纤维的改性方法有化学改性和物理改性两种方法,化学改性是获取功能性纤维的重要手段之一,而化学改性主要有共聚、接枝共聚以及化学后处理改性等方法。
接枝共聚改性纤维是指在纤维的大分子链上通过活性链节从侧向引上高分子支链所得到的纤维,属于纤维的表面改性。例如将棉纤维或粘胶纤维接上甲基、乙基或苯甲基生成纤维素醚,可降低纤维的吸水性并提高纤维的化学稳定性、阻燃性、光作用稳定性、抗热性和电绝缘性等。纤维素与少量能聚合的单体在溶体状态共聚,在纤维素主链上引入合成高分子支链,从而获得接枝共聚的纤维素纤维,可改进纤维素纤维的耐褶皱性。
共聚改性纤维是指由二元或三元单体在一定条件下共聚制得的纤维,属于纤维基质改性。比如丝朊(蛋白质)与少量丙烯腈共聚可获得丙烯腈接枝丝纤维。
纯聚丙烯腈纤维的实用价值较差,但经与乙酸乙烯酯和其他单体共聚后所得的纤维,物理机械性质和染色性质就远比纯聚丙烯腈纤维优良。
化学后处理改性纤维是指利用化学改性剂的溶液对纤维进行浸泡或涂层处理,赋予纤维差别化性能的化学改性方法,例如涤纶经1~1.5%萘磺酸碱金属盐和甲醛缩合物水溶液处理可获得抗起球性;而经碱溶液处理,则可具有类似天然丝的性质;在热处理过程中加入含磷或卤素化合物则可获得耐燃性,但是该类化学改性方法得到的纤维的差别化特性就有不稳定、不持久性,往往经洗涤很快减弱或消失,因此共聚成为化纤化学改性的主要方法,同时也推动着化纤技术不断向高端领域发展,是纤维差别化发展的根本推动力。
近年来,随着涤纶化纤产能的严重过剩,市场竞争加剧,产品盈利低下,以及人们对生活水平要求的提高,进一步推动了化纤产品差别化、功能性的发展,化纤改性向着穿着美观、舒适性以及保健、环保等方向深度发展。最早为了改善涤纶的可染性能,从20世纪50年代起,日本和美国开始研究聚酯的染色问题,1958年杜邦公司为了改进聚酯纤维的可染性,添加 2%(mol%)间苯二甲酸二甲酯 1、5 二磺酸钠(SIPM)作为第 3 组分制成了名为“达克纶T64”的阳离子燃料可染的共聚品种。近期,美国Invista(英威达)公司将此类产品进一步升级成为大批量规模化的直接纺工艺。现阶段国内采用添加第3组分和第4组分,通过连续聚合方法和PTA法的多组分共聚改性工业化生产,例如分别采用一种外观为澄清粘稠液体、含量为 40%、溶于EG的 SIPE(间苯二甲酸二乙二醇酯 1、5二磺酸钠),以及平均分子量为 3 700~ 9 000的白色固体聚乙二醇(PEG)为第3和第4组分生产的常温常压阳离子染料可染涤纶(ECDP),具有较好的染色性能,在提高染色上染率的同时,进一步改善了织物颜色的鲜亮度。
为解决涤纶吸湿透气性差的问题,行业内在以不同方式开发生产超仿棉涤纶服装面料,最初是用一定分子量的聚乙二醇进行共聚,使纤维表面具备永久的亲水化进行纤维亲水性改性,同时也在一定程度上具有抗静电性。
上海石化在以往开发异形截面吸湿排汗涤纶短纤的基础上,近期又成功采用该方法开发了具有永久亲水功能的纺丝级共聚酯。而后期发展的EDDP属于共聚醚酯型染色改性,是在聚酯结构的基础上适当引入聚醚段,这样就可在基本保持PET骨架的基础上(从而可以保持PET的诸多优点),使超分子结构变得松弛,从而实现沸染的目标。但必须看到问题的另一面,如果引入聚醚段过多,虽然染色会变得更容易,但会使其丧失PET的某些优良特性,因此该工艺的主要难点在于把握适当的改性程度。
目前,国内批量化生产的技术还不很成熟,难点主要在于如何控制聚醚链段长度和在大分子链段中的合适位置。但是采用钛系催化剂、醇改性的亲水性共聚酯、超细纤维级全消光仿棉型聚酯等都已经在大型连续聚酯生产线上实施生产,比如上海石化等公司,其开发的产品已具备了技术和经济的可行性。
可生物降解聚酯主要是芳香族无规共聚酯PBTS(Ecoflex?),其单体包括己二酸、对苯二甲酸、1,4 丁二醇,目前生产能力在 14万t/a,主要产品包括美国伊士曼的EastarBio?,美国Showa 的 Bionelle? 产品(日本的 Showa Highpolymer和韩国SK Chemicals向其提供树脂),SK Chemicals的Sky Green BDP?以及美国杜邦的Biomax?等等。该类产品可在正常堆肥条件下完全生物降解。
可生物降解聚酯除应用于做薄膜和涂层料外,还可通过熔融纺丝抽成单组分或双组分固结纤维,或纺粘、熔喷非织造布。纺粘产品为半结晶体,具有弹性、良好的悬垂性、柔软的手感、不会发出声响等特点。
该产品开拓了众多用可弃和限次使用领域,包括无菌医疗用盖布、外科手术包装料、揩拭布、吸液芯材、适体卫生用品、育种垫、地面覆盖和其它季节性农业/园艺织物、热成形产品和各种层合材料。这种材料可满足美国和欧盟国家直接和食品接触的卫生要求,达到甚至超过德国DIN标准所规定的生物可降解指标,符合日本可降解塑料学会和美国堆肥(处理)协会的要求,目前中国石化、北京化工研究院、上海石化已经成功开发可降解聚酯(PBTS),并已经可以批量供应市场。
调查表明,目前我国服用进口面料主要是化纤产品,占进口面料总数的 60% 左右,主要来自韩国、中国台湾、中国香港、日本等国家和地区。而服装企业选用进口面料的主要原因是国产化纤面料的外观风格、手感性能、疵点、悬垂性(成形性)、颜色这 5方面的质量较差。经分析,中高档化纤面料进口产品的主体为涤纶差别化长丝面料,少部分为其它新型化纤面料及其混纤面料。
目前,日本、韩国和中国台湾等化纤业发达地区的最新面料的纤维组成已经发展到 2 ~4种,多的达5~ 6种,通过纤维结构变化和织物组织结构的变化,实现仿真、超仿真效果,已成为发展趋势。但现阶段我国新型化纤的性能还不稳定,应用还不普遍,因此部分仿真面料中的新型化纤由国外公司提供。日本在化纤原料开发方面处于世界领先地位。针对面料的最终风格,开发出异形截面、超细、高收缩、多成分共聚等新型纤维。通过对纤维结构、纱布结构进行综合设计,巧妙复合了化纤、纺织、染整各领域技术进步成果开发出了“仿真、超仿真”的新合纤面料。台湾地区化纤企业在各种功能性纤维、仿真纤维、超细纤维的研发生产上与欧、美、日等国家和地区并驾齐驱,有些新产品处于世界领先地位,特别是在吸湿、排汗、速干、瞬间凉感等新型纤维的开发上可圈可点,而这些新型差别化纤维的开发都与共聚改性息息相关,因此共聚改性是纤维应用发展的坚实基础,随着共聚改性的发展,纤维产品性能将不断提高,应用领域将会进一步拓展。营销采购中心市场部副经理张守运