CN102477593A - 一种共聚酯短纤及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种共聚酯短纤及其制备方法，该共聚酯短纤为含2-甲基-1，3-丙二醇结构的共聚酯纤维，该短纤中2-甲基-1，3-丙二醇的含量为1～20mol％，且该短纤长度为150mm以下。该共聚酯短纤染色性能好、耐热性高且染色牢度好，可常温常压下染色。
Description
技术领域
本发明涉及一种共聚酯短纤及其制造方法，更具体的说是一种常压分散染料可染共聚酯短纤，属于合成纤维领域。
背景技术
聚酯纤维由于具有优异性能，自大规模生产以来已取得了令人瞩目的发展。
而随着技术发展，聚酯纤维在数量上不断满足社会需求的同时，在质量上也进行着更加人性化的改良。在改良手感方面，人们通过异型断面，共聚等手段使聚酯拥有更令人舒适的手感，在改良外观方面，人们通过特殊的加工方法，使布面呈现深浅色条纹效果或粗细节条纹效果等。而在提高聚酯的染色性能方面仍然是个很难的课题。
众所周知，聚酯纤维由于大分子链间紧密的结构特性，只能在高温高压下染色，不仅在环保及节能上存在问题且对染色设备和工艺要求苛刻，成本也比较高。目前，通过共聚合技术来改善聚合物染色性能是主要的手段之一，例如：与聚乙二醇之类的聚亚烷基二醇共聚后形成的聚合物、或己二酸、癸二酸等直链脂肪族羧酸共聚后形成的聚合物。但是这些方法必须加入醚键或多单体共聚合会导致耐热性下降。也有的采取染色助剂或改变染料的结构以实现聚酯低温条件下的染色，但实际的效果并不明显。
专利CN101063236A、CN1534114A中公开了通过与带侧链的二元醇共聚形成聚酯的方法。但是这些聚酯的耐热性依然不好，导致纺丝难或纤维的物性不良等问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种染色性能好、耐热性高且染色牢度好的常温常压分散可染共聚酯短纤及其制备方法。
本发明的聚酯短纤为含2-甲基-1，3-丙二醇结构的共聚酯纤维，且该短纤中2-甲基-1，3-丙二醇的含量为1～20mol％，纤维长度为150mm以下。
构成该含2-甲基-1，3-丙二醇结构的共聚酯短纤中的聚酯的末端羧基COOH的含量为25当量/ton以下，如末端羧基的含量大于25当量/ton时，会使共聚酯的耐热性降低。优选20当量/ton以下。聚酯中二甘醇的含量为2.0wt％以下，此时共聚物的耐热性非常好。二甘醇是在聚酯合成时副生而成且以与聚酯共聚合的形态存在，二甘醇的含量超过2.0wt％时，纺丝时聚酯的熔点或开始熔融的温度低，会引起耐热性下降，由该纤维织成的成品的手感下降等问题。优选二甘醇含量为1.5wt％以下。在迅速进行聚合反应的同时，也要保持聚酯的高耐热性，所以本发明的聚酯中的磷原子含量P和金属原子含量M满足式
(1)和式(2)：
5≤[P]≤100(ppm) 式(1)
0.1≤[M]/[P]≤30 式(2)。
磷原子的含量小于5ppm、大于100ppm时，共聚酯的耐热性不好，且聚合反应不能顺利进行因而生成效率低下。
而金属原子与磷原子的含量比小于0.1、大于30时，聚合反应很难进行，并且生产率低，同时得到的聚合物的耐热性不佳。优选1≤[M]/[P]≤15。
该方法制得的共聚酯短纤的纤度为0.01～10dtex，断裂强度≥2.5cN/dtex，断裂伸长率≥20％。该短纤可在常温常压下染色，采用分散染料，染色温度为90～100℃时，与130℃染色的未经改质的聚酯相比，L值在其-6到+10之间且色牢度好，达到节能的优点。
本发明的共聚酯短纤的制备方法如下：将2-甲基-1，3-丙二醇含量为1～20mol％的聚酯切片在真空烘箱中干燥，在270～290℃经喷丝板熔融纺制成丝，然后经卷绕、络筒、平衡集束、导丝、预拉伸、上油，再经一次或二次拉伸后施加卷曲、切断、打包制得。
这里所使用的喷丝板为圆型、异型或复合型喷丝板。
本发明的共聚酯短纤可以常温常压下染色，节能省耗，并且其染色性能佳、耐热性能好；生产方法简单易行。本发明可广泛应用于服装领域，装饰领域和无纺布等产业领域。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作更详细的说明。另外，实施例中的物性值由以下方法测定。
(1)聚合物中的末端羧基COOH(当量/ton)
以邻甲苯酚作为溶剂，在25℃下用浓度0.02mol/L的NaOH水溶液在自动滴定装置(平沼产业公司产的COM-550)上进行测定。
(2)聚合物中二甘醇的含量(wt％)
以单乙醇胺作为溶剂，与1，6-乙二醇/甲醇混合后加热溶解，然后加入甲醇用超声波清洗器清洗10分钟。然后加入酸进行中和处理，过滤后，使用气相色谱仪(岛津制作所产GC-14A)测定滤液。
(3)纱线纤度
按国标GB/T 14343-2003B法测试
(4)L值
将样品重叠成不透光状后用分光测色计(Datacolor AsiaPacific(H.K.)Ltd.制造的Datacolor 650)测色，自动得出L值。L是指L*a*b*表色系的明度，数值越小染色性越好。
(5)耐光色牢度
按JIS L 0842第4露光法进行测试
(6)水洗坚牢度
按JIS L 0844A-2法进行测试
(7)2-甲基-1，3-丙二醇的含量测定
使用核磁共振(NMR)测定得到2-甲基-1，3-丙二醇与对苯二甲酸(TPA)中的氢原子峰的峰高或面积的比值
实施例1
将对苯二甲酸双羟乙酯加入酯化反应槽，保持温度250℃、压力1.2×105Pa，将8.25kg的高纯度对苯二甲酸和3.54kg的乙二醇浆料在4小时内逐渐加入到酯化反应层，再进行1小时的酯化反应，最后从得到的酯化反应物中取10.2kg加入到缩聚反应层。
将酯化反应生成物保持在250℃、常压下，加入相当于所得聚酯中全部二元醇10mol％量的2-甲基-1，3丙二醇进行30分钟的搅拌。然后加入磷原子量相当于聚合物的18ppm的磷酸，5分钟后加入锑原子量相当于聚合物230ppm的三氧化二锑，以及钴原子量相当于聚合物15ppm的醋酸钴。再过5分钟后加入氧化钛粒子量相当于聚合物0.3wt％的含氧化钛粒子的乙二醇浆料。5分钟后开始减压、升温。温度由250℃升至290℃、压力降至40Pa。90分钟后达到最终温度、最终压力。到达一定的搅拌程度后，向反应体系里导入氮气回至常压，停止缩聚反应。聚合物呈条状吐出，在水槽中冷却后切片。
所得聚合物的固有粘度为0.67、末端基COOH的浓度为19当量/ton、DEG的含量为0.95wt％、磷原子的含量为18ppm、钴原子的含量为15ppm、锑原子的含量为230ppm([M]/[P]＝3.7)、氧化钛粒子的含量为0.3wt％。
将得到的切片干燥使其水分率保持在50ppm，然后在290℃的纺丝温度下经三叶型喷丝板熔融纺丝、卷绕、络筒、平衡集束、导丝、预拉伸、上油，再经一次拉伸后施加卷曲、切断、打包制得2-甲基-1，3丙二醇含量为9.2mol％，纤度为1.5dtex、长度为38mm三叶形截面短纤，经纺纱得到45支纱线。该纱线进行筒编染色试验，首先在精练剂2g/l，氢氧化钠2g/l，95℃*15min，织物与水的浴比1∶20-50的条件下进行精练处理，再通过170℃*1min烘箱热定型，用UR·MINI-COLOR(红外线小型染色机，TEXAM技术研究制造)在95℃×30min的条件下染色。染料及助剂如下：
Dianix Blue E-Plus(德司达公司制造、分散染料)0.3owf％和5owf％
NIKKA SUNSALT(日华化学公司制造、匀染剂) 1g/l
醋酸(pH调节剂) 1g/l
染色后，在80℃×20min的条件下使用下面的药剂进行还原清洗。
氢氧化钠 2g/l
保险粉 2g/l
然后，将筒编物水洗、风干后，测定筒编物的L值，染料0.3owf％时，L值为38，耐光色牢度为4级以上；染料5owf％时，L值为25，水洗坚牢度为4级以上。
比较例1
不添加2-甲基-1，3-丙二醇，其余条件同实施例1，即得到普通未经改性的聚酯短纤45支纱线。制得筒编物在染色温度为95℃、染料0.3owf％时，L值为48、耐光色牢度为3-4级；染料5％时，L值为36，水洗坚牢度为3-4级。染色温度为130℃，染料0.3owf％时，L值为39，耐光色牢度为4级以上；染料5％时，L值为24，水洗坚牢度为4级。
从比较例1可以清楚地看出，与没有与2-甲基-1，3-丙二醇共聚合的聚对苯二甲酸乙二醇酯相比，本发明的短纤在常压下的分散染色性能具有极佳的优势。
实施例2
选用同实施例1所述的共聚酯中添加PEG10003wt％后制得2-甲基-1，3丙二醇含量为9.2mol％、长度为38mm短纤，纺为45支纱线后按实施例1所述方法染色后筒编物，染料0.3owf％时，L值为35，耐光色牢度为4级以上。染料5owf％时，L值为22，水洗坚牢度为4级。通过添加PEG的方法可以有效地提高其常压染色时的染色性。
实施例3
通过实施例1所述的切片制得方法，酯化反应生成物保持在250℃、常压下，加入相当于所得聚酯中全部二元醇21mol％量的2-甲基-1，3丙二醇的在280℃的纺丝温度下采用十字截面的喷丝板，熔融纺丝、卷绕、络筒、平衡集束、导丝、预拉伸、上油，再经一次后施加卷曲、切断、打包制得2-甲基-1，3丙二醇含量为19.8mol％、纤度为1.5dtex、长度为38mm十字截面短纤，经纺纱得到45支纱线，按实施例1所述染色方法95℃×30min的条件下染色、染料0.3owf％时，筒编物的L值L值为32，耐光色牢度为4级；染料5owf％时，L值为21，水洗坚牢度为4级以上。
而未添加2-甲基-1，3丙二醇同等品，染色温度为130℃，染料0.3owf％时，L值为38，耐光色牢度为4级；染料5％时，L值为27，水洗坚牢度为4级以上。与未添加品相比，本发明常压可染且具有优异的发色性。
实施例4
采用圆孔喷丝板，采用实施例1所述切片、纺丝后经卷绕、络筒、平衡集束、导丝、预拉伸、上油，再经二次拉伸后施加卷曲、切断为长度为97mm，纤度为0.8dtex、2-甲基-1，3丙二醇含量为9.2mol％的短纤，将该短纤加工得到的无纺布在常压下使用实施例1所述条件染色。与相同规格的普通未经改性的聚酯短纤无纺布在130℃高温染色相比，染色后的L值在其-3到+1之间。
Claims (5)
1.一种共聚酯短纤，其特征是：该共聚酯短纤为含2-甲基-1，3-丙二醇结构的共聚酯纤维，该短纤中2-甲基-1，3-丙二醇的含量为1～20mol％，且该短纤长度为150mm以下。
2.根据权利要求1所述的共聚酯短纤，其特征是：构成该含2-甲基-1，3-丙二醇结构的共聚酯短纤中的聚酯的末端羧基COOH的含量为25当量/ton以下，聚酯中二甘醇的含量为2.0wt％以下，聚酯中磷原子的含量P和金属原子的含量M满足式(1)和式(2)：
5ppm≤[P]≤100ppm 式(1)
0.1≤[M]/[P]≤30式(2)。
3.根据权利要求1或2所述的共聚酯短纤，其特征是：所述共聚酯短纤的纤度为0.01～10dtex。
4.一种如权利要求1所述共聚酯短纤的制备方法，其特征是：将含2-甲基-1，3-丙二醇结构的聚酯切片在真空烘箱中干燥，在270～290℃经喷丝板熔融纺制成丝，然后经卷绕、络筒、平衡集束、导丝、预拉伸、上油，再经一次或二次拉伸后施加卷曲、切断、打包制得。
5.根据权利要求4所述的共聚酯短纤的制备方法，其特征是：所述喷丝板为圆型、异型或复合型喷丝板。
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