CN103710782A

CN103710782A - 一种高吸湿易染仿棉聚酯短纤维及其制备方法

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Publication number: CN103710782A
Application number: CN201310519836.8A
Authority: CN
Inventors: 孔彩珍; 冯忠耀; 刘萍; 杨卫忠; 陆正辉; 邱杰峰; 沈飞; 陈辉华
Original assignee: SHANGHAI DEFULUN CHEMICAL FIBER CO Ltd
Current assignee: SHANGHAI DEFULUN CHEMICAL FIBER CO Ltd
Priority date: 2013-10-30
Filing date: 2013-10-30
Publication date: 2014-04-09

Abstract

本发明涉及一种高吸湿易染仿棉聚酯短纤维及其制备方法，其原料组成的质量百分数包括：精对苯二甲酸38~69%、乙二醇21~36%、2,2-二羟甲基丙酸3~10%、聚乙二醇4~7%、间苯二甲酸二乙二醇酯-5-磺酸钠2.7~7%、二氧化钛0.3~2.5%；通过酯化缩聚反应制得高吸湿易染聚酯切片，经过设计加工纺丝专用组件和喷丝板，开发纺丝、后处理工艺，调控纤维的表面和截面形态、结晶和取向结构，得到一种高吸湿易染仿棉聚酯纤维。该纤维具有高吸湿性、自然柔软、回弹性好和低温染色的特性，可在常压下进行沸染，上染率和染料吸尽率高，可应用于高档仿棉织物。

Description

一种高吸湿易染仿棉聚酯短纤维及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种仿棉聚酯短纤维及其制备方法，特别是涉及一种具有高吸湿性、常压沸染功能的仿棉聚酯纤维及其制备方法。

背景技术

聚酯纤维是最大的合成纤维品种，广泛应用于各种服用与家用纺织品。近些年，棉资源的紧缺和常规聚酯纤维产能的过剩，催生了国内“超仿棉”热潮，与棉织物相比，聚酯纤维织物坚牢耐用、保形性好、性价比高，但是也存在吸湿性差、穿着闷热，触觉、视觉舒适感不理想等缺陷。

国内外很多科研人员对开发仿棉纤维、仿棉聚酯切片等做了很多研发工作，东丽公司的发明专利200610161484.3和200710134808.9中公开了两种仿棉长丝织物的制备方法，通过对纱线和坯布的精炼、定型等后处理方法得到仿棉长丝织物。发明专利201010137901.7中公开了一种仿棉纤维的制备方法，纺丝时添加硫酸钙颗粒，牵伸后用碱洗，使纤维的表面形成微孔，以达到纤维异形改性、具有吸湿性的目的，发明专利201110251232.0公开了以CaSO₃、NH(CH₂CH₂OH)₂、PEG、SIPE、PTA、EG 为原料，采用原位聚合的方法制备得到聚酯切片，经过异形喷丝板，利用FDY 或者POY-DTY 的纺丝工艺，熔融纺制成涤纶长丝，经过碱处理制得高吸湿率仿棉涤纶长丝，但这两个工艺中使用碱液溶解硫酸钙或亚硫酸钙，不但污染环境，而且纤维表面会有残留。发明专利ZL 200910200062.6公开了在共聚酯制备中添加第三组分1,3-间苯二甲酸二甲酯-5-磺酸钠（SIPM）和第四组分一种多元醇的方式对聚酯分子结构进行改性，改善了纤维的染色性能，上染率达99%以上，但纤维的吸湿、导湿性能差，无法达到仿棉的效果。

德福伦公司的研究认为，织物的舒适性主要与织物的吸湿、导湿和速干性能有关，这些性能除了与纱线结构、织物结构、后整理及环境温湿度等有一定关系外，主要与构成织物基本单元的纤维特性有关。棉纤维和常规棉型涤纶短纤维各有优缺点，但常规涤纶作为服用纤维时，其手感、观感较棉逊色，更为关键的是其吸湿性、抗静电性、抗起毛起球性等远不如棉，这些不足在于涤、棉两种纤维的结构（形态结构、微观结构）不同所致，因此超仿棉涤纶短纤维的开发必须从改变涤纶结构着手，首先以改善纤维的吸湿、导湿性能为重点，在解决该问题的同时，整合解决纤维手感、观感，抗静电性、抗起毛起球性差等问题；将仿棉聚酯切片与功能性母粒共同纺丝，可赋予纤维新的功能。

纤维结构决定纤维性能，只有了解纤维结构与性能之间的关系，并通过多种途径改变纤维结构，方可改变纤维的性能或赋予纤维新的功能。此外纤维是构成纺织品的基本单元，只有集成创新设计合适的纱线结构、织物结构和后整理技术，才能把纤维的特性体现在纺织品上，并综合提升纺织品的性能。

通过共聚改性，在涤纶大分子结构上引入极性亲水基团和易染性基团，可显著提高纤维的吸湿性和可染性，进而运用异形改性、采用特殊的异型断面结构设计，利用异型断面的纤维沟槽产生的毛细效应，将皮肤表面的汗水和湿气吸收，形成吸湿快干的功能。有鉴于此，本发明人提出了一种具有高吸湿易染功能的仿棉聚酯纤维及其制备方法，本案由此产生。

发明内容

本发明涉及一种高吸湿易染仿棉聚酯短纤维及其制备方法，特别是涉及一种具有高吸湿性、常压沸染功能的仿棉聚酯纤维及其制备方法。

本发明的目的是提供一种高吸湿易染仿棉聚酯短纤维，综合运用共混改性、异形改性等技术开发了不同细度、不同截面的超仿棉涤纶短纤产品。通过共聚改性，在涤纶大分子结构上引入极性亲水基团和易染性基团，合成了亲水性好、光泽柔和、可常压沸染的共聚酯切片，然后运用异形改性开发了不同名义细度（1.33~2.78dtex）、不同截面（三叶、十字、六叶、中空、四T中空等）的仿棉涤纶短纤维，该仿棉聚酯纤维在手感、观感、性能上都达到了仿棉的效果。将仿棉聚酯切片与功能性母粒（如天然玉石、银离子、咖啡炭、竹炭等）共同纺丝，可赋予纤维新的功能（如凉感，抗菌，除臭、抗紫外线等）。同时，本发明提供该仿棉聚酯纤维的制备方法，其制备的工艺在现有生产技术上进行优化，易于产业化生产。

一种高吸湿易染仿棉聚酯纤维，其制备原料由精对苯二甲酸、乙二醇、2,2-二羟甲基丙酸、聚乙二醇、间苯二甲酸二乙二醇酯-5-磺酸钠、二氧化钛组成，其原料组成的质量百分数为：

精对苯二甲酸（PTA） 38~69%

乙二醇（EG） 21~36%

2,2-二羟甲基丙酸（DMPA） 3~10%

聚乙二醇（PEG） 4~7%

间苯二甲酸二乙二醇酯-5-磺酸钠（SIPE） 2.7~7%

二氧化钛（TiO₂） 0.3~2.5%

各组分质量和为100%。

所述高吸湿易染仿棉聚酯纤维的熔点为242~255℃，线密度偏差率为-8.0~8%，纤维长度为2~300mm，纤维纤度为1.33~2.78dtex，纤维断裂强度为2.4~2.8cN/dtex，纤维断裂伸长率为17~34%，纤维常压染料上染率≥95%，初始模量≤55cN/dtex，标准回潮率为1.8~3.0%，摩擦带电压测试值为1~10V，比电阻为1.0×10⁸~10.0×10⁸Ω·cm。

包括以下步骤：

（1）将制备原料精对苯二甲酸和乙二醇按照配比放入浆料釜中，加入氟钛酸钾、铝酸钠或醋酸锰等催化剂，充分混合浆化后得到浆料，将浆料导入反应釜中进行一次酯化反应，所述酯化反应的温度控制在250℃~260℃；

（2）将间苯二甲酸二乙二醇酯-5-磺酸钠、聚乙二醇、2,2-二羟甲基丙酸、和二氧化钛按照配比放入浆料釜中，充分混合浆化后得到浆料，与一次酯化反应产物一起导入反应釜中进行二次酯化反应，得到酯化后的混合料，所述酯化反应的温度控制在260℃~270℃；

（3）将酯化后的混合料导入缩聚釜中进行缩聚反应，温度为260~280℃，压力为60~90Pa，经过预缩、中缩、终缩制得浆料，经过螺杆机挤出、冷却，切粒得到具有高吸湿易染仿棉聚酯切片；

（4）将制得的高吸湿易染仿棉聚酯切片在LHV431型纺丝机上纺丝，在LHV903联合牵伸机上进行牵伸纺丝，经干燥、纺丝、卷绕、成型、集束、牵伸、热定型、卷曲、切断后得到高吸湿易染仿棉聚酯纤维，纺丝用喷丝板的丝孔包括常规和各种异型，得到不同截面的高吸湿易染仿棉聚酯纤维，其中控制纺丝计量泵供量为700~1000g/min，纺丝温度为285~305℃，纺丝速度为900~1200m/min，牵伸倍数为2.78~3.18倍。

所述的SIPE是由间苯二甲酸二甲酯-5-磺酸钠（SIPM）和EG通过酯交换法制得。

所述的异型喷丝板的喷丝孔为三叶、十字、六叶、中空、十字中空、四T中空。

所述高吸湿易染仿棉聚酯切片的熔点为240~253℃，粘度0.52±0. 15dL/g；色度1~5，水分0.1~0.6%，灰分0.02~0.07%。

将仿棉聚酯切片与功能性母粒（如天然玉石、银离子、咖啡炭、竹炭等）共同纺丝，可赋予纤维新的功能（如凉感，抗菌，除臭、抗紫外线等）。

2,2-二羟甲基丙酸具有新戊基和带有羧基的二元醇结构，新戊基结构使它有良好的耐热性、耐水性和颜色稳定性，作为一种扩链剂广泛应用与在聚氨酯制造中，但未见其应用于聚酯的生产工艺路线中，在本技术方案中，2,2-二羟甲基丙酸分子结构中带有羧基的二元醇作为一种亲水性和易染性基团，在二次酯化反应中，在涤纶大分子结构上嵌入新戊基片段，可改进纤维的吸湿性能和染色性能，同时，在共聚体系中加入单体SIPE，纤维分子链上增加了带有负电荷的磺酸基团，进一步提高了纤维的可染性能和亲水性，聚酯分子结构有序性进一步降低，结构变得更加疏松，熵值进一步增加，在相同温度下，分子的热运动加快，分子间空隙增大，染料分子容易渗透到纤维内部，因此可提高纤维对染料分子的吸附能力，提高上染率和染料吸尽率。

通过酯化缩聚反应制得光泽柔和、亲水性好的共聚酯仿棉聚酯切片，通过设计加工纺丝专用组件和喷丝板，开发纺丝、后处理工艺，调控纤维的表面和截面形态、结晶和取向结构，得到新型仿棉聚酯纤维，该仿棉聚酯纤维在手感、观感、性能上都达到了仿棉的效果。本发明高吸湿易染仿棉聚酯纤维与棉、涤纶短纤维结构和性能比较见表1。

表1. 高吸湿易染仿棉聚酯纤维与棉涤纶短纤维结构和性能比较

本发明的有益效果是，

（1）制备了一种新型高吸湿易染仿棉聚酯纤维

本发明提出并确定了一种高吸湿易染仿棉聚酯纤维的制备方法，以精对苯二甲酸、乙二醇、对苯二甲酸二甲酯、2,2-二羟甲基丙酸、聚乙二醇、间苯二甲酸二乙二醇酯-5-磺酸钠、二氧化钛为原料，通过酯化缩聚反应制得光泽柔和、亲水性好的共聚酯仿棉聚酯切片，通过设计加工纺丝专用组件和喷丝板，开发纺丝、后处理工艺，调控纤维的表面和截面形态、结晶和取向结构，得到新型仿棉聚酯纤维。

（2）提高仿棉纤维的吸湿性和染色性

在共聚体系中加入DMPA和SIPE，通过共聚改性，在涤纶大分子结构上引入极性亲水基团和易染性基团，并且通过纤维异型截面设计，制备的高吸湿易染仿棉聚酯纤维具有高吸湿性、自然柔软、回弹性好和低温染色的特性，可在常压下进行沸染，上染率和染料吸尽率高，能与羊毛等天然纤维混纺。

（3）具有节约成本、降低能耗、清洁生产的优点

首先，纤维的异型改性不通过碱洗的方式进行，而是通过设计加工纺丝专用组件和喷丝板，得到不同截面（三叶、十字、六叶、中空、十字中空、四T中空等）的仿棉纤维，其次，制备的仿棉聚酯纤维可在常压下进行沸染，具有节约成本、降低能耗、清洁生产的优点。

（4）新型高吸湿易染仿棉聚酯纤维具有高附加值，可替代棉花

本发明开发的仿棉聚酯纤维技术，在对现有聚合纺丝装置进行必要改造的基础上，即可推广应用，可以消耗国内过剩的常规聚酯产能，开发行业急需的纺织纤维原料。制备得到的仿棉纤维品质高、附加值高，有利于缓解我国当前聚酯涤纶行业同质化竞争严重、纺织产品附加值低的现状，本发明产品可以部分替代棉花，缓解“粮棉争地”问题。因此，本发明技术有良好的市场推广应用前景，社会效益和显著经济效益。符合“国家纺织产业振兴计划”和纺织行业“十二五”规划中差别化、仿真化纤维的发展方向。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步说明，但是本发明不局限于以下实施例，凡是基于本发明的技术基本思想所做的修改、替换或变更所实现的技术方案均属于本发明的范围。

实施例1

配置PTA 64kg，EG 21 kg，以氟钛酸钾为催化剂，混合浆化后进行一次酯化反应，酯化反应的温度250℃，配置DMPA 6 kg，PEG 4 kg，SIPE 2.5 kg，TiO₂ 2.5 kg进行二次酯化反应，二次酯化反应温度260℃；缩聚反应温度为260℃，压力为90Pa，制得浆料，经过螺杆机挤出、冷却，切粒得到具有高吸湿易染仿棉聚酯切片；将制得的切片干燥，在LHV431型纺丝机上纺丝，在LHV903联合牵伸机上进行牵伸纺丝，经干燥、纺丝、卷绕、成型、集束、牵伸、热定型、卷曲、切断后得到具有高吸湿易染仿棉聚酯纤维，其主要控制生产工艺参数见表2。

表2. 1.33dtex三叶型高吸湿易染仿棉聚酯纤维的生产工艺参数

对比试验A为：配置PTA 64kg，EG 21 kg，以氟钛酸钾为催化剂，混合浆化后进行一次酯化反应，配置PEG 4 kg，SIPE 2.5 kg，TiO₂ 2.5 kg进行二次酯化反应，在相同酯化反应条件、缩聚反应条件、纺丝和牵伸工艺制备的1.33dtex三叶型聚酯纤维A。

对比试验B为：配置PTA 64kg，EG 21 kg，以氟钛酸钾为催化剂，混合浆化后进行一次酯化反应，配置DMPA 6 kg，PEG 4 kg，TiO₂ 2.5 kg进行二次酯化反应，在相同酯化反应条件、缩聚反应条件、纺丝和牵伸工艺制备的1.33dtex三叶型聚酯纤维B。

制备得到一种1.33dtex三叶型高吸湿易染仿棉聚酯纤维的熔点为245℃，线密度偏差率为5%，纤维长度为10mm，纤维纤度为1.33dtex，纤维断裂强度为2.4cN/dtex，纤维断裂伸长率为18%，纤维常压染料上染率99%，初始模量54cN/dtex，标准回潮率为2.8%，摩擦带电压测试值6V，比电阻1.0×10⁸~10.0×10⁸Ω·cm。

用阳离子蓝染料在80℃测试纤维染色性能，1.33dtex三叶型高吸湿易染仿棉聚酯纤维与对比试验A和B相比较，吸湿性能和染色性能具有显著的提高。具体数据见表3.

表3. 1.33dtex三叶型高吸湿易染仿棉聚酯纤维与对比试验A和B吸湿和染色性能比较

对比项目	1.33dtex三叶型高吸湿易染仿棉聚酯纤维	对比试验A	对比试验B
				上染率/%	99	82	65
回潮率/%	2.8	0.8	0.5

实施例2

配置PTA 38kg，EG 36kg，以铝酸钠催化剂，混合浆化后进行一次酯化反应，酯化反应的温度255℃，配置DMPA 10kg，PEG 7kg，SIPE 7kg，TiO₂ 2kg进行二次酯化反应，二次酯化反应温度265℃；缩聚反应温度为270℃，压力为80Pa，制得浆料，经过螺杆机挤出、冷却，切粒得到具有高吸湿易染仿棉聚酯切片；将制得的切片与凉感母粒干燥，在LHV431型纺丝机上纺丝，在LHV903联合牵伸机上进行牵伸纺丝，经干燥、纺丝、卷绕、成型、集束、牵伸、热定型、卷曲、切断后得到具有高吸湿易染仿棉聚酯纤维，其主要控制生产工艺参数见表4。

对比试验A为：配置PTA 38kg，EG 36kg，以铝酸钠催化剂，混合浆化后进行一次酯化反应，配置PEG 7kg，SIPE 7kg，TiO₂ 2kg进行二次酯化反应，在相同酯化反应条件、缩聚反应条件、纺丝和牵伸工艺制备的2.78dtex十字中空型凉感聚酯纤维A。

对比试验B为：配置PTA 38kg，EG 36kg，以铝酸钠催化剂，混合浆化后进行一次酯化反应，配置DMPA 10kg，PEG 7kg，TiO₂ 2kg进行二次酯化反应，在相同酯化反应条件、缩聚反应条件、纺丝和牵伸工艺制备的2.78dtex十字中空型凉感聚酯纤维B。

制备得到一种2.78dtex十字中空型凉感高吸湿易染仿棉聚酯纤维的熔点为254℃，线密度偏差率为7%，纤维长度为300mm，纤维纤度为2.78dtex，纤维断裂强度为2.5cN/dtex，纤维断裂伸长率为28%，纤维常压染料上染率98%，初始模量52cN/dtex，标准回潮率为3.0%，摩擦带电压测试值为10V，比电阻为1.0×10⁸~10.0×10⁸Ω·cm。

用阳离子蓝染料在80℃测试纤维染色性能，2.78dtex十字中空型凉感高吸湿易染仿棉聚酯纤维与对比试验A和B相比较，吸湿性能和染色性能具有显著的提高。具体数据见表5。

表4. 2.78dtex十字中空型凉感高吸湿易染仿棉聚酯纤维的生产工艺参数

表5. 2.78dtex十字中空型凉感高吸湿易染仿棉聚酯纤维与对比试验A和B吸湿和染色性能比较

对比项目	2.78dtex十字中空型凉感高吸湿易染仿棉聚酯纤维	对比试验A	对比试验B
				上染率/%	98	90	68
回潮率/%	3.0	1.8	0.6

实施例3

配置PTA 60kg，EG 25 kg，以醋酸锰为催化剂，混合浆化后进行一次酯化反应，酯化反应的温度260℃，配置DMPA 5.3 kg，PEG 5 kg，SIPE 4.2 kg，TiO₂ 0.5 kg进行二次酯化反应，二次酯化反应温度270℃；缩聚反应温度为280℃，压力为60Pa，制得浆料，经过螺杆机挤出、冷却，切粒得到具有高吸湿易染仿棉聚酯切片，将制得的切片与银离子抗菌母粒干燥，在LHV431型纺丝机上纺丝，在LHV903联合牵伸机上进行牵伸纺丝，经干燥、纺丝、卷绕、成型、集束、牵伸、热定型、卷曲、切断后得到具有高吸湿易染仿棉聚酯纤维，其主要控制生产工艺参数见表6。

对比试验A为：配置PTA 60kg，EG 25 kg，以醋酸锰为催化剂，混合浆化后进行一次酯化反应，配置PEG 5 kg，SIPE 4.2 kg，TiO₂ 0.5 kg进行二次酯化反应，在相同酯化反应条件、缩聚反应条件、纺丝和牵伸工艺制备的1.67dtex六叶型抗菌聚酯纤维A。

对比试验B为：配置PTA 60kg，EG 25 kg，以醋酸锰为催化剂，混合浆化后进行一次酯化反应，配置DMPA 5.3 kg，PEG 5 kg，TiO₂ 0.5 kg进行二次酯化反应，在相同酯化反应条件、缩聚反应条件、纺丝和牵伸工艺制备的1.67dtex六叶型抗菌聚酯纤维B。

制备得到一种1.67dtex六叶型抗菌高吸湿易染仿棉聚酯纤维的熔点为252℃，线密度偏差率为-7%，纤维长度为20mm，纤维纤度为1.67dtex，纤维断裂强度为2.8cN/dtex，纤维断裂伸长率为26%，纤维常压染料上染率98%，初始模量48cN/dtex，标准回潮率为2.0%，摩擦带电压测试值为4V，比电阻为1.0×10⁸~10.0×10⁸Ω·cm。

用阳离子蓝染料在80℃测试纤维染色性能，1.67dtex六叶型抗菌高吸湿易染仿棉聚酯纤维与对比试验A和B相比较，吸湿性能和染色性能具有显著的提高。具体数据见表7。

表6. 1.67dtex六叶型抗菌高吸湿易染仿棉聚酯纤维的生产工艺参数

表7. 1.67dtex六叶型抗菌高吸湿易染仿棉聚酯纤维与对比试验A和B吸湿和染色性能比较

对比项目	1.67dtex六叶型抗菌高吸湿易染仿棉聚酯纤维	对比试验A	对比试验B
				上染率/%	98	86	62
回潮率/%	2.0	1.4	0.5

Claims

1.一种高吸湿易染仿棉聚酯短纤维，其特征是，制备原料由精对苯二甲酸、乙二醇、2,2-二羟甲基丙酸、聚乙二醇、间苯二甲酸二乙二醇酯-5-磺酸钠、二氧化钛组成，其原料组成的质量百分数为：

精对苯二甲酸（PTA） 38~69%

乙二醇（EG） 21~36%

2,2-二羟甲基丙酸（DMPA） 3~10%

聚乙二醇（PEG） 4~7%

间苯二甲酸二乙二醇酯-5-磺酸钠（SIPE） 2.7~7%

二氧化钛（TiO₂） 0.3~2.5%

各组分质量和为100%。

2.根据权利要求1所述的一种高吸湿易染仿棉聚酯纤维，其特征在于，所述高吸湿易染仿棉聚酯纤维的熔点为242~255℃，线密度偏差率为-8.0~8%，纤维长度为2~300mm，纤维纤度为1.33~2.78dtex，纤维断裂强度为2.4~2.8cN/dtex，纤维断裂伸长率为17~34%，纤维常压染料上染率≥95%，初始模量≤55cN/dtex，标准回潮率为1.8~3.0%，摩擦带电压测试值为1~10V，比电阻为1.0×10⁸~10.0×10⁸Ω·cm。

3.根据权利要求1或2所述的一种高吸湿易染仿棉聚酯纤维的制备方法，其特征在于，

包括以下步骤：

（1）将PTA和EG按照配比放入浆料釜中，加入加入氟钛酸钾、铝酸钠或醋酸锰等催化剂，充分混合浆化后得到浆料，将浆料导入反应釜中进行一次酯化反应，所述酯化反应的温度控制在250℃~260℃；

（2）将SIPE、PEG、DMPA、和TiO₂按照配比放入浆料釜中，充分混合浆化后得到浆料，与一次酯化反应产物一起导入反应釜中进行二次酯化反应，得到酯化后的混合料，所述酯化反应的温度控制在260℃~270℃；

所述的异型喷丝板的喷丝孔为三叶、十字、六叶、中空、十字中空、四T中空型。

4.根据权利要求3所述的一种高吸湿易染仿棉聚酯纤维的制备方法，其特征在于，所述高吸湿易染仿棉聚酯切片的熔点为240~253℃，粘度0.52±0. 15dL/g；色度1~5，水分0.1~0.6%，灰分0.02~0.07%。

5.根据权利要求3所述的一种高吸湿易染仿棉聚酯纤维的制备方法，其特征在于，将仿棉聚酯切片与功能性母粒（如天然玉石、银离子、咖啡炭、竹炭等）共同纺丝，可赋予纤维新的功能（如凉感，抗菌，除臭、抗紫外线等）。