CN101104964A

CN101104964A - 用于制备高吸湿和高排湿聚酯织物的聚酯纤维

Info

Publication number: CN101104964A
Application number: CNA2007101187458A
Authority: CN
Inventors: 王锐; 张大省; 张勇; 王建中; 周静宜; 肖刚; 朱志国
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Beijing Institute Fashion Technology
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Beijing Institute Fashion Technology
Priority date: 2007-07-13
Filing date: 2007-07-13
Publication date: 2008-01-16

Abstract

本发明提供了一种用于制备高吸湿和高排湿织物的聚酯纤维，是采用多种特性粘数呈梯度分布的共聚酯母粒与常规聚酯切片进行共混纺丝的方法制备，其中共聚酯母粒的特性粘数控制在[η]＝0.30g/dl～0.60g/dl范围内，特性粘数梯度可控制在[η]_n－[η]_n－1＝0.03g/dl～0.15g/dl范围内，共聚酯母粒与常规的聚酯的质量比例为35～8/65～92。由于纤维截面及侧面具有微孔或沟槽结构，所得聚酯织物具有高吸湿、导湿、排湿的效果和速干功能，改善了聚酯织物的穿着舒适性。

Description

用于制备高吸湿和高排湿聚酯织物的聚酯纤维

技术领域

本发明涉及一种聚酯合成纤维，更具体的是一种用于制备高吸湿和高排湿织物的聚酯纤维。

背景技术

聚酯纤维有多种优点，但是因其吸湿性能很差，作为服用纤维穿着很不舒适，而且织物的穿着舒适性对人的心理及生理变化有很大的影响。因此，提高聚酯纤维织物的舒适性是未来纺织品发展的重要方向之一。而棉纤维具有较好的吸湿性，但因其具有易皱、保水率较高和散湿性能较差的不足，例如棉纤维一旦被汗液浸湿后，汗液难于排除，会粘贴在人体皮肤上，造成很不舒适的感觉。所以虽然它的吸汗性很好，而排汗性却很差。即吸湿性较高，而排湿性较低。应用范围也受到了一定的限制。如何制备一种同时具有吸湿——导湿——散湿的高舒适性聚酯纤维，是目前诸多研究者和纤维生产企业都在努力追求的目标。

为了制备同时具有高吸湿和高排湿的舒适性聚酯纤维及织物，人们最初是以天然纤维和合成纤维复合为主流，但应用范围有限，目前则以改性聚合物复合或共混纺丝制备自身特殊化的异形纤维，如多孔或单孔中空型、马蹄型、Y型、W型、十字型等，再通过织物组织结构设计实现高舒适性。

这种改性聚合物复合或共混纺丝技术可分为几类。1)通过单纤维的细化，减小纤维间形成的毛细管直径，增加吸湿、导湿效果，由于纤维截面仍为圆形，导湿效果并不明显；或是制备自身特殊化的异形纤维——如多孔或单孔中空型、马蹄型、Y型、W型、十字型等异型截面，如商品牌号为Coolmax、Coolplus、Cooltech、Coolbst、Cooldry等的聚酯纤维，虽然可依靠纤维间的间隙实现吸湿、导湿效果，但是纤维表面缺少亲水基团，而且纤维表面是光滑的，比表面积小，因此吸、排水效果也不够突出。

发明内容

本发明人经过反复研究，提供了一种新型的聚酯纤维，其可以用于制备高吸湿和高排湿聚酯织物，其通过至少一种共聚酯母粒与常规的聚酯共混纺丝的方法制备，其中共聚酯母粒与常规的聚酯的质量比例为35～8/65～92，优选范围30～12/70～88。

所述的共聚酯母粒包括下列组分的反应产物：

(1)芳族二元羧酸或芳族二元羧酸酯；

(2)脂肪族或芳族的二元醇；

(3)芳族二羧酸或芳族二羧酸二醇酯的金属磺酸盐；

(4)脂肪族聚酯或聚醚；

(5)无机纳米粉体；

以每100摩尔组分(1)计，组分(2)为1.15～1.8摩尔，组分(3)为1.3～7.5摩尔；以每100克质量组分(1)计，组分(4)的质量为1～12克，组分(5)的质量为0.05～4.5克。

所述组分(1)选自芳香族二元羧酸或其酯类衍生物中的至少一种。可采用本行业内常用的单体原料，优选采用具有8到14个碳原子的芳族二羧酸或其芳族二羧酸的烷基酯类，具体是以对苯二甲酸或其酯类衍生物为主(不低于90％摩尔组分)，还可同时适量添加邻苯二甲酸、间苯二甲酸、1，4-萘二甲酸、2，5-萘二甲酸、2，6-萘二甲酸、2，7-萘二甲酸或它们的甲酯类衍生物等。

所述组分(2)中的脂肪族或芳族的二元醇，可采用本行业内常用的单体原料，优选采用具有2到6个碳原子的脂肪族二醇或具有8个碳原子的芳族二醇，具体如：乙二醇、1，3-丙二醇、1，3-丁二醇、1，4-丁二醇、1，5-戊二醇、1，6-己二醇、1，3-己二醇、1，2-己二醇、环己烷二甲醇酯等。使用不同的二元醇所得到的共聚酯会有不同的效果。

所述组分(1)中的芳族二元羧酸酯采用上述的芳族二羧酸与上述的脂肪族二元醇形成的芳族二元脂肪族醇酯。具体如：对苯二甲酸二甲酯、对苯二甲酸乙二醇酯、对苯二甲酸丁二醇酯、对苯二甲酸丙二醇酯、对苯二甲酸己二醇酯、对苯二甲酸环己烷二甲醇酯等。

以每100摩尔组分(1)计，组分(2)为1.15～1.8摩尔，优选为1.2～1.5摩尔。

除了上述芳香族二元羧酸或芳香族二元羧酸酯单体、脂肪族二元醇单体，本发明的共聚物中还包括第三单体——组分(3)：芳香族二元羧酸或芳香族二元羧酸酯的金属磺酸盐，即包含金属磺酸盐基团的芳香族二元羧酸或其酯类化合物。所述磺酸盐的金属离子包括Na⁺、K⁺、Li⁺等。通常使用的有间苯二甲酸二甲酯-5-磺酸钠、间苯二甲酸二甲酯-5-磺酸锂、间苯二甲酸二甲酯-5-磺酸钾间苯二甲酸二乙二醇酯-5-磺酸钠、间苯二甲酸二乙二醇酯-5-磺酸锂、间苯二甲酸二乙二醇酯-5-磺酸钾等等。优选使用芳香族二元羧酸二醇酯的金属磺酸盐。

该组分的添加有利于对构成织物的纤维实施微孔化处理，并提高汗液对织物的浸润。其添加量以每100摩尔组分(1)计，组分(3)为1.3～7.5mol，优选为1.8～5.0mol。当添加量小于1.5mol％时，导致微孔化处理效果不良，且汗液对织物的浸润不良；添加量过高时，在共聚酯合成时会由于增稠效应，影响共聚酯分子量的提高以及产生过多的泡沫，堵塞真空管道，恶化产品质量，还增加了生产成本。

所述的脂肪族聚酯或聚醚可以是聚乙二醇、聚丙二醇或聚丁二醇。该组分的添加有利于改善共聚酯的流动性能，改善可纺性，同时会降低共聚酯的玻璃化转变温度。其添加量以每100克组分(1)计，组分(4)质量为1～12克，优选为4～10克。添加量过小，起不到应有的效果；添加量过大则会降低共聚酯的熔点和热稳定性，不利于纺丝加工和最终纤维的品质。

所述的无机纳米粉体，可以使用粒径50～300nm的纳米级或微米级TiO₂，SiO₂，BaSO₄、CaCO₃及ZnO等多种材料，粒径优选为70～150nm，添加量以每100克组分(1)计，组分(5)重量为0.05～4.5克，优选0.1～3.5克。添加量过少不利于微孔化效果的实施；添加量过高会造成共聚酯合成过程的增稠效应，影响共聚酯分子量的提高，还会增加生产成本.

可采用以下方法来制备上述的共聚酯母体，该方法包括以下步骤：

其包括以下步骤：

a、在250～255℃进行组分(1)和组分(2)的酯化反应；

b、在步骤a完成的基础上引入组分(3)和组分(4)于275～285℃进行缩聚反应，得到聚合物母粒；

组分(5)可在上述任意步骤中加入。

具体地，可采用以下步骤：

(1)先将经过予处理的组分(5)分散于组分(2)中，制得无机纳米粉体的二元醇分散液，浓度为50～300g/l，为了有效分散，可采用球磨或超声波分散的形式；

(2)将组分(1)、组分(2)、组分(3)、组分(4)和上述步骤(1)得到的无机纳米粉体的二元醇分散液按比例加入到酯化反应釜中，于250～255℃进行酯化反应；

(3)其中组分(3)、组分(4)也可以在组分(1)和组分(2)先行酯化反应完毕后再添加，经过30～40分钟的反应后，于275～285℃进行减压缩聚反应，得到本发明的聚合物母粒。缩聚反应时间可利用缩聚反应器的搅拌功率大小判断。

在上述的制备过程中，还需要加入本行业内公知的用于缩聚反应的催化剂，如Sb₂O₃、Sb(OAc)₃、乙二醇锑等锑类化合物，钛酸四丁酯、钛酸异丙脂、四丁基钛等钛类化合物，氧化锡、锡酸钠等化合物、二氧化锗、锗酸钠等化合物。添加量依所用催化剂种类的不同而异，如用锑类催化剂，以每100克组分(1)计，为0.03～0.044克；如用钛类催化剂，只需用0.002～0.01克即可。使用不同类型的催化剂时，还需同时配用相应的磷酸、亚磷酸或其酯类热稳定剂，或是受阻酚、受阻胺类抗氧剂，以保证共聚酯的产品质量。

根据各组分种类的选择或各组分之间比例的变化，可以得到特性粘数在[η]＝0.30g/dl～0.60g/dl范围内，特性粘数梯度可控制范围[η]_n-[η]_n-1＝0.03g/dl～0.15g/dl范围内变化的共聚酯。

在本发明中，优选采用几种特性粘数呈梯度分布的本发明的共聚酯母粒与聚酯切片根据纺丝工艺按等比例或非等比例进行异型孔共混纺丝，这非常有利于使不同黏度的共聚酯在纺丝过程中形成特定的熔体粘度梯度，使其较均匀地分布于共混纤维中，有利于形成径向及轴向的微细孔道，充分提高织物的吸湿、导湿、排湿效果。

所述的常规的聚酯切片如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)在共混纺丝过程中控制共聚酯母粒与常规的聚酯二者之间的质量比在35～8/65～92范围内是非常重要的，共聚酯的添加比例过少，织物微孔化处理后的吸湿、导湿、排湿功能不明显；添加量过高则影响纤维和最终织物的物理机械性能。

使用PET时，优选纺丝温度为280℃～290℃，纺丝速度900～3200m/min。共混纺丝后，通常需要经过常规的拉伸和热定型处理。优选初生纤维拉伸温度为80℃～90℃，拉伸倍数为3.4～1.6倍，定型温度165℃～190℃。

本发明共混纺丝方法得到的聚酯纤维通常具有异型截面，如十字型、Y型、W型等，这非常有利于提高纤维间毛细效应的充分发挥，提高吸湿、导湿、速干功能。

将上述的共混聚酯纤维纯纺或与一定量的天然纤维例如棉混纺，再制成机织物或针织物，将织物经适当工艺的后整理，即可得到高吸湿和高排湿聚酯织物。由于纤维截面及侧面具有微孔或沟槽结构，所得聚酯织物具有高吸湿、导湿、和速干功能，很好地改善了聚酯纤维织物的穿着舒适性。

附图说明

图1是本发明纤维维空话处理后的横截面

图2是本发明纤维纵表面的沟槽结构

图3和图4是由本发明纤维得到的织物的吸水高度和排水速率

其中：1-本发明纤维与棉纤维(70/30)共混纱线织物

2-本发明纤维/棉纤维(80/20)织物，

3-100％本发明纤维织物。

图5和图6织物吸湿性能综合评价值和失水速率比较

其中：1-本发明纤维织物，2-对比样品1(市售品)，3-对比样品2(市售品)，4-纯棉纤维织物。

具体实施方式

下面将通过实施例进一步对本发明进行描述，显然本发明不仅仅局限于下述实施例。

织物性能评价：

(1)吸上高度是按照ZBWO4019-90的纺织品毛细效应实验方法测定。

(2)排水速率试验无标准可循，按照以下自定的方法测定。

1)将待测布样在标准环境温、湿度条件下平衡24小时以上；

2)取10cm×10cm布样，平铺于悬空的支架上，将布样连同支架一并放在1/万电子天平托盘上后使天平读数归零。

3)用滴管小心地向布样中心部位滴入N滴去离子水，记录起始的水滴质量W₀，天平两侧门敞开，计时开始。每隔5min记录一次水的质量，分别记为Wt₁，Wt₂，Wt₃，Wtn；则此段时间内水的失重量即为W₀-Wtn。

4)数据处理

按照上述数据依下式计算失重率(％)，并绘制失重率随时间变化曲线；

失重率(％)＝(W₀-Wtn)/W₀*100

注：测试过程是在标准温、湿度及无风环境下进行。

(3)织物吸湿性能综合评价值是采用了水分管理仪(MMT)分析得出。

实施例1：

以乙二醇与对苯二甲酸(摩尔比1.25)为原料，在半连续直接酯化装置上于255℃完成酯化反应制得对苯二甲酸乙二醇酯，而后添加预先配制好的2.0mol％(以对苯二甲酸的总摩尔计)的间苯二甲酸二乙二醇酯-5-磺酸钠、3wt％(以对苯二甲酸的总质量计)聚乙二醇以及1.8wt％(以对苯二甲酸的总质量计)经表面处理和研磨后的无机纳米粉体BaSO₄，在0.035wt％催化剂Sb₂O₃(以对苯二甲酸的总质量量计)存在下完成缩聚反应，反应终温控制在284℃。控制出料时的搅拌机功率，分别得到3种不同特性粘数值的共聚酯，即0.438g/dl、0.476g/dl及0.519g/dl。

将所得的上述3种不同特性粘数值的共聚酯母粒，与特性粘数为0.665g/dl的常规聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)切片以12/88的比例混合、在145℃预结晶20min.，再于170℃干燥5Hr，而后在熔体纺丝机上完成纺丝成形，喷丝板孔数为1182孔，三叶形孔型，纺丝温度288℃，环吹风温度22℃，风速0.5m/s，纺丝速度1100m/min。初生纤维首先在80℃下拉伸3.2倍，再于125℃下拉伸1.3倍，再经180℃的紧张热定型、卷曲后，再在135℃松弛热定型18min后，切断成38mm的棉型短纤维。单纤维线密度1.42dtex，断裂强度4.3cN/dtex，断裂伸长22％。

共混纤维断面以及织物经微孔化处理后纤维纵向结构SEM照片见附图1、2。

实施例2：

将用与实施例1中类似原料配方合成的特性粘数为0.518g/dl的共聚酯切片与特性粘数为0.665g/dl的常规PET切片以25/75的比例混合，同样在大体相同的工艺条件下进行预结晶、干燥，而后在普通熔体纺丝机上纺丝成型，喷丝板孔数为1182孔，圆中空形孔型，纺丝温度286℃，环吹风温度22℃，纺丝速度1060m/min。初生纤维首先在80℃下拉伸3.3倍，再于125℃下拉伸1.4倍，而后经180℃的紧张热定型、卷曲后，再在135℃松弛热定型18min后，切断成38mm的棉型短纤维。单纤维线密度1.28dtex，断裂强度4.6cN/dtex，断裂伸长20％。

上述纤维制成368g/m²的针刺非织造布，以同样线密度圆形截面常规聚酯纤维非织造布为对比样，分析了它们的吸水性能。本发明的针刺非织造布吸水高度可达15cm，而作为对比样的圆形截面聚酯纤维针刺非织造布吸水高度仅有9cm。

实施例3：

依照实施例1的类似原料配方合成了特性粘数为0.307g/dl、0.354g/dl、0.400g/dl及0.502g/dl的4种不同共聚酯。采用POY-DT和POY-DTY生产工艺，按如下2种方案进行共混纺丝：1)分别将4种不同特性粘数的共聚酯(各占1/4)与特性粘数为0.665g/dl的PET切片，以20/80、15/85、10/90、5/95(wt)的比例纺制三叶形长丝；2)将0.307g/dl、0.354g/dl及0.400g/dl等3种不同特性粘数的共聚酯(各占1/3)与特性粘数为0.665g/dl的PET切片以20/80、15/85、10/90、5/95(wt)的比例共混，纺制圆中空型长丝，可纺性能均好。纤维规格125dtex/36f、150dtex/48f等多种，纺丝温度288℃，环吹风温度21℃，纺丝速度3100m/min。125dtex/36f POY原丝的断裂强度为1.82cN/dtex，断裂伸长率为120.4％；随后在145℃拉伸1.62倍，得到断裂强度为3.12cN/dtex，断裂伸长率为19.5％的DT丝。POY原丝经假捻变形加工，得到断裂强度为2.73cN/dtex，断裂伸长率为26.4％的DTY。

将上述2种以20/80比例纺制的共混纤维构成的织物，按下述条件作微孔化处理：温度98℃，时间t＝45min，碱液浓度1.2％，添加渗透剂浓度为1.0×10^-5g/ml。

将本发明实施例1、2所得到的短纤维与20％(质量比)棉纤维制成混纺纱，其织物与其他同类产品及纯棉织物的吸湿综合评价值(包括润湿时间、吸收速率、最大润湿半径、扩散速率及累计单向传递指数)和排水性能(单位时间的失水速率)对比结果如图5、6所示。

Claims

1.一种用于制备高吸湿和高排湿织物的聚酯纤维，其通过至少一种共聚酯母粒与常规的聚酯共混纺丝的方法制备，其中共聚酯母体与常规的聚酯的质量比例为35～8/65～92，

所述的共聚酯母粒包括下列组分的反应产物：

(1)芳族二元羧酸或芳族二元羧酸酯；

(2)脂肪族或芳族的二元醇；

(3)芳族二羧酸或芳族二羧酸二醇酯的金属磺酸盐；

(4)脂肪族聚酯或聚醚；

(5)无机纳米粉体；

2.根据权利要求1所述的用于制备高吸湿和高排湿织物的聚酯纤维，其特征在于共混纺丝的温度控制在280℃～290℃，纺丝速度900～3200m/min。

3.根据权利要求1所述的用于制备高吸湿和高排湿织物的聚酯纤维，其特征在于共聚酯母粒与常规的聚酯共混纺丝还需要进行拉伸和热定型，其中初生纤维拉伸温度80℃～90℃，拉伸倍数为3.4～1.6倍，定型温度165℃～190℃。

4.根据权利要求1所述的用于制备高吸湿和高排湿织物的聚酯纤维，其特征在于采用多种特性粘数呈梯度分布的共聚酯母粒与聚酯切片进行共混纺丝，其中共聚酯母体的特性粘数控制在[η]＝0.30g/dl～0.60g/dl范围内，特性粘数梯度可控制范围[η]_n-[η]_n-1＝0.03g/dl～0.15g/dl内。

5.一种机织物或针织物，其采用权利要求1-4之一所述的聚酯纤维纯纺或与一定量的天然纤维混纺制成。