CN103866420B - 一种阳离子可染聚酯纤维及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种阳离子可染聚酯纤维及其制备方法，该聚酯纤维中含有由阳离子可染成分间苯二甲酸二甲酯‑5‑磺酸钠或间苯二甲酸二乙二醇酯‑5‑磺酸钠得到的结构单元、聚乙二醇结构单元以及成核剂。在纺丝时，对得到的半牵伸丝进行加工时采用假捻加工方法。所得纤维具有良好的染色性及收缩稳定性，其强伸度积14以上、CR20%～40%，可适应多种收缩性需求衣料用途。

Description

一种阳离子可染聚酯纤维及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种阳离子可染聚酯纤维及其制备方法，具体的是含有成核剂的阳离子可染纤维，具有良好收缩性可控制能力。

背景技术

聚酯纤维由于优异的纤维使用性能而倍受消费者关注，但由于其染色难的问题，在使用中有所限制，在其中添加聚酯染色改性剂间苯二甲酸二甲酯-5-磺酸钠（SIPM），制备阳离子可染共聚酯，可以解决其染色问题，且其中所添加的SIPM量越高，纤维的可染性能越好、染色后颜色越鲜艳，纤维色牢度越好。但是另一方面，聚酯中SIPM的含量越高，其切片熔融粘度越高，必须使用减粘剂调节聚合切片粘度，否则会对熔融纺丝造成纺丝压力过高，纺丝中丝条切断等困难。

且由于磺酸钠基团和PEG的存在，聚酯的结晶能力难以控制，导致聚酯纤维的收缩性能不稳定，同批生产的聚酯纤维各批次间在收缩性能上差异较大，影响其使用性能。

发明内容

本发明的目的在于提供具有收缩性能稳定、可染性且适用于衣料用途的收缩性能可控的阳离子可染聚酯纤维。

本专利主要是解决纤维的结晶率可控化和结晶方法问题。加工中结晶性能直接影响了纤维物理性能及使用性能，聚酯纤维的收缩性能要能有效控制，需要控制好该聚酯的结晶性能，而聚酯的结晶性能调节又依赖于聚酯中的成核剂量和种类。在纤维需要高收缩性能情况下，可以减少成核剂含量，降低聚合物结晶能力，使纤维结晶率降低；在纤维需要低收缩能力情况下可以提高成核剂成分，提高聚合物结晶能力，使纤维结晶率提高。

根据各种用途的不同，纤维的收缩性要求不同。所使用的成核剂种类及量完全不同。

本发明的技术解决方案：

一种阳离子可染聚酯纤维，由阳离子可染聚酯纺丝得到。该纤维的分子链段中含有由间苯二甲酸二甲酯-5-磺酸钠或间苯二甲酸二乙二醇酯-5-磺酸钠得到的结构单元和聚乙二醇结构单元，其中由间苯二甲酸二甲酯-5-磺酸钠或间苯二甲酸二乙二醇酯-5-磺酸钠得到的结构单元的含量以硫元素计相当于纤维的2000～2600ppm，聚乙二醇结构单元的含量占纤维的1wt%以下；该纤维中含有相当于聚酯重量10～50000ppm的成核剂；该纤维的纤度为6～44dtex，强伸度积为14以上，湿热收缩复原率为20%～40%。

本发明所述纤维的分子链段中含有由间苯二甲酸二甲酯-5-磺酸钠或间苯二甲酸二乙二醇酯-5-磺酸钠得到的结构单元，由于其中的磺酸钠基团具有极性使得纤维用阳离子染料染色时的可染性好。该结构单元以硫元素计相当于纤维重量的2000～2600ppm，当其含量小于2000ppm时，无法有效提高纤维的染色性能，当其含量大于2600ppm时，纤维物性下降，实际应用差。为了使聚酯纤维获得理想的阳离子可染特性，优选其含量为2000～2400ppm。

由于磺酸钠极性基团的存在，阳离子可染聚酯的粘度容易升高，进而影响聚酯切片的纺丝性能，如熔融纺丝时熔体压力过高等问题。因此在纤维的分子链段中须要引入聚乙二醇结构单元，使得分子链的柔性部分变长，降低由磺酸钠极性基团引起的高粘度。聚乙二醇结构单元占纤维的1wt%以下，如果其含量高于1wt%，则聚合物熔融粘度偏低，容易导致纺丝过程中在纺出阶段熔融纺出的熔融聚合物量不稳定，最终纤维纤度不稳定。

对纤维分子链段中聚乙二醇结构单元的重均分子量没有特殊限定，但是如果聚乙二醇结构单元的重均分子量过大的话，会降低减粘效果，因此优选其重均分子量为600～1200。

纤维的收缩性及纤维的强度、伸度取决于其中结晶部分和非晶部分的比例，如果纤维中非晶部分比例越大，则纤维的收缩性能越大；反之如果纤维中结晶部分越多，则纤维的收缩性能越小。纤维的收缩性过大会导致纤维在使用过程中如织造织物时的尺寸安定性差，收缩性过小会导致热纤维定型加工等的困难。

本发明中通过使用成核剂来控制纤维的结晶性能从而控制其收缩性及强度、伸度。本发明所述聚酯纤维中成核剂含量占10～50000ppm。如果成核剂的含量少于10ppm，则纤维中的非晶部分所占比例太大，纤维的收缩性过大，导致在纤维的使用过程中其强伸度积下降较大；如果成核剂的含量多于50000ppm，则纤维中聚合物以外成分过高，对纤维的取向能力及强伸度有负面影响。

本发明所述成核剂可以是粘土、蒙脱土、水滑石、三氧化二铝、二氧化硅或硬脂酸钠中的一种或几种，其中优选三氧化二铝、二氧化硅、硬脂酸钠中的一种或几种。为了使得本发明所述纤维在拥有良好的收缩性能的同时能保持优异的强度、伸度，纤维中成核剂的含量优选30～10000ppm。

本发明所述纤维的纤度为6～44dtex，适合作为各种服装用面料的原料。纤度优选10～44dtex。

本发明还涉及一种阳离子可染聚酯纤维的制备方法，包括如下步骤：

（1）先将对苯二甲酸二甲酯、乙二醇进行酯交换反应，然后在酯交换反应完成时添加以硫元素计相当于聚酯重量2000～2600ppm的间苯二甲酸二甲酯-5-磺酸钠或间苯二甲酸二乙二醇酯-5-磺酸钠、相当于聚酯重量1wt%以下的聚乙二醇和相当于聚酯重量10～50000ppm的成核剂进行缩聚反应；

（2）将步骤（1）得到的聚酯切片干燥后熔融经喷丝板喷出再牵伸卷取，得到半牵伸丝，再将半牵伸丝进行假捻加工得到阳离子可染聚酯纤维；假捻加工的温度为150～190℃、摩擦盘速度为800～1200m/min、卷取速度为400～700m/min、加工倍率为1.5～2.0倍。

聚酯反应的温度为260～300℃、真空度在200Pa以下。

在步骤（1）中，添加间苯二甲酸二甲酯-5-磺酸钠或间苯二甲酸二乙二醇酯-5-磺酸钠时，以它们的乙二醇溶液的形式添加，这样可以使得间苯二甲酸二甲酯-5-磺酸钠或间苯二甲酸二乙二醇酯-5-磺酸钠有效分散提高聚合效率。

将步骤（1）得到的聚酯切片高温真空干燥后进行熔融，然后再经喷丝板喷出，牵伸卷取后得到半牵伸丝。纺丝时的温度最好在275～295℃，纺丝温度过低会导致聚酯熔融粘度增加，影响喷丝口的吐丝质量，纺丝温度过高会导致聚酯产生热降解，影响所得纤维的强度等物理性能。对从喷丝板喷出的初生丝进行卷取时的卷取速度最好控制在2200～4000m/min。

本发明的阳离子可染聚酯纤维的制备方法中，将上述得到的半牵伸丝进行假捻加工。假捻加工可以使得纤维存在蓬松感。假捻加工的条件为：假捻加工温度150～190℃、摩擦盘速度800～1200m/min、卷取速度400～700m/min、加工倍率1.5～2.0倍。假捻加工温度过低不利于纤维加工中结晶的生成，加工温度过高又容易使纤维熔着，降低蓬松性。同时为了控制纤维的产量及质量，摩擦盘速度和卷取速度也须控制在上述范围之内。

由上述方法得到的本发明所述阳离子可染聚酯纤维具有良好的染色性和收缩性能，其湿热收缩复原率为20%～40%，同时纤维的强伸度积可达14以上。

下面对本发明所涉及的评价方法说明如下：

（1）可纺性评价

在制备本发明所述阳离子可染聚酯纤维时对聚酯的可纺性进行评价：

纺丝4小时内无断丝、飘单丝——○，

纺丝4小时内飘单丝或断丝2次以内——△，

纺丝4小时内飘单丝或断丝3次以上——×。

（2）染色性评价

将聚酯纤维进行织造得到织物，使用阳离子染料kayacrl black-r-ed（黑色染料）进行染色，染料量为10owf%，染色浴比为1:30，染色温度为120℃，染色时间为60min。测试染色后织物的L值，判定标准为：L值小于15—○；L值为15～17—△；L值大于17—×。

（3）沸水收缩评价

取10圈纤维（共计10米）在20℃、65%RH环境下放置12小时后，在荷重（荷重＝0.09g/dtex×纤度×2×圈数）下测量其长度L₁；然后将纱线放在沸水中处理30分钟后再在20℃、65%RH环境下放置12小时，在荷重（荷重＝0.09g/dtex×纤度×2×圈数）下测量纱线长度L₂，

。

（4）湿热收缩复原率（CR）评价

取10圈纤维（共计10米）依次在20℃、65%RH环境下放置12小时，在90℃的水中处理20min，在20℃、65%RH环境下放置12小时；然后将纤维在荷重（荷重＝0.0018g/dtex×纤度×2×圈数）下在20℃的水中放置2min后测得其L₁，再在荷重（荷重＝0.09g/dtex×纤度×2×圈数）下在20℃的水中放置2min后测得其L₂，

。

（5）强伸度积

使用日本INTEC株式会社的拉伸试验机（RTC-1225A）进行纤维的强伸度测定。测定条件为测定样品长度20cm、拉伸速度200m/min，

强伸度积＝强度×(伸度)^0.5，

强度为纤维应力-应变拉伸时最大破断点的应力/纤度（cN/dtex），伸度为纤维最大破断点的应变 (%)。

（6）纤度

使用南通宏大实验仪器有限公司的纤维测长仪进行纤维的纤度测定。测定条件为测定样品卷取长度100m，拉伸速度200m/min，称量卷取得的100m纤维样品重量为m，

纤度＝m×100。

（7）纤维中S元素含量

将5g纤维样品在热台上熔融后，用液压机将其压成板状，然后用荧光X射线元素分析仪进行测试，即可以得到聚酯中的S元素含量。

（8）纤维中PEG结构单元分子量

将一定量的纤维溶于三氟乙酸中，进行H-NMR测试。根据PEG的特征峰的峰面积算出聚醚结构单元的分子量。

具体实施方式

实施例1

将对苯二甲酸二甲酯和乙二醇以1:1.15的摩尔比进行酯交换反应，酯交换反应结束后添加以硫元素计相当于聚酯重量2300ppm的间苯二甲酸二乙二醇酯-5-磺酸钠（SIPE）、相当于聚酯重量0.4wt%的分子量为700的聚乙二醇和相当于聚酯重量3000ppm的成核剂Al₂O₃进行缩聚反应得到阳离子可染聚酯，缩聚反应的温度为280℃，真空度为200Pa。

将得到的阳离子可染聚酯切片进行干燥处理，然后在290℃、2700m/ min的卷曲速度下进行熔融纺丝，得到半牵伸丝，再将半牵伸丝进行延伸和假捻加工得到阳离子可染聚酯纤维；假捻加工温度170℃、摩擦盘速度850m/min、卷取速度600m/min、加工倍率1.8倍。具体参数及结果见表1。

实施例2～3

变更SIPE的添加量，其他同实施例1制得阳离子可染聚酯纤维，具体参数及结果见表1。

实施例4

将对苯二甲酸二甲酯和乙二醇以1:1.15的摩尔比进行酯交换反应，酯交换反应结束后添加以硫元素计相当于聚酯重量2300ppm的间苯二甲酸二甲酯-5-磺酸钠（SIPM）、相当于聚酯重量0.05wt%的分子量为700的聚乙二醇和相当于聚酯重量2000ppm的成核剂Al₂O₃进行缩聚反应得到阳离子可染聚酯，缩聚反应的温度为280℃，真空度为200Pa。

将得到的阳离子可染聚酯切片进行干燥处理，然后在290℃、2700m/ min的卷曲速度下进行熔融纺丝，得到半牵伸丝，再将半牵伸丝进行延伸和假捻加工得到阳离子可染聚酯纤维；假捻加工温度170℃、摩擦盘速度850m/min、卷取速度600m/min、加工倍率1.8倍。

实施例5～6

变更SIPM的添加量，其他同实施例4制得阳离子可染聚酯纤维，具体参数及结果见表1。

实施例7

将对苯二甲酸二甲酯和乙二醇以1:1.15的摩尔比进行酯交换反应，酯交换反应结束后添加以硫元素计相当于聚酯重量2200ppm的SIPE、相当于聚酯重量0.6wt%的分子量为900的聚乙二醇和相当于聚酯重量5000ppm的成核剂Al₂O₃进行缩聚反应得到阳离子可染聚酯，缩聚反应的温度为280℃，真空度为200Pa。

将得到的阳离子可染聚酯切片进行干燥处理，然后再290℃、2700m/ min的卷曲速度下进行熔融纺丝，得到半牵伸丝，再将半牵伸丝进行延伸和假捻加工得到阳离子可染聚酯纤维；假捻加工为在175℃、摩擦盘速度900m/min、卷取600m/min速度下1.9倍加工。

实施例8

变更PEG的添加量，其他同实施例7制得阳离子可染聚酯纤维，具体参数及结果见表1。

实施例9

将对苯二甲酸二甲酯和乙二醇以1:1.15的摩尔比进行酯交换反应，酯交换反应结束后添加以硫元素计相当于聚酯重量2400ppm的SIPE、相当于聚酯重量0.4wt%的分子量为1100的聚乙二醇和相当于聚酯重量4000ppm的成核剂Al₂O₃进行缩聚反应得到阳离子可染聚酯，缩聚反应的温度为280℃，真空度为200Pa。

将得到的阳离子可染聚酯切片进行干燥处理，然后再290℃、2700m/ min的卷曲速度下进行熔融纺丝，得到半牵伸丝，再将半牵伸丝进行延伸和假捻加工得到阳离子可染聚酯纤维；假捻加工为在180℃、摩擦盘速度800m/min、卷取600m/min速度下1.9倍加工。

实施例10

变更成核剂Al₂O₃的添加量，其他同实施例9制得阳离子可染聚酯纤维，具体参数及结果见表1。

实施例11

将对苯二甲酸二甲酯和乙二醇以1:1.15的摩尔比进行酯交换反应，酯交换反应结束后添加以硫元素计相当于聚酯重量2300ppm的SIPE、相当于聚酯重量0.1wt%的分子量为1000的聚乙二醇和相当于聚酯重量50ppm的成核剂SiO₂进行缩聚反应得到阳离子可染聚酯，缩聚反应的温度为280℃，真空度为200Pa。

将得到的阳离子可染聚酯切片进行干燥处理，然后再290℃、2700m/ min的卷曲速度下进行熔融纺丝，得到半牵伸丝，再将半牵伸丝进行延伸和假捻加工得到阳离子可染聚酯纤维；假捻加工为在170℃、摩擦盘速度1020m/min、卷取600m/min速度下1.9倍加工。

实施例12～13

变更成核剂SiO₂的添加量，其他同实施例11制得阳离子可染聚酯纤维，具体参数及结果见表1。

实施例14

将对苯二甲酸二甲酯和乙二醇以1:1.15的摩尔比进行酯交换反应，酯交换反应结束后添加以硫元素计相当于聚酯重量2300ppm的SIPE、相当于聚酯重量0.4wt%的分子量为1000的聚乙二醇和相当于聚酯重量36000ppm的成核剂硬脂酸钠进行缩聚反应得到阳离子可染聚酯，缩聚反应的温度为280℃，真空度为200Pa。

将得到的阳离子可染聚酯切片进行干燥处理，然后再290℃、2700m/ min的卷曲速度下进行熔融纺丝，得到半牵伸丝，再将半牵伸丝进行延伸和假捻加工得到阳离子可染聚酯纤维；假捻加工为在190℃、摩擦盘速度1100m/min、卷取600m/min速度下1.9倍加工。

实施例15～16

变更成核剂硬脂酸钠的添加量，其他同实施例14制得阳离子可染聚酯纤维，具体参数及结果见表1。

实施例17

将对苯二甲酸二甲酯和乙二醇以1:1.15的摩尔比进行酯交换反应，酯交换反应结束后添加以硫元素计相当于聚酯重量2000ppm的间苯二甲酸二乙二醇酯-5-磺酸钠、相当于聚酯重量0.1wt%的分子量为600的聚乙二醇和相当于聚酯重量1000ppm的成核剂Al₂O₃进行缩聚反应得到阳离子可染聚酯，缩聚反应的温度为280℃，真空度为200Pa。

将得到的阳离子可染聚酯切片进行干燥处理，然后再290℃、2700m/ min的卷曲速度下进行熔融纺丝，得到半牵伸丝，再将半牵伸丝进行延伸和假捻加工得到阳离子可染聚酯纤维；假捻加工为在190℃、摩擦盘速度1020m/min、卷取600m/min速度下2倍加工。

实施例18～19

变更PEG的分子量，其他同实施例17制得阳离子可染聚酯纤维，具体参数及结果见表1。

对比例1

在聚酯中不添加成核剂，其他同实施例1制备聚酯纤维，具体参数及结果见表1。

对比例2

在聚酯中不添加PEG和成核剂，其他同实施例1制备聚酯纤维，具体参数及结果见表1。

对比例3

将对苯二甲酸二甲酯和乙二醇以1:1.15的摩尔比进行酯交换反应，酯交换反应结束后添加以硫元素计相当于聚酯重量3000ppm的间苯二甲酸二乙二醇酯-5-磺酸钠、相当于聚酯重量0.4wt%的分子量为1000的聚乙二醇和相当于聚酯重量5000ppm的成核剂Al₂O₃进行缩聚反应得到阳离子可染聚酯，缩聚反应的温度为280℃，真空度为200Pa。

将得到的阳离子可染聚酯切片进行干燥处理，然后再290℃、2700m/ min的卷曲速度下进行熔融纺丝，得到半牵伸丝，再将半牵伸丝进行延伸和假捻加工得到阳离子可染聚酯纤维；假捻加工为在180℃、摩擦盘速度900m/min、卷取600m/min速度下2.0倍加工。

对比例4

变更成核剂硬脂酸钠的添加量为60000ppm，其他同实施例14制得聚酯纤维，具体参数及结果见表1。

Claims (5)

1.一种阳离子可染聚酯纤维，由阳离子可染聚酯纺丝得到，其特征是：该纤维的分子链段中含有由间苯二甲酸二甲酯-5-磺酸钠或间苯二甲酸二乙二醇酯-5-磺酸钠得到的结构单元和聚乙二醇结构单元，其中由间苯二甲酸二甲酯-5-磺酸钠或间苯二甲酸二乙二醇酯-5-磺酸钠得到的结构单元的含量以硫元素计相当于纤维的2000～2600ppm，重均分子量为600～1200的聚乙二醇结构单元的含量占纤维的1wt%以下；该纤维中含有相当于聚酯重量30~10000ppm的三氧化二铝、二氧化硅、硬脂酸钠中的一种或几种成核剂；该纤维的纤度为6～44dtex，强伸度积为14以上，湿热收缩复原率为20%～40%，所述强伸度积＝强度×伸度^0.5。

2.根据权利要求1所述的阳离子可染聚酯纤维，其特征是：所述纤维分子链段中由间苯二甲酸二甲酯-5-磺酸钠或间苯二甲酸二乙二醇酯-5-磺酸钠得到的结构单元的含量以硫元素计相当于纤维的2000～2400ppm。

3.根据权利要求1所述的阳离子可染聚酯纤维，其特征是：该纤维的纤度为10～44dtex。

4.根据权利要求1所述的阳离子可染聚酯纤维，其特征是：该纤维的强伸度积为16以上。

5.一种权利要求1所述阳离子可染聚酯纤维的制备方法，其特征是：该方法包括如下步骤：

（1）先将对苯二甲酸二甲酯、乙二醇进行酯交换反应，然后在酯交换反应完成后添加以硫元素计相当于聚酯重量2000～2600ppm的间苯二甲酸二甲酯-5-磺酸钠或间苯二甲酸二乙二醇酯-5-磺酸钠、相当于聚酯重量1wt%以下的重均分子量为600～1200的聚乙二醇和相当于聚酯重量30ppm～10000ppm的三氧化二铝、二氧化硅、硬脂酸钠中的一种或几种成核剂进行缩聚反应；

（2）将步骤（1）得到的聚酯切片干燥后熔融经喷丝板喷出再牵伸卷取，得到半牵伸丝，再将半牵伸丝进行假捻加工得到阳离子可染聚酯纤维，其中假捻加工的温度为150～190℃、摩擦盘速度为800～1200m/min、卷取速度为400～700m/min、加工倍率为1.5～2.0倍。