聚酯纖維表面改性的研究進(jìn)展

李景忠

（黑龍江地豐滌綸股份有限公司，黑龍江哈爾濱 150316）

聚酯纖維表面改性的研究進(jìn)展

李景忠

（黑龍江地豐滌綸股份有限公司，黑龍江哈爾濱 150316）

隨著工業(yè)技術(shù)和現(xiàn)代科技的發(fā)展，聚酯纖維材料的改性和產(chǎn)業(yè)應(yīng)用日益受到人們的關(guān)注，并且成為紡織新產(chǎn)品開發(fā)的一個(gè)重要方向。綜述了近年來聚酯纖維等離子體處理、堿處理、胺處理、表面接枝、光化學(xué)處理、生物法及微膠囊法等改性技術(shù)的研究進(jìn)展。

聚酯纖維；表面改性

前言

化纖技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)是優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、開發(fā)高附加值產(chǎn)品，而聚酯纖維的發(fā)展以及產(chǎn)品的多樣化、新型化和高功能、高性能化一直是人們追求的目標(biāo)。聚酯纖維具有很多優(yōu)良的性能，但其同時(shí)還具有染色性差、透氣性差，吸水性差以及易產(chǎn)生靜電等缺點(diǎn)。為了使聚酯纖維應(yīng)用更廣泛，幾十年來人們一直致力于研究其表面改性方法。本文主要概括綜述的方法有等離子體處理、堿處理、胺處理、光表面處理、表面接枝及近些年新發(fā)展起來的生物法、微膠囊法等先進(jìn)技術(shù)，改善纖維的表面特征，引起表層（0.01～100μm）的物理或化學(xué)變化，不影響纖維和織物的整體性質(zhì)，從根本上改善聚酯纖維的各種應(yīng)用性能。

1 等離子體處理

等離子體表面改性是通過等離子體處理以及在材料表面等離子體接枝來改變材料表面結(jié)構(gòu)的一種表面改性方法[1]。等離子體對(duì)聚酯纖維的表面改性主要有三種，其中，低溫等離子體技術(shù)的應(yīng)用最為廣泛且卓有成效。

低溫等離子體在纖維改性方面的應(yīng)用研究始于20世紀(jì)60年代[2]。其原理[3]是低溫等離子體設(shè)備放電時(shí)，激發(fā)氣體形成高能粒子流，由于這些高能粒子的作用，通過離子流、中性粒子對(duì)纖維表面撞擊，將能量轉(zhuǎn)移給纖維，隨著能量消散，引起纖維表面一系列物理、化學(xué)改性，如刻蝕、脫氫、加成、氧化等反應(yīng)。低溫等離子體中部分活性粒子的能量比有機(jī)物中常見化學(xué)鍵的鍵能高，因此容易在聚合物表面產(chǎn)生結(jié)合或離解反應(yīng)[4～5]。在低溫等離子體引發(fā)接枝聚合反應(yīng)方面，很多研究者做了大量的工作。Shizuoka大學(xué)聚合物化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的N.INA-GAKI等人利用Ar等離子引發(fā)滌綸表面改性，通過XPS光譜發(fā)現(xiàn)其表面結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，通過接觸角測(cè)試，發(fā)現(xiàn)表面改性后其親水性顯著改善[6]。

目前，利用等離子體處理的技術(shù)較成熟，在美國已實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化。而在我國，等離子體改性的研究也日益深入，但距離工業(yè)化還有一段距離。而聚酯纖維的等離子體處理表面改性的工業(yè)化是一種必然的趨勢(shì)。

2 堿處理

由于聚酯纖維是疏水性纖維，吸濕性極差，可以采用堿處理對(duì)其進(jìn)行親水化改性。工業(yè)上稱其為堿減量法，是目前表面處理技術(shù)工業(yè)化的成功實(shí)例。

堿處理原理就是皂化反應(yīng)，以滌綸為例，在高濃度的堿液中，特別是在高溫條件下，PET分子會(huì)發(fā)生水解，生成乙二醇和水溶性的對(duì)苯二甲酸鹽。PET的水解過程實(shí)際上是大分子中酯基的水解斷裂過程,水解過程基本上在無定形區(qū)進(jìn)行，分解后在纖維表面的分子脫落，在纖維表面形成凹凸痕跡，使纖維變細(xì)且具有親水性。傳統(tǒng)的滌綸堿處理方式是滌綸在滲透劑和促進(jìn)劑的共同作用下進(jìn)行堿處理[7]。嘉興學(xué)院的徐旭凡[8]將滌綸織物先進(jìn)行堿處理，然后用殼聚糖溶液對(duì)其進(jìn)行處理，處理后的滌綸的吸濕性、抗靜電性、耐起球性、手感等性能均有顯著變化。

隨著堿處理工藝的發(fā)展，近年來越來越多的科學(xué)工作者開始研究堿胺同浴對(duì)聚酯纖維進(jìn)行堿處理改性，而使纖維表面形成了深一層的凹槽，為改性滌綸的進(jìn)一步整理打下良好的基礎(chǔ)[9]。

3 胺改性聚酯纖維

胺處理是聚酯纖維又一種表面處理的化學(xué)方法。目前，胺處理已經(jīng)用于柔軟處理，防止織物表面起球，改善黏性，改善表面親水性等。在胺處理反應(yīng)中，聚酯與胺發(fā)生親核取代反應(yīng)，胺作用于缺電子的羰基碳上，使聚酯的分子鏈斷裂形成酰胺，相對(duì)分子質(zhì)量減少并溶出。

胺基團(tuán)能與環(huán)氧衍生物、異氰酸酯、羥甲基化合物反應(yīng)，與環(huán)氧樹脂、聚亞胺酯、苯酚和間苯二酚-甲醛樹脂形成化學(xué)鍵[10]，胺處理可以分為三個(gè)反應(yīng)階段：第一階段反應(yīng)發(fā)生在無定型區(qū)，對(duì)纖維的質(zhì)量或結(jié)晶度影響不大，但聚合物的相對(duì)分子質(zhì)量下降很快；第二階段纖維失重較快，但由于聚酯分子鏈的鏈斷裂而產(chǎn)生大量可萃取的低相對(duì)分子質(zhì)量物質(zhì)，結(jié)晶度也增加；第三階段，反應(yīng)速率逐漸降低，這是因?yàn)闊o定型區(qū)的反應(yīng)基本結(jié)束，反應(yīng)逐步轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)緊密的結(jié)晶區(qū)的緣故。

胺處理可以極大地改善聚酯纖維的手感、親水性、易去污性、可染性，同時(shí)還可以提高纖維的抗靜電性、抗起球性、懸垂效果等。

4 表面接枝改性

表面接枝改性是通過外力引發(fā)親水性單體在聚酯纖維表面接枝聚合，改變聚合物表面結(jié)構(gòu)，使其表面帶有較多的親水性基團(tuán)，以降低材料表面電阻，增加導(dǎo)電性，通常在接枝前先采用熱引發(fā)、引發(fā)劑或紫外線高能射線和等離子體輻射等[11]，在聚酯纖維表面接枝親水性單體，提高材料表面的吸濕性，在表面構(gòu)成泄漏電荷通道，這樣就有抗靜電的作用，但其對(duì)空氣濕度有很強(qiáng)的依賴性[12]。

汪滿意[13]等對(duì)聚酯潔凈服進(jìn)行常壓空氣等離子體接枝聚合，并進(jìn)一步交聯(lián)處理，在其表面引入聚乙二醇（200）二甲基丙烯酸酯親水性單體，織物洗滌30次后摩擦電壓從186V增至301V，可以達(dá)到當(dāng)前高效抗靜電潔凈服的要求。在常壓低溫氬氣等離子體處理?xiàng)l件下，引發(fā)丙烯酸接枝的滌綸織物，半衰時(shí)間均小于0.5s，達(dá)到了很好的抗靜電目的，但常壓低溫氬氣等離子體改善聚酯纖維抗靜電性能的方法還沒有工業(yè)化生產(chǎn)數(shù)據(jù)。

表面接枝改性方法的優(yōu)點(diǎn)[14]在于：在極小改變材料的強(qiáng)力，不影響材料原有使用性能的前提下，短時(shí)間處理即可極大改善材料的抗靜電性能。

5 光化學(xué)處理

光化學(xué)處理方法中主要是紫外光表面接枝方法。光化學(xué)處理過程除了用于改善纖維的潤濕性外，多用于改善纖維與其它聚合物的相容性。聚酯纖維的紫外光表面接枝，就是利用紫外光引發(fā)單體在聚合物表面進(jìn)行的接枝聚合，反應(yīng)遵循自由基聚合機(jī)理。紫外線照射高聚物表面引起的化學(xué)變化可改善纖維的潤濕性和粘著性[15～16]。近年來，西歐各國的研究報(bào)道愈來愈多，但是目前國內(nèi)這方面的研究還很少。

以PET為例，紫外光表面接枝處理流程[17]如下:

（PET非織造布）→清洗烘干預(yù)浸→紫外光接枝處理→后處理→烘干→浸膠→固化測(cè)試

隨著人們對(duì)紫外光表面接枝研究的深入，實(shí)驗(yàn)方案在不斷地改進(jìn)。由于紫外光表面接枝反應(yīng)對(duì)于條件的要求比較高，特別是光敏劑的選擇，以及反應(yīng)的氣氛等條件更為苛刻，為了更有效、更方便地進(jìn)行反應(yīng)，對(duì)于不除氧以及不添加光敏劑的反應(yīng)的研究，將成為今后紫外光表面改性研究的一個(gè)重點(diǎn)[18]。

6 其它聚酯表面改性方法

對(duì)聚酯纖維進(jìn)行改性的其它方法包括近幾年才開始研究的生物方法以及微膠囊改性方法等。用生物方法對(duì)聚酯纖維進(jìn)行改性主要是用生物酶來處理聚酯纖維和織物。經(jīng)酶處理后，滌綸纖維或織物親水性、抗靜電性和染色性等性能確有改善[19]。聚酯纖維分子結(jié)構(gòu)中含有大量的酯鍵，理論上能被脂肪酶催化水解的。但在通常條件下，聚酯纖維卻在自然條件下很難發(fā)生降解[20]。在酶催化的反應(yīng)中[21～23]，第一步是酶與底物以非共價(jià)鍵結(jié)合形成酶底物中間復(fù)合物，此時(shí)底物結(jié)合在酶的活性中心上。酶和底物達(dá)到過渡態(tài)放出部分能量，使過渡態(tài)絡(luò)合物的能級(jí)降低，使整個(gè)反應(yīng)速度加快。當(dāng)?shù)孜锓肿釉诿缸饔孟掳l(fā)生化學(xué)變化后，中間復(fù)合物再分解成產(chǎn)物和酶。人們對(duì)滌綸酶法改性的研究還處于探索性階段，就目前研究現(xiàn)狀來看，還是存在一些問題需要解決。

微膠囊改性法[24]在紡織行業(yè)中的應(yīng)用始于20世紀(jì)80年代，日本較領(lǐng)先，我國還處于起步階段。由于微膠囊具有緩釋性和保護(hù)功能性物質(zhì)的功能而逐步被應(yīng)用于紡織品，目前微膠囊技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用。隨著微膠囊技術(shù)的發(fā)展，微膠囊在紡織整理中的應(yīng)用也在不斷拓展和深入，如將其用于蓄熱調(diào)溫紡織品的開發(fā)。目前應(yīng)用最為有效的表面改性方法主要是微膠囊涂層法[25]。微膠囊涂層法主要是將微膠囊均勻的分散在涂層劑中，用涂層的方法來處理織物[26]。涂層劑即為涂層整理的高分子化合物，目前涂層劑主要采用的是聚丙烯酸酯類和聚氨酯類。Yoshinari等[27]以環(huán)氧氯丙烷和二乙烯三胺為原料，在自制阻燃劑表面通過界面聚合法生成殼材，包覆在阻燃劑的表面，制備了阻燃劑的微膠囊。微膠囊化的聚磷酸酯也可用于棉織物的阻燃，整理后的棉織物阻燃耐洗性獲得了較大提高。將相變材料微膠囊化后和聚合物熔體或紡絲原液進(jìn)行混合后紡絲是目前較好的蓄熱調(diào)溫纖維制備的方法。

7 結(jié)語

近年來我國聚酯纖維改性技術(shù)取得了很大的進(jìn)展，除了已有的技術(shù)更加成熟外，又涌現(xiàn)出許多高新的表面改性技術(shù)，都取得了良好的改性效果，既改善了聚酯纖維的親水性、染色性、抗靜電性、耐老化性等性能，又賦予了它蓄熱調(diào)溫、生物相容性等高端功能，同時(shí)推動(dòng)了聚酯纖維產(chǎn)品朝著多樣化、新型化和高功能、高性能化方向發(fā)展。

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Progress in Study on Surface Modification of Polyester

LI Jing-zhong

（Heilongjiang Difeng Polyester Company Limited,Harbin 150316,China）

In recent years,with the development of industrial technology and modern science technology,more and more attentions are attracted by fiber materials modification and industrial application,and it is becoming an important direction of the textile new product development．A series of technology of modification for polyester are summarized,such as plasma processing,alkali treatment,amine treatment,surface grafting,photochemistry treatment,biological treatment and microcapsule method,etc．

Polyester fibers;surface modification

TQ342.2

A

1001-0017（2013）05-0053-04

2013-05-10

李景忠（1962-），男，黑龍江哈爾濱人，工程師，從事聚酯聚合和民用直紡短絲、長絲、工業(yè)用長絲生產(chǎn)技術(shù)工作。