生物基錦綸56的研究現(xiàn)狀

鐘應(yīng)紅，胡成佐

（福建省天鑫高科新材料有限公司，福建 泉州 362201）

生物基錦綸56是生物工程生產(chǎn)的戊二胺與己二酸聚合而成。由于是生物工程產(chǎn)品，其具有環(huán)保和可再生的特點(diǎn)。其分子結(jié)構(gòu)與錦綸66以及錦綸6的對(duì)比見(jiàn)圖1。

圖1 錦綸66、錦綸6、生物基錦綸56分子結(jié)構(gòu)式

從圖1可以看出：生物基錦綸56由戊二胺與己二酸聚合而成；錦綸66和錦綸6的2個(gè)酰胺鍵之間都間隔6個(gè)碳原子，導(dǎo)致N-H鍵與酰胺基中氧原子形成了大量氫鍵結(jié)構(gòu)；生物基錦綸56分子中有大量極性的N-H鍵未形成氫鍵。

與錦綸66相比，生物基錦綸56具有更好的吸濕性[1]。生物基錦綸56中大量未形成氫鍵的N-H鍵更容易與酸性染料結(jié)合而著色。這樣的超分子結(jié)構(gòu)讓其具有不同于錦綸66和錦綸6的理化性質(zhì)以及紡織印染特性。

1 生物基錦綸56的理化性能

1.1 熱力學(xué)性能

康宏亮等通過(guò)原位升溫X射線(xiàn)衍射發(fā)現(xiàn)，類(lèi)α晶型的生物基錦綸56在升溫過(guò)程中，190 ℃左右發(fā)生不可逆的Brill轉(zhuǎn)變。通過(guò)原位升溫紅外光譜發(fā)現(xiàn)氫鍵強(qiáng)度隨著溫度的升高而減弱；位于1631 cm-1α相吸收譜帶減弱，位于1637 cm-1γ相的吸收譜帶增強(qiáng)，顯示了α相向γ相的轉(zhuǎn)變過(guò)程；CH2亞甲基鏈段變化顯著，1201 cm-1譜帶可作為 Brill 轉(zhuǎn)變譜帶[2]。

1.2 結(jié)晶性能

東華大學(xué)吳田田等采用差示掃描量熱儀和帶有熱臺(tái)的偏光顯微鏡對(duì)生物基錦綸56的等溫結(jié)晶性能進(jìn)行了研究。用Avrami方程對(duì)等溫結(jié)晶過(guò)程及其動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了分析，得出Avrami指數(shù)（n值）在2.30～3.37之間，推測(cè)其晶體生長(zhǎng)方式為三維球狀生長(zhǎng)；采用Arrhenius方程計(jì)算了生物基錦綸56的等溫結(jié)晶活化能（△E）為-99.04 kJ/mol。并用偏光顯微鏡研究證實(shí)了上述推測(cè)，同時(shí)發(fā)現(xiàn)球晶半徑與結(jié)晶時(shí)間呈線(xiàn)性關(guān)系，并求得了球晶的生長(zhǎng)速率見(jiàn)表1[3]。

表1 不同結(jié)晶溫度下生物基錦綸56的球晶生長(zhǎng)速率

1.3 流變性能

東華大學(xué)吳田田等實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)生物基錦綸56的流變性很好。圖2是錦綸66和生物基錦綸56的流變曲線(xiàn)。從圖中可以得出，相同剪切速率下錦綸66的切應(yīng)力更高。這說(shuō)明在紡絲經(jīng)過(guò)噴絲孔時(shí)，錦綸66聚合物熔體更容易由于內(nèi)應(yīng)力積累而產(chǎn)生擠出膨大效應(yīng)，也說(shuō)明生物基錦綸56 的紡絲性能比錦綸66的好[4]。

圖2 生物基錦綸56和錦綸66的流變曲線(xiàn)對(duì)比

1.4 吸/放濕性能及其他性能

郝新敏等在2018年將錦綸56和錦綸66進(jìn)行了對(duì)比研究。得出圖3所示實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

圖3 標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下生物基錦綸56和錦綸66的吸/放濕曲線(xiàn)

從圖3（a）中可以看出錦綸66在40 min達(dá)到吸濕平衡，回潮率為3.71%；生物基錦綸56在100 min達(dá)到吸濕平衡，回潮率為4.69%。從圖3（b）可以看出錦綸66在40 min達(dá)到放濕平衡，值3.96%；生物基錦綸56則在60 min達(dá)到放濕平衡，值4.97%。生物基錦綸56的吸濕快干性?xún)?yōu)于錦綸66[1]。

生物基錦綸56 分子中的酰胺鍵易水解。纖維容易隨著濕、熱條件的變化會(huì)發(fā)生水解，造成強(qiáng)力急劇降低。同時(shí)，酸堿條件也會(huì)破壞纖維的結(jié)構(gòu)，降低其力學(xué)性能[5]。生物基錦綸56耐酸堿性較錦綸66略差，但依然可以滿(mǎn)足生產(chǎn)加工與使用需要。

生物基錦綸56具有阻燃性能，極限氧指數(shù)可達(dá)32.0%以上，通過(guò)混紡可以滿(mǎn)足各類(lèi)防護(hù)服裝的阻燃需要[1]。

2 生物基錦綸56紡絲、織造、染色及印花研究現(xiàn)狀

2.1 紡絲、織造及面料開(kāi)發(fā)研究現(xiàn)狀

大連合成纖維研究設(shè)計(jì)院股份有限公司的于維才在流變儀上對(duì)該產(chǎn)品進(jìn)行紡絲小試，生物基錦綸56在流變儀上擠出的絲條不連續(xù)，但熔融性能良好，從流變效果推測(cè)該產(chǎn)品具有可紡性[6]。該公司的孫彥潔通過(guò)實(shí)驗(yàn)檢測(cè)生物基錦綸56的出絲指標(biāo)完全達(dá)到錦綸66標(biāo)準(zhǔn)[7]。上海凱賽生物科技公司采用高粱、玉米和小麥等為原材料，經(jīng)過(guò)生物、化學(xué)和物理方法研發(fā)出生物基錦綸56纖維[8]。

江南大學(xué)的張俊輝和叢洪蓮采用78 dtex/24f生物基錦綸56長(zhǎng)絲、78 dtex /24f的錦綸6長(zhǎng)絲和78 dtex/23f的錦綸66長(zhǎng)絲分別在SM-DJ2TS圣東尼緯編圓機(jī)上開(kāi)發(fā)雙羅紋組織，機(jī)器筒徑16英寸，機(jī)號(hào)18針，總針數(shù)912枚，轉(zhuǎn)速為14 r/min，所得坯布的基本規(guī)格參數(shù)見(jiàn)表2[9]。

表2 三種錦綸織物基本參數(shù)

江南大學(xué)教育部針織技術(shù)工程研究中心李新彤研究了生物基錦綸56短纖紗及其針織面料的開(kāi)發(fā)和性能，發(fā)現(xiàn)該面料具有良好的吸濕透氣性、拉伸性、抗起毛起球性、耐磨性、懸垂性，并且其穿著舒適性?xún)?yōu)良。另外生物基錦綸56紗線(xiàn)還具有良好的耐磨性[10]。

2.2 生物基錦綸56染色和印花研究現(xiàn)狀

2.2.1 生物基錦綸56的染色

東華大學(xué)李蒙蒙對(duì)生物基錦綸56的染色性能做了系統(tǒng)的研究，結(jié)果表明在98 ℃的染色條件下，弱酸性染料上染生物基錦綸56的平衡上染百分率接近或者高于錦綸66，但是在染色初期生物基錦綸56的上染百分率是錦綸66的6～7倍，分別在30 min左右和80 min達(dá)到染色平衡。這可能是因?yàn)樯锘\綸56所含的氨基數(shù)量比錦綸66多，所以更易上染，提升性好。弱酸性紅10B、弱酸性橙AGT、弱酸性深藍(lán)5R染生物基錦綸56的耐干摩和濕摩色牢度均在4-5級(jí)，但耐洗色牢度較差，尤其是羊毛、錦綸、棉纖維貼襯的沾色比較嚴(yán)重，經(jīng)過(guò)陰離子固色劑固色后，耐洗色牢度有明顯提升[5]。

郝新敏等研究發(fā)現(xiàn)，生物基錦綸56可用酸性染料、中性染料和活性染料染色，且得色深，K/S值均可達(dá)到16以上，并且色牢度多在4級(jí)以上[1]。郝新敏等也發(fā)明了一種錦綸56纖維/棉混紡面料的堿性一浴法染色方法[11]、一種錦綸56纖維面料的堿性浴染色方法[12]以及一種錦綸56纖維面料的酸性浴染色方法[13]。

2.2.2 生物基錦綸56的印花

目前針對(duì)生物基錦綸56的印花研究較少。郝新敏等人發(fā)明了一種錦綸56纖維/棉混紡面料的雙面印花方法[14]和一種錦綸56纖維/棉混紡面料的印花方法[15]。

3 生物基錦綸56的其他相關(guān)研究現(xiàn)狀

3.1 生物基錦綸56 的抗菌性能研究

東華大學(xué)李蒙蒙研究了二苯甲酮及其衍生物整理的生物基錦綸56的抗菌性[5]。

南通東屹高新纖維科技有限公司張子睿發(fā)明了一種具有抗菌功能的生物基錦綸56纖維的制作工藝，在生物基錦綸56纖維內(nèi)通過(guò)陶瓷粉粘附銀粉，銅粉和鋅粉，使他們產(chǎn)生協(xié)同作用，進(jìn)而使得生物基錦綸56纖維具有良好的抗菌能力[16]。

東華大學(xué)張瀚譽(yù)研究了抗菌生物基錦綸56纖維和織物的制備及其性能。將聚六亞甲基胍鹽酸鹽（PHMG）抗菌劑與生物基錦綸56進(jìn)行共混改性，制備了抗菌生物基錦綸56/PHMG共混體系，并研究其各項(xiàng)性能，然后將生物基錦綸56和其抗菌共混體系進(jìn)行紡絲實(shí)驗(yàn)，對(duì)比分析了纖維的力學(xué)性能和抗菌性能[17]。

3.2 生物基錦綸56的阻燃性能研究

會(huì)通新材料（上海）有限公司任大偉等以戊二胺為原料進(jìn)行合成的生物基錦綸56作為基體樹(shù)脂，制得的改性生物基錦綸56材料的導(dǎo)熱系數(shù)高，阻燃性能優(yōu)越且韌性佳[18]。

優(yōu)纖科技（丹東）有限公司郝新敏發(fā)明了一種阻燃改性錦綸56聚合物，其最大的優(yōu)點(diǎn)是具有阻燃抗融滴的特性，可以適應(yīng)較高溫度、濕度、電壓的場(chǎng)所使用，安全環(huán)保[19]。

3.3 生物基錦綸56 的復(fù)合性能研究

東華大學(xué)趙輝研究了生物基錦綸56異收縮混纖絲的制備及性能[20]。王學(xué)利等發(fā)明了生物質(zhì)錦綸56纖維/PBT纖維的FDY/POY異收縮混纖絲及其制備方法[21]和生物質(zhì)錦綸56纖維/PTT纖維的FDY/POY異收縮混纖絲及其制備方法[22]。

3.4 生物基錦綸56納米纖維膜研究

北京服裝學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院劉玥波等研究了靜電紡錦綸56納米纖維膜的制備及力學(xué)性能。發(fā)現(xiàn)，當(dāng)紡絲液濃度為2.0 g生物基錦綸56/10 mL HCOOH，推進(jìn)速度為0.5 mL/h，紡絲溫度為45 ℃時(shí)，紡絲效果最佳，此時(shí)纖維直徑為0.155 μm。采用電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)對(duì)制得的生物基錦綸56納米纖維膜的力學(xué)性能進(jìn)行測(cè)試，在最佳條件下所制膜的彈性模量為142.43 N/mm2，斷裂伸長(zhǎng)率為19.9%，拉伸斷裂應(yīng)力為15.02 N/mm2，拉伸強(qiáng)度為15.02 N/mm2，具有較好的力學(xué)強(qiáng)度[23]。

4 總結(jié)

目前已有不少科研機(jī)構(gòu)對(duì)生物基錦綸56進(jìn)行了研究和實(shí)踐，得到了很多有價(jià)值的研究成果。其中，生物基錦綸56的合成和性能分析及表征方面已有東華大學(xué)、上海凱賽生物科技公司、中國(guó)人民解放軍軍事科學(xué)院、中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所和中央軍委后勤保障部軍需裝備研究所等機(jī)構(gòu)做過(guò)相關(guān)研究且已成功噴絲且探明其理化性能；紡織、染色和印花方面有東華大學(xué)、青島大學(xué)、山東濱州亞光毛巾有限公司、大連合成纖維研究設(shè)計(jì)院和江南大學(xué)等機(jī)構(gòu)做過(guò)相關(guān)研究且已開(kāi)發(fā)出生物基錦綸56面料并成功染色；印花方面研究則相對(duì)較少；抗菌、阻燃、異收縮混纖絲和納米纖維膜等相關(guān)方面有東華大學(xué)、南通東屹高新纖維科技有限公司、會(huì)通新材料（上海）有限公司、優(yōu)纖科技（丹東）有限公司和北京服裝學(xué)院等機(jī)構(gòu)做過(guò)研究?？傮w上看，這些研究成果已基本涵蓋了生物基錦綸56從結(jié)構(gòu)及理化性能到纖維生產(chǎn)及紡織印染的全部環(huán)節(jié)，為生物基錦綸56的發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。