功能母粒：“小身量”释放高能量

　　功能性纤维的发展水平，是衡量一国纤维科技发展水平的重要标志之一。纤维用功能母粒则是纤维实现共混改性和功能化的核心技术。

　　关键技术不能受制于人，必须实现自主可控。

　　“纤维用功能母粒设计与制备关键技术”实现了先进纤维用功能特种材料的集成创新，改变了我国纤维用功能母粒此前高度依赖进口的局面，实现了我国纤维用功能母粒的国产化突破，尤其是满足了相关军工领域的应用需求。

　　功能母粒取得国产化突破

　　纤维用功能母粒是以热塑性高分子为载体，以高含量微纳功能粉体为主体，添加少量助剂与分散剂，经过熔融挤出加工得到的颗粒状功能材料。

　　东华大学材料学院常务副院长王华平表示，受母粒、纺丝基体、纺丝工艺，以及加工和应用环境的影响，纤维功能母粒的设计、制备及应用涉及的技术复杂，品质控制严，研发周期长，制备成本高，一直是国际纤维领域竞争的制高点。

　　很长时间以来，在全球纤维市场上，西欧、美国等地的企业一直占据着功能母粒市场的主导地位。在我国，功能母粒此前成为制约功能性纤维发展的重要因素，企业规模普遍较小，且母粒的品质波动较大。尤其是在军民两用材料方面，国外对我国实行严格的技术禁用和技术封锁，如导电、磁性、隐身、防伪、化学防护、微生物防护等领域。因此，突破我国功能母粒的关键制备技术，实现国产化功能母粒的自主开发刻不容缓。

　　从2016年开始，东华大学、上海工程技术大学、苏州宝丽迪材料科技股份有限公司、上海朗亿功能材料有限公司组成项目组，攻克微纳材料功能强化、母粒及纺丝过程中的快速均匀分散、高比例添加与可纺性统筹、多功能耦合协效等难题，全产业链设计、一体化实施，进行高效生态抗菌、导电抗静电、光热湿舒适、低毒低烟阻燃、隐身与防透等功能母粒的产业化开发。

　　功夫不负有心人。2018年9月，“纤维用功能母粒设计与制备关键技术”项目取得了重大突破，实现了先进纤维用功能特种材料的集成创新。

　　苏州宝丽迪材料科技股份有限公司董事长徐毅明介绍，项目在系统研究纤维功能强化与复配、混合与分散、流动与成形机理基础上，突破了抗菌纤维的生态安全瓶颈，构建了无机功能材料高支化刷状聚酯修饰的高效分散技术，实现了高浓度功能母粒的稳定制备。项目实现了亲水柔软、阳离子染料易染等高含量聚酯母粒精准合成，开创了共聚型母粒制备新体系；开发出抗水解及抗熔滴阻燃母粒，提升了高敏感型功能纤维的品质。

　　项目强化了纤维用母粒的多功能复合与加工适应性，开发的高效生态抗菌、导电抗静电、光热湿舒适、低毒低烟阻燃、隐身与防透等功能母粒，已经应用到了聚酯熔体直纺、再生聚酯、聚乳酸纤维等领域。

　　目前，该项目已获得授权发明专利12项，发表论文9篇，具有完整的自主知识产权。经过中国纺织工业联合会的鉴定，该项目创新性强，总体技术达到国际先进水平。“纤维用功能母粒设计与制备关键技术”获得了“2022年度中国纺织工业联合会科学技术奖技术进步奖二等奖”。

　　徐毅明表示，项目的实施，提升了我国纤维用功能母粒的设计、研发、制造及应用水平，支撑了纤维行业和企业技术创新能力的发展。项目实现了纤维用功能母粒的国产化突破，支撑了国防军工领域特种纤维材料的应用需求。

　　东华大学纺织科技创新中心副研究员吉鹏说：“项目改变了我国纤维用功能母粒此前高度依赖进口的局面。项目开发的高磷含量阻燃、耐水解阻燃母粒，实现了在消防管带、伪装遮盖等军民领域的应用，使我国率先在国际上实现了再生聚酯与聚乳酸纤维的多功能化。”

　　产学研合作实现“三个发明”

　　不管是在哪个领域，关键技术都不能受制于人，必须牢牢掌握在我们自己手中。纤维用功能母粒技术也不例外。我国纤维用功能母粒技术能成功实现国产化，背后是相关科研院所和企业的研发人员日复一日的攻坚克难。该项目实现了三个发明。

　　项目发明了微纳无机粉体功能强化及高分散共混型纤维母粒制备技术，在这方面攻克了3大关键技术，包括磷酸锆模板离子螯合担载金属离子及抗菌功能强化技术、溶胶—凝胶法 功能材料原位复合技术，以及无机功能粉体高支化刷状聚酯分散及母粒制备技术。

　　以磷酸锆模板离子螯合担载金属离子及抗菌功能强化技术为例，由于银离子、铜离子等抗菌功能组分的高活性和湿热敏感性，会导致活性组分析出流失，基体降解严重，恶化纺丝性能。基于层状磷酸锆晶型可控性好、耐热和耐化学性，介孔立方结构磷酸锆层状结构高比表面积和电荷密度、稳定的离子交换条件和通道、表面羟基可置换性和离子螯合能力，项目开发了介孔磷酸锆模板法的规模化制备工艺，粒径D90＜0.9um，发明了介孔立方磷酸锆离子螯合金属离子方法，强化了金属离子在磷酸锆层状结构中分布，实现了立方磷酸锆模板离子螯合担载铜、锌、银等离子，有效调控金属离子的释放速率。

　　徐毅明表示，这不仅能兼顾银、锌、铜等离子的长效释放和安全性，还能减少纤维与面料产品在染整、加工过程中出现离子析出。母粒有效成分担载量高达10.0±0.5wt%，在纤维中的添加量低至0.3wt%，能实现高效广谱抑制杀灭。

　　“功能性和流动性是微纳粉体共混型纤维母粒的基础，分散性是纤维功能母粒的关键。在研发过程中，我们必须进一步强化粉体的功能，提高加工适应性与安全性，攻克高固含量粉体在母粒与纤维加工过程中的团聚。”吉鹏解释，“这样，当把母粒用于纤维生产中，才能提高纤维的生产效率和品质，保障产品在熔体直纺等纺丝线上实现规模化应用。”

　　项目发明了反应性有机功能单元端基调控及微相分离共聚型纤维母粒制备技术，在该方面攻克了3大关键技术，包括反应性有机功能单元端基设计与改性技术、多组分预酯化分级添加共聚型母粒制备技术，以及共聚型功能母粒干燥与微相分离纺丝工程技术。

　　“共聚型功能母粒是以反应性功能单体和载体单体聚合得到的高含量、多组分共聚物，具有功能组分含量高、基体相容性好、对纤维机械性能影响小、功能稳定、且不迁移等多重优点，是纤维用母粒发展的新方向。”徐毅明说。

　　项目还发明了复合功能母粒多相结构控制及舒适防护纤维制备技术，在此领域攻克了4大关键技术，包括复合功能母粒多相界面调控与非均相纺丝技术、复合功能母粒抗水解及品质控制技术、光热湿舒适复合功能母粒及纤维制备技术，以及阻燃防护复合功能母粒及纤维制备技术。

　　以阻燃防护复合功能母粒及纤维制备技术为例，针对阻燃防护纤维抗熔滴、低毒低烟等要求，项目发明了高温热交联的磷/硅协同阻燃抗熔滴技术。技术研制了高分子型聚膦酸酯阻燃剂与DMMP复配体系，实现了极限氧指数(LOI)为31.4%，UL-94达到了V-0级的阻燃抗熔滴、阻燃抗菌纤维制备。其阻燃指数(FRI)为4.31，为常规含磷共聚酯阻燃指数的2.5倍。项目研发的纳米氮化硼球磨剥离负载聚磷酸铵高导热阻燃抑烟技术，制备了低毒低烟阻燃聚酯，其总烟气释放量和一氧化碳的释放速率分别为聚酯的68.1%和56.1%，使阻燃安全性大幅提高。

　　“为了满足专业化定制与军民两用领域的需求，我国亟须开发多功能复合纤维。纤维的功能要求越多，对功能母粒的品质要求就越高。采用多种功能母粒简单共混，添加比例高，不同功能材料及母粒载体交互影响大，不仅会造成纤维纺丝和后续的织造、染色加工困难，而且会使纤维性能和功能恶化，易受光、热、湿度等应用环境的影响，使用性能下降。项目突破了这些难题。”徐毅明表示。

　　产业化“变现”成果十分丰硕

　　一项先进的技术，只有不“深藏”在实验室，而是真正落地，实现大规模产业化生产，才是“王道”。纤维用功能母粒制备技术就做到了这一点。

　　该技术这几年的产业化成果丰硕，不仅“催生”了母粒这一细分领域的一家上市公司，还在聚酯行业实现了“遍地开花”式的广泛应用，技术“变现”能力十分强。

　　上海朗亿功能材料有限公司总经理唐晓峰介绍，公司目前已经建立了百吨级介孔磷酸锆及担载金属离子抗菌材料生产线，建成了年产3000吨抗菌、耐水解功能材料及其母粒专有生产线。

　　凭借在纤维母粒领域形成的自主核心技术，宝丽迪铸就了核心竞争力，公司业绩快速增长，并顺利上市。

　　宝丽迪建立了年产1万吨的纤维用功能材料及其母粒专有生产线，实现了抗菌、远红外、导电、亲水阳离子易染色、阻燃，以及阻燃抗水解等功能聚酯母粒的规模化生产。目前，宝丽迪的核心产品为原液着色和功能改性化纤母粒，母粒年产能为6万吨，涵盖了聚酯和尼龙6两大种类、10个系列产品。

　　徐毅明介绍，2022年公司的营业收入保持增长。公司已经熟练掌握颜染料的液相分散技术，开发出节能减排、绿色环保型黑色色浆、彩色色浆、功能色浆等浆料。随着公司色浆产品的成功开发，以及相关产品市场销售的稳定，公司在化纤原液着色方式上已形成了全覆盖。

　　财报数据显示，2021年宝丽迪盈利10325.19万元，2022年预计盈利4500万元-4900万元。

　　项目技术在大型熔体直纺聚酯龙头企业实现了大量应用，比如江苏国望高科纤维有限公司、福建百宏聚纤科技实业有限公司、仪征化纤等。

　　百宏聚纤研发部主任陈阿斌介绍，其技术在公司的熔体直纺装置上实现了长效抗菌、吸光发热、复合抗菌等功能性涤纶的规模化生产，包括83D/48F的FDY、83D/144F的FDY、167D/144F的FDY等规格。产品的制成率大于95%，AA率大于96%。

　　在仪征化纤，其技术实现了常压易染、亲水仿棉、再生聚酯等功能纤维的规模化生产，包括55D/36F的FDY、167D/144F的FDY和150D/48F的DTY等，产品广泛用于服装、汽车内饰等领域。

　　值得注意的是，运用项目技术开发的抗静电/导电、电磁波屏蔽、隐身与防透、光热湿舒适、阻燃抗熔滴等纤维，被无锡308所、扬州斯帕克和军需装备所等单位推荐在装备防护、军装上选型应用。

　　此外，技术还首次实现了耐水解、阻燃聚乳酸纤维的制备，生产的纤维耐水解稳定性提升了2-7倍。

　　在工业丝领域，其技术在百宏、江苏索力得新材料集团有限公司的生产装置上，首次实现了840D/192F、420D/96F、930D/192F等规格的高强阻燃、阻燃有色、阻燃远红外等涤纶工业丝的生产。纤维强力大于7.5cN/dtex，能够满足消防管带、防伪遮盖等应用领域的需求。

　　“项目的成果非常丰硕，形成了良好的社会效益和经济效益，全面提升了我国纤维母粒的国际竞争力，也为我国纤维制备与纺织织造技术提供了关键的功能元素，有力支撑了纺织化纤行业的创新发展和同步升级。”王华平说。