生物基PTT纖維（杜邦Sorona纖維）的生產(chǎn)、性能和應用

PTT纖維是聚對苯二甲酸丙二醇酯（Polytrimethylene terephthalate）纖維的簡(jiǎn)稱(chēng)，是荷蘭殼牌（shell）公司最先研發(fā)的一種性能優(yōu)異的聚酯類(lèi)新型紡絲聚合物，由對苯二甲酸（或對苯二甲酸二甲酯）與1,3-丙二醇經(jīng)酯化（酯交換）、縮聚反應得到聚酯，再經(jīng)熔融紡絲制得纖維。PTT的化學(xué)結構和立體結構如下圖：

圖1 PTT的化學(xué)結構（上）和立體結構（下）

而生物基PTT纖維采用了來(lái)自生物質(zhì)轉化的1,3-丙二醇，更具有環(huán)境友好性。杜邦公司即采用生物法以谷物為原料制得了生物基PTT產(chǎn)品Sorona，進(jìn)一步制得纖維，應用于服裝、地毯等方面，如下圖。方圓化纖公司使用杜邦Sorona來(lái)生產(chǎn)商品名為“Somalor”的PTT纖維，將其應用于服裝、汽車(chē)、室內裝飾及家居織物等領(lǐng)域。

Sorona纖維的生產(chǎn)和應用

生物基PTT纖維將其他各種纖維如滌綸、錦綸的優(yōu)良性能集于一身，且是可回收可循環(huán)使用的綠色纖維，成為生物基纖維的新星，受到全球的關(guān)注。

1. 原料
生物基PTT纖維與石油基PTT纖維不同的是采用了經(jīng)生物法制得的1,3-PDO。該方法總費用比制備石油基1,3-PDO要便宜25%。隨著(zhù)有限石油資源的過(guò)度使用及石油價(jià)格的逐步增長(cháng)，生物合成法生產(chǎn)1,3-PDO備受全球關(guān)注。與傳統化學(xué)合成法相比，生物法具有原料來(lái)源可再生、反應條件溫和、選擇性好，副產(chǎn)物少，環(huán)境污染少等優(yōu)點(diǎn)。

DuPont公司與Genencor公司合作采用微生物發(fā)酵法制備了生物基1,3-PDO并成功投入生產(chǎn)。國內各企業(yè)和高校也開(kāi)始投入生物基1,3-PDO的技術(shù)研發(fā)，如清華大學(xué)、大連理工大學(xué)、華東理工大學(xué)、江南大學(xué)等等，已經(jīng)取得了階段性的成果。目前生物法制備1,3-PDO主要有以下幾種方法：

（1）甘油轉化法
甘油轉化法是甘油在厭氧條件及菌類(lèi)（如檸檬菌、丁酸梭狀芽抱桿菌、肺炎桿菌、乳酸桿菌屬等）作用下轉化為1,3-PDO。而對于甘油價(jià)格較高的國家，采用甘油直接制備1,3-PDO的方法成本較高。因此，更低成本的方法如以葡萄糖為底物或生物柴油轉化法相繼出現。

（2）葡萄糖轉化法
▲一步法：杜邦公司與Genencor公司合作開(kāi)發(fā)了生產(chǎn)生物基1,3-PDO的一步法，以葡萄糖為底物在基因工程菌的作用下轉化為1,3-PDO，該法提高了生產(chǎn)效率，可大大降低生產(chǎn)成本。

▲兩步法：清華大學(xué)提出了以甘油為底料，葡萄糖為輔助底物的生產(chǎn)工藝，葡萄糖在耐高滲酵母的作用下轉化為甘油，再由克雷伯氏肺炎桿菌將其轉化為1,3-PDO。大連理工大學(xué)采用玉米為原料，經(jīng)兩步法發(fā)酵生產(chǎn)1,3-PDO。

葡萄糖一步法和兩步法轉化為1,3-PDO

（3）生物柴油轉化法

每噸生物柴油大約副產(chǎn)100kg甘油，因此由生物柴油得到的粗甘油再經(jīng)生物發(fā)酵制備1,3-PDO具有一定的成本優(yōu)勢。2011年，江蘇盛虹集團與清華大學(xué)合作，以生物柴油副產(chǎn)物甘油為原料生產(chǎn)1,3-PDO，建成了3萬(wàn)噸/年的生產(chǎn)裝置。

生物柴油轉化法制備1,3-PDO

生物基1,3-PDO的生產(chǎn)企業(yè)與技術(shù)來(lái)源

2.合成工藝
生物基PTT由對苯二甲酸二甲酯(DMT)或精對苯二甲酸(PTA)和生物基1,3-PDO聚合而得，再經(jīng)熔融紡絲或靜電紡絲得到生物基PTT纖維。其聚酯合成工藝大致可分為以下兩種：

①直接酯化法(PTA法)：該方法以PTA和1,3-PDO為原料，在催化劑的作用下發(fā)生酯化反應，得到中間的產(chǎn)物BHPT，然后進(jìn)一步進(jìn)行縮聚反應制得PTT。

②酯交換法(DMT法)：對苯二甲酸二甲酯(DMT)與1,3-PDO進(jìn)行酯交換，酯交換在140～220℃進(jìn)行，采用Ti系催化劑，先脫除甲醇，升溫至270℃并減壓到5kPa進(jìn)行縮聚，制得PTT。

與DMT法相比，PTA法生產(chǎn)成本較低，工藝成熟、合理，生產(chǎn)效率高，生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生水比甲醇更容易處理，回收過(guò)程更簡(jiǎn)化，并能減少環(huán)境污染。因此，直接酯化法是大規模制備PTT的主要方法。

生物基PTT纖維的合成工藝

3. 性能
PTT纖維的表面形態(tài)結構呈光滑條形狀，且光反射、折射較強，纖維光澤較強；表面有空隙，有一定的導濕、透氣及保暖性；可制成各種不同截面形態(tài)的纖維產(chǎn)品，還可在制造過(guò)程中直接加工成有色PTT纖維，方便選用。

PTT纖維的“Z”型螺旋結構使其具有優(yōu)于其他纖維高彈性和良好的回彈性能。由于PTT纖維具有較低的玻璃化轉變溫度，使其可常壓染色，由于PTT特殊的結構，染料更容易進(jìn)入纖維內部，所以染色性能要優(yōu)于PET纖維。PTT纖維將各種纖維的優(yōu)點(diǎn)集于一身，如滌綸的抗污性，錦綸的柔軟性，腈綸的膨松性。PTT的伸長(cháng)性同氨綸一樣好，與彈性纖維氨綸相比更易于加工，非常適合用于紡織服裝面料。

Sorona纖維的優(yōu)良性能

PTT纖維還有良好的熱穩定性，抗褶皺性，抗靜電性，抗紫外線(xiàn)等。PTT纖維與其他纖維的性能比較見(jiàn)表。

PTT纖維與PET、PA6、PA66纖維的性能比較

4. 應用
PTT纖維的優(yōu)良性能使其非常適合用于服裝面料。其良好的染色性和印花適應性可用于生產(chǎn)各式各樣的染色面料，耐污性可使衣物更便于護理與清洗，其柔軟的手感與彈性，較低的吸水性以及良好的懸垂性可提高衣物的穿著(zhù)舒適度。將PTT纖維與其它纖維混紡可得到更優(yōu)性能的制品。比如，PTT纖維與棉、粘膠纖維、天絲（萊賽爾纖維）、麻等纖維素纖維交織，其手感和抗褶性好，可用于針織內衣、機織面料等。

杜邦Sorona在服裝領(lǐng)域的應用

PTT與桑蠶絲交織用于記憶面料，可彌補桑蠶絲產(chǎn)品難打理的缺陷。PTT纖維用于記憶面料可使其更輕薄，更柔軟親膚，更吸汗透氣。

PTT具有優(yōu)良的抗污性能，且抗靜電性好，可用于地毯的生產(chǎn)制造中。同時(shí)，PTT纖維也是可用于制備非織造布的良好材料，還可應用于其他的領(lǐng)域，如床上用品、裝飾物、汽車(chē)腳墊、織帶等。目前，PTT纖維獨特的性能及優(yōu)點(diǎn)使其發(fā)展速度迅猛，發(fā)展前景良好。隨著(zhù)對PTT纖維加工與應用研究的不斷深入，其應用領(lǐng)域將更加多元化。

PTT纖維的應用

(中國化纖協(xié)會(huì )）

Sorona纖維的四大種類(lèi)

Sorona有助于減少對石油和石化資源的依賴(lài)

Sorona聚合物：高性能和環(huán)保價(jià)值的完美結合

Sorona纖維目前在服裝上的主要應用

Sorona 雙組分彈力長(cháng)纖在春/秋衛衣面料上的應用

性能特點(diǎn)：
• 能與各種纖維和紗線(xiàn)交織，實(shí)現永久的舒適彈性（不加氨綸的情況下）；由于不含氨綸，因此面料拉伸時(shí)不會(huì )露出閃光感，更啞光，更有品質(zhì)感；

• 面料在反復拉伸和水洗后都能保形如初，不再起泡、變形；在抓絨時(shí)即使Sorona®纖維被抓斷，由于其天然的“小彈簧”的結構，面料不會(huì )出現起泡或松弛的現象（這是使用氨綸達不到的效果）；

• Sorona®纖維天然的“小彈簧”結構，使手感更蓬松、更輕盈；

• 面料柔軟且特別平整，能提高裁剪環(huán)節的效率。

Sorona纖維在面料中的應用：
50D、 75D和150D的Sorona®舒彈長(cháng)纖當彈力綁紗，做成抓絨、毛圈或是搖粒的面料。

終端應用：
休閑衛衣、搖粒／天鵝絨針織外套、褲子等。

Sorona 雙組分彈力長(cháng)纖在夏季polo衫面料上的應用

性能特點(diǎn)：
• 能與棉/人棉等各種紗線(xiàn)交織，實(shí)現永久的舒適彈性（不加氨綸的情況下）；由于不含氨綸，因此面料拉伸時(shí)不會(huì )露出閃光感，更啞光，更有品質(zhì)感；

• 面料在反復拉伸和水洗后都能保形如初，不再起泡、變形；

• 面料柔軟且特別平整，能提高裁剪環(huán)節的效率；

• 制成羅紋布,更增添領(lǐng)口和袖口的品質(zhì)感:不卷邊,不變形。

Sorona®纖維在面料中的應用：
50D、 75D的Sorona®舒彈長(cháng)纖做棉蓋絲或絲蓋棉的面料，以及珠地/羅紋等結構。

終端應用：
polo衫，T恤衫，羅紋領(lǐng)口和袖口。

Sorona纖維仿羽絨填充棉服

• 產(chǎn)品特色：
a. 手感柔軟細膩;
b. 壓縮后有極好的慢回彈性能，與羽絨相似；
c. 保暖效果完全可以滿(mǎn)足高端客戶(hù)的要求；

• 產(chǎn)品主要規格：
Sorona雙組分短纖維

• 主要應用服裝：
秋、冬季棉服

舒彈絲纖維采用杜邦™Sorona材料生產(chǎn)，舒彈絲和生物絨™都是海興材料科技有限公司的注冊商標。

方圓化纖公司使用杜邦Sorona®來(lái)生產(chǎn)商品名為“Somalor”的PTT纖維，將其應用于服裝、汽車(chē)、室內裝飾及家居織物等領(lǐng)域。