聚酯纤维的改性.doc

江苏理工学院江苏理工学院研究生课程论文(20 -20 学年第 学期)题 目： 研究生： 提交日期： 年 月 日 研究生签名： 学 院学 号课程名称 任课教师 教师评语：成绩评定： 任课教师签名： 年 月 日浅谈服装材料中涤纶的性能及改进任慧中 摘要：合成纤维是我国服装材料中应用最多的材料之一，而聚酯纤维（涤纶）又是化纤用量最大的一种。本文分析了涤纶的物理及化学性能，并对吸湿性、耐燃烧性、抗静电性在物理和化学特性方面进行进一步改善,使涤纶更加舒适,应用更加广泛。最后，本文对合成纤维在国内外的发展进行了展望。关键词： 聚酯纤维；吸湿性；耐燃烧性；抗静电性；改性Analysis The Property 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 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 前言当前，中国服装、纺织品出口的质量、数量和效益在逐年攀升。同时，服装消费模式呈现出多元化的态势，不但满足了消费者日益增长的需求，也推动了纺织产业链向科技创新、文化增值、绿色环保以及可持续发展的方向发展，这必将使我国纺织、服装业的全球市场竞争力不断提高。近二十年来，我国的化学纤维工业取得了快速发展，根据官方数据显示（图1-1），2010年我国化纤产量为3089.7万吨，2014年为4432.67万吨。可见我国的化纤用量不断的增大。其中聚酯纤维的产量最大，为化纤总量的四分之三。随着聚酯纤维的发展，其性能已经在吸湿性、抗静电性、抗燃性等方面已经不能够满足人们的需求。本文主要阐述对聚酯纤维三种特性进行物理和化学性能方面的改进，进而满足人们的需求。图1-1 1990-2002我国聚酯的供需变化聚酯纤维的改性可以在聚合、纺丝和纤维加工各个过程中实现1。改性方法大致可以归纳为两大类:a.物理改性物理上主要是在纤维的加工条件上做一系列的改变。混纺，复合以及通过变化的形态等方法来达到改性的目的。复合以及混纺等只局限于特殊领域的改性，而改变形态的方式，目前还不能获得像天然纤维那样比较理想的效果，但是在外观风度上较为直观。b.化学改性化学改性的工艺过程比较简单，当然也比较容易达到我们的目的。但是它的缺陷是，耐久性比较差。如表面处理、共聚（在聚酯链中引入第三组分）和共混（在聚合物制造过程中加入改性添加剂）等。当时共聚和共混在过程上比较复杂，通常会影响产品的某些物理性能。如强度降低等。2 改性聚酯纤维的吸湿性2.1 吸湿性概念服装在穿用过程中，常常会遇到受潮、洗涤、干燥等的变化。在这些变化当中，制成服装的纤维原料有时候会吸收液态水（常称之为吸水性），有时会吸收气态水，有时也能放出气态水，使服装逐渐干燥。这种吸收和放出气态水的能力称为纤维的吸湿性。一般吸湿性用回潮率W（%）表示。由于涤纶表面光滑，内部分子排列紧密，分子间缺少亲水结构，因此吸湿率很小，在标准大气状况下回潮率仅0.4%左右，吸湿性能很差，做夏季服装有闷热感，使人感到不适2。2.2 吸湿机理纤维吸收空气中水分子的最主要的原因，在于纤维的分子结构中存在着亲水性的化学基团，在常用纤维中，亲水基团有OH，COOH，NH2，CONH,CN等几种。亲水基团的极性愈强、吸收水分子的能力就愈强，吸湿性就愈好。当然亲水基团的数量愈多，吸湿性也愈强。此外，纤维的结晶区内因分子排列整齐，空隙比较小，水分子难以进入；而非结晶区分子排列不规整，空隙比较大，水分子较易进入，所以结晶度高纤维的吸湿性差。纤维所吸收的部分水分子，是被纤维的表面或内部空隙的表面吸附着，所以纤维的表面积愈大，能吸附的水分子也就愈多。涤纶纤维内部不存在亲水性基团，它的吸湿仅靠表面吸附。天然纤维在生长过程中还存在一些糖类、胶质，这些物质的吸湿能力较大，所以这些物质分离前后，纤维的吸湿能力也有所不同2。2.3 吸湿指标吸湿指标常用回潮率W（%）表示。回潮率W（%）表示纤维吸湿多少，计算式如下： W（%）=（G-G0）/G0*）100 （ 2.3 ） 式（2.3）中：G含水湿重（g）;G0干燥重量（g）。在我国现行的行业标准中，棉纤维是采用另外一个指标含水率M（%）来表示其含水的数量3。纤维吸湿量的多少，除了与纤维本身的结构性能有关外，还与纤维所处的环境的湿度有关。如表2-3所示，环境相对湿度越高，纤维的回潮率也越大。吸湿性越好的纤维，越容易受环境相对湿度的影响3。表2-3 相对湿度与回潮率的关系纤维20C，65%时20C，100%时公定回潮率棉7-823-278.5苎麻12-1312.0羊毛15-1733-3615.0丝936-3911.0黏胶13-1535-3413.0铜铵12-1413.0锦纶3.5-5.08-134.5涤纶0.4-0.51.0-1.10.4腈纶1.2-2.05.0-6.52.0维纶4.5-5.026-305.0丙纶00.1-0.20纤维吸湿性的多少，对纤维性能影响较大，所以测定纤维的性能必须在恒温恒湿室内进行。此外相同量的纤维，在不同相对湿度条件下有不同的回潮率，从而具有不同的重量4。因此各个国家为了买卖交易公平起见，都以标准状态下的回潮率为依据，确定公定回潮率Wk(%)时的重量是公定重量Gk(g)。买卖交易的重量都指的是公定重量Gk。如下表2-3所示，常用纤维的回潮率：表2-3 常用纤维的回潮率纤维种类公定回潮率纤维种类公定回潮率原棉8.5粘胶纤维13同质洗净毛16涤纶0.4异质洗净毛15锦纶4.5桑蚕丝11腈纶2亚麻12维纶5黄麻14丙纶、氯纶0由此可见，涤纶的回潮率很低，即吸湿性能比较差。下面对聚酯纤维进行物理和化学方法的改性，进而改善聚酯纤维的吸湿性。2.4 物理改性2.4.1 混纺通常采用35%的棉与65%的涤纶混纺。这种织物主要采用高支纱平纹组织织成，多用于轻薄的衬衫布、细平布、府绸等。涤棉布俗称“的确良”，它既保持了涤纶纤维强度高、弹性恢复性好的特性，又具备棉纤维的吸湿性强的特征，易染色、洗后免烫快干。涤棉布品种规格较多，有原色布、色布、印花布及色织布等4。2.4.2 结晶区域聚酯纤维的结晶区域多于非结晶区域，因为纤维的结晶区内因分子排列整齐，空隙比较小，水分子难以进入，而非结晶区分子排列不规整，空隙比较大，水分子较易进入。所以将聚酯纤维的部分结晶区转化为非结晶区即可改善其吸湿性。2.5 化学改性2.5.1 用亲水性基团接枝共聚用接枝共聚的方法，在大分子结构内引入亲水基团（酰胺基、氨基等）增加纤维导湿性能。日本东洋纺公司开发出会呼吸的聚酯织物“Ekslive”，就是通过聚合方法将聚丙烯酸酯粉末以化学键接方式接到聚酯纤维上，通过吸湿排除热量，改善织物的饱和吸水性。接枝共聚的改性纤维吸湿率可以达4%14%，但成本相对较高。因此对原料进行化学改性的同时，还需要用适当的纺丝工艺或其他处理方法，使得纤维具有多孔的结构和更大的表面积等5。2.5.2 亲水性物质整理为使聚酯纤维表面亲水化，可用亲水性高分子物质覆盖，但要有耐水洗性能。亲水加工剂苯二甲酸的苯环与酯键和聚酯纤维有完全相同的结构。因此，使用这种亲水加工剂处理后进行加热时，具有相同结构的部分接近于熔合状态，冷却后进入聚酯纤维的结晶结构之中形成共熔结晶，获得耐久性。一般采用聚乙二醇链段获得亲水性2。真丝的丝胶朊是一种高高吸湿性丝蛋白。用化学方法提取后，将其牢固地附着于 聚酯纤维分子上，也可实现功能转移。帝人公司开发的高级吸湿性纤维WellKeyMA就是利用 此方法制成的，织物的吸湿快干特性高于普通聚酯纤维织物10倍。另外，丝胶朊是氨基酸，用其整理过的织物，贴身穿着时会被皮肤吸收，并有保护皮肤的效果。日本日经新闻曾介绍，丝胶朊对遗传过敏性皮炎有显著疗效，能抑制人体内有机物的氧化。3 改性聚酯纤维的阻燃性聚酯纤维的可燃性虽然比纤维素纤维要差一些,但是,作为衣着服饰和家庭用品,必然要引起对其可燃性的关注。从改性聚酯纤维所发表专利的数量来看,改进阻燃性已跃居首位。在阻燃性的理论研究方面,也获得了较快的进展。纤维按其燃烧能力大小可以分为易燃（如纤维素纤维、腈纶）、可燃的（如蚕丝、羊毛、锦纶、涤纶、维纶）、难燃的（如氯纶）和不燃的（如石油、玻璃丝）等四种。表达纤维及其制品燃烧性能的的指标一般有两种：一种表示纤维是否容易燃烧；另一种表示纤维是否经得起燃烧。前者评定为纤维可燃性指标，如纤维的点燃温度和发火点，后者评定为纤维的耐燃性指标，如极限氧指数3。极限氧指数LOI是材料点燃后在氧氮大气里维持燃烧所需要的最低含氧量体积百分数。 LOI=O2的体积/ （O2的体积+ N2的体积）*100% （3.1）表3-1为纤维点燃温度，表4为纤维的极限氧指数纤维织物重量（g/m2）氧指数（%）棉22020.1粘胶纤维22019.7羊毛23725.2锦纶22020.1涤纶22020.6腈纶22018.2维纶22019.7三醋酯纤维22018.4丙烯腈共聚纤维22026.7丙纶22018.6聚氯乙烯22037.1棉15316-17棉（防火处理）15326-30诺梅克斯22027-303.1 物理改性用于聚酯的阻燃剂有:磷、卤素、硫、锑、硼或者硅等化合物。磷和卤素化合物一般用的较多 ,但是，卤素的耐光性又比较差,所以通常来说，效果最好的是磷。磷和卤素阻燃效果最好的比例为P:Br:CI一8.5:1.55:1.0。澳化合物在卤素中阻燃效果是最好的。所以，可以将含有磷元素或者卤素的高聚物混合纺丝。将聚醋与聚苯乙烯混合,再用PC13氯化、溴化或氯甲基化后用磷聚酯处理也能制得耐久性的阻燃纤维。还可以将聚苯乙烯、聚乙烯等聚合物用PC13处理后,再同聚酯混合纺丝也可得到耐久性的阻燃纤维。从国外对聚酯纤维阻燃性研究动向来看，用树脂表面处理的方法对阻燃方面进行较多的研究的主要是欧美各国,而加入添加剂对纯聚酯纤维进行阻燃研究的主要以日本为主。阻燃工作存在的主要问题是:阻燃剂的价格昂贵,有毒性以及纤维阻燃处理后燃烧时发烟。3.2 化学改性在聚合或纺丝过程中添加阻燃助剂。阻燃添加剂主要采用含磷和含卤素的化合物,这种方法简单方便 ,产生的产品的阻燃性也是 比较持久的。阻燃剂的加入量不能太少也不能过多,过少的阻燃剂达不到预期的效果，而过多的阻燃剂又会影响纤维的物理和机械性能,如:特性粘数和熔点都会有所降低。反应性阻燃剂的效果更加明显。当然在添加阻燃剂的过程中我们要考虑阻燃剂是否均匀，为了保证均匀，温度必须控制在聚酯纤维 的熔点以上，同时，许多阻燃剂在这样的高温下也会产生升华和分解。分解会促进聚合物的降解，使可纺性恶化，容易让纤维染色，给工业领域带来了不少问题，当然我们也必须关注这些问题5。4 改性聚酯纤维的抗抗静电性两个物体相互接触、摩擦，会产生静电现象，特别是纤维、塑料等不良导体之间的摩擦更容易引起静电现象。由于静电现象，使衣服穿、脱时产生放电；步行时裤脚之间，裙子下摆间会相互产生静电吸附，从而影响步行；由于静电吸附，也使服装容易吸尘沾污；纺织加工中，如果有静电现象，往往会增加生产的困难，影响产品质量和产量，还会恶化织物的服用性能。涤纶、锦纶等合成纤维，本身电阻高，导电性差，加之吸湿性差，较容易产生静电现象。尤其在低温干燥的冬季，静电现象尤其严重，在日常生活中常会感受到2。4.1 物理改性对合成纤维进行暂时性的表面处理，以消除纺织加工中的静电干扰，常用表面抗静电剂，即表面活性剂。它在纤维表面形成一层薄膜，一方面降低表面摩擦系数，另一方面增强纤维表面的吸湿性，以降低纤维表面的电阻，使产生的电荷易于逸散，减少或防止静电现象。因此，这种在空气相对湿度充分大上的时候比较适用，因为此条件下纤维表面活性剂才能充分 发挥抗静电作用6。4.2 化学改性在纺纱时候，以很小的比例混入金属纤维或导电纤维，抗静电效果较好。金属纤维就是用金属杆抽伸而成直径为8或12 um的金属纤维，现在所用的鉻镍不锈钢纤维以低于0.5%的比例混入聚酯纤维进行混纺，抗静电效果就很好。如果直径过粗，效果就不理想，曾以直径为35um的金属纤维，以相同的混纺比进行混纺，但收不到抗静电效果。所以金属纤维的粗细必须符合易于均匀混合的要求。经过实践证明，直径为8um或者12um符合要求。导电纤维是把碳粉的微粒嵌入涤纶、锦纶等合成纤维表面试制而成，有长丝和短纤维两种。短纤维可以任何比例与各种天然纤维或合成纤维混纺。这种纤维在空气相对湿度极低的条件下也能充