高亲水易染聚酯纤维的制备

项目单位

东华大学

技术成熟度: 高亲水易染聚酯纤维经实验室小试、企业中试后均显示稳定的制备过程,品质可控,满足后道的织造、加弹要求。在高亲水易染聚酯纤维开发的基础上,目前着手对吸湿抗菌功能聚酯长丝,吸湿阻燃功能聚酯长丝,吸湿抗静电功能聚酯纤维系列进行开发,高色牢度吸湿聚酯长丝等成功实现了产业化。围绕高亲水易染仿棉聚酯纤维形成了三大系列产品:高亲水系列,吸湿排汗系列,混纤丝系列,产品改善了常规聚酯纤维的舒适性能,广泛应用于服用领域。使纤维具有如常压染色、超柔软、抗起毛起球、抗静电等特性,提高纤维及面料舒适性。相关成果获2010年上海市科技进步一等奖、2011年国家科技进步二等奖、2012年福建省科技进步一等奖。所形成的高亲水易染聚酯纤维制备技术成熟得到企业、行业等方面的一致认可。

适用推广的地区: 我国是聚酯纤维的生产大国同时也是消费大国,而目前围绕舒适性设计开发的聚酯产品基本依赖进口,国内的常规聚酯纤维的竞争力越来越激励,利润空间被严重压缩。国内化纤企业亟待从目前常规品种找到突破,高亲水易染聚酯纤维制备技术对国内切片纺、熔体直纺企业均适合,尤其适合熔体直纺的相关企业。开发出的高亲水易染聚酯纤维及相关产品适合于运动服装领域、贴身衣物等,技术与产品基本不受地域的限制,具有较强普遍适用性。

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对合作单位的基本要求: 高亲水易染聚酯纤维在与企业对接合作中,希望合作的企业具备以下几点要求: (1)企业发展的理论,靠产品的品质提升竞争力。传统以规模取胜占领市场的方式随着国家产业结构的调整将逐渐退出历史。因此相关合作企业在发展必须抱有靠品质发展的信念。 (2)合作的企业具备纤维制备、纱线制备、染整等环节的上下游通力合作的实力。最终走向市场的产品需要多个环节的合作,不单单是纤维制备或染整的创新。

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成果概况

2013年,我国合成纤维产量已达4100万吨,占世界总量的80%以上,是纺织工业最重要的原材料。其中,聚酯纤维是最重要的合成纤维品种,其发展状况直接影响到我国纺织工业发展的整体水平和竞争能力,该行业在国民经济中起着非常重要的作用。统计数据表明,自2000年以来,我国聚酯产能逐年增加,年平均增长率超过10%。虽然我国聚酯产能、产量位居世界第一,但我国聚酯纤维产业面临着产品同质化严重的问题。企业在常规品种生产中利润严重下降,许多化纤企业出现了亏损境况。而市场上围绕舒适性高品质聚酯产品基本依赖进口,消费者日益增加的消费需求与市场产品结构形成了鲜明的对比反差。因此为了增加企业在这样大背景下的竞争力,同时也是进一步推进我国聚酯的差别化进程,科学地对聚酯分子结构设计,优化聚合工艺,对纺丝过程进行调控,建立结构与性能间的构效关系是目前聚酯领域一大发展趋势。 为了保持我国纺织工业的可持续发展,开发新型聚酯纤维及其纺织品产业化技术,解决聚酯纤维亲水性差、易起球等缺点,同时保留聚酯纤维及其纺织品的优良性能。解决棉花价格飙升,而且明显高于涤纶等化纤的价格涨幅的情形,消费者青睐棉纤维及其纺织品突出的吸湿和穿着舒适等优点,实现新型聚酯纤维大规模产业化制造是十分必要的。通过对改性聚酯化学结构和组成的设计、聚合纺丝产业化技术关键技术开发,实现新型改性聚酯纤维的规模化生产;建立新型改性聚酯纤维及其纺织品的科学评价方法与标准;形成新型改性聚酯纤维开发的技术创新体系,实现新型改性聚酯纤维在家纺和服装行业的推广应用,推动我国纺织行业产品结构调整和产业技术升级。

专利情况

高亲水易染聚酯纤维在开发过程发表国内外核心期刊4篇:《Preparation and Characterization of the Hydrophilic Copolyester》、《亲水性纤维气态水的吸湿性能与放湿性能研究》、《超仿棉聚酯纤维指标解读》,《高亲水抗菌聚酯纤维的制备》、《多组分共聚酯的制备及亲水性研究》; 申请国内专利17项,其中发明专利7项,获得国内授权专利5项,其中发明专利1项(一种仿棉涤纶短纤及其制备方法ZL201010137901.7)。

市场前景与领域运用

高亲水易染聚酯纤维是通过聚合的方法在聚酯分子链中引入柔性大分子链及极性吸湿官能团,具有较强的推广性。其中在共聚酯制备装置上,常规聚酯制备装置即可满足,对设备无需额外增加开支,这也是充分考虑充分利用目前规模化的熔体直纺工艺。改性原料包括聚醚大分子、磺酸盐及多羟基官能团,目前均可以国产化,品质可靠稳定,这也为项目的实施提供了可行性。高亲水易染聚酯纤维通过功能组分的引入改变聚酯分子结构,对超分子结构尤其是无定形区域进行了综合调控,在提高聚酯吸湿染色性基础上对纤维的柔软性、抗静电性与抗起球起毛性能等方面均起到一定的改善作用,实现聚酯作为服用纤维舒适性的飞跃提高。高亲水易染聚酯纤维制备技术对目前的切片纺企业与熔体直纺企业均适合,尤其适合熔体直纺工艺。 高亲水易染聚酯纤维相关的产品适合运动系列面料服装、内衣贴身等众多领域,根据应用的领域的差异还可以从改性组分的添加量进行调控,从而实现生产与销售环节的互动。

技术创新点

本项目通过对聚酯分子结构的设计和改性单体的选择与精确添加,对共聚酯序列结构分布进行表征,优化与高亲水性母粒共混熔融纺丝工艺,调控纤维形态与力学性能制备出多重改性聚酯纤维,改善纤维的亲水性、导湿性与易染性。在此基础上,对多重改性聚酯纤维的吸放湿动力学过程,吸放湿过程中伴随着的热量变化及纤维内部结构的演变进行研究,建立吸放湿性为核心的舒适性评价体系。 (1)聚酯分子结构设计及改性剂选择,通过单体添加工艺、官能团修饰改性对共聚酯序列结构进行调控关键技术,在聚酯分子链中引入极性官能团及亲水性大分子,形成嵌段共聚物,实现共聚聚酯纤维的可纺性与高亲水性、导湿性、易染性的统一; 在聚酯化学结构、物理结构多层次结构以及宏观几何等设计应进行系统深入的研究。聚酯分子链中引入包括无机粒子、有机单体与大分子在内的高效新单体,在保证可纺性的基础上调控大分子序列结构及非无定形区域结构。对共聚酯的序列结构分布、热稳定性、结晶等性能进行研究。通过分子链中引入低温易染单元,开发超柔软易染聚酯纤维,染色饱和值>3.5,织物色牢度高。 通过分子链中引入间苯二甲酸-5-磺酸钠、端羟基修饰化的聚醚类、多元醇类等柔性组分与极性含羟基亲水基团,开发的多重功能复合亲水聚酯纤维,回潮率达到1.2%、吸水率>550%。显著改善聚酯面料舒适性、染色性、柔和光泽性、柔软性、抗起毛起球和抗静电特性等。这些功能化聚酯在大容量熔体直纺装置上实施为新一轮聚酯纤维产品的品种开发和升级换代提供了技术基础。 (2)高亲水易染母粒的设计开发关键技术,通过共混熔融纺丝,调控亲水母粒与聚酯粘度差及挤出工艺,形成亲水母粒径向梯度分布结构,纤维再经亲水性油剂处理,形成多重改性为一体的亲水聚酯纤维制备工艺;通过对共聚酯切片与高亲水母粒共混熔融过程中相态分布及两者相互作用机理的研究,对共混纺丝工艺进行优化,对制备出的改性聚酯纤维的润湿性、力学性能、取向性等测试评价,实现对亲水性能与抗静电性能的调控。 基于人体工学舒适健康与安全防护等应用,制备出良好染色、亲水、阻燃的共聚酯材料及其纤维;设计新型聚醚酯与金属离子化,实现共混聚酯亲水性能与抗静电性能的调控;设计新型功能材料,制备发热、防辐射、吸波、导电、荧光等改性聚酯材料与功能纤维;应用有机与无机亲水剂、扁十字/带翼中空等调控纤维表面凹槽结构和界面性质,提高透气、导湿、吸湿能力与润湿速度。高亲水易染母粒的开发进一步加快仿棉聚酯纤维的产业化及推广。在吸湿性母粒制备的基础上开发了吸湿抗菌、吸湿阻燃性母粒。 (3)纤维吸放湿动力学研究,诠释气态及液态水分在纤维集合体中传递过程,以及伴随热量变化及纤维结构演变,建立亲水易染仿棉聚酯纤维舒适性评价体系,实现仿棉聚酯纤维规模化生产。 仿棉聚酯纤维的核心是对聚酯纤维的吸湿性能进行调控,对经多重改性的仿棉聚酯纤维模拟高温高湿、低温低湿、高温低湿等不同温湿度下的吸放湿性能研究,对经多重改性的仿棉聚酯纤维模拟了等温条件下吸湿性能、放湿性能与相对湿度的变化关系;恒定湿度下,吸放湿性能与温度变化的关系,并与常规的聚酯纤维、棉、粘胶纤维等比较,建立了改性聚酯纤维吸放湿动力学模型。多重改性仿棉聚酯纤维较常规聚酯纤维相比吸湿速率提高了2倍以上,结合改性聚酯纤维吸放湿动力学,对吸放湿过程中伴随着的热量变化及纤维内部结构的演变进行研究。仿棉聚酯纤维在改善吸湿性的同时兼有速干性,保持了聚酯纤维特有的优异性能。
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