生物基PTT纖維（杜邦Sorona纖維）的生產、性能和應用

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

圖1 PTT的化學結構（上）和立體結構（下）

而生物基PTT纖維采用了來自生物質轉化的1,3-丙二醇，更具有環境友好性。杜邦公司即采用生物法以谷物為原料制得了生物基PTT產品Sorona，進一步制得纖維，應用于服裝、地毯等方面，如下圖。方圓化纖公司使用杜邦Sorona來生產商品名為“Somalor”的PTT纖維，將其應用于服裝、汽車、室內裝飾及家居織物等領域。

Sorona纖維的生產和應用

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

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%。隨著有限石油資源的過度使用及石油價格的逐步增長，生物合成法生產1,3-PDO備受全球關注。與傳統化學合成法相比，生物法具有原料來源可再生、反應條件溫和、選擇性好，副產物少，環境污染少等優點。

DuPont公司與Genencor公司合作采用微生物發酵法制備了生物基1,3-PDO并成功投入生產。國內各企業和高校也開始投入生物基1,3-PDO的技術研發，如清華大學、大連理工大學、華東理工大學、江南大學等等，已經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（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公司合作開發了生產生物基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，該法提高了生產效率，可大大降低生產成本。

▲兩步法：清華大學提出了以甘油為底料，葡萄糖為輔助底物的生產工藝，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。大連理工大學采用玉米為原料，經兩步法發酵生產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100kg甘油，因此由生物柴油得到的粗甘油再經生物發酵制備1,3-PDO具有一定的成本優勢。2011年，江蘇盛虹集團與清華大學合作，以生物柴油副產物甘油為原料生產1,3-PDO，建成了3萬噸/年的生產裝置。

生物柴油轉化法制備1,3-PDO

生物基1,3-PDO的生產企業與技術來源

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生酯化反應，得到中間的產物BHPT，然后進一步進行縮聚反應制得PTT。

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

與DMT法相比，PTA法生產成本較低，工藝成熟、合理，生產效率高，生產過程中產生水比甲醇更容易處理，回收過程更簡化，并能減少環境污染。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的纖維產品，還可在制造過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，染料更容易進入纖維內部，所以染色性能要優于PET纖維。PTT纖維將各種纖維的優點集于一身，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，抗紫外線等。PTT纖維與其他纖維的性能比較見表。

PTT纖維與PET、PA6、PA66纖維的性能比較

4. 應用
PTT纖維的優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舒適度。將PTT纖維與其它纖維混紡可得到更優性能的制品。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在服裝領域的應用

PTT與桑蠶絲交織用于記憶面料，可彌補桑蠶絲產品難打理的缺陷。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具有優良的抗污性能，且抗靜電性好，可用于地毯的生產制造中。同時，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域，如床上用品、裝飾物、汽車腳墊、織帶等。目前，PTT纖維獨特的性能及優點使其發展速度迅猛，發展前景良好。隨著對PTT纖維加工與應用研究的不斷深入，其應用領域將更加多元化。

PTT纖維的應用

(中國化纖協會）

Sorona纖維的四大種類

Sorona有助于減少對石油和石化資源的依賴

Sorona聚合物：高性能和環保價值的完美結合

Sorona纖維目前在服裝上的主要應用

Sorona 雙組分彈力長纖在春/秋衛衣面料上的應用

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

• 面料在反復拉伸和水洗后都能保形如初，不再起泡、變形；在抓絨時即使Sorona®纖維被抓斷，由于其天然的“小彈簧”的結構，面料不會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，能提高裁剪環節的效率。

Sorona纖維在面料中的應用：
50D、 75D和150D的Sorona®舒彈長纖當彈力綁紗，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 雙組分彈力長纖在夏季polo衫面料上的應用

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

• 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，能提高裁剪環節的效率；

• 制成羅紋布,更增添領口和袖口的品質感:不卷邊,不變形。

Sorona®纖維在面料中的應用：
50D、 75D的Sorona®舒彈長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，羅紋領口和袖口。

Sorona纖維仿羽絨填充棉服

• 產品特色：
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足高端客戶的要求；

• 產品主要規格：
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，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®來生產商品名為“Somalor”的PTT纖維，將其應用于服裝、汽車、室內裝飾及家居織物等領域。