PET生产工艺以及在服装设计中的应用

李晓旭

（郑州经贸学院，河南 郑州 451191）

聚对苯二甲酸乙二酯（PET）纤维由于原料易得且性能优良，是产量最大、应用最广的化学纤维。PET纤维的横截面在显微镜下呈圆形，纵向粗细均匀，表面光滑。PET分子中存在苯环，经熔体纺丝后拉伸并快速结晶，制备的纤维取向度和结晶度较高，具有强度高、弹性好、热定型性优良、耐酸碱、耐热性好等特点［1］。本文介绍了PET的生产工艺路线以及应用于服装领域的PET纤维改性。

1 PET的生产工艺路线

1.1 酯交换缩聚法（DMT法）

DMT法采用对苯二甲酸二甲酯（DMT）与乙二醇（EG）进行酯交换反应，然后缩聚成PET。首先，DMT与EG或1,4-丁二醇在催化剂存在下进行酯交换反应，生成对苯二甲酸双羟乙酯（BHET）或对苯二甲酸双羟丁酯，通常使用锌、钴、锰的乙酸盐为催化剂，反应副产物甲醇不断排出。第二步为BHET或对苯二甲酸双羟丁酯在高真空及强烈搅拌下进行缩聚，并加入少量稳定剂提高熔体的热稳定性以获得高相对分子质量PET［2］。

1.2 直接酯化缩聚法（PTA法）

PTA法采用精对苯二甲酸与EG或1,4-丁二醇直接酯化生成BHET或对苯二甲酸双羟丁酯，然后进行缩聚得到PET，关键是使精对苯二甲酸与EG或1,4-丁二醇均匀混合，提高反应速率并抑制醚化反应。采用PTA法易制得相对分子质量大、热稳定性好的聚合物。该方法对原料精对苯二甲酸的纯度要求较高，精对苯二甲酸提纯精制费用大［2］。

1.3 环氧乙烷法（EO法）

EO法使用环氧乙烷与精对苯二甲酸通过直接加成反应得到BHET，再进行缩聚得到PET。该方法的优点是设备利用率高，辅助设备少，产品易于精制。缺点是环氧乙烷与精对苯二甲酸的加成反应需在2～3 MPa压力下进行，对设备要求苛刻，因而影响该方法的广泛使用。日本曾用此法进行生产，但由于此法具有易爆、易燃、有毒等缺点，目前已淘汰［2］。

PET主要使用PTA法合成，是因为该方法连续生产较易，原料消耗低，PET产量大、质量好、可直接纺丝、产品成本低。

2 PET纤维的改性

PET纤维由于加工简单且价格便宜而大量应用于服装设计领域。采用PET纤维制造的织物易洗快干，且其分子中的酯键有较强的抗氧化能力，不易被洗涤剂和肥皂等破坏，不易被微生物侵蚀，织物有较好的耐穿性。PET纤维织物经热定型后尺寸形态稳定、挺括性好、不易缩水，可用于制作衬衫、男士西装裤、外衣和夹克等。PET纤维的缺点是由于分子排列紧密且缺少亲水基，吸湿性较天然纤维差，易产生静电，并且染色性差，产品易燃烧，影响穿着的舒适性，因此需要通过改性来提升PET纤维的性能。

2.1 服装用亲水抗静电PET纤维

与天然纤维不同，化学纤维表面不具有天然油脂，吸湿性和导电性都很差，因此，化学纤维在纺丝和加工过程中，纤维与纤维、纤维与机器部件之间摩擦后会产生静电。由于化学纤维本身的绝缘性很强，不易导电，静电荷很难逸散，当静电积累到一定程度会产生一系列的问题，尤其在温湿度低、纤度细、纺机速度快等情况下，静电问题更突出。因此，为了消除PET纤维长丝所制服装的静电并充分考虑其亲水性能，聚合时引入多元醇或其低聚物，纺丝时添加吸湿性材料共混纺丝、改变喷丝孔形状、在织物表面涂覆亲水整理剂等都可以提高PET纤维的吸湿性能。湖州欣缘纺织有限公司［3］公开了一种亲水性好的防静电PET纤维长丝的制备方法。将二氧化硅9.0 phr，粒径为0.5～5.0 μm的轻质碳酸钙3.0 phr，抗氧剂4.0 phr，二氧化钼7.0 phr，有机硅粉末10.0 phr，PET粉料100.0 phr混合，得到亲水性母粒；将苯基甲基硅油12.0 phr，硬脂酸锌6.5 phr，及干燥后过18 μm筛得到的PET粉料100.0 phr混合，得到抗静电母粒；将PET切片进行干燥，干燥条件为PET切片预结晶温度165～170 ℃，干燥温度170～175 ℃，干空气压力0.18～0.22 MPa，干空气露点控制在-80 ℃以下；按质量分数分别为12%，7%，81%加入亲水性母粒、抗静电母粒和PET切片，混合后经螺杆挤压机制成PET熔体。PET熔体过滤加压后经计量泵分配到各喷丝组件产生初生纤维。初生纤维经一罗拉拉伸，加热，加捻，二罗拉拉伸，加热定型，三罗拉定型和卷绕辊卷绕成型，得到亲水性好的防静电PET纤维长丝。马娟等［4］使用双螺杆挤出机将纳米级聚丙烯酸钠与常规PET切片共混制备了亲水性母粒，将PET切片与6%（w）亲水性母粒共混熔融纺丝制备了亲水性PET纤维，该纤维回潮率为2.09%，体积比电阻为2.3×109Ω·cm，吸湿性及抗静电性能优良。李建武等［5］以精对苯二甲酸和EG为基体，间苯二甲酸双羟乙酯-5-磺酸钠为第三单体，聚乙二醇为第四单体，山梨醇为第五单体，采用常压和二段缩聚制备高亲水性共聚酯，后经熔融纺丝制得共聚酯纤维。该纤维能够满足纺织加工的要求，具有良好的亲水性能和力学性能。

2.2 服装用抗菌防臭PET纤维

纺丝时在PET熔体中加入抗菌剂可以制备抗菌防臭PET纤维。使用该纤维可以避免微生物侵蚀纺织品并可阻止致病菌繁殖以及细菌在织物上分解产生的臭味。抗菌防臭PET纤维广泛用于内衣裤、儿童服装、运动休闲装、功能服装服饰等的设计生产。刘伟时［6］使用纳米银系抗菌母粒（用量为PET切片质量的5%）与PET切片混合，在纺丝机上经熔融纺丝制备了抗菌防臭PET纤维。该纤维的力学性能良好并且具有较强的抗菌性能，断裂强度为4.22 cN/dtex，断裂伸长率为21%，对大肠杆菌抑菌率为99.42%，对金黄色葡萄球菌抑菌率为97.07%。晋缙等［7］采用PTA法制备抗菌改性PET切片。首先，将精对苯二甲酸、EG、催化剂、稳定剂在聚合釜进行第一酯化反应，反应温度240～250 ℃，反应压力0.3～0.5 MPa。第一酯化反应结束后进行30 min常压酯化，之后进入第二酯化反应阶段。在此阶段，添加质量分数为1.0%的Cu-ZnO纳米复合抗菌剂。在缩聚阶段控制真空度50 Pa，反应温度275～283 ℃，缩聚2 h得到Cu-ZnO复合抗菌改性PET切片。将切片熔融纺丝得到Cu-ZnO复合抗菌改性PET纤维。该纤维可纺性好，纤维的断裂强度为2.6 cN/dtex，断裂伸长率为32.8%；抗菌剂在纤维表面分散均匀，对大肠杆菌抑菌率为91.2%，对金黄色葡萄球菌抑菌率为93.2%，抗菌效果良好。张梅等［8］使用超细聚丙烯腈纤维 （德绒）、新型纤维素纤维（超细旦木代尔）、银离子改性PET纤维，按照质量比50∶40∶10，经过开清棉工序、梳棉工序、预并条工序、并条工序、粗纱工序、细纱工序等进行混纺，得到赛络紧密纺德绒/超细旦木代尔/银离子改性PET纤维纺纱线。该纺纱线细腻滑糯、抗菌除臭、柔和亲肤，主要应用于T恤、内衣、高档针织服装等领域。

2.3 服装用防紫外线PET纤维

普通衣料对紫外线的遮蔽率一般在50%左右，长时间的紫外光照射会引起纺织品的褪色和老化，需要对衣料进行紫外线屏蔽处理。浙江东太新材料有限公司［9］制备了一种抗紫外线PET纤维，是将PET切片与复合有机紫外光吸收剂的中空多孔微球混合均匀后熔融纺丝所得。首先，制备复合苯基水杨酸中空多孔微球，然后，将经过150 ℃，3 h干燥处理后的PET切片与中空多孔微球以质量比2∶3熔融共混制备功能母粒，再将功能母粒与PET切片混合均匀，其中，复合苯基水杨酸中空多孔微球质量分数为2.0%；最后，经过熔融纺丝得到抗紫外线PET纤维。工艺参数为：纺丝温度270 ℃，侧吹风冷却风温度28 ℃，侧吹风风速0.3 m/s，卷绕纺丝速度3 500 m/min，牵伸倍数3.0倍。所制抗紫外线PET纤维在波长为365 nm紫外光下辐照240 h后，断裂强度降低率为20.4%；复合苯基水杨酸中空多孔微球质量分数为0.4%时，抗紫外线PET纤维的纤度为3.6 dtex，断裂强度为2.96 cN/dtex，断裂伸长率为12%。纤维抗紫外线性能好，使用时间长。陈康等［10］将紫外光吸收剂双苯并噁唑二苯乙烯、精对苯二甲酸、EG通过原位聚合工艺制备抗紫外线PET切片，其中，双苯并噁唑二苯乙烯质量分数为0.05%。然后，经固相增黏得到抗紫外线增黏PET切片。切片干燥后在320℃熔融纺丝，双螺杆纺丝机的挤出压力为5 MPa，卷绕速度为800 m/min，总牵伸倍数为4.7倍，制备了抗紫外线增黏PET纤维。经过300 h人工氙灯加速老化实验，该纤维强度保持率达到96%，抗紫外线老化效果好，能够达到纺织用高强PET纤维的要求。翟和生［11］将经过表面包覆改性的金红石型纳米级TiO2粉体分散于EG中，配制成TiO2质量分数为10%的均匀浆料。将精对苯二甲酸与EG按照摩尔比为1.0∶1.8投入反应釜，添加质量分数为1%的纳米级TiO2/EG浆料，加入含有20%（w）Sb2O3的催化剂溶液进行聚合。酯化反应2 h，压力为150.0 kPa，温度为270 ℃。缩聚反应压力为0.5 kPa，温度为290℃。原位聚合生成具有抗紫外线功能的PET/TiO2切片。切片纺丝得到抗紫外线PET纤维。用此纤维制成的布样，防晒指数为78.2，具有优异的抗紫外线性能，并且PET纤维丝的物理性能和外观指标不受影响。

2.4 其他功能PET纤维

PET纤维强度高、尺寸稳定、保型性好、高模量、低收缩，是理想的纺织材料。福建六树网络科技有限公司［12］开发了一种改性PET纤维，是将1 phr负载纳米太极石的SiO2气凝胶磨成粉末后分散到100 mL四氢呋喃中，加入到4 phr纤维级PET中混合均匀，除去四氢呋喃，熔融挤出，切片，得到聚酯母粒。干燥除水后，将1 phr聚酯母粒和19 phr纤维级PET混合，于270～280 ℃熔融挤出，拉伸比为4.0下进行拉伸、上油、收卷，得到改性PET纤维。该纤维的密度和室温导热系数较低并且耐洗性好。单独纺织或与其他纤维混合纺织而成的织物，具有轻盈且保温隔热性能好的特点，具备优良的远红外性能，可以进一步提高织物保温能力。PET纤维是熔融性可燃纤维，在装饰织物、阻燃防护服等领域的应用受到限制。为解决这个问题，曲铭海等［13］采用原位聚合工艺，将精对苯二甲酸、EG、无卤环保阻燃剂［（6-氧-6H-二苯并-（c,e）（1,2）-氧磷杂己环-6-酮）-甲基］-丁二酸（DDP）、BaSO4/EG溶胶和Sb2O3按比例加入反应釜直接酯化，缩聚，制备BaSO4质量分数为5%以及DDP质量分数为10%的PET切片，并应用高速纺丝二步法制造阻燃共聚酯纳米复合材料长丝。当长丝加工变形温度为190 ℃，牵伸倍数为1.58倍，加工速度为500 m/min时，纺制的纤维能够满足面料纺织加工要求，纤维氧指数达到30.5%，具有良好的阻燃效果，能够满足服装及家纺要求。

3 结语

PET纤维由于原料易得且性能优良，是化学纤维中产量最大、应用最广的纤维，广泛应用于服装设计领域。对PET纤维进行改性可以制备亲水抗静电纤维、抗菌防臭纤维、防紫外线纤维、远红外纤维、阻燃纤维等。用改性纤维织造织物，可以设计制造功能性服装服饰。