聚酯纤维及其制备方法
阅读说明：本技术 聚酯纤维及其制备方法 (Polyester fiber and method for producing same ) 是由 吉鹏 王华平 王朝生 徐毅明 徐虎明 谢伟 于 2021-10-25 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种聚酯纤维及其制备方法,制备方法为：将功能母粒与聚酯共混后熔融纺丝制得聚酯纤维；功能母粒的制备过程包括：将二元酸、二元醇和酸酐进行酯化反应得到端基为羟基的酯化产物；将酯化产物与含有羟基封端聚硅氧烷的改性组分浆料混合后进行缩聚反应制得功能母粒；制得的聚酯纤维具有皮芯结构,皮层为功能母粒,芯层为聚酯。本发明的制备方法简单,制得的聚酯纤维力学性能和耐磨性能优良,在洗涤过程中形成的微塑料少。(The invention relates to a polyester fiber and a preparation method thereof, wherein the preparation method comprises the following steps: blending the functional master batch and polyester, and then carrying out melt spinning to obtain polyester fiber; the preparation process of the functional master batch comprises the following steps: carrying out esterification reaction on dibasic acid, dihydric alcohol and acid anhydride to obtain an esterification product with a hydroxyl end group; mixing the esterification product with modified component slurry containing hydroxyl terminated polysiloxane, and then carrying out polycondensation reaction to obtain functional master batches; the prepared polyester fiber has a skin-core structure, wherein the skin layer is functional master batch, and the core layer is polyester. The preparation method is simple, the prepared polyester fiber has excellent mechanical property and wear resistance, and little micro plastic is formed in the washing process.)
技术领域
本发明属于聚酯制备领域，涉及一种聚酯纤维及其制备方法。
背景技术
聚酯纤维是纺织基础原材料，其中以PET聚酯纤维为代表的品种，2020年我国的产量已经超过了5000万吨，处于绝对领先的地位。聚酯纤维作为纺织基础原材料，对国民经济起到了重要作用。但是近年来随着人类对环保意识的不断增强，研究发现我们淡水中60%的微塑料来自洗衣纤维。当我们洗衣物时超细纤维会脱落，它们最终会进入废水处理设施，然后从那里进入湖泊和其他大型水体。天然材料也会在洗衣机和烘干机中脱落纤维，但微生物能够消化它们，而合成纺织品制成的纤维却不是这样。这些是不可生物降解的，可能会在生态系统中逗留几个世纪。微塑料颗粒进入大自然后不仅会破坏生态环境，还会被水生和海洋生物摄取，对生物本身造成物理危害，另外，由于微塑料不易降解，使它很容易在不同的生物体内富集并随着食物链传递最终可能会对人类健康造成有害影响。
通常将粒径<5mm的塑料定义为微塑料，其中来源纺织品的微塑料，一般称为纤维微塑料。纤维微塑料是微塑料的一种重要存在形态，属于环境污染物范畴。全球海洋中微塑料总排放量为每年150万吨，同时报告也指出来自纺织品洗涤脱落的纤维约占34.8%，即每年52万吨。因此作为纺织基础原材料的聚酯纤维如何实现在洗涤过程中减少脱落形成微塑料是重要的发展方向。鉴于我国是纺织大国，在全球纺织品及纤维加工产业链中具有举足轻重的地位，研究纤维微塑料有助于推动我国纺织化纤行业健康可持续发展。
为研究纤维微塑料的削减手段和策略，需要理清纤维微塑料的主要来源。目前普遍认为，纺织品服役过程中的物理磨损和洗涤维护过程是产生纤维微塑料的重要原因。纤维制品在洗涤过程在外界热、力等多重因素作用下发生磨损、断裂导致脱落进而形成纤维微塑料。
纤维力学强度低、耐磨性不足是导致使用过程中纤维微塑料形成及脱落的根本原因。从纤维和纺织品功能化设计的角度，通过纺织品结构设计强化纤维基体的耐摩擦性是削减纤维微塑料产生量的重要途径。Carbohydrate Polymers期刊上报道了一项通过在聚酰亚胺织物上进行涂层化保护处理解决织物在洗涤机械作用下导致的表面磨损和大量纤维微塑料脱落的问题的技术，具体过程为：首先将果胶（一种存在于植物细胞壁中的天然多糖）用甲基丙烯酸缩水甘油酯改性以降低水溶性，从而避免涂覆层洗涤时发生溶解而失去保护作用，再通过交联反应将改性后的果胶接枝在聚酰胺织物表面。经过多次洗涤后发现，纤维微塑料的释放量明显减少。简单的涂层处理虽然实现在一定程度上对纤维微塑料的抑制，但是随着洗涤次数的增加涂层也会逐渐脱落。
从以上的公开资料中可以看出为了实现纤维微塑料的降低，目前还没有形成系统性技术方案。研制生物可降解聚酯纤维，在洗涤脱落过程中形成的微塑料尽可能实现降解，从而减少对环境的污染，虽然可以实现某些特定领域用的纤维材料在废弃后再特定环境下实现生物可降解，但是由于现有的生物可降解聚酯纤维力学性能普遍较低，比较容易形成纤维微塑料，在排放到水体系中尤其是深海中不具备生物堆肥降解的条件，很难真正意义上实现生物可降解；研制具有强度高、耐磨性好的纤维材料或纤维制品可以实现本质上性能的提升。
针对量大面广的聚酯纤维，如果有效地实现在洗涤过程中形成的纤维微塑料少变得十分有意义。
发明内容
为解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种聚酯纤维及其制备方法。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种聚酯纤维的制备方法，将功能母粒与聚酯共混后熔融纺丝制得聚酯纤维；
功能母粒的制备过程包括：将二元酸、二元醇和酸酐进行酯化反应得到端基为羟基的酯化产物；将酯化产物与含有羟基封端聚硅氧烷的改性组分浆料混合后进行缩聚反应制得功能母粒，在此过程中，酯化产物与羟基封端聚硅氧烷发生酯交换反应，在真空环境下脱出小分子的二元醇（就是酯化产物封端的二元醇），使得羟基封端聚硅氧烷接入到聚酯的分子链中。
作为优选的技术方案：
如上所述的一种聚酯纤维的制备方法，含有羟基封端聚硅氧烷的改性组分浆料中还含有无机纳米成核剂、热稳定剂和抗氧化剂。
如上所述的一种聚酯纤维的制备方法，功能母粒的制备步骤如下：
（1）酯化反应；
将二元酸、二元醇、酸酐及催化剂按照一定的摩尔比进行酯化反应，至达到指定出水量得到酯化产物；
（2）配置改性组分浆料；
将羟基封端聚硅氧烷、无机纳米成核剂、热稳定剂和抗氧化剂混合打浆得到改性组分浆料；热稳定剂、抗氧化剂的作用是为了防止聚合物在高温环境下发生的副反应，酯化反应与缩聚反应相比，缩聚反应温度更高，更容易发生聚合物的副反应；无机纳米成核剂是小尺寸的无机颗粒，需要进行分散，酯化后添加时此次添加羟基封端聚硅氧烷改性组分，羟基封端聚硅氧烷组分具有一定的分子量，具有一定的空间位阻，可以防止粉体之间发生团聚，混合过程中粉体间接起到分散的作用；
（3）缩聚反应；
将酯化产物与改性组分浆料按照一定的比例混合后进行缩聚反应得到功能母粒。
如上所述的一种聚酯纤维的制备方法，步骤（1）中，二元酸与二元醇的摩尔比为1:1.1~2.0；酸酐与二元醇的摩尔比为0.05~0.2:1（酸酐的量要严苛控制在一定范围内，为了使酸酐充分反应接入到聚酯主链中，本发明中必须控制酸酐与二元醇的摩尔比在一定范围内实现酸酐的充分反应；同时酸酐的量又不能太少否则会导致制备形成的功能母粒的功能改善有限，无法满足使用的要求；基于以上的原则控制酸酐与二元醇的摩尔比为0.05~0.2:1）；催化剂的添加量为二元酸质量的20~200ppm；
二元酸为对苯二甲酸、间苯二甲酸、丁二酸、己二酸、辛二酸和癸二酸中一种以上；二元醇为乙二醇、丙二醇、丁二醇和戊二醇中的一种以上；酸酐为均苯四甲酸酐、环戊烷四酸二酐、二苯酮四酸二酐、偏苯三酸酐和偏苯四酸二酐中的一种以上；催化剂为乙二醇锑、三氧化二锑、醋酸锑、钛酸四丁酯、乙二醇钛和钛酸四异丙酯中的一种以上；
酯化反应的温度为180~260℃，压力为0.01~0.5MPa，指定出水量为理论出水量的90~98%（即当酯化反应出水量达到理论出水量的90~98%时，完成反应）；本发明酯化反应的温度控制在180~260℃，相对偏低；这是因为本发明中引入的酸酐反应活性较高，在酯化反应过程中与水结合后迅速形成多羧基官能团，然后与羟基进行酯化反应；但是温度并不是可以设定为很低，因为必须满足反应的基本要求；因此反应要控制在180℃以上，虽然反应温度的提升会加速酯化反应的进行，但是也会伴随着系列副反应的产生，在本发明中当酯化反应增加至超过260℃后二元醇之间发生的自缩聚形成醚副反应会增加，导致会以副反应为主的酯化；出水量反映的是酯化反应程度，当酯化反应到一定程度后通过继续延长反应时间酯化率提高极为有限，与此同时副反应变得越来越占据主导；因此当酯化反应也就是出水量到达一定程度后就停止进入缩聚反应阶段。
如上所述的一种聚酯纤维的制备方法，步骤（2）中，无机纳米成核剂的添加量为羟基封端聚硅氧烷质量的0.1~2.0wt%；热稳定剂的添加量为羟基封端聚硅氧烷质量的50~500ppm；抗氧化剂的添加量为羟基封端聚硅氧烷质量的50~500ppm；
羟基封端聚硅氧烷的数均分子量大小为1000~8000g/mol；无机纳米成核剂为硫酸钡粉体，平均粒径为20~100nm；热稳定剂为磷酸三甲酯、烷基磷酸二酯和三（壬苯基）亚磷酸酯中的一种以上；抗氧化剂为抗氧化剂1010、抗氧化剂168和抗氧化剂616中的一种以上；
混合打浆的搅拌速度为200~1000r/min，温度为60~120℃。
如上所述的一种聚酯纤维的制备方法，步骤（3）中，酯化产物与改性组分浆料的质量比为8:2~4:6；本发明是采用酯化产物与改性组分浆料进行反应制备得到功能母粒；母粒里面功能组分含量要相对比较高，如果含量太低则达不到母粒的效果；因为母粒不直接去纺丝成形，需要按照一定的比例稀释到改性对象中去，一般聚酯功能母粒是按照10%以内的含量加入到聚酯中混合纺丝成形；理想化的母粒是功能组分含量越高越好，但是功能组分一般不能单独制备成母粒，需借助一定的聚合物载体，一方面是为了借助载体提高与聚酯熔体之间的混合相容性，另外也是与载体相结合起来实现具有一定的热稳定性等，因此需要将功能组分与载体按照一定比例组合；本发明中是将酯化产物与改性组分按照比例进行混合缩聚形成功能母粒；改性组分最高混合比例为60%，再高比例会导致功能母粒中酯化产物组分含量太少，制备的功能母粒结晶能力下降太大且功能母粒中因酯化产物组分太低，功能母粒与聚酯共混相容性下降显著，相分离加剧而不再是本发明提出的微相分离，会导致纺丝困难；
缩聚反应分为预缩聚反应和终缩聚反应两个阶段；预缩聚反应的温度为220~270℃，压力为0.5~1.0KPa，时间为0.5~2.5h，搅拌速率为5~15rpm；终缩聚反应的温度为240~280℃，压力为20~200Pa，时间为1.0~5.0h；缩聚反应是分子量实现增加的一个过程，缩聚反应的进行需要一定的反应温度、催化剂及反应时间；本发明中缩聚反应温度要在酯化产物的熔点之上，才可以进行，所以必须要高于一定的温度，本发明中因为引入酸酐组分，反应活性较高，因此缩聚温度较现有技术稍有下降，但是要高于220℃，但是缩聚温度不是越高缩聚反应就会一直处于增加的状态，必须要控制一定范围内才可以，否则聚酯会发生热分解；本发明中预缩聚阶段真空度要小于终缩聚阶段，预缩聚过程可能残余的氧含量高于终缩聚，因此温度控制上要低于终缩聚反应。
如上所述的一种聚酯纤维的制备方法，功能母粒的数均分子量（基于GPC测试得到）为10000~40000g/mol，分子量分布指数（基于GPC测试得到）为2.0~4.0，动力粘度（在测试的聚合物熔点以上10~20℃、剪切速率在50s-1条件下测试得到）为50~100Pa·s，冷却结晶温度（采用DSC即差示扫描量热法测试得到的）为100~200℃，半结晶时间t1/2（采用DSC即差示扫描量热法测试得到的）为2~8min，结晶焓（采用DSC即差示扫描量热法测试得到的）为20~40J/g，结晶度（采用DSC即差示扫描量热法测试得到的）为20~40%。
如上所述的一种聚酯纤维的制备方法，共混物中功能母粒的含量为2.0~10.0wt%（即功能母粒的质量加入量为功能母粒与聚酯的质量加入量之和的2.0~10.0wt%）；熔融纺丝得到的产品可以是POY丝、FDY丝、短纤维及无纺布等等；相对于对比样，聚酯纤维的粘流活化能下降10~30%，纺丝温度下降5~20℃，熔融纺丝速度提升10~30%，纤维断裂伸长率提升20~40%，对比样的制备过程基本同聚酯纤维，不同之处仅在于不加入功能母粒；
粘流活化能是描述材料粘-温依赖性的物理量，定义为流动过程中，流动单元（对高分子材料而言即链段）用于克服位垒，由原位置跃迁到附近“空穴”所需的最小能量；粘流活化能(Eη)是聚合物流体对温度敏感程度的一种衡量；聚合物分子链越柔顺，Eη越低；当分子链中含有苯环、极性基团或者较大的侧基时，分子链的柔顺性大幅降低，此时聚合物的Eη就会增大；Eη越大，聚合物流体的黏度对温度的敏感性越大，可纺性越差；在较小的温度范围内，聚合物流体的黏度与温度的关系符合Arrheniuus方程，即η = Aexp( Eη /RT)；其中，A为常数；Eη为粘流活化能，kJ/mol；η为表观黏度，Pa·s；T为绝对温度，K；R为气体常数，8.314J/( mol·K)；通过对不同剪切速率下的Lnη与1/T做图，线性拟合后即可得到LnA(直线的截距)，Eη/R(直线的斜率)，从而可求出在不同剪切速率下熔体的粘流活化能；
本发明中的纺丝是熔融纺丝，是通过热加工的方式将聚合物完全熔融后通过一定的压力实现流程，熔体的流动性一方面受到本身分子结构的影响同时熔融温度等这些外界因素也起到十分重要的影响；在一定的范围内实现熔体的流动，温度较低时导致熔体流动中阻力增加，表现出流动性较差，在管道中停留时间延长，会使得熔体发生品质下降（随着时间的延长，熔体分子量下降，色泽变差）；因此必须要控制熔体在最低的温度之上进行纺丝；本发明纺丝温度下降5~20℃，是指相对于对比样最低纺丝温度（即在保证可纺的条件下，其所适用的纺丝温度下限）的下降值；同理，熔融纺丝速度是比对比样最高纺丝速度（即在保证可纺的条件下，其所适用的纺丝速度上限）提升10~30%。
本发明还提供采用如上任一项所述的制备方法制得的聚酯纤维，具有皮芯结构，皮层为所述功能母粒，芯层为所述聚酯；功能母粒具有优异的流动特性，剪切变稀显著，与聚酯共混后熔融纺丝制备得到的纤维形成微相结构，其中功能母粒分布纤维的皮层，聚酯分布在纤维的芯层，因此最终得到的纤维具有皮芯结构。
作为优选的技术方案：
如上所述的聚酯纤维，皮层的厚度为0.5~2μm，芯层的直径为10~20μm；聚酯纤维的无油丝特性粘度降≤0.01dL/g；聚酯纤维的静态摩擦系数≤0.20，动态摩擦系数≤0.40；相对于对比样，聚酯纤维在洗涤过程中所形成的微塑料数量下降80%以上，对比样的制备过程基本同聚酯纤维，不同之处仅在于不加入功能母粒；
“无油丝特性粘度降”是指测试无油丝这个阶段的纤维特性粘度，方法是采用乌氏粘度计进行测试；
在洗涤过程中形成的微塑料的量的测试步骤如下：
（1）将纤维打样成同一个织物，织物规格一致，根据红外光谱确定织物的成分信息，通过SEM观察织物的结构等；洗涤样品可为整件衣物或裁剪成20cm x 20cm的正方形布料（边缘采用0.5cm的棉线缝合）；
（2）采用海尔洗衣机（型号：G70758BX12S），将1~3kg的织物放入洗衣机中，倒入10~30g的洗衣液，0~20ml的柔顺剂，洗涤程序为混合洗，洗涤水温30~60℃，甩干速率600~1200rpm，漂洗次数2次，水位低，洗涤时间50~80min，在洗衣机的排水口配备40L储水桶，收集洗涤废水；
（3）选择25~50μm、300~500μm的滤网对洗涤废水进行分级过滤；测量全部收集水的体积V0（升），搅拌均匀后从中取出1升水进行过滤；滤网在收集前放置于25℃、65%RH的恒温恒湿箱中至恒重，称重记为m0，过滤后再次将滤网放置于25℃、65%RH的恒温恒湿箱中至恒重，称重记为m1，则释放的微塑料的质量m=（m1-m0）V0，观察收集的微塑料长度、直径。
本发明的原理如下：
本发明在聚酯熔融纺丝过程中加入了功能母粒，功能母粒是由端基为羟基的酯化产物与含有羟基封端聚硅氧烷的改性组分浆料混合后进行缩聚反应制得的，端基为羟基的酯化产物由二元酸、二元醇和酸酐通过酯化反应生成；
制备功能母粒的过程中加入了具有支化结构的酸酐，从而在聚酯分子链中引入了具有支化结构的酸酐组分，使得功能母粒的流动性好，在与聚酯熔融共混中功能母粒起到增塑促进流动的作用，显著降低了聚酯熔体的粘流活化能，聚酯熔体可以在较低温度下实现熔体的流动，进而进一步降低了纺丝成形需要的温度，减少了聚酯熔体粘度降，同时提高了熔体的塑性拉伸性能，提升了纤维的力学性能。纤维及其制品在洗涤过程中形成微塑料重要的原因是纤维发生断裂脱落形成的，本发明中通过熔体品质提升纤维的强度，在相同的洗涤条件下本发明强度更高的纤维所发生的断裂几率变小，所形成的微塑料的量也变少。
制备功能母粒的过程中加入了聚硅氧烷，一方面聚硅氧烷的流动性能优异，接入到聚酯分子链后降低了聚酯的熔融纺丝成形温度，减少了聚酯熔体粘度降，同时提高了熔体的塑性拉伸性能，提升了纤维的力学性能，在相同的洗涤条件下本发明强度更高的纤维所发生的断裂几率变小，所形成的微塑料的量也变少；另一方面聚硅氧烷的表面能低，润滑性好，减低了聚酯纤维的摩擦阻力，提高了聚酯纤维的耐磨性能，引入的聚硅氧烷降低了纤维的摩擦系数，意味着纤维与纤维、纤维与洗衣机等这些情况下纤维受损的几率下降，同时主要在纤维表面的聚硅氧烷组分的耐磨性好，在相同的机械作用力下更不易被磨损发生断裂；同时聚硅氧烷还具有一定的疏水作用，减少了在洗涤过程中聚酯纤维与水的接触，疏水的作用减缓了水分子与纤维中酯键的结合，大大减少了酯键的水解，这样纤维的强度得以保持，因而能够减少在洗涤过程中形成的微塑料的量。
有益效果：
（1）本发明的一种聚酯纤维的制备方法简单，显著降低了聚酯纤维在洗涤过程中形成的微塑料的量；
（2）本发明的一种聚酯纤维的制备方法，添加的功能母粒可以在聚酯共混挤出过程中在剪切作用力下，向熔体外层迁移，功能组分向纤维的表层分布，从而起到功能组分的最大改性效果，同时功能母粒中聚硅氧烷组分因酯键作用连接在聚酯分子链中，保证了与聚酯具有一定相似相容性；
（3）本发明的一种聚酯纤维，皮层的功能母粒具有良好的结晶性能，不会因为高比例的共聚组分的引入而不具有结晶性能（功能母粒的制备中是将羟基封端聚硅氧烷、无机纳米成核剂、热稳定剂和抗氧化剂混合打浆得到改性组分浆料，再将改性组分浆料与酯化物进行缩聚制备得到的；改性组分中含有一定比例的无机纳米成核剂，本身不参与反应但是在功能母粒中起到促进结晶的作用，提升功能母粒的结晶能力），从而保证了实际应用价值，功能母粒的使用可以通过调控添加量实现对纤维性能进行调节，具有简单灵活的特点，有利于推广应用。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
一种聚酯纤维的制备方法，具体步骤如下：
（1）原料的准备；
二元酸：对苯二甲酸；
二元醇：乙二醇；
酸酐：均苯四甲酸酐；
催化剂：乙二醇锑；
数均分子量为1000g/mol的羟基封端聚硅氧烷；
无机纳米成核剂：平均粒径为20nm的硫酸钡粉体；
热稳定剂：磷酸三甲酯；
抗氧化剂：抗氧化剂1010；
（2）酯化反应；
将二元酸、二元醇、酸酐及催化剂混合后，进行酯化反应，酯化反应的温度为180℃，压力为0.5MPa，至出水量达到理论出水量的92%得到酯化产物；其中，二元酸与二元醇的摩尔比为1:1.1；酸酐与二元醇的摩尔比为0.05:1；催化剂的添加量为二元酸质量的20ppm；
（3）配置改性组分浆料；
将羟基封端聚硅氧烷、无机纳米成核剂、热稳定剂和抗氧化剂，在温度为60℃的条件下以1000r/min的搅拌速度混合打浆得到改性组分浆料；其中，无机纳米成核剂的添加量为羟基封端聚硅氧烷质量的0.1wt%；热稳定剂的添加量为羟基封端聚硅氧烷质量的50ppm；抗氧化剂的添加量为羟基封端聚硅氧烷质量的50ppm；
（4）缩聚反应；
将酯化产物与改性组分浆料按照质量比为8:2混合后，先在温度为220℃、压力为1KPa、搅拌速率为15rpm的条件下进行时间为2.5h的预缩聚反应，再在温度为240℃、压力为200Pa的条件下进行时间为5h的终缩聚反应，得到功能母粒；
制得的功能母粒的数均分子量为40000g/mol，分子量分布指数为2，动力粘度为100Pa·s，冷却结晶温度为120℃，半结晶时间t1/2为7min，结晶焓为22J/g，结晶度为24%；
（5）聚酯纤维的制备；
将功能母粒与聚酯共混后熔融纺丝制得聚酯纤维；其中，共混物中功能母粒的含量为6wt%；
相对于对比样，聚酯纤维的粘流活化能下降10%，纺丝温度下降6℃，熔融纺丝速度提升12%，纤维断裂伸长率提升24%，对比样的制备过程基本同聚酯纤维，不同之处仅在于不加入功能母粒。
制得的聚酯纤维，具有皮芯结构，皮层为功能母粒，芯层为聚酯；皮层的厚度为0.8μm，芯层的直径为18μm；聚酯纤维的无油丝特性粘度降为0.002dL/g，静态摩擦系数为0.19，动态摩擦系数为0.35；相对于对比样，聚酯纤维在洗涤过程中所形成的微塑料数量下降81%。
对比例1
一种聚酯纤维的制备方法，基本同实施例1，不同之处仅在于步骤（2）的酯化反应中未添加酸酐（均苯四甲酸酐）。
制得的功能母粒的数均分子量为20000g/mol，分子量分布指数为1.5，动力粘度为1000Pa·s，冷却结晶温度为180℃，半结晶时间t1/2为3min，结晶焓为30J/g，结晶度为32%。
相对于对比样，聚酯纤维的粘流活化能下降5%，纺丝温度下降2℃，熔融纺丝速度提升2%，纤维断裂伸长率提升5%，对比样的制备过程基本同聚酯纤维，不同之处仅在于不加入功能母粒。
制得的聚酯纤维，具有皮芯结构，皮层为功能母粒，芯层为聚酯；聚酯纤维的无油丝特性粘度降为0.005dL/g，静态摩擦系数为0.25，动态摩擦系数为0.45；相对于对比样，聚酯纤维在洗涤过程中所形成的微塑料数量下降30%。
将实施例1与对比例1对比可以看出在聚酯分子链中引入具有支化结构的酸酐组分会使得功能母粒的流动性好，在与聚酯熔融共混中功能母粒起到增塑促进流动的作用，显著降低了聚酯熔体的粘流活化能，聚酯熔体可以在较低温度下实现熔体的流动，进而进一步降低了纺丝成形需要的温度，减少了聚酯熔体粘度降，同时提高了熔体的塑性拉伸性能，提升了纤维的力学性能。
对比例2
一种聚酯纤维的制备方法，基本同实施例1，不同之处仅在于将步骤（3）中的羟基封端聚硅氧烷替换成二元醇（乙二醇）。
制得的功能母粒的数均分子量为35000g/mol，分子量分布指数为1.8，动力粘度为500Pa·s，冷却结晶温度为100℃，半结晶时间t1/2为10min，结晶焓为18J/g，结晶度为20%。
相对于对比样，聚酯纤维的粘流活化能下降6%，纺丝温度下降3℃，熔融纺丝速度提升6%，纤维断裂伸长率提升8%，对比样的制备过程基本同聚酯纤维，不同之处仅在于不加入功能母粒。
制得的聚酯纤维，具有皮芯结构，皮层为功能母粒，芯层为聚酯；聚酯纤维的无油丝特性粘度降为0.008dL/g，静态摩擦系数为0.30，动态摩擦系数为0.50；相对于对比样，聚酯纤维在洗涤过程中所形成的微塑料数量下降10%。
将实施例1与对比例2对比可以看出羟基封端聚硅氧烷的引入提升了母粒的流动性能，接入到聚酯分子链后降低了聚酯的熔融纺丝成形温度，减少了聚酯熔体粘度降，同时提高了熔体的塑性拉伸性能，提升了纤维的力学性能，在相同的洗涤条件下，实施例1的纤维所发生的断裂几率变小，所形成的微塑料的量也变少；另一方面羟基封端聚硅氧烷的表面能低，润滑性好，减低了聚酯纤维的摩擦阻力，提高了聚酯纤维的耐磨性能，引入的羟基封端聚硅氧烷降低了纤维的摩擦系数，意味着纤维与纤维、纤维与洗衣机等这些情况下纤维受损的几率下降，同时主要在纤维表面羟基封端聚硅氧烷组分耐磨性好，在相同的机械作用力下更不易被磨损发生断裂；同时羟基封端聚硅氧烷还具有一定的疏水作用，减少了在洗涤过程中聚酯纤维与水的接触，疏水的作用减缓了水分子与纤维中酯键的结合，大大减少了酯键的水解，这样纤维的强度得以保持，因而能够减少在洗涤过程中形成的微塑料的量。
实施例2
一种聚酯纤维的制备方法，具体步骤如下：
（1）原料的准备；
二元酸：间苯二甲酸；
二元醇：丙二醇；
酸酐：环戊烷四酸二酐；
催化剂：三氧化二锑；
数均分子量为2000g/mol的羟基封端聚硅氧烷；
无机纳米成核剂：平均粒径为40nm的硫酸钡粉体；
热稳定剂：烷基磷酸二酯；
抗氧化剂：抗氧化剂168；
（2）酯化反应；
将二元酸、二元醇、酸酐及催化剂混合后，进行酯化反应，酯化反应的温度为190℃，压力为0.4MPa，至出水量达到理论出水量的93%得到酯化产物；其中，二元酸与二元醇的摩尔比为1:1.2；酸酐与二元醇的摩尔比为0.07:1；催化剂的添加量为二元酸质量的40ppm；
（3）配置改性组分浆料；
将羟基封端聚硅氧烷、无机纳米成核剂、热稳定剂和抗氧化剂，在温度为70℃的条件下以900r/min的搅拌速度混合打浆得到改性组分浆料；其中，无机纳米成核剂的添加量为羟基封端聚硅氧烷质量的0.3wt%；热稳定剂的添加量为羟基封端聚硅氧烷质量的100ppm；抗氧化剂的添加量为羟基封端聚硅氧烷质量的150ppm；
（4）缩聚反应；
将酯化产物与改性组分浆料按照质量比为7:3混合后，先在温度为225℃、压力为0.9KPa、搅拌速率为14rpm的条件下进行时间为2h的预缩聚反应，再在温度为250℃、压力为170Pa的条件下进行时间为4.5h的终缩聚反应，得到功能母粒；
制得的功能母粒的数均分子量为35000g/mol，分子量分布指数为3.2，动力粘度为75Pa·s，冷却结晶温度为140℃，半结晶时间t1/2为6.5min，结晶焓为26J/g，结晶度为28%；
（5）聚酯纤维的制备；
将功能母粒与聚酯共混后熔融纺丝制得聚酯纤维；其中，共混物中功能母粒的含量为6wt%；
相对于对比样，聚酯纤维的粘流活化能下降12%，纺丝温度下降8℃，熔融纺丝速度提升13%，纤维断裂伸长率提升25%，对比样的制备过程基本同聚酯纤维，不同之处仅在于不加入功能母粒。
制得的聚酯纤维，具有皮芯结构，皮层为功能母粒，芯层为聚酯；皮层的厚度为0.9μm，芯层的直径为16μm；聚酯纤维的无油丝特性粘度降为0.004dL/g，静态摩擦系数为0.18，动态摩擦系数为0.36；相对于对比样，聚酯纤维在洗涤过程中所形成的微塑料数量下降82%。
实施例3
一种聚酯纤维的制备方法，具体步骤如下：
（1）原料的准备；
二元酸：丁二酸；
二元醇：丁二醇；
酸酐：二苯酮四酸二酐；
催化剂：醋酸锑；
数均分子量为3000g/mol的羟基封端聚硅氧烷；
无机纳米成核剂：平均粒径为50nm的硫酸钡粉体；
热稳定剂：三（壬苯基）亚磷酸酯；
抗氧化剂：抗氧化剂616；
（2）酯化反应；
将二元酸、二元醇、酸酐及催化剂混合后，进行酯化反应，酯化反应的温度为200℃，压力为0.3MPa，至出水量达到理论出水量的95%得到酯化产物；其中，二元酸与二元醇的摩尔比为1:1.3；酸酐与二元醇的摩尔比为0.09:1；催化剂的添加量为二元酸质量的70ppm；
（3）配置改性组分浆料；
将羟基封端聚硅氧烷、无机纳米成核剂、热稳定剂和抗氧化剂，在温度为80℃的条件下以800r/min的搅拌速度混合打浆得到改性组分浆料；其中，无机纳米成核剂的添加量为羟基封端聚硅氧烷质量的0.6wt%；热稳定剂的添加量为羟基封端聚硅氧烷质量的200ppm；抗氧化剂的添加量为羟基封端聚硅氧烷质量的250ppm；
（4）缩聚反应；
将酯化产物与改性组分浆料按照质量比为4:6混合后，先在温度为230℃、压力为0.8KPa、搅拌速率为13rpm的条件下进行时间为1.6h的预缩聚反应，再在温度为260℃、压力为140Pa的条件下进行时间为4h的终缩聚反应，得到功能母粒；
制得的功能母粒的数均分子量为30000g/mol，分子量分布指数为3.5，动力粘度为50Pa·s，冷却结晶温度为160℃，半结晶时间t1/2为6min，结晶焓为28J/g，结晶度为30%；
（5）聚酯纤维的制备；
将功能母粒与聚酯共混后熔融纺丝制得聚酯纤维；其中，共混物中功能母粒的含量为6wt%；
相对于对比样，聚酯纤维的粘流活化能下降14%，纺丝温度下降7℃，熔融纺丝速度提升15%，纤维断裂伸长率提升26%，对比样的制备过程基本同聚酯纤维，不同之处仅在于不加入功能母粒。
制得的聚酯纤维，具有皮芯结构，皮层为功能母粒，芯层为聚酯；皮层的厚度为1.2μm，芯层的直径为14μm；聚酯纤维的无油丝特性粘度降为0.006dL/g，静态摩擦系数为0.15，动态摩擦系数为0.38；相对于对比样，聚酯纤维在洗涤过程中所形成的微塑料数量下降85%。
实施例4
一种聚酯纤维的制备方法，具体步骤如下：
（1）原料的准备；
二元酸：己二酸；
二元醇：戊二醇；
酸酐：质量比为1:1的偏苯三酸酐和偏苯四酸二酐的混合物；
催化剂：钛酸四丁酯；
数均分子量为4000g/mol的羟基封端聚硅氧烷；
无机纳米成核剂：平均粒径为70nm的硫酸钡粉体；
热稳定剂：烷基磷酸二酯；
抗氧化剂：抗氧化剂1010；
（2）酯化反应；
将二元酸、二元醇、酸酐及催化剂混合后，进行酯化反应，酯化反应的温度为210℃，压力为0.2MPa，至出水量达到理论出水量的94%得到酯化产物；其中，二元酸与二元醇的摩尔比为1:1.4；酸酐与二元醇的摩尔比为0.11:1；催化剂的添加量为二元酸质量的100ppm；
（3）配置改性组分浆料；
将羟基封端聚硅氧烷、无机纳米成核剂、热稳定剂和抗氧化剂，在温度为90℃的条件下以700r/min的搅拌速度混合打浆得到改性组分浆料；其中，无机纳米成核剂的添加量为羟基封端聚硅氧烷质量的1wt%；热稳定剂的添加量为羟基封端聚硅氧烷质量的300ppm；抗氧化剂的添加量为羟基封端聚硅氧烷质量的300ppm；
（4）缩聚反应；
将酯化产物与改性组分浆料按照质量比为8:2混合后，先在温度为240℃、压力为0.7KPa、搅拌速率为12rpm的条件下进行时间为1.4h的预缩聚反应，再在温度为270℃、压力为80Pa的条件下进行时间为3.5h的终缩聚反应，得到功能母粒；
制得的功能母粒的数均分子量为25000g/mol，分子量分布指数为2.5，动力粘度为70Pa·s，冷却结晶温度为170℃，半结晶时间t1/2为5min，结晶焓为30J/g，结晶度为32%；
（5）聚酯纤维的制备；
将功能母粒与聚酯共混后熔融纺丝制得聚酯纤维；其中，共混物中功能母粒的含量为6wt%；
相对于对比样，聚酯纤维的粘流活化能下降16%，纺丝温度下降10℃，熔融纺丝速度提升14%，纤维断裂伸长率提升32%，对比样的制备过程基本同聚酯纤维，不同之处仅在于不加入功能母粒。
制得的聚酯纤维，具有皮芯结构，皮层为功能母粒，芯层为聚酯；皮层的厚度为1.4μm，芯层的直径为17μm；聚酯纤维的无油丝特性粘度降为0.005dL/g，静态摩擦系数为0.16，动态摩擦系数为0.35；相对于对比样，聚酯纤维在洗涤过程中所形成的微塑料数量下降90%。
实施例5
一种聚酯纤维的制备方法，具体步骤如下：
（1）原料的准备；
二元酸：辛二酸；
二元醇：乙二醇；
酸酐：质量比为1:1的偏苯四酸二酐和二苯酮四酸二酐的混合物；
催化剂：乙二醇钛；
数均分子量为6000g/mol的羟基封端聚硅氧烷；
无机纳米成核剂：平均粒径为85nm的硫酸钡粉体；
热稳定剂：三（壬苯基）亚磷酸酯；
抗氧化剂：抗氧化剂168；
（2）酯化反应；
将二元酸、二元醇、酸酐及催化剂混合后，进行酯化反应，酯化反应的温度为230℃，压力为0.1MPa，至出水量达到理论出水量的90%得到酯化产物；其中，二元酸与二元醇的摩尔比为1:1.5；酸酐与二元醇的摩尔比为0.14:1；催化剂的添加量为二元酸质量的140ppm；
（3）配置改性组分浆料；
将羟基封端聚硅氧烷、无机纳米成核剂、热稳定剂和抗氧化剂，在温度为100℃的条件下以600r/min的搅拌速度混合打浆得到改性组分浆料；其中，无机纳米成核剂的添加量为羟基封端聚硅氧烷质量的1.4wt%；热稳定剂的添加量为羟基封端聚硅氧烷质量的400ppm；抗氧化剂的添加量为羟基封端聚硅氧烷质量的350ppm；
（4）缩聚反应；
将酯化产物与改性组分浆料按照质量比为7:3混合后，先在温度为245℃、压力为0.6KPa、搅拌速率为8rpm的条件下进行时间为1.2h的预缩聚反应，再在温度为275℃、压力为50Pa的条件下进行时间为3h的终缩聚反应，得到功能母粒；
制得的功能母粒的数均分子量为20000g/mol，分子量分布指数为3.6，动力粘度为70Pa·s，冷却结晶温度为180℃，半结晶时间t1/2为4min，结晶焓为32J/g，结晶度为33%；
（5）聚酯纤维的制备；
将功能母粒与聚酯共混后熔融纺丝制得聚酯纤维；其中，共混物中功能母粒的含量为6wt%；
相对于对比样，聚酯纤维的粘流活化能下降20%，纺丝温度下降12℃，熔融纺丝速度提升13%，纤维断裂伸长率提升30%，对比样的制备过程基本同聚酯纤维，不同之处仅在于不加入功能母粒。
制得的聚酯纤维，具有皮芯结构，皮层为功能母粒，芯层为聚酯；皮层的厚度为1.2μm，芯层的直径为16μm；聚酯纤维的无油丝特性粘度降为0.008dL/g，静态摩擦系数为0.18，动态摩擦系数为0.36；相对于对比样，聚酯纤维在洗涤过程中所形成的微塑料数量下降92%。
实施例6
一种聚酯纤维的制备方法，具体步骤如下：
（1）原料的准备；
二元酸：质量比为1:1的对苯二甲酸和癸二酸的混合物；
二元醇：质量比为1:1的乙二醇与丙二醇的混合物；
酸酐：质量比为1:1的均苯四甲酸酐和偏苯三酸酐的混合物；
催化剂：质量比为1:1的乙二醇锑和钛酸四异丙酯的混合物；
数均分子量为7000g/mol的羟基封端聚硅氧烷；
无机纳米成核剂：平均粒径为100nm的硫酸钡粉体；
热稳定剂：质量比为1:1的磷酸三甲酯和烷基磷酸二酯的混合物；
抗氧化剂：质量比为1:1的抗氧化剂1010和抗氧化剂168的混合物；
（2）酯化反应；
将二元酸、二元醇、酸酐及催化剂混合后，进行酯化反应，酯化反应的温度为250℃，压力为0.05MPa，至出水量达到理论出水量的98%得到酯化产物；其中，二元酸与二元醇的摩尔比为1:1.8；酸酐与二元醇的摩尔比为0.17:1；催化剂的添加量为二元酸质量的180ppm；
（3）配置改性组分浆料；
将羟基封端聚硅氧烷、无机纳米成核剂、热稳定剂和抗氧化剂，在温度为110℃的条件下以400r/min的搅拌速度混合打浆得到改性组分浆料；其中，无机纳米成核剂的添加量为羟基封端聚硅氧烷质量的2wt%；热稳定剂的添加量为羟基封端聚硅氧烷质量的500ppm；抗氧化剂的添加量为羟基封端聚硅氧烷质量的500ppm；
（4）缩聚反应；
将酯化产物与改性组分浆料按照质量比为4:6混合后，先在温度为260℃、压力为0.55KPa、搅拌速率为6rpm的条件下进行时间为0.8h的预缩聚反应，再在温度为265℃、压力为120Pa的条件下进行时间为2h的终缩聚反应，得到功能母粒；
制得的功能母粒的数均分子量为10000g/mol，分子量分布指数为3.8，动力粘度为55Pa·s，冷却结晶温度为200℃，半结晶时间t1/2为3min，结晶焓为35J/g，结晶度为30%；
（5）聚酯纤维的制备；
将功能母粒与聚酯共混后熔融纺丝制得聚酯纤维；其中，共混物中功能母粒的含量为6wt%；
相对于对比样，聚酯纤维的粘流活化能下降22%，纺丝温度下降10℃，熔融纺丝速度提升12%，纤维断裂伸长率提升34%，对比样的制备过程基本同聚酯纤维，不同之处仅在于不加入功能母粒。
制得的聚酯纤维，具有皮芯结构，皮层为功能母粒，芯层为聚酯；皮层的厚度为1.5μm，芯层的直径为14μm；聚酯纤维的无油丝特性粘度降为0.007dL/g，静态摩擦系数为0.16，动态摩擦系数为0.38；相对于对比样，聚酯纤维在洗涤过程中所形成的微塑料数量下降85%。
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