功能性聚酯纖維的產業化發展

王安華

( 石油化工管理干部學院，北京100012)

2012 年世界聚酯纖維產量達到53.2 Mt，其中長絲為33.6 Mt，短纖維為19.6 Mt。中國聚酯纖維產量約為37.56 Mt(不包括中國臺灣省的產量)，占世界總量的70%以上。

功能性纖維是高科技纖維中發展領域最寬、用途甚廣的品種，歐美、日本等發達地區和國家的相關技術發展很快，目前日本的功能性紡織品已占其紡織品總量的70% 以上;其次為歐洲，占55%以上;美國為45%以上。日本和歐美國家在服裝紡織品、醫藥衛生以及高新技術領域的功能性纖維的研發均處于領先地位。

上世紀90 年代以來，中國對于包括功能性聚酯纖維紡織品在內的功能性紡織品的研究和應用持續高漲，目前中國功能性聚酯纖維的總產量為全球第一，產業化主要集中在染色改性纖維、阻燃纖維、抗靜電纖維、遠紅外纖維、防紫外線纖維及抗菌除臭纖維等。聚酯合成技術的發展和制造成本的降低，帶動了紡絲技術的多項革命性進展，使功能性聚酯纖維的應用領域從服裝拓展到包括非織造布在內的產業用紡織品領域。

1 功能性聚酯纖維產業化產品

1.1 染色改性纖維［1-2］

在過去的3 年內，中國直接紡陽離子可染長、短絲大規模工業化取得成功，常溫常壓陽離子可染纖維在染整工序中使用相對分散染料，可降低能耗20%以上，同時減少污染排放30%。目前該技術已經在浙江桐昆化纖集團股份有限公司實現產業化，產能超過10 Mt/a。

采用生物法合成的多元醇取代傳統的石油加工產品乙二醇單體(MEG)來合成聚對苯二甲酸多元醇酯，生產出的聚酯纖維在染色性能和手感等方面優于普通聚酯纖維，并可減少染料和減少染整能耗10%。同樣，用生物法合成的1，3 -丙二醇(PDO)來生產的新型聚酯聚對苯二甲酸丙二醇酯(PTT)纖維，其染色性能也值得關注。

傳統的觀念上，本體染色工藝給人的印象始終是切片紡、小批量、高成本。近幾年來，聚合在線添加染色技術得到很好的應用。原德國吉瑪、原瑞士Inventa-Fisher 等公司開發的在線添加功能助劑的改性技術為功能性纖維的低成本、高效率生產提供了有效的技術支持，其關鍵在于無機添加劑的分散技術和在線混合技術。

從2000 年起，歐美和日本開發了改善纖維和織物外觀的“聚酯仿棉流行面料”產品，主要技術特點是采用高濃度的二氧化鈦(TiO2)母粒進行共混紡絲，可以得到外觀優美、感覺舒適、穩定性好、易于洗護的功能性面料。近期，國內已經大規模采用直接紡絲的方法生產全消光民用絲，相對切片紡工藝，能耗降低30%。

1.2 阻燃纖維［3-5］

阻燃纖維按生產工藝過程分類有5 種:在酯交換或縮聚階段加入反應型阻燃單體進行共聚;在熔融紡絲前在熔體中加入添加型阻燃劑;普通聚酯與含有阻燃成分的聚酯進行復合紡絲;在聚酯纖維或織物上與反應型阻燃劑進行接枝共聚;對聚酯纖維織物進行阻燃后處理。相對其他方法，聚合過程中進行阻燃改性的方法其阻燃效果最好，也最環保，可大大減少紡織品染整過程的含磷廢水排放和減少染整的能耗。中國石化上海石油化工股份有限公司(以下簡稱上海石化)已在連續化生產裝置上批量生產長絲、短纖維、膨化變形長絲(BCF)和工業絲用磷系阻燃聚酯。

1.3 吸濕排汗纖維

工業化生產時，纖維主要通過物理改性得到吸濕快干的功能。因纖維具有高比表面積和溝槽截面，利用這些溝槽，織造時纖維和纖維之間能形成通道，通過這些溝槽的芯吸效應達到吸濕快干的功效。此外，采用超細化手段(例如制成0.55 dtex 的短纖維)也能獲得吸濕排汗的功能。親水性的化學改性法主要是用一定相對分子質量的聚乙二醇(PEG)進行共聚，使纖維表面具備永久的親水性，同時也在一定程度上具有抗靜電性。以上海石化為例，在以往開發異形截面吸濕排汗聚酯短絲的基礎上，又成功開發了具有永久親水功能的紡絲級共聚酯。其纖維產品與非改性纖維相比，同樣比表面積的纖維或其紡織物在幾乎相同的染整條件下，親水性能增加1 ～1.5 倍。

1.4 產業用功能纖維［6］

浙江古纖道新材料股份有限公司已經成功開發并投入產業化運行的液相增黏直接紡工業絲技術，相對于固相增黏技術可降低紡絲能耗30%，使高強高模低收縮工業絲的加工成本進一步降低，產品市場競爭力進一步加強。

荷蘭歐洲纖維公司和日本帝人株式會社已成功將聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)工業絲應用于高檔汽車輪胎行業，該類纖維具備更強的抗蠕變性能和抗溫度驟變性能。

“頭腦”又名“八珍湯”，是由黃芪、良姜、羊肉、煨面、羊尾油、藕根、長山藥、黃酒等八種食材配制而成。頭腦選料講究，制作精細：羊肉選的是羊腰窩肉，易于煮爛且不腥膻；黃芪選的是質地優良的正北芪。將羊肉切小塊，大火煮沸，加上花椒、黃芪、良姜等佐料后，改用小火煮熟后撈出；另將酒糟汁入鍋煮沸，加料酒、煨面，煮成面糊湯，再把羊肉塊、熟山藥、藕片放入碗里，加羊尾油丁，澆上面糊湯便成。此種方法制作出來的頭腦，面糊清白，濃黏厚重，喝到嘴里，甜、軟、綿、香、熱！酒香、藥香、肉香，混在一起，一古腦地鉆進鼻孔，令人忍不住饞涎滴流，立馬抄匙大快朵頤一番！

10 年前上海石化開發成功聚酯超短纖維，應用于紙張增強，能減少木紙漿的用量，其在瀝青混凝土道路的應用也取得成效。目前聚酯超短纖維已經在造紙、涂料、橡膠增強、建材增強領域占有一席之地，并還在繼續不斷開拓應用領域。

1.5 生物基和可降解聚酯纖維［7-9］

聚乳酸(PLA)屬于脂肪族聚酯，是以玉米、小麥等淀粉原料經發酵、聚合、紡絲而制成，具有很好的生物降解性，目前美國PLA 產品已經形成年產數十萬噸的規模，國內也正在積極開發，形成產業化規模。

聚丁二酸丁二醇酯(PBS)以脂肪族二元酸、二元醇為主要原料，這些原料可通過纖維素、奶業副產物、葡萄糖、果糖等自然界可再生的農副產物經生物發酵途徑制得，而采用生物發酵工藝生產的原料，可大幅降低原料成本，從而進一步降低PBS 的成本。盡管這類纖維的常規紡絲技術還需要不斷完善，但在熔噴、靜電紡絲等領域已經實現了產業化。

1.6 超高性能聚酯纖維［10］

首個具有完全意義上的聚芳酯是由塞拉尼斯(Celanese)于20 世紀80 年代發明的Vectra 聚合物，于20 世紀90 年代開始商業化生產，其纖維產品的商品名為Vectran。本世紀初日本可樂麗集團購買了該類產品的生產經營權，擴大了產能，并成功開拓了應用市場。

Vectran 纖維具有高強度、低吸水性、高耐磨損性等特征，被用于繩索、漁網、包裝材料等。另外，通過采用紡前染色實現了產品的色彩多樣化，因此也被用在體育用品之類的產品中。美國國家航空航天局(NASA)火星探測車的著陸用氣囊、日本提出的“同溫層平臺”構想中使用的飛艇也都采用了這類纖維。

1.7 其他品種

目前，運動休閑服飾中常用的功能性纖維不僅包括吸濕排汗與瞬間涼感纖維，還包括抗菌防臭、防紫外線和遠紅外纖維等等。上述纖維通常采用在紡絲過程中添加功能助劑的方法，在功能的永久性和減少環境污染方面取得了很好的效果，而皮芯層復合是賦予聚酯纖維上述功能的最有效的手段，可以進一步降低添加劑的使用成本。

2 功能性聚酯纖維產業化發展趨勢

2.1 聚酯熔體改性技術成為發展的主流

與紡織染整賦予紡織品功能性技術相比，隨著聚酯技術的快速發展，阻燃功能性、染色功能性和部分改善穿著舒適性的功能纖維，無論在加工成本、加工鏈整體節能環保和功能性的長期保持性方面都顯示出極大的優勢。美國、日本及韓國的傳統聚酯纖維生產企業自2005 年以來都采用熔體改性的方法批量生產功能性纖維。中國紡織科學研究院聚友化工有限公司已經基本形成了在現有連續化大型聚酯裝置上進行功能性聚酯纖維批量生產的成套技術，并在國內大型生產裝置上取得良好業績。

2.2 綠色環保形成共識

目前，降低聚酯纖維以及后加工產業鏈的整體成本和能耗、減少排放、對聚酯材料進行回收再生和環境友好已成為業界的共識。功能性聚酯纖維產品開發將主要圍繞四大目標:一是采用新技術、新工藝降低原料合成和整個加工鏈的能耗、物耗、污染;二是開發替代石油資源的原料，以提高發展的可持續性;三是從紡織原料的角度對纖維進行改性，以提高纖維的紡織加工性能和環保性能;四是纖維產品的循環利用。

2.3 應用領域快速發展［11-12］

全球產業用紡織品市場需求在2012 年仍保持快速增長，增量最大的是亞洲，特別是中國。服裝、產業用品及家用紡織品是紡織業的三大終端產品，其中產業用紡織品是紡織產業中技術層級和附加價值均較高的產品，近年來發展迅速。

隨著化纖BCF 技術的發展，在地毯紗和地毯領域，聚對苯二甲酸多元醇酯(PDT)、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、PTT 等的本體著色聚酯將會逐步取代性價比相對較差的聚酰胺(PA)和聚丙烯(PP)。在中國，服裝行業產品要求髙、市場競爭激烈，相對而言，產業用紡織品發展空間較大。

高性能纖維應用領域已經從以往的單純為軍事和航天領域逐步轉向工業領域。產業用紡織品是發達國家重點發展的紡織品品種，占整體紡織產業的比重日益增加，因此高性能纖維的發展潛力巨大。

2.4 生物資源取代礦物資源［13］

2011 年全球用生物基原料生產的可降解和非降解的高分子聚合物達到1.16 Mt，其中聚酯產品占45%以上，預計2016 年上述高分子聚合物產量可以達到5.78 Mt。

生物基PET 前些年一直是采用生物基MEG，而另一主要原料精對苯二甲酸(PTA)仍來源于石油資源。美國Virent 公司采用“生物成型”(bioforming)技術，玉米、甘蔗等含糖植物通過生物轉化生產對二甲苯(PX)，而且試驗已經獲得成功，正在與擁有專利的化工設備企業合作進行批量生產。

日本東麗工業株式會社于2011 年宣布已經采用美國Gevo 公司異丁醇(isobutanol)生物技術制PX 工藝，并已生產出100%生物基PET 纖維。

荷蘭Avantium 公司研究開發了最具革命性的“YXY”技術，其技術核心是將植物資源得到的呋喃糖通過生物轉化為2 -5 呋喃羧酸(2，5 -furan di carboxylic，FDCA)，取代傳統意義上的對苯二甲酸與MEG 發生酯化并聚合，生成聚呋喃二羧酸乙二醇酯(polyethylene furanoate，PEF)，進行紡絲，得到PEF 纖維已為期不遠。

世界范圍內生物基二醇和多元醇產能最大的是中國長春大成實業集團有限公司(以下簡稱長春大成)，其次是美國嘉吉公司(Cargill)。

東華大學、海天輕紡集團、上海石化合作采用長春大成的生物基多元醇成功生產出了PDT 纖維，在提高可紡性、紡織品染色性能和改善織物手感、親水性等方面比PET 更具競爭優勢。

脂肪族原料己二酸、丁二酸2011 年產量為3 Mt，部分用于合成聚酰胺，少部分用于脂肪族可降解聚酯，丁二酸、丁二醇可以合成PBS。目前中國PBS 裝置的建設正在加快，部分企業已經實現了產業化。

3 發展建議

(1)功能性聚酯纖維的產業化發展帶動了相關產業鏈的技術研究和創新開發，應繼續加大產業鏈協同合作及市場利益調整，應當兼顧大專院校、研究單位、原料生產企業和最終產品銷售單位的利益，維持可持續發展的良好氛圍。

(2)功能性聚酯纖維產業化發展最重要的環節是應用市場的開發，在這方面我國與發達國家的差距比較大。建議加大應用技術領域的研發投入，逐步實現主要品種及其制品的商品化和國產化，為邁入世界纖維強國打下堅實基礎。

(3)行業標準的制定和規范使用是功能性聚酯纖維產業化發展的助推器。聚酯纖維行業的快速發展，新材料、新工藝的不斷涌現，為行業標準的制定帶來困難。標準體系建設的滯后也制約著行業的發展，而制定標準的工作是一項既繁雜又細致的工作，尤其是如何體現“功能性”特征值，需要成熟工藝和大量數據的支撐。用標準把關生產過程和產品質量，用標準把關營銷，同行業共同遵守標準和規范使用標準，必將推動功能性聚酯纖維產業化的提升和發展。

4 結語

功能性聚酯纖維的產業化發展是在當前形勢下產業鏈產品結構調整、實現產品升級和提高附加值的需要。根據市場需求和企業實際，開發功能性產品是加工鏈各段提高經濟效益的重要途徑。

與其他化學纖維和天然纖維相比，功能性聚酯纖維的產業化研發和生產成本相對較低，對環境的負面影響較小，進入市場相對比較迅速，市場開拓的難度相對較低，可持續發展的能力相對較強，發展前景良好。

隨著新型纖維和差別化纖維材料不斷推出及高新技術的滲透，生物基原料技術的迅速產業化，建筑、醫療衛生、環保、汽車及航空航天等行業將對功能性聚酯產品的產業化提出了更為苛刻的要求。因此，不斷完善技術、提高纖維的質量穩定性是持續發展的關鍵。

［1］ 王鳴義.超紡棉聚酯纖維的開發現狀和發展前景［J］. 紡織導報，2011(2):26 -30.

［2］ 蘇米.30 年:化纖能否再造一個生物質纖維“的確良”?［J］.中國纖檢，2012(8):33 -34.

［3］ 邢浩.紡前著色超細纖維的制備工藝流程［J］. 紡織學報，2012，41(4):34 -36.

［4］ 李旭，王鳴義. 世界聚酯纖維產業化新產品和發展趨勢［J］.合成纖維，2012，41(3):1 -6.

［5］ 施楣梧. 功能性紡織品［J］. 紡織導報，2010(10):108 -112.

［6］ 丁致家，齊魯，高曉東. 多功能阻燃聚酯纖維的紡絲工藝［J］.紡織學報，2013，34(1):1 -6.

［7］ 曹敬青，錢曉明.功能纖維在非織造布領域的應用［J］. 非織造布，2008，16(6):28 -31.

［8］ 劉偉媛，陳廷.紡粘非織造布技術的發展現狀［J］. 紡織導報，2012(9):34 -37.

［9］ 張培紅，王鳴義，倪江寧.高彈性聚酯纖維制造技術和產品性能［J］.石油化工技術與經濟，2008，24(4):46 -49.

［10］ 賴光，周平. 聚芳酯纖維的特性和應用［J］. 合成纖維，2012，41(1):46 -49.

［11］ 于賓，焦曉寧.高收縮聚酯纖維及其在非織造布材料中的應用［J］.產業用紡織品，2012(11):39 -42.

［12］ 畢明衛，王先遠，趙慧. 功能纖維在家紡領域的應用［J］.山東紡織經濟，2007(3):78 -79.

［13］ 蘆長椿.世界生物基聚酯纖維的發展趨勢［J］. 紡織導報，2013(2):34 -37.