燃后在氧氮大氣里維持燃燒所需要的最低含氧量體積百分?jǐn)?shù)。 LOI=O2的體積/ （O2的體積+ N2的體積）*100% （3.1）表3-1為纖維點(diǎn)燃溫度，表4為纖維的極限氧指數(shù)纖維織物重量（g/m2）氧指數(shù)（%）棉22020.1粘膠纖維22019.7羊毛23725.2錦綸22020.1滌綸22020.6腈綸22018.2維綸22019.7三醋酯纖維22018.4丙烯腈共聚纖維22026.7丙綸22018.6聚氯乙烯22037.1棉15

15、316-17棉（防火處理）15326-30諾梅克斯22027-303.1 物理改性用于聚酯的阻燃劑有:磷、鹵素、硫、銻、硼或者硅等化合物。磷和鹵素化合物一般用的較多 ,但是，鹵素的耐光性又比較差,所以通常來說，效果最好的是磷。磷和鹵素阻燃效果最好的比例為P:Br:CI一8.5:1.55:1.0。澳化合物在鹵素中阻燃效果是最好的。所以，可以將含有磷元素或者鹵素的高聚物混合紡絲。將聚醋與聚苯乙烯混合,再用PC13氯化、溴化或氯甲基化后用磷聚酯處理也能制得耐久性的阻燃纖維。還可以將聚苯乙烯、聚乙烯等聚合物用PC13處理后,再同聚酯混合紡絲也可得到耐久性的阻燃纖維。從國外對聚酯纖維阻燃性研究動(dòng)向來看，

16、用樹脂表面處理的方法對阻燃方面進(jìn)行較多的研究的主要是歐美各國,而加入添加劑對純聚酯纖維進(jìn)行阻燃研究的主要以日本為主。阻燃工作存在的主要問題是:阻燃劑的價(jià)格昂貴,有毒性以及纖維阻燃處理后燃燒時(shí)發(fā)煙。3.2 化學(xué)改性在聚合或紡絲過程中添加阻燃助劑。阻燃添加劑主要采用含磷和含鹵素的化合物,這種方法簡單方便 ,產(chǎn)生的產(chǎn)品的阻燃性也是 比較持久的。阻燃劑的加入量不能太少也不能過多,過少的阻燃劑達(dá)不到預(yù)期的效果，而過多的阻燃劑又會(huì)影響纖維的物理和機(jī)械性能,如:特性粘數(shù)和熔點(diǎn)都會(huì)有所降低。反應(yīng)性阻燃劑的效果更加明顯。當(dāng)然在添加阻燃劑的過程中我們要考慮阻燃劑是否均勻，為了保證均勻，溫度必須控制在聚酯纖維 的熔

17、點(diǎn)以上，同時(shí)，許多阻燃劑在這樣的高溫下也會(huì)產(chǎn)生升華和分解。分解會(huì)促進(jìn)聚合物的降解，使可紡性惡化，容易讓纖維染色，給工業(yè)領(lǐng)域帶來了不少問題，當(dāng)然我們也必須關(guān)注這些問題5。4 改性聚酯纖維的抗抗靜電性兩個(gè)物體相互接觸、摩擦，會(huì)產(chǎn)生靜電現(xiàn)象，特別是纖維、塑料等不良導(dǎo)體之間的摩擦更容易引起靜電現(xiàn)象。由于靜電現(xiàn)象，使衣服穿、脫時(shí)產(chǎn)生放電；步行時(shí)褲腳之間，裙子下擺間會(huì)相互產(chǎn)生靜電吸附，從而影響步行；由于靜電吸附，也使服裝容易吸塵沾污；紡織加工中，如果有靜電現(xiàn)象，往往會(huì)增加生產(chǎn)的困難，影響產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量，還會(huì)惡化織物的服用性能。滌綸、錦綸等合成纖維，本身電阻高，導(dǎo)電性差，加之吸濕性差，較容易產(chǎn)生靜電現(xiàn)象。尤

18、其在低溫干燥的冬季，靜電現(xiàn)象尤其嚴(yán)重，在日常生活中常會(huì)感受到2。4.1 物理改性對合成纖維進(jìn)行暫時(shí)性的表面處理，以消除紡織加工中的靜電干擾，常用表面抗靜電劑，即表面活性劑。它在纖維表面形成一層薄膜，一方面降低表面摩擦系數(shù)，另一方面增強(qiáng)纖維表面的吸濕性，以降低纖維表面的電阻，使產(chǎn)生的電荷易于逸散，減少或防止靜電現(xiàn)象。因此，這種在空氣相對濕度充分大上的時(shí)候比較適用，因?yàn)榇藯l件下纖維表面活性劑才能充分 發(fā)揮抗靜電作用6。4.2 化學(xué)改性在紡紗時(shí)候，以很小的比例混入金屬纖維或?qū)щ娎w維，抗靜電效果較好。金屬纖維就是用金屬桿抽伸而成直徑為8或12 um的金屬纖維，現(xiàn)在所用的鉻鎳不銹鋼纖維以低于0.5%的比例混入聚酯纖維進(jìn)行混紡，抗靜電效果就很好。如果直徑過粗，效果就不理想，曾以直徑為35um的金屬纖維，以相同的混紡比進(jìn)行混紡，但收不到抗靜電效果。所以金屬纖維的粗細(xì)必須符合易于均勻混合的要求。經(jīng)過實(shí)踐證明，直徑為8um或者12um符合要求。導(dǎo)電纖維是把碳粉的微粒嵌入滌綸、錦綸等合成纖維表面試制而成，有長絲和短纖維兩種。短纖維可以任何比例與各種天然纖維或合成纖維混紡。這種纖維在空氣相對濕度極低的條件下也能充