生物基锦纶56的研究现状

钟应红，胡成佐

（福建省天鑫高科新材料有限公司，福建 泉州 362201）

生物基锦纶56是生物工程生产的戊二胺与己二酸聚合而成。由于是生物工程产品，其具有环保和可再生的特点。其分子结构与锦纶66以及锦纶6的对比见图1。

图1 锦纶66、锦纶6、生物基锦纶56分子结构式

从图1可以看出：生物基锦纶56由戊二胺与己二酸聚合而成；锦纶66和锦纶6的2个酰胺键之间都间隔6个碳原子，导致N-H键与酰胺基中氧原子形成了大量氢键结构；生物基锦纶56分子中有大量极性的N-H键未形成氢键。

与锦纶66相比，生物基锦纶56具有更好的吸湿性[1]。生物基锦纶56中大量未形成氢键的N-H键更容易与酸性染料结合而着色。这样的超分子结构让其具有不同于锦纶66和锦纶6的理化性质以及纺织印染特性。

1 生物基锦纶56的理化性能

1.1 热力学性能

康宏亮等通过原位升温X射线衍射发现，类α晶型的生物基锦纶56在升温过程中，190 ℃左右发生不可逆的Brill转变。通过原位升温红外光谱发现氢键强度随着温度的升高而减弱；位于1631 cm-1α相吸收谱带减弱，位于1637 cm-1γ相的吸收谱带增强，显示了α相向γ相的转变过程；CH2亚甲基链段变化显著，1201 cm-1谱带可作为 Brill 转变谱带[2]。

1.2 结晶性能

东华大学吴田田等采用差示扫描量热仪和带有热台的偏光显微镜对生物基锦纶56的等温结晶性能进行了研究。用Avrami方程对等温结晶过程及其动力学进行了分析，得出Avrami指数（n值）在2.30～3.37之间，推测其晶体生长方式为三维球状生长；采用Arrhenius方程计算了生物基锦纶56的等温结晶活化能（△E）为-99.04 kJ/mol。并用偏光显微镜研究证实了上述推测，同时发现球晶半径与结晶时间呈线性关系，并求得了球晶的生长速率见表1[3]。

表1 不同结晶温度下生物基锦纶56的球晶生长速率

1.3 流变性能

东华大学吴田田等实验发现生物基锦纶56的流变性很好。图2是锦纶66和生物基锦纶56的流变曲线。从图中可以得出，相同剪切速率下锦纶66的切应力更高。这说明在纺丝经过喷丝孔时，锦纶66聚合物熔体更容易由于内应力积累而产生挤出膨大效应，也说明生物基锦纶56 的纺丝性能比锦纶66的好[4]。

图2 生物基锦纶56和锦纶66的流变曲线对比

1.4 吸/放湿性能及其他性能

郝新敏等在2018年将锦纶56和锦纶66进行了对比研究。得出图3所示实验结果。

图3 标准大气压下生物基锦纶56和锦纶66的吸/放湿曲线

从图3（a）中可以看出锦纶66在40 min达到吸湿平衡，回潮率为3.71%；生物基锦纶56在100 min达到吸湿平衡，回潮率为4.69%。从图3（b）可以看出锦纶66在40 min达到放湿平衡，值3.96%；生物基锦纶56则在60 min达到放湿平衡，值4.97%。生物基锦纶56的吸湿快干性优于锦纶66[1]。

生物基锦纶56 分子中的酰胺键易水解。纤维容易随着湿、热条件的变化会发生水解，造成强力急剧降低。同时，酸碱条件也会破坏纤维的结构，降低其力学性能[5]。生物基锦纶56耐酸碱性较锦纶66略差，但依然可以满足生产加工与使用需要。

生物基锦纶56具有阻燃性能，极限氧指数可达32.0%以上，通过混纺可以满足各类防护服装的阻燃需要[1]。

2 生物基锦纶56纺丝、织造、染色及印花研究现状

2.1 纺丝、织造及面料开发研究现状

大连合成纤维研究设计院股份有限公司的于维才在流变仪上对该产品进行纺丝小试，生物基锦纶56在流变仪上挤出的丝条不连续，但熔融性能良好，从流变效果推测该产品具有可纺性[6]。该公司的孙彦洁通过实验检测生物基锦纶56的出丝指标完全达到锦纶66标准[7]。上海凯赛生物科技公司采用高粱、玉米和小麦等为原材料，经过生物、化学和物理方法研发出生物基锦纶56纤维[8]。

江南大学的张俊辉和丛洪莲采用78 dtex/24f生物基锦纶56长丝、78 dtex /24f的锦纶6长丝和78 dtex/23f的锦纶66长丝分别在SM-DJ2TS圣东尼纬编圆机上开发双罗纹组织，机器筒径16英寸，机号18针，总针数912枚，转速为14 r/min，所得坯布的基本规格参数见表2[9]。

表2 三种锦纶织物基本参数

江南大学教育部针织技术工程研究中心李新彤研究了生物基锦纶56短纤纱及其针织面料的开发和性能，发现该面料具有良好的吸湿透气性、拉伸性、抗起毛起球性、耐磨性、悬垂性，并且其穿着舒适性优良。另外生物基锦纶56纱线还具有良好的耐磨性[10]。

2.2 生物基锦纶56染色和印花研究现状

2.2.1 生物基锦纶56的染色

东华大学李蒙蒙对生物基锦纶56的染色性能做了系统的研究，结果表明在98 ℃的染色条件下，弱酸性染料上染生物基锦纶56的平衡上染百分率接近或者高于锦纶66，但是在染色初期生物基锦纶56的上染百分率是锦纶66的6～7倍，分别在30 min左右和80 min达到染色平衡。这可能是因为生物基锦纶56所含的氨基数量比锦纶66多，所以更易上染，提升性好。弱酸性红10B、弱酸性橙AGT、弱酸性深蓝5R染生物基锦纶56的耐干摩和湿摩色牢度均在4-5级，但耐洗色牢度较差，尤其是羊毛、锦纶、棉纤维贴衬的沾色比较严重，经过阴离子固色剂固色后，耐洗色牢度有明显提升[5]。

郝新敏等研究发现，生物基锦纶56可用酸性染料、中性染料和活性染料染色，且得色深，K/S值均可达到16以上，并且色牢度多在4级以上[1]。郝新敏等也发明了一种锦纶56纤维/棉混纺面料的碱性一浴法染色方法[11]、一种锦纶56纤维面料的碱性浴染色方法[12]以及一种锦纶56纤维面料的酸性浴染色方法[13]。

2.2.2 生物基锦纶56的印花

目前针对生物基锦纶56的印花研究较少。郝新敏等人发明了一种锦纶56纤维/棉混纺面料的双面印花方法[14]和一种锦纶56纤维/棉混纺面料的印花方法[15]。

3 生物基锦纶56的其他相关研究现状

3.1 生物基锦纶56 的抗菌性能研究

东华大学李蒙蒙研究了二苯甲酮及其衍生物整理的生物基锦纶56的抗菌性[5]。

南通东屹高新纤维科技有限公司张子睿发明了一种具有抗菌功能的生物基锦纶56纤维的制作工艺，在生物基锦纶56纤维内通过陶瓷粉粘附银粉，铜粉和锌粉，使他们产生协同作用，进而使得生物基锦纶56纤维具有良好的抗菌能力[16]。

东华大学张瀚誉研究了抗菌生物基锦纶56纤维和织物的制备及其性能。将聚六亚甲基胍盐酸盐（PHMG）抗菌剂与生物基锦纶56进行共混改性，制备了抗菌生物基锦纶56/PHMG共混体系，并研究其各项性能，然后将生物基锦纶56和其抗菌共混体系进行纺丝实验，对比分析了纤维的力学性能和抗菌性能[17]。

3.2 生物基锦纶56的阻燃性能研究

会通新材料（上海）有限公司任大伟等以戊二胺为原料进行合成的生物基锦纶56作为基体树脂，制得的改性生物基锦纶56材料的导热系数高，阻燃性能优越且韧性佳[18]。

优纤科技（丹东）有限公司郝新敏发明了一种阻燃改性锦纶56聚合物，其最大的优点是具有阻燃抗融滴的特性，可以适应较高温度、湿度、电压的场所使用，安全环保[19]。

3.3 生物基锦纶56 的复合性能研究

东华大学赵辉研究了生物基锦纶56异收缩混纤丝的制备及性能[20]。王学利等发明了生物质锦纶56纤维/PBT纤维的FDY/POY异收缩混纤丝及其制备方法[21]和生物质锦纶56纤维/PTT纤维的FDY/POY异收缩混纤丝及其制备方法[22]。

3.4 生物基锦纶56纳米纤维膜研究

北京服装学院材料科学与工程学院刘玥波等研究了静电纺锦纶56纳米纤维膜的制备及力学性能。发现，当纺丝液浓度为2.0 g生物基锦纶56/10 mL HCOOH，推进速度为0.5 mL/h，纺丝温度为45 ℃时，纺丝效果最佳，此时纤维直径为0.155 μm。采用电子万能试验机对制得的生物基锦纶56纳米纤维膜的力学性能进行测试，在最佳条件下所制膜的弹性模量为142.43 N/mm2，断裂伸长率为19.9%，拉伸断裂应力为15.02 N/mm2，拉伸强度为15.02 N/mm2，具有较好的力学强度[23]。

4 总结

目前已有不少科研机构对生物基锦纶56进行了研究和实践，得到了很多有价值的研究成果。其中，生物基锦纶56的合成和性能分析及表征方面已有东华大学、上海凯赛生物科技公司、中国人民解放军军事科学院、中国科学院化学研究所和中央军委后勤保障部军需装备研究所等机构做过相关研究且已成功喷丝且探明其理化性能；纺织、染色和印花方面有东华大学、青岛大学、山东滨州亚光毛巾有限公司、大连合成纤维研究设计院和江南大学等机构做过相关研究且已开发出生物基锦纶56面料并成功染色；印花方面研究则相对较少；抗菌、阻燃、异收缩混纤丝和纳米纤维膜等相关方面有东华大学、南通东屹高新纤维科技有限公司、会通新材料（上海）有限公司、优纤科技（丹东）有限公司和北京服装学院等机构做过研究。总体上看，这些研究成果已基本涵盖了生物基锦纶56从结构及理化性能到纤维生产及纺织印染的全部环节，为生物基锦纶56的发展打下了坚实基础。