功能性聚酯纖維的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展

王安華

( 石油化工管理干部學(xué)院，北京100012)

2012 年世界聚酯纖維產(chǎn)量達(dá)到53.2 Mt，其中長(zhǎng)絲為33.6 Mt，短纖維為19.6 Mt。中國(guó)聚酯纖維產(chǎn)量約為37.56 Mt(不包括中國(guó)臺(tái)灣省的產(chǎn)量)，占世界總量的70%以上。

功能性纖維是高科技纖維中發(fā)展領(lǐng)域最寬、用途甚廣的品種，歐美、日本等發(fā)達(dá)地區(qū)和國(guó)家的相關(guān)技術(shù)發(fā)展很快，目前日本的功能性紡織品已占其紡織品總量的70% 以上;其次為歐洲，占55%以上;美國(guó)為45%以上。日本和歐美國(guó)家在服裝紡織品、醫(yī)藥衛(wèi)生以及高新技術(shù)領(lǐng)域的功能性纖維的研發(fā)均處于領(lǐng)先地位。

上世紀(jì)90 年代以來，中國(guó)對(duì)于包括功能性聚酯纖維紡織品在內(nèi)的功能性紡織品的研究和應(yīng)用持續(xù)高漲，目前中國(guó)功能性聚酯纖維的總產(chǎn)量為全球第一，產(chǎn)業(yè)化主要集中在染色改性纖維、阻燃纖維、抗靜電纖維、遠(yuǎn)紅外纖維、防紫外線纖維及抗菌除臭纖維等。聚酯合成技術(shù)的發(fā)展和制造成本的降低，帶動(dòng)了紡絲技術(shù)的多項(xiàng)革命性進(jìn)展，使功能性聚酯纖維的應(yīng)用領(lǐng)域從服裝拓展到包括非織造布在內(nèi)的產(chǎn)業(yè)用紡織品領(lǐng)域。

1 功能性聚酯纖維產(chǎn)業(yè)化產(chǎn)品

1.1 染色改性纖維［1-2］

在過去的3 年內(nèi)，中國(guó)直接紡陽離子可染長(zhǎng)、短絲大規(guī)模工業(yè)化取得成功，常溫常壓陽離子可染纖維在染整工序中使用相對(duì)分散染料，可降低能耗20%以上，同時(shí)減少污染排放30%。目前該技術(shù)已經(jīng)在浙江桐昆化纖集團(tuán)股份有限公司實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，產(chǎn)能超過10 Mt/a。

采用生物法合成的多元醇取代傳統(tǒng)的石油加工產(chǎn)品乙二醇單體(MEG)來合成聚對(duì)苯二甲酸多元醇酯，生產(chǎn)出的聚酯纖維在染色性能和手感等方面優(yōu)于普通聚酯纖維，并可減少染料和減少染整能耗10%。同樣，用生物法合成的1，3 -丙二醇(PDO)來生產(chǎn)的新型聚酯聚對(duì)苯二甲酸丙二醇酯(PTT)纖維，其染色性能也值得關(guān)注。

傳統(tǒng)的觀念上，本體染色工藝給人的印象始終是切片紡、小批量、高成本。近幾年來，聚合在線添加染色技術(shù)得到很好的應(yīng)用。原德國(guó)吉瑪、原瑞士Inventa-Fisher 等公司開發(fā)的在線添加功能助劑的改性技術(shù)為功能性纖維的低成本、高效率生產(chǎn)提供了有效的技術(shù)支持，其關(guān)鍵在于無機(jī)添加劑的分散技術(shù)和在線混合技術(shù)。

從2000 年起，歐美和日本開發(fā)了改善纖維和織物外觀的“聚酯仿棉流行面料”產(chǎn)品，主要技術(shù)特點(diǎn)是采用高濃度的二氧化鈦(TiO2)母粒進(jìn)行共混紡絲，可以得到外觀優(yōu)美、感覺舒適、穩(wěn)定性好、易于洗護(hù)的功能性面料。近期，國(guó)內(nèi)已經(jīng)大規(guī)模采用直接紡絲的方法生產(chǎn)全消光民用絲，相對(duì)切片紡工藝，能耗降低30%。

1.2 阻燃纖維［3-5］

阻燃纖維按生產(chǎn)工藝過程分類有5 種:在酯交換或縮聚階段加入反應(yīng)型阻燃單體進(jìn)行共聚;在熔融紡絲前在熔體中加入添加型阻燃劑;普通聚酯與含有阻燃成分的聚酯進(jìn)行復(fù)合紡絲;在聚酯纖維或織物上與反應(yīng)型阻燃劑進(jìn)行接枝共聚;對(duì)聚酯纖維織物進(jìn)行阻燃后處理。相對(duì)其他方法，聚合過程中進(jìn)行阻燃改性的方法其阻燃效果最好，也最環(huán)保，可大大減少紡織品染整過程的含磷廢水排放和減少染整的能耗。中國(guó)石化上海石油化工股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱上海石化)已在連續(xù)化生產(chǎn)裝置上批量生產(chǎn)長(zhǎng)絲、短纖維、膨化變形長(zhǎng)絲(BCF)和工業(yè)絲用磷系阻燃聚酯。

1.3 吸濕排汗纖維

工業(yè)化生產(chǎn)時(shí)，纖維主要通過物理改性得到吸濕快干的功能。因纖維具有高比表面積和溝槽截面，利用這些溝槽，織造時(shí)纖維和纖維之間能形成通道，通過這些溝槽的芯吸效應(yīng)達(dá)到吸濕快干的功效。此外，采用超細(xì)化手段(例如制成0.55 dtex 的短纖維)也能獲得吸濕排汗的功能。親水性的化學(xué)改性法主要是用一定相對(duì)分子質(zhì)量的聚乙二醇(PEG)進(jìn)行共聚，使纖維表面具備永久的親水性，同時(shí)也在一定程度上具有抗靜電性。以上海石化為例，在以往開發(fā)異形截面吸濕排汗聚酯短絲的基礎(chǔ)上，又成功開發(fā)了具有永久親水功能的紡絲級(jí)共聚酯。其纖維產(chǎn)品與非改性纖維相比，同樣比表面積的纖維或其紡織物在幾乎相同的染整條件下，親水性能增加1 ～1.5 倍。

1.4 產(chǎn)業(yè)用功能纖維［6］

浙江古纖道新材料股份有限公司已經(jīng)成功開發(fā)并投入產(chǎn)業(yè)化運(yùn)行的液相增黏直接紡工業(yè)絲技術(shù)，相對(duì)于固相增黏技術(shù)可降低紡絲能耗30%，使高強(qiáng)高模低收縮工業(yè)絲的加工成本進(jìn)一步降低，產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力進(jìn)一步加強(qiáng)。

荷蘭歐洲纖維公司和日本帝人株式會(huì)社已成功將聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)工業(yè)絲應(yīng)用于高檔汽車輪胎行業(yè)，該類纖維具備更強(qiáng)的抗蠕變性能和抗溫度驟變性能。

“頭腦”又名“八珍湯”，是由黃芪、良姜、羊肉、煨面、羊尾油、藕根、長(zhǎng)山藥、黃酒等八種食材配制而成。頭腦選料講究，制作精細(xì)：羊肉選的是羊腰窩肉，易于煮爛且不腥膻；黃芪選的是質(zhì)地優(yōu)良的正北芪。將羊肉切小塊，大火煮沸，加上花椒、黃芪、良姜等佐料后，改用小火煮熟后撈出；另將酒糟汁入鍋煮沸，加料酒、煨面，煮成面糊湯，再把羊肉塊、熟山藥、藕片放入碗里，加羊尾油丁，澆上面糊湯便成。此種方法制作出來的頭腦，面糊清白，濃黏厚重，喝到嘴里，甜、軟、綿、香、熱！酒香、藥香、肉香，混在一起，一古腦地鉆進(jìn)鼻孔，令人忍不住饞涎滴流，立馬抄匙大快朵頤一番！

10 年前上海石化開發(fā)成功聚酯超短纖維，應(yīng)用于紙張?jiān)鰪?qiáng)，能減少木紙漿的用量，其在瀝青混凝土道路的應(yīng)用也取得成效。目前聚酯超短纖維已經(jīng)在造紙、涂料、橡膠增強(qiáng)、建材增強(qiáng)領(lǐng)域占有一席之地，并還在繼續(xù)不斷開拓應(yīng)用領(lǐng)域。

1.5 生物基和可降解聚酯纖維［7-9］

聚乳酸(PLA)屬于脂肪族聚酯，是以玉米、小麥等淀粉原料經(jīng)發(fā)酵、聚合、紡絲而制成，具有很好的生物降解性，目前美國(guó)PLA 產(chǎn)品已經(jīng)形成年產(chǎn)數(shù)十萬噸的規(guī)模，國(guó)內(nèi)也正在積極開發(fā)，形成產(chǎn)業(yè)化規(guī)模。

聚丁二酸丁二醇酯(PBS)以脂肪族二元酸、二元醇為主要原料，這些原料可通過纖維素、奶業(yè)副產(chǎn)物、葡萄糖、果糖等自然界可再生的農(nóng)副產(chǎn)物經(jīng)生物發(fā)酵途徑制得，而采用生物發(fā)酵工藝生產(chǎn)的原料，可大幅降低原料成本，從而進(jìn)一步降低PBS 的成本。盡管這類纖維的常規(guī)紡絲技術(shù)還需要不斷完善，但在熔噴、靜電紡絲等領(lǐng)域已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化。

1.6 超高性能聚酯纖維［10］

首個(gè)具有完全意義上的聚芳酯是由塞拉尼斯(Celanese)于20 世紀(jì)80 年代發(fā)明的Vectra 聚合物，于20 世紀(jì)90 年代開始商業(yè)化生產(chǎn)，其纖維產(chǎn)品的商品名為Vectran。本世紀(jì)初日本可樂麗集團(tuán)購(gòu)買了該類產(chǎn)品的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)權(quán)，擴(kuò)大了產(chǎn)能，并成功開拓了應(yīng)用市場(chǎng)。

Vectran 纖維具有高強(qiáng)度、低吸水性、高耐磨損性等特征，被用于繩索、漁網(wǎng)、包裝材料等。另外，通過采用紡前染色實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品的色彩多樣化，因此也被用在體育用品之類的產(chǎn)品中。美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)火星探測(cè)車的著陸用氣囊、日本提出的“同溫層平臺(tái)”構(gòu)想中使用的飛艇也都采用了這類纖維。

1.7 其他品種

目前，運(yùn)動(dòng)休閑服飾中常用的功能性纖維不僅包括吸濕排汗與瞬間涼感纖維，還包括抗菌防臭、防紫外線和遠(yuǎn)紅外纖維等等。上述纖維通常采用在紡絲過程中添加功能助劑的方法，在功能的永久性和減少環(huán)境污染方面取得了很好的效果，而皮芯層復(fù)合是賦予聚酯纖維上述功能的最有效的手段，可以進(jìn)一步降低添加劑的使用成本。

2 功能性聚酯纖維產(chǎn)業(yè)化發(fā)展趨勢(shì)

2.1 聚酯熔體改性技術(shù)成為發(fā)展的主流

與紡織染整賦予紡織品功能性技術(shù)相比，隨著聚酯技術(shù)的快速發(fā)展，阻燃功能性、染色功能性和部分改善穿著舒適性的功能纖維，無論在加工成本、加工鏈整體節(jié)能環(huán)保和功能性的長(zhǎng)期保持性方面都顯示出極大的優(yōu)勢(shì)。美國(guó)、日本及韓國(guó)的傳統(tǒng)聚酯纖維生產(chǎn)企業(yè)自2005 年以來都采用熔體改性的方法批量生產(chǎn)功能性纖維。中國(guó)紡織科學(xué)研究院聚友化工有限公司已經(jīng)基本形成了在現(xiàn)有連續(xù)化大型聚酯裝置上進(jìn)行功能性聚酯纖維批量生產(chǎn)的成套技術(shù)，并在國(guó)內(nèi)大型生產(chǎn)裝置上取得良好業(yè)績(jī)。

2.2 綠色環(huán)保形成共識(shí)

目前，降低聚酯纖維以及后加工產(chǎn)業(yè)鏈的整體成本和能耗、減少排放、對(duì)聚酯材料進(jìn)行回收再生和環(huán)境友好已成為業(yè)界的共識(shí)。功能性聚酯纖維產(chǎn)品開發(fā)將主要圍繞四大目標(biāo):一是采用新技術(shù)、新工藝降低原料合成和整個(gè)加工鏈的能耗、物耗、污染;二是開發(fā)替代石油資源的原料，以提高發(fā)展的可持續(xù)性;三是從紡織原料的角度對(duì)纖維進(jìn)行改性，以提高纖維的紡織加工性能和環(huán)保性能;四是纖維產(chǎn)品的循環(huán)利用。

2.3 應(yīng)用領(lǐng)域快速發(fā)展［11-12］

全球產(chǎn)業(yè)用紡織品市場(chǎng)需求在2012 年仍保持快速增長(zhǎng)，增量最大的是亞洲，特別是中國(guó)。服裝、產(chǎn)業(yè)用品及家用紡織品是紡織業(yè)的三大終端產(chǎn)品，其中產(chǎn)業(yè)用紡織品是紡織產(chǎn)業(yè)中技術(shù)層級(jí)和附加價(jià)值均較高的產(chǎn)品，近年來發(fā)展迅速。

隨著化纖BCF 技術(shù)的發(fā)展，在地毯紗和地毯領(lǐng)域，聚對(duì)苯二甲酸多元醇酯(PDT)、聚對(duì)苯二甲酸乙二酯(PET)、PTT 等的本體著色聚酯將會(huì)逐步取代性價(jià)比相對(duì)較差的聚酰胺(PA)和聚丙烯(PP)。在中國(guó)，服裝行業(yè)產(chǎn)品要求髙、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈，相對(duì)而言，產(chǎn)業(yè)用紡織品發(fā)展空間較大。

高性能纖維應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)從以往的單純?yōu)檐娛潞秃教祛I(lǐng)域逐步轉(zhuǎn)向工業(yè)領(lǐng)域。產(chǎn)業(yè)用紡織品是發(fā)達(dá)國(guó)家重點(diǎn)發(fā)展的紡織品品種，占整體紡織產(chǎn)業(yè)的比重日益增加，因此高性能纖維的發(fā)展?jié)摿薮蟆?/p>

2.4 生物資源取代礦物資源［13］

2011 年全球用生物基原料生產(chǎn)的可降解和非降解的高分子聚合物達(dá)到1.16 Mt，其中聚酯產(chǎn)品占45%以上，預(yù)計(jì)2016 年上述高分子聚合物產(chǎn)量可以達(dá)到5.78 Mt。

生物基PET 前些年一直是采用生物基MEG，而另一主要原料精對(duì)苯二甲酸(PTA)仍來源于石油資源。美國(guó)Virent 公司采用“生物成型”(bioforming)技術(shù)，玉米、甘蔗等含糖植物通過生物轉(zhuǎn)化生產(chǎn)對(duì)二甲苯(PX)，而且試驗(yàn)已經(jīng)獲得成功，正在與擁有專利的化工設(shè)備企業(yè)合作進(jìn)行批量生產(chǎn)。

日本東麗工業(yè)株式會(huì)社于2011 年宣布已經(jīng)采用美國(guó)Gevo 公司異丁醇(isobutanol)生物技術(shù)制PX 工藝，并已生產(chǎn)出100%生物基PET 纖維。

荷蘭Avantium 公司研究開發(fā)了最具革命性的“YXY”技術(shù)，其技術(shù)核心是將植物資源得到的呋喃糖通過生物轉(zhuǎn)化為2 -5 呋喃羧酸(2，5 -furan di carboxylic，F(xiàn)DCA)，取代傳統(tǒng)意義上的對(duì)苯二甲酸與MEG 發(fā)生酯化并聚合，生成聚呋喃二羧酸乙二醇酯(polyethylene furanoate，PEF)，進(jìn)行紡絲，得到PEF 纖維已為期不遠(yuǎn)。

世界范圍內(nèi)生物基二醇和多元醇產(chǎn)能最大的是中國(guó)長(zhǎng)春大成實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司(以下簡(jiǎn)稱長(zhǎng)春大成)，其次是美國(guó)嘉吉公司(Cargill)。

東華大學(xué)、海天輕紡集團(tuán)、上海石化合作采用長(zhǎng)春大成的生物基多元醇成功生產(chǎn)出了PDT 纖維，在提高可紡性、紡織品染色性能和改善織物手感、親水性等方面比PET 更具競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。

脂肪族原料己二酸、丁二酸2011 年產(chǎn)量為3 Mt，部分用于合成聚酰胺，少部分用于脂肪族可降解聚酯，丁二酸、丁二醇可以合成PBS。目前中國(guó)PBS 裝置的建設(shè)正在加快，部分企業(yè)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化。

3 發(fā)展建議

(1)功能性聚酯纖維的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展帶動(dòng)了相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的技術(shù)研究和創(chuàng)新開發(fā)，應(yīng)繼續(xù)加大產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同合作及市場(chǎng)利益調(diào)整，應(yīng)當(dāng)兼顧大專院校、研究單位、原料生產(chǎn)企業(yè)和最終產(chǎn)品銷售單位的利益，維持可持續(xù)發(fā)展的良好氛圍。

(2)功能性聚酯纖維產(chǎn)業(yè)化發(fā)展最重要的環(huán)節(jié)是應(yīng)用市場(chǎng)的開發(fā)，在這方面我國(guó)與發(fā)達(dá)國(guó)家的差距比較大。建議加大應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域的研發(fā)投入，逐步實(shí)現(xiàn)主要品種及其制品的商品化和國(guó)產(chǎn)化，為邁入世界纖維強(qiáng)國(guó)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

(3)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的制定和規(guī)范使用是功能性聚酯纖維產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的助推器。聚酯纖維行業(yè)的快速發(fā)展，新材料、新工藝的不斷涌現(xiàn)，為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的制定帶來困難。標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)的滯后也制約著行業(yè)的發(fā)展，而制定標(biāo)準(zhǔn)的工作是一項(xiàng)既繁雜又細(xì)致的工作，尤其是如何體現(xiàn)“功能性”特征值，需要成熟工藝和大量數(shù)據(jù)的支撐。用標(biāo)準(zhǔn)把關(guān)生產(chǎn)過程和產(chǎn)品質(zhì)量，用標(biāo)準(zhǔn)把關(guān)營(yíng)銷，同行業(yè)共同遵守標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范使用標(biāo)準(zhǔn)，必將推動(dòng)功能性聚酯纖維產(chǎn)業(yè)化的提升和發(fā)展。

4 結(jié)語

功能性聚酯纖維的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展是在當(dāng)前形勢(shì)下產(chǎn)業(yè)鏈產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整、實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品升級(jí)和提高附加值的需要。根據(jù)市場(chǎng)需求和企業(yè)實(shí)際，開發(fā)功能性產(chǎn)品是加工鏈各段提高經(jīng)濟(jì)效益的重要途徑。

與其他化學(xué)纖維和天然纖維相比，功能性聚酯纖維的產(chǎn)業(yè)化研發(fā)和生產(chǎn)成本相對(duì)較低，對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響較小，進(jìn)入市場(chǎng)相對(duì)比較迅速，市場(chǎng)開拓的難度相對(duì)較低，可持續(xù)發(fā)展的能力相對(duì)較強(qiáng)，發(fā)展前景良好。

隨著新型纖維和差別化纖維材料不斷推出及高新技術(shù)的滲透，生物基原料技術(shù)的迅速產(chǎn)業(yè)化，建筑、醫(yī)療衛(wèi)生、環(huán)保、汽車及航空航天等行業(yè)將對(duì)功能性聚酯產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化提出了更為苛刻的要求。因此，不斷完善技術(shù)、提高纖維的質(zhì)量穩(wěn)定性是持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。

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