生物基聚酯与聚酰胺纤维的研发进展

为促进我国化纤行业转型升级与持续发展,对以生物基聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维、聚对苯二甲酸-1,3-丙二醇酯纤维、聚乳酸纤维、聚呋喃二甲酸乙二醇酯纤维、聚呋喃二甲酸丙二醇酯纤维,以及生物基聚酰胺56纤维为代表的生物基聚酯、聚酰胺纤维的国内外生产现状,市场需求、技术发展及趋势进行了综述,对全球生物基纤维专利的分布、各主要开发机构的专利战略及技术情况进行了梳理及剖析。在此基础上结合国内高分子材料产业实际,对我国生物基聚酯、聚酰胺纤维的发展建言应重点攻关生物基乙二醇、对苯二甲酸、己二胺等战略性生物基单体制备的核心技术,同时就重点任务和发展路径提出了建议。     

生物基聚对苯二甲酸丙二醇酯纤维制备技术的研究进展

生物基聚对苯二甲酸丙二醇酯纤维的制备技术涉及微生物发酵、发酵产物纯化、聚酯聚合及纺丝加工等多个专业领域。为能给纺织化纤领域研究者提供一个相对全面清晰的视野,以原料到产品的生产流程为主线,从生物基1,3-丙二醇的制备、生物基聚对苯二甲酸丙二醇酯的合成以及其纺丝加工3个方面,对生物基聚对苯二甲酸丙二醇酯纤维制备技术的相关研究进展进行了系统的梳理与剖析。在此基础上,提出了此技术领域未来发展的热点方向,包括生物基原料低成本纯化及含杂聚合、纤维高品质差别化开发、生物基对苯二甲酸的制备以及产品环境足迹评价体系的建立。     

芳香族共聚酯的固相聚合和熔融纺丝

 为制备高强高模的芳香族共聚酯纤维,本文研究了低分子量芳香族共聚酯的固相聚合,分析了固相聚合前后芳香族共聚酯的流变性能,并进行了熔融纺丝实验。结果表明通过固相聚合可以大大提高芳香族共聚酯的分子量。其熔体为非牛顿流体,呈现明显的切力变稀行为,且随着温度的升高,表观粘度下降,非牛顿指数变大。固相聚合后所制备的初生纤维力学性能较固相聚合前有大幅度的提高。SEM照片显示芳香族共聚酯纤维由5μm左右的大原纤和1μm左右的原纤构成。     

生物基聚氨酯及其纤维技术的最新进展

近年来，生物基聚氨酯及其制品的研究与开发取得了长足进步。利用可再生资源的生物多元醇技术，如天然油脂多元醇（NOP）、以工业糖为原料的生物基1，4-丁二醇（BDO）等均已进入商业化生产，生物基聚氨酯及其弹性纤维预计2015—2016年间将投放市场。文章介绍了国内外生物基聚氨酯及其纤维的最新进展，并对我国在这一领域的发展进行了展望。     

乙烯-四氟乙烯共聚纤维的性能

为实现乙烯-四氟乙烯(ETFE)共聚纤维工业规模开发,通过熔融纺丝法制备了ETFE共聚初生纤维,并将初生纤维在150℃条件下通过电子拉伸试验机进行定长拉伸,得到拉伸比为100%和200%的纤维。利用热重分析仪、差示扫描量热分析仪、X射线衍射仪、动态热机械分析仪和电子拉伸机等分别测试了纤维的热性能、结晶结构、力学性能。测试得出:ETFE共聚热分解温度约为477℃;不同拉伸倍率纤维的熔融温度均保持在259℃左右;拉伸200%纤维断裂强度约为160 MPa,是初生纤维的3倍。结果表明:随拉伸倍率的提高,ETFE共聚纤维玻璃化转变温度提高9℃,结晶度和晶区取向度分别提高了10.2%和5.5%;经浓硫酸、氢氧化钠溶液、丙酮和次氯酸钠试剂处理后各纤维断裂强度均无明显变化,表现出良好的耐化学试剂性能。     

生物基聚酰胺56纤维的热降解动力学及其热解产物

生物基聚酰胺56(PA56)纤维是由生物基1,5-戊二胺和石油基1,6-己二酸聚合制备而成的新型生物基材料。为探究生物基PA56纤维的热稳定性,分别在氮气氛围中测定其在不同升温速率下的热降解过程,并计算其热降解动力学参数,同时分析了生物基PA56纤维在热降解过程中的主要热降解气相产物。结果表明:生物基PA56纤维的热失重曲线及热降解动力学参数对升温速率具有显著依赖性,采用Kissinger法、Flynn-Wall-Ozawa法和Coasts-Redfern法获得的生物基PA56纤维的活化能分别为235.00、217.23和232.18 kJ/mol,可推测其热降解机制为F1型,热降解过程中产生的主要气相产物为CO₂、环戊酮和1,5-戊二胺。     

一种新型阴离子交换纤维的制备

将棉纤维进行碱化、老化处理,所得到的碱纤维再与中间体3-氯-2-羟丙基脲反应制得3-脲基-2-羟基丙基纤维素.研究了碱纤维的老化时间对抗碱能力的影响,确定了碱纤维的老化时间;研究了氢氧化钠的用量、中间体与纤维素的质量比、反应温度和反应时间对产物质量和产物交换容量的影响,并用红外光谱对产物的结构进行了表征.结果表明:棉纤维的老化时间为10 h,3-脲基-2-羟基丙基纤维素的制备工艺条件以温度60 ℃,m(3-氯-2-羟丙基脲)/m(纤维素)＝5,反应时间3.5～4 h,氢氧化钠的浓度以1 mol/L为宜.     

芳香族共聚酯的改性

前言自从PET在四十年代被发现以来,聚酯一直被人们当作重点研究着,因而聚酯的合成方法及其品种层出不穷。七十年代中期,芳香族共聚酯作为一种新型材料被合成出来了。芳香族共聚酯具有热致性液晶的特性,在熔融时呈现出光学各向异性,通过熔融纺丝可以获得高强度(20～30克/旦)、高模量(400～600克/旦)纤维,这是继Kevlar纤维之后的又一种高强、高模纤维。无论芳香     

生物基聚酰胺56纤维在纺织领域的应用研究进展

针对我国目前高度依赖进口石油和聚酰胺66主要原料己二胺被国外公司垄断的局面,顺应我国早日实现碳中和的战略目标,在简要回顾生物基聚酰胺发展历程的基础上,对生物基聚酰胺56纤维的特性作了详细描述,对其制备技术与应用领域的研究进展进行了综述。生物基聚酰胺56纤维具有良好的力学性能、吸湿性、柔软性、耐磨性、染色性、耐热性、耐化学性与阻燃性,适合应用于服装、家纺、产业用纺织品等领域,但生物基聚酰胺56纤维大规模推广还面临生物原料供给与成本控制、生产中能耗降低及副产物综合利用等问题,今后需要继续在生物基单体发酵与纯化、聚合、纺丝及应用等领域加大研发投入,不断降低生产成本,才能促进生物基聚酰胺56纤维在纺织领域的大规模应用。     

高强高模聚甲醛纤维的制备及其性能

为提升高强高模聚甲醛纤维的可纺性,通过研究聚甲醛树脂的流变行为和热稳定性确定了聚甲醛的熔融纺丝温度,研究聚甲醛树脂的等温结晶能力以确定聚甲醛初生纤维的超高倍热拉伸温度,并分析了卷绕速度、热拉伸倍数和热定型条件对聚甲醛纤维结晶度、取向度和力学性能的影响。结果表明：聚甲醛纤维的最佳熔融纺丝温度为215 ℃,其取向度、结晶度和力学性能随着卷绕速度的增加而增加;聚甲醛初生纤维的最佳热拉伸温度为155 ℃,极限拉伸倍数可达17 倍,此时聚甲醛纤维的断裂强度为8.87 cN/etex,初始模量为108.07 cN/dte;初生纤维经过拉伸后结晶度和取向度提高,随着拉伸倍数增大,聚甲醛纤维的力学性能提高;聚甲醛初生纤维的最佳定型温度为145 ℃,定型时间为40~50 s。     

静电和熔融纺丝法对PET纤维表面结构的影响

采用扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)和差示扫描量热仪(DSC)对溶液和熔融静电纺丝法所制备的PET纤维,以及工业熔融纺PET纤维的表面形貌和热学性能进行分析比较.结果表明,因加工成纤方式不同,熔融静电纺纤维表面光滑匀整,工业熔融纺纤维表面有明显的凹凸波浪纹,而溶液静电纺纤维表面略显蜂窝状结构.由DSC分...     

熔融纺聚乳酸/聚丙烯纤维的制备及其性能

为提高聚乳酸(PLA)纤维的力学性能,采用聚丙烯(PP)与聚乳酸(PLA)通过熔融纺丝制备PLA/PP纤维,并借助差示扫描热量仪、热重分析仪、万能材料测试仪、纤维双折射仪对其热学性能、热稳定性、拉伸性能和纤维取向度进行表征。结果表明:PP的引入对PLA的玻璃化转变温度和熔融温度没有显著影响,但促进了PLA的结晶,结晶度提高了585.9%;随着PP质量分数的增加,PLA的热稳定性降低(特别是在初始分解阶段),但其残炭率提高,同时PLA/PP共混纤维的取向度提高,力学性能得到改善;当PP质量分数为20%时,PLA/PP共混纤维的取向度、断裂强度和断裂伸长率分别提高了55.6%,98.2%和44.4%。     

聚乳酸非织造材料的后牵伸辅助熔喷成形工艺及其力学性能

为改善聚乳酸(PLA)熔喷非织造材料的力学性能,在PLA热力学性能实验分析的基础上,采用后牵伸辅助熔喷成形工艺一步法制备了高结晶度的PLA熔喷非织造材料,并对材料的外观形态、拉伸断裂性能和顶破性能进行分析。结果表明:PLA聚合物的玻璃化转变温度为60.69 ℃,熔点为162.6 ℃,可以很好地用于高牵伸倍率的后牵伸辅助熔喷成形;随着牵伸倍率从1.0增大到3.0,高取向纤维(取向角度≤20°)的数量占比从28%增大至100%,超细纤维(纤维直径≤3 μm)的数量占比从23%增大到67%;同时,材料的结晶度从1.22%增大到37.43%,纵向拉伸断裂强度增大到4.33 N/mm²,顶破强力增大到36.8 N,力学性能有所提升。     

低聚物含量对聚乳酸熔纺成形工艺的影响

为确定聚乳酸(PLA)中低聚物的成分并研究其含量对PLA熔纺成形工艺的影响,采用在线取样的方法对同批次不同低聚物含量的PLA切片进行了对比分析。通过傅里叶红外光谱仪（FTIR）、核磁共振氢谱仪（1H NMR）、差式扫描量热仪（DSC）、热失重分析仪（TG）和复丝强力仪对PLA切片的化学结构、熔融和结晶行为、热稳定性以及纤维力学性能进行了测试表征。结果表明,PLA中低聚物的成分为丙交酯和低聚合度的PLA;低聚物的存在降低了PLA切片的玻璃化转变温度、熔融峰温度以及结晶度,增加了半结晶时间,但并未改变其成核方式;去除低聚物后PLA的起始分解温度从134.1 ℃提高到320.7 ℃,降解活化能从114.5 kJ/mol提高到354.2 kJ/mol;经热牵伸2.3倍后所得纤维断裂伸长率为17.1%,断裂强度高达4.1 cN/dtex。     

生物可降解聚（3-羟基丁酸-co-3-羟基戊酸共聚酯）/聚乳酸共混物的相容性和结晶性

针对聚（3-羟基丁酸-co-3-羟基戊酸共聚酯）（PHBV）热稳定性差、易分解的问题,通过与聚乳酸（PLA）采用熔融共混的方法制备了不同混合比例的的PHBV/PLA共混物,借助差示扫描量热仪、热重分析仪、动态热机械分析仪和X射线衍射仪研究了PHBV/PLA共混物的相容性、热学性能和结晶性等,并用热台偏光显微镜观察了PHBV/PLA共混物的动态热结晶过程。结果表明：PHBV/PLA共混物呈现分离的熔融温度和玻璃化转变温度,X射线衍射曲线上没有出现新的衍射峰,说明PHBV和PLA的相容性较差;PLA的加入提高了PHBV的热稳定性能,拓宽了PHBV的熔融加工窗口;随着共混物中PLA比例的增加,共混物的结晶相由“海-岛”相逐渐变成两聚合物分别连续成相。     

Preparation and characterization of poly(ethylene terephthalate) copolyesters and fibers modified with sodium-5-sulfo-bis-(hydroxyethyl)-isophthalate and poly(ethylene glycol)

New copolyesters were successfully prepared with SIPE and PEG units designated as cationic dyeable polyester and easy cationic dyeable polyester. The number average molecular weight of PEG unit is 6000 (abbreviated as PEG6000). Corresponding copolyesters were spun into fibers with melt spinning method. Chemical and crystalline structures were characterized by the NMR and WAXD measurement, and thermal properties were tested by Differential Scanning Calorimetry and Thermogravimetric Analysis, respectively. NMR experimental results indicated the actual molar ratio of comonomers was basically consistent with the correlative feed ratio. WAXD results showed that crystalline structures of prepared copolyesters were similar to that of Poly(ethylene terephthalate). Moreover, the glass transition temperature, melting temperature, and thermal degradation temperature were found to decrease with the increase in weight ratio of PEG6000 units since the incorporation of higher PEG6000 content brought more ether bonds into molecular chains, which increased the asymmetry and irregularity of molecular chains and led to lower crystallinity. Besides, when content of PEG6000 increased, the breaking tenacity and initial modulus were reduced, yet elongation at break enhanced. It suggested that PEG6000 segments reduced the symmetry of molecular chains and decreased the orientation degree of fibers. In addition, because the incorporation of higher weight percentage of PEG6000 led to more hydroxyl end groups and ether bonds in molecular chains, the moisture regain of fibers increased, manifesting fibers had better hydrophilicity with increasing weight ratio of PEG6000 components.     

生物基纤维在非织造材料中的开发与应用

本文就几种生物基纤维在非织造领域的应用及材料特性进行了介绍。如海藻纤维和壳聚糖纤维作为海洋生物基纤维具有良好的物理化学性能、生物相容性和抗菌性,其非织造材料常被用于敷料、生物组织工程等中;聚乳酸具有良好的生物相容性和生物可降解性,通过针刺、热粘合等工艺可以制备成非织造材料,用于过滤、装饰、农业等领域。