纤维的不同结构与性能

1、PPT纤维的不同结构与性能摘要：分析了新型聚酯纤维PTT的分子结构及纤维特性，介绍了该纤维的制备方法，提出了应用PTT纤维开发纺织新产品的思路及其在服饰、非织造布、装饰用品领域的应用前景。关键词：PTT纤维; 弹性; 柔软; 纺纱; 织造; 染整；应用PTT纤维是聚对苯二甲酸丙二醇酯纤维的简称,是由美国Shell Chemical公司于1995年研制成功,是以对苯二甲酸和1, 3丙二醇为原料生产的高品质聚酯纤维,其商品名为Corterra。美国的ShellChemical公司和Du Pont公司对PTT纤维的开发和生产展开了激烈的竞争,其发展受到了举世瞩目的关注,目前两家公司正着手开发PTT的

2、多种新用途。欧洲已有意大利Miroglio,西班牙Antex等进行PTT纤维的生产。亚洲的日本旭化成、韩国SK化学、中国台湾华隆等化纤企业也加入了PTT纤维的生产和开发的队伍。我国几家知名化纤公司也都在积极开发PTT纤维。1、 PTT纤维的结构与性能11 PTT纤维的结构PTT是由1，3-PDO与对苯二甲酸缩聚而成的聚对苯二甲酸丙二醇酯，其分子结构示意式为：PTT是一种芳香族聚合物，一般以1，3-丙二醇(PDO)和对苯二甲酸(TPA)为原料经熔体缩聚制成，在工业生产中采用熔体挤出纺丝法生产各类长丝和短纤维，其重要原料PDO的生产采用生物酶催化法制备，使PTT的生产成本得到下降。 PET和PTT

3、同属于聚酯系列，其分子链中同时存在刚性链苯环和柔性亚甲基(-CH2-)，并由酯基(-CO-O-)连接，是典型的刚柔性共存的线型大分子。两者化学结构主要差异在于：PET分子链链节上有两个亚甲基，而PTT分子链链节上有三个亚甲基。 PTT分子链的三个亚甲基使其具有“奇碳效应”，分子链呈现类似于羊毛蛋白质分子链的螺旋结构，具有明显的“Z”字形构象，导致其大分子链具有如同弹簧一样的形变和形变回复能力，在纵向外力作用下，分子链很容易发生伸长，且在外力去除后又恢复原状，赋予其优良的回弹性。PTT纤维与PET、PBT、PA纤维的分子结构见表11。12 PTT纤维的性能121 高弹性和良好的恢复性高

4、弹性和良好的回复性。PTT 的大分子奇碳结构决定了该纤维具有高弹性和良好的弹性回复率。就拉伸纤维而言, PTT 纤维的相对断裂强度比PET ( 涤纶) 要低20% 30% , 试验表明: 当断裂伸长为25% 时, PTT 纤维的相对断裂强度为33.5cN/ tex, 但比羊毛或棉花要高, 故与棉和毛混纺时可提高混纺纱的强度。PTT 纤维的另一个突出优点是具有优异的拉伸回弹性, 表2 是从实验测得的PTT 与其他3 种纤维回弹性对比数据。从表2 可以看到拉伸20% 时PTT 纤维的急弹性回复率可达到82%, 保持15min 后其伸长形变几乎回复到零, 总弹性回复率几乎达100% , 而PA、PB

5、T、PET 3 种纤维总弹性回复率分别为80%、70% 与44%。即使做十次拉伸循环, PTT 纤维仍显示优良的回弹性, 不仅高于聚酰胺纤维( 锦纶) 更远高于其它聚酯纤维2。122 优良的染色性能与PET 纤维相比较, PTT纤维具有显著的易染性是其突出的优点之一。这是因为PTT 纤维的玻璃化温度为50 55oC。 能在无载体的情况下常压沸染。同时在相同的染色温度下染料在PTT 中的渗透深度明显高于PET, 而且色泽均匀, 坚牢度高, 与毛、蚕丝等蛋白质纤维混纺织物可用共浴一步法染色, 表3 是PTT 与PET 等纤维的染色性能比较。123 纤维具有高度的蓬松性由于PTT 纤维特殊的分子链构

6、象和优异的拉伸回弹性, 因此采用热空气卷曲变形工艺能制得高度蓬松的BCT地毯用纱。同时PTT 纤维手感改变了PET 纤维较硬感觉,不用碱减量进行染整处理就能达到细旦PET纤维的效果, 制成织物手感柔软舒适,优于PA (锦 纶)。124 其他性能PTT 纤维除了具有特别优异的柔软性和弹性回复性，还具有优良的抗折皱性和尺寸稳定性，耐气候性、抗污性能、易染色性以及良好的屏障性能，能经受住射线消毒，并改进了抗水解稳定性，因而它可用于开发高级服饰和功能性织物。由它制作的服装穿着舒适，触感柔软，易洗、快干、免烫，符合人们生活快节奏的要求；同时，PTT纤维不仅其拉伸回复性、耐污性与锦纶66相当，而且其蓬松性

7、与弹性、低静电、耐磨性及低的吸水性均优于锦纶。正因为如此，它将引领下一时期化学纤维发展的新动向，继而推动纺织工业的发展。2、 PTT纤维的生产工艺概况日前，全球PTT纤维生产工艺技术掌握在Shell和DuPont两家公司手中，其商品名分别为Corttera与Sorona。他们两家的生产方式最大区别在于PTT原料1，3-PDO制造方法，Shell是利用化学合成方法生产，而DuPont公司则是以具有环保的生化合成技术路线制造。就商业化程度而言，Shell公司早在20世纪90年代就把PTT商品化，因而在这方面超过DuPont公司。预计到2020年，聚酯纤维的市场份额将占到聚酯纤维的1 3 % 1 8

8、 % 。P T T 的合成机理与P E T 和P B T 工艺相似，是由对苯二甲酸二甲酯(DMT)或精对苯二甲酸(PTA)和1，3-PDO聚合而得的聚酯树脂。类似于PET，其合成工艺大致可分为直接酯化代法和酯交换法两种3。21 直接酯化法（PTA法）直接酯化法的原料是PTA和1，3-PDO。该工艺是由Zimmer公司与Degussa公司研究开发的，国内一般将聚合分为3个阶段，包括PTA与1，3-PDO酯化、预缩聚及终聚3个主阶段组成。通过搅拌来区分不同反应阶段的聚合结束时间，基本上是仿照PET的聚合；而Zimmer公司采用5段连续熔融过程(240270)制取。PTA和1，3-PDO在前2段被酯

9、化，过剩的PTA从第2段除去；第3和第4段为预缩聚反应器；第5段为缩聚反应器。前3个反应器为搅拌釜式反应器，第4和第5段采用Zimmer公司开发的盘环式反应器。为了与大生产相结合，且PTA路线比DMT路线的生产成本低，不需要回收甲醇，流程简单，节约成本，所以直接酯化路线是目前研究的重点22 酯交换法（DMT法）苯二甲酸二甲酯(DMT)与1，3-PDO进行酯交换，酯交换法在温度140220，采用Ti系催化剂，先脱除甲醇，缩聚升温至270并减压到5kPa进行缩聚，继而缩聚制得PTT，见以下反应式。直接酯化法基本上是成熟的工艺，工艺合理，流程短，投资少，生产效率高，生产过程中无需回收甲醇，可简化回收

10、过程与设备，并能减少环境污染，生产安全，原料及能量消耗低，因而生产成本低。所以PTA法优于DMT法。3、 PTT纤维的应用PTT纤维既具有普通合成纤维的很多优异性能,又弥补了它们的不足。PTT纤维的强力比涤纶低,但它保持了涤纶色泽鲜艳不易褪色及抗折皱性好的优点,又有手感柔软的特点;具有像腈纶一样的蓬松性,又有比腈纶更好的耐磨性和较少的静电;具有锦纶的柔软性和较强的抗污力,且色牢度、悬垂性更好,但吸水性较差;拥有和氨纶相当的弹性又比氨纶的价格低,很容易洗涤干燥。PTT纤维的这些基本特性为开发和应用高品质高性能的纺织品提供了非常丰富的创新动力4。31 服饰使用PTT短纤纱织成的弹力和非弹力针织、机

11、织织物在服饰方面具有非常广泛的用途,可制成各类针织内衣、衬衫、裙子、羊毛衫、茄克衫、休闲裤、运动装、滑雪衫等,几乎覆盖所有的服饰领域,外观高雅,手感柔软,穿着舒适,且PTT服饰男女老少、春夏秋冬皆宜。羊毛、PTT纤维和莫代尔的混纺纱用于保暖内衣和针织衫,有很大的市场前景。32 非织造布通过针刺或水刺加工技术,也可采用纺粘法或熔喷法制造PTT纤维或PTT纤维与涤纶、尼龙和聚丙烯纤维的混合物的各种非织造布。利用PTT短纤制成的非织造布手感柔软、悬垂性好、高度蓬松且耐伽玛射线辐射。可制成各种透明薄膜、人造革、防护材料、地毯底布等。33 装饰用品PTT纤维优异的回弹性、蓬松性、抗污性、染色性、化学稳定

12、性和柔软性,使它可用于地毯、沙发等装饰用纺织品及钓鱼杆、网球拍的线绳等。随着制造原料成本的进一步降低,PTT 纤维有望成为一部分尼龙、丙纶地毯的更新换代产品。4、 结束语聚酯纤维是合成纤维中应用最广、生产量最大的品种。聚酯纤维新品种中最值得关注的是PTT纤维，PTT的断裂伸长率大于除氨纶以外的所有合成纤维。PTT纤维集PET和PA的优点于一身，是聚酯纤维的新宠。预计PTT纤维的生产成本比PA纤维低35%40%，高于PET纤维生产成本20%以内。PTT用作工程塑料其性能明显优于PET、PBT和PA等，特别适合于生产薄膜和包装容器。其单体1，3-PDO我国可以自行生产， 日前应尽快掌握PTT核心技术，加快研究和开发PTT的步伐，以满足我国对PTT日益增长的需求