聚酯纤维表面改性的研究进展

李景忠

（黑龙江地丰涤纶股份有限公司，黑龙江哈尔滨 150316）

聚酯纤维表面改性的研究进展

李景忠

（黑龙江地丰涤纶股份有限公司，黑龙江哈尔滨 150316）

随着工业技术和现代科技的发展，聚酯纤维材料的改性和产业应用日益受到人们的关注，并且成为纺织新产品开发的一个重要方向。综述了近年来聚酯纤维等离子体处理、碱处理、胺处理、表面接枝、光化学处理、生物法及微胶囊法等改性技术的研究进展。

聚酯纤维；表面改性

前言

化纤技术发展的必然趋势是优化产品结构、开发高附加值产品，而聚酯纤维的发展以及产品的多样化、新型化和高功能、高性能化一直是人们追求的目标。聚酯纤维具有很多优良的性能，但其同时还具有染色性差、透气性差，吸水性差以及易产生静电等缺点。为了使聚酯纤维应用更广泛，几十年来人们一直致力于研究其表面改性方法。本文主要概括综述的方法有等离子体处理、碱处理、胺处理、光表面处理、表面接枝及近些年新发展起来的生物法、微胶囊法等先进技术，改善纤维的表面特征，引起表层（0.01～100μm）的物理或化学变化，不影响纤维和织物的整体性质，从根本上改善聚酯纤维的各种应用性能。

1 等离子体处理

等离子体表面改性是通过等离子体处理以及在材料表面等离子体接枝来改变材料表面结构的一种表面改性方法[1]。等离子体对聚酯纤维的表面改性主要有三种，其中，低温等离子体技术的应用最为广泛且卓有成效。

低温等离子体在纤维改性方面的应用研究始于20世纪60年代[2]。其原理[3]是低温等离子体设备放电时，激发气体形成高能粒子流，由于这些高能粒子的作用，通过离子流、中性粒子对纤维表面撞击，将能量转移给纤维，随着能量消散，引起纤维表面一系列物理、化学改性，如刻蚀、脱氢、加成、氧化等反应。低温等离子体中部分活性粒子的能量比有机物中常见化学键的键能高，因此容易在聚合物表面产生结合或离解反应[4～5]。在低温等离子体引发接枝聚合反应方面，很多研究者做了大量的工作。Shizuoka大学聚合物化学实验室的N.INA-GAKI等人利用Ar等离子引发涤纶表面改性，通过XPS光谱发现其表面结构发生了变化，通过接触角测试，发现表面改性后其亲水性显著改善[6]。

目前，利用等离子体处理的技术较成熟，在美国已实现了工业化。而在我国，等离子体改性的研究也日益深入，但距离工业化还有一段距离。而聚酯纤维的等离子体处理表面改性的工业化是一种必然的趋势。

2 碱处理

由于聚酯纤维是疏水性纤维，吸湿性极差，可以采用碱处理对其进行亲水化改性。工业上称其为碱减量法，是目前表面处理技术工业化的成功实例。

碱处理原理就是皂化反应，以涤纶为例，在高浓度的碱液中，特别是在高温条件下，PET分子会发生水解，生成乙二醇和水溶性的对苯二甲酸盐。PET的水解过程实际上是大分子中酯基的水解断裂过程,水解过程基本上在无定形区进行，分解后在纤维表面的分子脱落，在纤维表面形成凹凸痕迹，使纤维变细且具有亲水性。传统的涤纶碱处理方式是涤纶在渗透剂和促进剂的共同作用下进行碱处理[7]。嘉兴学院的徐旭凡[8]将涤纶织物先进行碱处理，然后用壳聚糖溶液对其进行处理，处理后的涤纶的吸湿性、抗静电性、耐起球性、手感等性能均有显著变化。

随着碱处理工艺的发展，近年来越来越多的科学工作者开始研究碱胺同浴对聚酯纤维进行碱处理改性，而使纤维表面形成了深一层的凹槽，为改性涤纶的进一步整理打下良好的基础[9]。

3 胺改性聚酯纤维

胺处理是聚酯纤维又一种表面处理的化学方法。目前，胺处理已经用于柔软处理，防止织物表面起球，改善黏性，改善表面亲水性等。在胺处理反应中，聚酯与胺发生亲核取代反应，胺作用于缺电子的羰基碳上，使聚酯的分子链断裂形成酰胺，相对分子质量减少并溶出。

胺基团能与环氧衍生物、异氰酸酯、羟甲基化合物反应，与环氧树脂、聚亚胺酯、苯酚和间苯二酚-甲醛树脂形成化学键[10]，胺处理可以分为三个反应阶段：第一阶段反应发生在无定型区，对纤维的质量或结晶度影响不大，但聚合物的相对分子质量下降很快；第二阶段纤维失重较快，但由于聚酯分子链的链断裂而产生大量可萃取的低相对分子质量物质，结晶度也增加；第三阶段，反应速率逐渐降低，这是因为无定型区的反应基本结束，反应逐步转向结构紧密的结晶区的缘故。

胺处理可以极大地改善聚酯纤维的手感、亲水性、易去污性、可染性，同时还可以提高纤维的抗静电性、抗起球性、悬垂效果等。

4 表面接枝改性

表面接枝改性是通过外力引发亲水性单体在聚酯纤维表面接枝聚合，改变聚合物表面结构，使其表面带有较多的亲水性基团，以降低材料表面电阻，增加导电性，通常在接枝前先采用热引发、引发剂或紫外线高能射线和等离子体辐射等[11]，在聚酯纤维表面接枝亲水性单体，提高材料表面的吸湿性，在表面构成泄漏电荷通道，这样就有抗静电的作用，但其对空气湿度有很强的依赖性[12]。

汪满意[13]等对聚酯洁净服进行常压空气等离子体接枝聚合，并进一步交联处理，在其表面引入聚乙二醇（200）二甲基丙烯酸酯亲水性单体，织物洗涤30次后摩擦电压从186V增至301V，可以达到当前高效抗静电洁净服的要求。在常压低温氩气等离子体处理条件下，引发丙烯酸接枝的涤纶织物，半衰时间均小于0.5s，达到了很好的抗静电目的，但常压低温氩气等离子体改善聚酯纤维抗静电性能的方法还没有工业化生产数据。

表面接枝改性方法的优点[14]在于：在极小改变材料的强力，不影响材料原有使用性能的前提下，短时间处理即可极大改善材料的抗静电性能。

5 光化学处理

光化学处理方法中主要是紫外光表面接枝方法。光化学处理过程除了用于改善纤维的润湿性外，多用于改善纤维与其它聚合物的相容性。聚酯纤维的紫外光表面接枝，就是利用紫外光引发单体在聚合物表面进行的接枝聚合，反应遵循自由基聚合机理。紫外线照射高聚物表面引起的化学变化可改善纤维的润湿性和粘着性[15～16]。近年来，西欧各国的研究报道愈来愈多，但是目前国内这方面的研究还很少。

以PET为例，紫外光表面接枝处理流程[17]如下:

（PET非织造布）→清洗烘干预浸→紫外光接枝处理→后处理→烘干→浸胶→固化测试

随着人们对紫外光表面接枝研究的深入，实验方案在不断地改进。由于紫外光表面接枝反应对于条件的要求比较高，特别是光敏剂的选择，以及反应的气氛等条件更为苛刻，为了更有效、更方便地进行反应，对于不除氧以及不添加光敏剂的反应的研究，将成为今后紫外光表面改性研究的一个重点[18]。

6 其它聚酯表面改性方法

对聚酯纤维进行改性的其它方法包括近几年才开始研究的生物方法以及微胶囊改性方法等。用生物方法对聚酯纤维进行改性主要是用生物酶来处理聚酯纤维和织物。经酶处理后，涤纶纤维或织物亲水性、抗静电性和染色性等性能确有改善[19]。聚酯纤维分子结构中含有大量的酯键，理论上能被脂肪酶催化水解的。但在通常条件下，聚酯纤维却在自然条件下很难发生降解[20]。在酶催化的反应中[21～23]，第一步是酶与底物以非共价键结合形成酶底物中间复合物，此时底物结合在酶的活性中心上。酶和底物达到过渡态放出部分能量，使过渡态络合物的能级降低，使整个反应速度加快。当底物分子在酶作用下发生化学变化后，中间复合物再分解成产物和酶。人们对涤纶酶法改性的研究还处于探索性阶段，就目前研究现状来看，还是存在一些问题需要解决。

微胶囊改性法[24]在纺织行业中的应用始于20世纪80年代，日本较领先，我国还处于起步阶段。由于微胶囊具有缓释性和保护功能性物质的功能而逐步被应用于纺织品，目前微胶囊技术已经广泛应用。随着微胶囊技术的发展，微胶囊在纺织整理中的应用也在不断拓展和深入，如将其用于蓄热调温纺织品的开发。目前应用最为有效的表面改性方法主要是微胶囊涂层法[25]。微胶囊涂层法主要是将微胶囊均匀的分散在涂层剂中，用涂层的方法来处理织物[26]。涂层剂即为涂层整理的高分子化合物，目前涂层剂主要采用的是聚丙烯酸酯类和聚氨酯类。Yoshinari等[27]以环氧氯丙烷和二乙烯三胺为原料，在自制阻燃剂表面通过界面聚合法生成壳材，包覆在阻燃剂的表面，制备了阻燃剂的微胶囊。微胶囊化的聚磷酸酯也可用于棉织物的阻燃，整理后的棉织物阻燃耐洗性获得了较大提高。将相变材料微胶囊化后和聚合物熔体或纺丝原液进行混合后纺丝是目前较好的蓄热调温纤维制备的方法。

7 结语

近年来我国聚酯纤维改性技术取得了很大的进展，除了已有的技术更加成熟外，又涌现出许多高新的表面改性技术，都取得了良好的改性效果，既改善了聚酯纤维的亲水性、染色性、抗静电性、耐老化性等性能，又赋予了它蓄热调温、生物相容性等高端功能，同时推动了聚酯纤维产品朝着多样化、新型化和高功能、高性能化方向发展。

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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，黑龙江哈尔滨人，工程师，从事聚酯聚合和民用直纺短丝、长丝、工业用长丝生产技术工作。