CN1039855A - 有关的合成纤维纺织纱线及其改进 - Google Patents

Abstract

合成纤维特别是聚酯纤维在水中的分散性，通过用改进的共聚多酯涂料涂复来改进，其改进之处是使共聚多酯改进，以便为包含的一些极性基团提供一些对交联一型反应敏感的位置，然后生成的物料进行这样的交联一型反应，由此改进了涂复在纤维上涂层的持久性，因此，由这些纤维制备的产品具有许多优点。

Description

本发明涉及到合成纤维，特别是聚酯纤维类的纺织纱线及其改进，尤其是此类纺织纱线和纤维表面已得到改善，从而提供舒适的性能，它包括先前的纺织长丝和纺织纤维。还涉及到纺织品，例如含有此类纱线和/或纤维的织物及服装。

合成的纺织纤维，如聚酯纤维及其纺织纱线已为人公知且有几十年的商业应用历史，它最早由W.H.Carothers在US        2071251中提出，随后又由Whinfield和Dickson在US        2465319中论及。大多数应用于商业目的的纤维的合成聚酯聚合物是聚（对苯二酸乙酯），它是由乙二醇与对苯二酸二甲酯或对苯二酸合成，其纤维用于服装或其它目的。

近几年来，有许多关于合成纤维的书面报导，合成纤维特别是聚酯纤维由于经济需要和其性能特点，制造和使用已达数十亿磅。由于聚酯纤维更令人喜爱，所以这里专门讨论它。合成纤维的大部分产品都直接用作纺织纱线，与天然纤维一起进行针织和机织。特别是，聚酯短纤维已成为工业商品，它已大规模地应用于这类纺织纱线，最早与天然纤维尤其是棉花掺合，该掺合物已纺成纺织纱线并制成纺织品，最后制成服装或其它纺织品。大多数聚酯纤维具有圆形截面，但其它外形和截面开关也能采用或提议。通常这种短纤维的平均旦尼尔值约为1-1/2，切断长度可以变化，例如约高到3，低到1，平均旦尼尔值与切断长度的比一般约为1，而小于2∶1。关于这方面，可参考Grindstaff申请的待审查的专利申请Serial        No.07/212        301（Dp-4110-A），1988.6.27和Serial        No.07/266712（DP-4110-B），1988.11.3。聚酯短纤维与棉花相比在某些方面有明显的优越性，如它的使含聚酯的纤维能保持其开关的热塑性特征，例如折缝，还具有可洗穿的特性和较大的均匀性，这就提供了便于加工的优点，以及它们的优良强度和抗降解性。然而，迄今，商业上可用的许多聚酯被视为（至少被一些人）由于具有可概称为“舒适”的较差的美感属性，在某种程度上，最近已倾向于减少掺合物中的聚酯含量，甚至更多采用100%的棉花纤维。本发明既不是关于传统的针织或机织纺织纤维，也不是有关用在此类纺织物中的专门设计的纤维的制造，更不是针织和机织时所用的传统的纺织加工的纱线。

最近几年，人们对水可分散的合成纤维特别是聚酯纤维有较大的兴趣。这类水可分散的纤维在各种非针织方面使用，它包括造纸、纸板的制备，和包括湿法非机织织物，有时作为掺合物的一部分，常常与大量木浆掺合，例如用于造纸或/和与其它合成纤维掺合使用。但也应用在仅需要聚酯纤维，也就是不与其它纤维掺合。这里为了方便，经常提及的是造纸或湿法产品，因为引入合成纤维例如聚酯纤维的问题一般与此类湿法沉淀过程类似。这种用途（因此这种需要）与以前较多的常规短纤维不同，后者转变成纺织纱线，最终用于机织或编织织物。由于需要将这种纤维分散在水中，而不是把常规的纺织纤维转变成纺织纱线，如通过梳理和纺纱过程，例如使用棉花系统，正是这种水分散性的需要使本发明领域区别于先前的较一般的聚酯短纤维，通过增加聚酯纤维的量，例如提高为这种最终的使用专门制造的聚酯纤维的量，使用特殊的外形，如L/D比和截面形状，涂料或其它特征来改善水分散性和后续加工所需的性能。这可参考US        4707407（Clark and Shiffler），US 4713289（Shiffler），EPA₁0198400，0198401和0261820以及US4529481（Yorhida等），Shiffler的论文，题目为“合成纤维在水中的分散动力学特征”，无机织的论文集（Nonwo-vens Symposium）1984.4，由TAPPI报导和提供，在这里可供参考。在这里广泛使用的“纤维”术语，特别包括这样细细地分开的水可分散的长丝原料，有时指纤条体或原纤维，例如在上述的一些现有技术中，如Yoshida，连续细丝并不是本身为水可分散的。然而，大家都知道，通常合成纤维首先由合成聚合物经过挤压（聚酯时熔纺）而形成连续长丝。当需要真正的水可分散的纤维时，这些长丝可以被切断。因此用适当的水分散性涂料涂复的通常是前身，也就是说是聚合物与最终的水可分散的切断纤维之间的中间体。

大多数这样的水可分散的聚酯纤维是聚对苯二酸乙酯，长丝开始基本上采用与用于纺织的短纤维的一般的聚酯纤维的制备过程相同。不同之处，以前除了许多水可分散的聚酯纤维不卷曲外，而用于纺织纱线的聚酯短纤维一般都要卷曲。在转变为短纤维之前，卷曲以纤维束的形式在长丝上进行。由于短纤维的良好卷曲性能为所需要求的后续处理和用该生成物纺成的纱线提供了所需的磨擦性能。因此，水可分散的聚酯纤维通常通过熔纺将聚酯纺成长丝来制备。长丝组合形成纤维束，拉成丝，采用一种合适的水分散性涂料影响纤维的水分散性能，一般以与用整理剂相同的方法施加于一般的纺织长丝的纤维束。然后（一般没有任何卷曲或在某些情况下由于一些影响稍微有波动，其结果由此制成的最终薄纱具有超胀量（extra        bulk）和三维基质（three-dimensional        matrix）），把纤维束切断成所需的切断长度，也就是形成水可分散的切断纤维。此种切断纤维一般压在一起以大纤维捆形式出售。

聚酯纤维（和其它合成纤维）本性是疏水的，胜过纤维素木浆或棉花，这种疏水性使它们对湿法的合适性成为了问题，正如Ring等在US4007083中，Hawkins在US4137181、4179543和4294883以及Viscose        Suisse在British        Patent        No.958430中所披露的，很难找到一种方法克服聚酯纤维内在的疏水性，而不产生泡沫或导致纤维絮凝。

在湿法产品中，疏水合成纤维的掺入物也趋向引起显著的抗拉力的损失，除非已求助于化学品或热粘合操作。到目前为止，关于这方面以前的建议使在湿式沉淀处理中合成纤维的广泛商用失去了信心，而许多关于优点的理论建议，即希望通过这样的湿法由合成纤维制造薄纱结构在实践中没有得到实现，至少在商业规模上是如此。理论上预期的重要优点是在强度一型性能方面的改进。关于这方面，由于许多合成品比普通天然纤维织品例如纤维素纤维，例如木浆具有众所周知的优势。但是，一般的实用经验，对一部分商业规模的湿法制造商引入合成纤维，一般都明显地降低了生成的薄纱的强度一型特性。我们的研究使我们相信，这些缺陷经常是由于低劣的水分散性所致，这会导致合成纤维织品的均匀性较差，其结果是产生的薄纱织品强度较低。因此，我们认为改善水分散性就有可能得到超出迄今设想的新用途。

因此，本发明的一个目的是改进合成纤维（特别是聚酯纤维），使之具有较好的水分散性，并且能经济地实现该目的。本发明的另一个重要的目的是提供光滑聚酯纤维填塞物所要求的特性（一种完全独立地技术领域）。我们中的部分人（in        Du        pont）改进了聚酯填塞物，它是带一种新的共聚多酯的光滑的聚酯纤维填塞物，该共聚多酯有几个聚醚链段（polyether        segments）和几个聚酯键，而且这种共聚多酯含有几个极性基的化合物的残基（residues），极性基例如是氢氧基（OH）和季铵基及胺基（通常指的是NH）。我们同时待审查的专利申请（DP-4349-A），其中的内容可结合起来参考。在这类新的共聚多酯中，较好地是1989.3.6申请的待审查的专利申请PCT/US        89/00829题目为“改进的亲水性聚酯”中的聚酯，其中的内容可结合起来参考。

按照本发明，现在我们发现这些相同的新共聚多酯类作为合成纤维涂料应用时，在解决上述涉及到的纺织纱线和含有合成纤维特别是聚酯纤维纱线的服装及织物原料领域中的问题方面，提供了一些重要的优点，（因为聚酯纤维实质上的疏水性。）

因此，本发明提供了改进的合成聚合物纤维纺织纱线，特别是聚酯纤维的纺织纱线，它们用具有聚酯链段（polyether        segments）和聚酯键的共聚多酯类进行涂复，其改进之处在于共聚多酯含有化合物的残余基，该化合物包含有如羟基（OH）、季铵基和胺基（通常指NH）的极性基团。较好的此类化合物是至少含有3个碳原子和羟基的多羟基化合物，山梨糖醇是多羟基化合物的一个例子，它具有非常好的效果，成本合理且易得。采用这些新型而改进了的共聚多酯涂复的新型纤维，其重要的优点是可以通过与合适的交联剂进行交联反应，从而方便地进一步改进。利用这种方法，涂料就地进一步键合，改进原纤维基质涂层的耐用性。实际上，在纺织加工特别是某些湿法加工期间，为阻止涂层的除去，这种提高了的耐用性被认为是很重要的。然而，人们将会理解，在交联反应实现以前，这种纤维可以进入商业流通，而这种纤维本身本来就是新的。适合的交联作用可通过与一些试剂直接酯化来实现，这些试剂包括聚羧酸，如柠檬酸与酯进行交换，例如柠檬酸与低级醇类（低于6个碳原子的醇），或其它交联型反应，如上述的几篇待审查的专利申请所描述的。

用新的（改进的）共聚多酯类涂复的新型纤维在后续加工的各个方面显示出了明显的较好的优点。人们相信，在纺织纱线加工中使用该类纤维的可能性以及在后续纺织加工中使用这种纱线的可能性将会产生一些其它的良机和优点。

本发明还提供了以短纤维和它们的前身的连续的长丝纤维的形式制备水分散的合成聚合物纤维，特别是聚酯纤维的改进的方法，它包括把聚合物挤压（例如熔融纺丝聚酯）成为长丝的步骤，把一束纤维长丝加工成纤维束的步骤，如果需要，通过拉伸或适当地热处理，以提高定向度和结晶度的步骤，如果需要可进行卷曲以得到卷曲的长丝的步骤和使卷曲的长丝开松的（relaxing）步骤以及把长丝制成短纤维的纤维缺口的步骤，其中长丝或短纤维的纤维制品中的纤维是用水分散性涂料涂复，这种涂料是具有几个聚酯链段（polyether        segments）和几个聚酯键的共聚多酯，其特征在于纤维是用含如上述的含极性的化合物的残基的共聚多酯涂料涂复，这些极性基团为羟基（OH）、（NH）基（季铵基和胺基）。

共聚多酯类的广泛的变化可以证实适合于商业上的应用。如在待审查的专利申请DP-4349-A和PCT/US89/00829中所表明的那样。在上文指出的较好的基本的共聚多酯类（即本发明改进前的）是聚对苯二酸乙酯和对苯二酸乙酯的部分具有几乎等摩尔的量，尽管适合所需目的的数量和专用原料可以改变。例如通常在纸制品的最终使用中，拉伸和撕破的改进是必须的。然而，通过试剂的正确选择，就有可能谨慎地减少脱纤作用的能量，或提供较低强度的结构。在脱纤作用中，纤维对短纤浆的损害减少，为使用短纤浆以促进锤磨机中的脱纤作用，以前对舒解剂的研究与需要对舒解剂的配方稍加改进以使生成物在硫酸盐、亚硫酸盐和其它“化学”浆中的性能（相对机械原点、TMP、CTMP而言）最佳相一致。因此，聚醚链段可大大增加，如为这类共聚多酯的85%（按重量计），其范围约为50-85%（按重量计），而对苯二酸乙酯的量可大大减少，例如小到10%左右（按重量计），其范围约为10-35%（按重量计），人们认为聚酯键的成分，与聚醚链化合物成分不同，它提供亲水性和把其它的所需的特性赋予涂复过纤维。

本发明的共聚多酯的多极性基的改进和随后的交联及所使用的适合的化合物（包括在改进了的共聚多酯中的残基），都与在待审查的专利申请DP-4349-A和PCT/US89/00829中指出的相一致（申请日1989.3.6），其中的内容这里可结合参考。这后来的专利申请给予此类共聚多酯一个简单的解释，以及如何制备和它们与现有技术的建议有何不同，以及它们怎样进行交联。然而，本发明的关于水可分散的纤维，认识到通过一些改进似乎使相互之间只发生一点点变化就可得到完全不同的产品是特别重要的，该产品特别适用于完全不相关的最终的使用（end-uses），如纸张或纸板以及用于各种各样的目的的短纤浆。

同样，用量依照所需目的和所用原料的不同而异，例如可多到20%（按重量计），例如一种多羟基化合物的（残基）至少有3个碳原子和羟基。

涂复在纤维上的共聚多酯的量按所需目的而不同，希望相对少些，一般约为1%（按纤维重量计），这已公开在上述的待审查的专利申请中。

同样，影响这些的交联一型反应和所使用的多官能团化合物在此更详细地描述。用量依特定目的而异（如预期的最终使用），可约为10%或12%（按共聚多酯的重量计），其范围约为0.5%至20%（按重量计）。

人们认为，较好的极性基的特殊优点是有适合的基团与木浆形成一些化学键。这些键是永久性的，可以避免与前述的不同化合物交联时沥滤，他们自身有足够的自由基可用来键合在聚酯链段的周围和纤维基质上，而且在最终的薄纱结构中，也与木浆形成化学键或松散的氢键。当按目的需要允许纸产品循环时，松散的氢键通常是较好的。

交联剂本身也具有特殊而不寻常的好处，例如一些此类售出品“TYZDR”，根据选择的型号，在酸或碱造纸系统能被活化，得到改进的不透明性和强度，其中它们也键合到填充剂上（如粘土、碳酸钙、滑石等），如上述的EPA₁0261820中提及的。

较好的聚酯基质纤维通常范围约为0.5-20旦尼尔。然而粗旦（coarser        deniers）是特别希望用于最终使用的纸产品。纤维截面可为圆形的，或如上述一些文献中描述的形状，而且可用电晕、UV（紫外线）、激光、牵切、收缩或用其它化学品等等处理和/或改进以得到所要求的截面。

本发明的改进之处是水分散性提高了被涂复纤维的键合能力。如上所述，其它优点将在下文描述，但是包括允许使用较低化学键合温度，由此得到改进了的薄纱柔软度，较好的悬垂性，特别是湿法非织物结构。与其它基团的掺合能力提供了给予性能改进的广泛范围，例如在待审查的专利申请中提到的抑制细菌的性能和控制气味。

下面的例子进一步说明了本发明，所有的分数均以重量计，除非另有说明。

实施例

表1为开口板结构（Open        board        structure）的薄纱测量的比较。排列成75-80g/sq.m（实际上为70-80g/sq.m，为补偿不同样品之间重量的微小变化，使其值标准化），Bruderhaus实验室倾斜式纱线机，以3m/min速度制备，把使用的550g        CTMp浆加入到100L水中，制浆15分钟，在加入任何聚酯纤维前，再加入16.5g聚酯纤维（除对照实验外），再进一步制浆2分钟，得到良好的分散性和聚酯纤维的分布，该浆随后输送到机器箱，以便它能在前面的高位调浆箱中被稀释，即每500L中566g固体-原料的稠度（密度）。

用100%CTMP浆（没有聚酯纤维）作对照，以此为比较基准。

试验1、2和3加入上述的聚酯纤维，该纤维是标准的不卷曲的商业PMS纤维，1.7特（dtex），切断长度为6毫米，在该纤维上涂复商业的水分散性涂料，因此，本发明的涂料被下列步骤代替：商业涂料在60℃下冲洗除去，然后用0.5%固体OWF加入1∶3.75的浴比（B.R），即在750毫升涂料水溶液中含200g纤维。试验1固体含量为17%，试验2和3固体含量为13%，涂复过的纤维于90℃下干燥，再加热到130℃，模仿一典型方法以控制收缩率。在所用的涂料中有共聚多酯，试验1按PCT/US        89/00829中的例12制备，试验2和3按PCT/US        89/00829中的例15制备。

试验1和2所采用的交联剂为“TYZOR”LA，试验3用柠檬酸，每次用量为涂料重量的0.5%。

表1

试验        对照        1        2        3

密度（g/cm³） 0.103 0.093 0.103 0.100

平均拉伸系数

（MD+XD/2）        9.34        9.56        8.70        9.75

平均撕破系数

（MD+XD/2）        9.62        10.00        10.28        10.39

注头容量（ml）        2.22        3.43        1.84        2.04

吸收（ml）        11.46        13.26        12.03        12.43

吸收量

走空（15ml）        8.21        8.73        8.38        8.36

芯长度

30秒后        51.00        49.00        55.00        52.00

60秒后        69.00        68.00        73.00        70.00

从这些试验结果可见亲水性改进很明显，拉伸性能极好。尽管采用湿法处理，水分散性特征是持久的，足以经得起这种处理，并提供了整个薄纱的相对少的比率的聚酯的均匀分布。撕破系数的提高特别令人难忘。

如上所述和如现有技术描述的那样，例如由J.Casey.所著的“制浆和造纸”的卷1.2，在湿法中工业上使用的各种浆和它们的制备方法及按照产品所需的最终使用或目的对浆进行各种处理，掺合合成纤维已是长期以来的愿望，因此，期望本发明提供重要的优点，以满足本领域技术人员所期望的各种需要。但是由于缺乏现存的原料，迄今没能以合理的经济成本完成。

另外，这里和在待审查的专利申请中涉及的改进的聚酯纤维的规定，特别是应参考待审查的专利申请DP-4349-A的例22-25（例如其中的掺合），它说明纤维涂料不是聚酯，特别是聚丙烯和芳族聚酰胺（aramid）纤维，这种改进对它们在湿法中的使用有很大的益处。对丙烯酸、聚胺或其它合成纤维，证明可以作类似的改进。

水分散性改进的另一个开拓用途是在短纤浆中诸如所用的吸收剂，例如用于各种各样的产品中。到目前为止，通过在该类产品中掺入各种合成纤维以提供对纤维网（Web）或浸轧（pad）完善性方面的种种企图几乎没有或没有实际成功，除非求助于热粘合纤维。这已由R.Iyengar等在“纺织研究杂志”1987.5上报导，有希望的产品，在第一次排尿（micturation）后就失去优越性，而且关于“瞬染”或重湿都是不可接受的。超吸收材料通过掺入（经济上可行的）合成纤维也能进行改进，防止凝胶块，得到使用户舒适的关于湿法的各种产品。

令人惊奇地是，本发明处理方法的涂复纤维与木浆一起被加工成专门改进的短纤浆，大大改善了亲水性和持久性，足以经得起短纤浆的处理过程和最后消费者的多样浸湿，这种改进产品的完成超过了以前的企图。这些纤维长度为6毫米或更长，0.5-20旦尼尔，有或没有卷曲，圆形或具有扩大了表面的如上所述的不规则截面。

漂白或不漂白的短纤浆产品，具有很低的精制度21°SR，没精制的短纤浆，大约为15°SR，已在造纸的中试机或Bruderhaus实验室倾斜式纱线机上制备出来，这就表明当使用1-6旦尼尔的纤维时，这些涂复的合成纤维能均匀地分散，在采用12毫米切断长度，百分含量为60%的合成纤维中，使用6毫米切断长度，百分含量为80-90%的合成纤维中，加入短纤浆的合成纤维较好的值，因经济原因，保持在低的范围（2-10%）。人们观察到的出人意料的好处包括脱水迅速、湿法机器末端的湿度能减少到5-20%，能实现较快地干燥，对纱线需要低的抽空度（以帮助从原料装置的排出水离开高位调浆箱），生产量的改进在实际应用中有重要意义。

在压辊脱水段上的出人意料的好处意味着在压浆作用或损坏浆液之前能够施加较高的压力负荷，得到干燥中生成物能量补偿。可选择性地采用相同的加压装置，制成较大体积的短纤板卷（例如低密度），以进一步在锤磨机中促进短纤浆的开松。在干燥段采用较低的干燥温度和较高的生产率是可行的。

已精制好的造纸用浆料中掺入合成纤维时，发现具有较高的起始湿纤维网强度和撕裂性能，然而，该例中令人惊奇之处在于，当采用没精制的或只稍加精制的约15°SR的短纤浆，干拉伸和撕裂都减少。因此在彩色格子斜纹棉布制造中，要进行有益的开松处理，通过锤磨机主要是减少所需要的能量，以展开绒毛，使它在各种产品中处于它的最终状态。

同样，作为亲水性涂料，可以牢固地键合到新纤维上，废物（在彩色花格子棉布或其它的各种产品和湿式剥毛产品中产生的）在不损坏锤磨机或湿式胶着系统或不适当地再展开成无尼特的绒毛的条件下，可以循环使用。

Claims (8)

1、改进的水可分散的合成聚合物纤维是用共聚多酯的水分散性涂料涂复的纤维，该共聚多酯带聚醚链段和聚酯键，其特征在于共聚多酯含带极性基的化合物的残基，其中极性基如羟基(OH)、季铵基和胺基(一般指NH)。

2、根据权利要求1的纤维，其特征是合成聚合物纤维是聚酯纤维。

3、根据权利要求1或2的纤维，其特征是共聚多酯含有0.5-20%（按重量计）的多羟基化合物的残基，上述的残基至少含3个碳原子和羟基官能团。

4、根据权利1-3中的任何一个所述的纤维，其特征是共聚多酯用聚羧酸或其酯的交联剂与一种低级醇进行交联而进一步改进。

5、根据权利要求1-3中的任何一个所述的纤维，其特征在于共聚多酯用N-烷氧基甲基或N-羟基甲基化合物通过交联而进一步改进。

6、根据权利要求4或5所述的纤维，其特征是交联剂含量基本上为0.1-20%（按共聚多酯的重量计）。

7、根据权利要求4、5或6所述的聚酯纤维，其特征是共聚多酯用多价金属化合物如钛、锌或铝的化合物通过交联反应而进一步改进。

8、根据权利要求1-7中的任何一个所述的聚酯纤维，其特征是以聚酯纤维的重量计，其共聚多酯量为0.05-1.2%。