CN108203509B - 改质聚酰胺及其制作方法及尼龙复合纤维 - Google Patents

改质聚酰胺及其制作方法及尼龙复合纤维 Download PDF

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Abstract

提供一种改质聚酰胺，其具有式(I)的结构：

Description

改质聚酰胺及其制作方法及尼龙复合纤维
技术领域
本发明是关于改质聚酰胺及其制作方法，以及尼龙复合纤维。特别是关于利用二乙基三胺为反应物之一所制得的改质聚酰胺及其制作方法，以及包括此改质聚酰胺的尼龙复合纤维。
背景技术
自从尼龙纤维问世以来，由于其具有强韧、耐磨、平滑、重量轻且不易产生静电等诸多优点，故被广泛应用在各种织物、衣物及医疗用品上。然而，当尼龙纤维仅由单一种聚酰胺为材料所构成时，其并无法满足各式各样的产品所需。有鉴于此，目前亟需发展出其他聚酰胺来制作尼龙纤维，从而改变尼龙纤维的性质以符合各种产品所需。
发明内容
本发明的目的在于提供一种为改变尼龙纤维的性质以符合各种产品所需而发展的改质聚酰胺。
本发明提供一种改质聚酰胺，具有式(I)的结构：
Figure BDA0001184803670000011
其中，a+c为1～20，b为4～50，m为5～11，n为2～16，x为100～220，y为1～6。
本发明提供一种尼龙复合纤维，包括第一尼龙纤维及第二尼龙纤维。第一尼龙纤维包括前述的改质聚酰胺。第二尼龙纤维包括第一聚酰胺或第二聚酰胺，第一聚酰胺是由具有6～12个碳的内酰胺聚合而成，第二聚酰胺是由具有N1个碳的直链脂肪二胺及具有N2个碳的直链脂肪二羧酸聚合而成，N1为4～10，N2为6～14，且(N2-2)的数值为(N1-2)的数值的整数倍，其中第一尼龙纤维及第二尼龙纤维为并列排列。
在一实施方式中，第一聚酰胺为尼龙6、尼龙11或尼龙12。
在一实施方式中，第二聚酰胺为尼龙4.6、尼龙6.6、尼龙6.10、尼龙6.12、尼龙6.14或尼龙10.10。
在一实施方式中，第一尼龙纤维与第二尼龙纤维的重量比为40：60至60：40。
本发明提供一种改质聚酰胺的制作方法，包括使具有6～12个碳的内酰胺、具有4～18个碳的直链脂肪二羧酸、聚丁醚二胺及二乙基三胺(diethylenetriamine；DETA)共聚合，其中内酰胺为80～95重量份，直链脂肪二羧酸为0.5～2.5重量份，聚丁醚二胺为4～16重量份，且二乙基三胺为0.3～1.2重量份。
在一实施方式中，二乙基三胺在内酰胺、直链脂肪二羧酸、聚丁醚二胺及二乙基三胺中所占的重量百分浓度为0.3wt％～1.2wt％。
在一实施方式中，聚丁醚二胺在内酰胺、直链脂肪二羧酸、聚丁醚二胺及二乙基三胺中所占的重量百分浓度为4wt％～16wt％。
在一实施方式中，聚丁醚二胺具有式(II)的结构：
Figure BDA0001184803670000021
其中a+c为1～20，且b为4～50。
在一实施方式中，使内酰胺、直链脂肪二羧酸、聚丁醚二胺及二乙基三胺共聚合是在温度为200℃～270℃及绝对压力为0.1bar～3bar下进行。
相较于现有技术，本发明的改质聚酰胺具有良好的弹性、强度及伸展性，且适合被制为尼龙纤维。此外，本发明的尼龙复合纤维包括了含有此改质聚酰胺的第一尼龙纤维及具有良好尺寸安定性的第二尼龙纤维，而使得尼龙复合纤维具有自发性卷缩的特性，且具有良好的强度和伸度。因此，此尼龙复合纤维可用于制造具有高伸长回复率且能够经久耐用的弹性尼龙织物。
具体实施方式
以下的揭示内容提供许多不同的实施例或实例，以实现本发明的不同特征。特定实例的组成及布局叙述如下，以简化本发明。当然这些仅是实例，并非用以限制。
本发明提供一种改质聚酰胺的制作方法，利用具有6～12个碳的内酰胺、具有4～18个碳直链脂肪二羧酸、聚丁醚二胺及二乙基三胺(diethylenetriamine；DETA)作为反应物，以共聚合形成改质聚酰胺。在共聚合之后，这些反应物之间会以随机排列的方式以酰胺键相互键结来形成改质聚酰胺。
在一实施方式中，是在温度为200℃～270℃及绝对压力为0.1bar～3bar下，使内酰胺、直链脂肪二羧酸、聚丁醚二胺及二乙基三胺进行共聚合反应。
详细来说，在一实施方式中，在温度为200℃～260℃及绝对压力为1bar～3bar下，使内酰胺进行水解1～2.5小时。接着，将绝对压力调整至1bar～1.3bar(可藉由通入或抽出氮气来调整)，升温至240℃～280℃，使水解后的内酰胺、直链脂肪二羧酸、聚丁醚二胺及二乙基三胺进行共聚合反应。继之，再将压力逐渐降低至0.1bar～0.5bar。
可以通过调整各反应物之间的重量比例来调整改质聚酰胺的性质。在一实施方式中，内酰胺为80～95重量份，直链脂肪二羧酸为0.5～2.5重量份，聚丁醚二胺为4～16重量份，且二乙基三胺为0.3～1.2重量份。在另一实施方式中，二乙基三胺在内酰胺、直链脂肪二羧酸、聚丁醚二胺及二乙基三胺中所占的重量百分浓度为0.3wt％～1.2wt％。在另一实施方式中，聚丁醚二胺在内酰胺、直链脂肪二羧酸、聚丁醚二胺及二乙基三胺中所占的重量百分浓度为4wt％～16wt％。
亦可藉由选取不同的反应物组合来调整改质聚酰胺的性质。在一实施方式中，内酰胺为具有6个碳的己内酰胺(caprolactam；CPL)，且直链脂肪二羧酸为具有6个碳的己二酸(adipic acid；AA)。
在一实施方式中，本发明的改质聚酰胺具有式(I)的结构：
Figure BDA0001184803670000031
其中，a+c为1～20，b为4～50，m为5～11，n为2～16，x为100～220，y为1～6。在一实施方式中，改质聚酰胺的分子量为13000～25000。
如同前述，在共聚合反应之后，会形成改质聚酰胺。详细来说，在共聚合反应之后，产物应为混合物，且混合物包括不同分子量的改质聚酰胺。不同分子量的改质聚酰胺之间可能会形成氢键或藉由库伦力的作用而使得上述产物整体更具弹性。
上述的改质聚酰胺是以具有式(II)的结构的聚丁醚二胺为反应物所形成，式(II)如下所示：
Figure BDA0001184803670000041
其中a+c为1～20，且b为4～50。在一实施方式中，聚丁醚二胺的分子量为500～1500。此聚丁醚二胺具有柔软的长链而较具弹性，从而改质聚酰胺具有良好的延展性和弹性。然而，本发明并不限于此，其他的聚丁醚二胺亦可用于本发明的制作方法。
此外，本发明另提供一种尼龙复合纤维，包括第一尼龙纤维及第二尼龙纤维。第一尼龙纤维包括前述的改质聚酰胺且弹性较佳。在一实施方式中，第一尼龙纤维包括多种改质聚酰胺，其具有不同的分子量。第二尼龙纤维包括具有较差弹性的第一聚酰胺或第二聚酰胺，第一聚酰胺是由具有6～12个碳的内酰胺聚合而成，第二聚酰胺是由具有N1个碳的直链脂肪二胺及具有N2个碳的直链脂肪二羧酸聚合而成，其中N1例如是4～10，N2例如是6～14，且(N2-2)的数值为(N1-2)的数值的整数倍，且第一尼龙纤维及第二尼龙纤维为并列排列。具体来说，在一些实施方式中，第一聚酰胺可为尼龙6、尼龙11或尼龙12。在一实施方式中，第二聚酰胺可为尼龙4.6、尼龙6.6、尼龙6.10、尼龙6.12、尼龙6.14或尼龙10.10。
可以通过调整第一尼龙纤维及第二尼龙纤维之间的重量比例来调整尼龙复合纤维的性质。在一实施方式中，第一尼龙纤维与第二尼龙纤维的重量比为40：60至60：40。
承上所述，由于改质聚酰胺的弹性较佳而具有较差的尺寸安定性，而第一聚酰胺或第二聚酰胺弹性较差而具有较佳的尺寸安定性，因此，当具有两种不同尺寸安定性的尼龙纤维的尼龙复合纤维受到适当张力后，尼龙复合纤维会自发性产生螺旋状卷曲。
以下的实施例是用以详述本发明的特定态样，并使本发明所属技术领域中具有通常知识者得以实施本发明。然而，以下的实施例不应用以限制本发明。
实验例1：合成改质聚酰胺并进行性质测试
在本实验例中，使己内酰胺(CPL)、己二酸(AA)、具有式(II)的结构的聚丁醚二胺及二乙基三胺(DETA)作为反应物共聚合，以形成含有改质聚酰胺的产物。聚丁醚二胺的平均分子量为1000。各反应物的重量百分浓度及各产物的性质请参照表一。
表一
实施例一 实施例二 实施例三 实施例四 实施例五 实施例六
CPL(wt％) 93.8 88.1 82.4 93.3 87.6 81.9
AA(wt％) 0.7 1.4 2.1 0.7 1.4 2.1
聚丁醚二胺(wt％) 5 10 15 5 10 15
DETA(wt％) 0.5 0.5 0.5 1 1 1
产物相对粘度 1.628 1.620 1.410 1.710 1.580 1.464
产物熔点(℃) 220.2 220.4 213.6 221.0 219.9 218.5
由表一可知，产物熔点约在213℃至221℃之间，产物相对粘度约在1.4至1.7之间。本实验例可证明本发明的改质聚酰胺可满足一般以纺丝制作纤维的需求。
实验例2：流变实验
在本实验例中，在温度为260℃下，利用流变实验分析实施例一至实施例三的产物。观察在不同剪率下，各产物所具有的粘度。实验结果请参照表二。
表二
Figure BDA0001184803670000061
由表二可知，在剪率较小时，实施例一至三的产物会具有较大的粘度；反之，在剪率较大时，例如剪率为6000～10000(1/s)，实施例一至三的产物仍具有至少30Pa·s以上的粘度。由于一般在纺丝过程中剪率亦通常会达到6000～10000(1/s)，以上结果显示本发明的改质聚酰胺可满足一般以纺丝制作纤维的需求，适合进一步被加工为纤维。
实验例3：塑片性质测试
在本实验例中，将实施例一至三的产物分别制为塑片。此外，在比较例一中，将己内酰胺、己二酸及具有式(II)的结构的聚丁醚二胺共聚合后，再将其产物制为塑片，其中己内酰胺为88.6wt％，己二酸为1.4wt％，具有式(II)的结构的聚丁醚二胺为10wt％。接下来，分别测试上述塑片的最大抗拉强度及断裂点伸长率。实验结果请参照以下表三。
表三
Figure BDA0001184803670000071
值得注意的是，实施例一至三与比较例一最主要的差异在于，实施例一至三的反应物包括二乙基三胺，比较例一的反应物则不含二乙基三胺。从表三可知，实施例一至三的塑片的最大抗拉伸强度及断裂点伸长率皆高于比较例一的塑片，以上结果显示本发明使用二乙基三胺作为反应物之一，可达到提升产物的强度和延展性的效果。
实验例4：尼龙复合纤维性质测试
在本实验例中，对于尼龙复合纤维的性质进行测试。尼龙复合纤维包括第一尼龙纤维及第二尼龙纤维，且为并列型的尼龙复合纤维。在实施例七至十一中，第一尼龙纤维包括实施例二的产物，第二尼龙纤维包括尼龙6。在比较例二中，第一尼龙纤维包括比较例一的产物，第二尼龙纤维包括尼龙6。表四列出以不同重量比的第一尼龙纤维及第二尼龙纤维所制得的尼龙复合纤维的强度、伸度及自发卷缩率(crimp contraction；CC)。
表四
Figure BDA0001184803670000072
由表四可知，本发明的尼龙复合纤维的强度和伸度良好，与一般常用尼龙纤维材料的水准相当，并且，自发卷缩率可达16％以上，而适用于制造弹性尼龙织物。从实施例七至十一与比较例二来看，可得知在第一尼龙纤维包括以二乙基三胺作为反应物之一所合成的改质聚酰胺的情况下，能够使尼龙复合纤维具有较佳的自发卷缩率。以上结果显示本发明的尼龙复合纤维，不需要经假捻(false twist)加工，或添加其他弹性纤维，就能够具有良好的弹性。
实验例5：尼龙织物伸长回复率测试
将实施例九的尼龙复合纤维制作为尼龙织物，再进行伸长回复率测试，另外，在比较例三中，以尼龙6制作为尼龙织物，亦同样对于此尼龙织物进行伸长回复率测试。实验结果请参照以下表五。
表五
实施例九 比较例三
在定伸长10％后的伸长回复率(％) 90.0 65.0
在定伸长20％后的伸长回复率(％) 84.7 73.2
在定伸长30％后的伸长回复率(％) 77.8 78.3
由表五可知，由本发明的尼龙复合纤维所构成的尼龙织物在定伸长10％及20％后的伸长回复率均优于比较例三的尼龙织物，而在定伸长30％后的伸长回复率则与比较例三的尼龙织物近似。以上结果显示本发明的尼龙复合纤维适合用于制作尼龙织物，且此尼龙织物可具有高伸长回复率及经久耐用的弹性。
综上所述，本发明的改质聚酰胺具有良好的弹性、强度及伸展性，且适合被制为尼龙纤维。此外，本发明的尼龙复合纤维包括了含有此改质聚酰胺的第一尼龙纤维及具有良好尺寸安定性的第二尼龙纤维，而使得尼龙复合纤维具有自发性卷缩的特性，且具有良好的强度和伸度。因此，此尼龙复合纤维可用于制造具有高伸长回复率且能够经久耐用的弹性尼龙织物。
虽然本发明已以实施方式揭露如上，但其他实施方式亦有可能。因此，所请请求项的精神与范围并不限定于此处实施方式所含的叙述。
任何熟习此技艺者可明了，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。

Claims (9)

1.一种改质聚酰胺，其特征在于，具有式(I)的结构：
Figure FDA0003191708800000011
其中，a+c为1～20，b为4～50，m为5～11，n为2～16，x为100～220，y为1～6。
2.一种尼龙复合纤维，其特征在于，包括：
第一尼龙纤维，包括如权利要求1所述的改质聚酰胺；以及
第二尼龙纤维，包括第一聚酰胺或第二聚酰胺，所述第一聚酰胺是由具有6～12个碳的内酰胺聚合而成，所述第二聚酰胺是由具有N1个碳的直链脂肪二胺及具有N2个碳的直链脂肪二羧酸聚合而成，N1为4～10，N2为6～14，且(N2-2)的数值为(N1-2)的数值的整数倍，
其中所述第一尼龙纤维及所述第二尼龙纤维为并列排列。
3.根据权利要求2所述的尼龙复合纤维，其特征在于，所述第一聚酰胺为尼龙6、尼龙11或尼龙12。
4.根据权利要求2所述的尼龙复合纤维，其特征在于，所述第二聚酰胺为尼龙4.6、尼龙6.6、尼龙6.10、尼龙6.14或尼龙10.10。
5.根据权利要求2所述的尼龙复合纤维，其特征在于，所述第一尼龙纤维与所述第二尼龙纤维的重量比为40：60至60：40。
6.一种改质聚酰胺的制作方法，其特征在于，包括：
使具有6～12个碳的内酰胺、具有4～18个碳的直链脂肪二羧酸、二乙基三胺及具有式(II)结构的反应物：
Figure FDA0003191708800000021
共聚合，其中所述内酰胺为80～95重量份，所述直链脂肪二羧酸为0.5～2.5重量份，所述二乙基三胺为0.3～1.2重量份，具有式(II)结构的所述反应物为4～16重量份，a+c为1～20，且b为4～50。
7.根据权利要求6所述的制作方法，其特征在于，所述二乙基三胺在所述内酰胺、所述直链脂肪二羧酸、具有式(II)结构的所述反应物及所述二乙基三胺中所占的重量百分浓度为0.3wt％～1.2wt％。
8.根据权利要求6所述的制作方法，其特征在于，具有式(II)结构的所述反应物在所述内酰胺、所述直链脂肪二羧酸、具有式(II)结构的所述反应物及所述二乙基三胺中所占的重量百分浓度为4wt％～16wt％。
9.根据权利要求6所述的制作方法，其特征在于，使所述内酰胺、所述直链脂肪二羧酸、具有式(II)结构的所述反应物及所述二乙基三胺共聚合是在温度为200℃～270℃及绝对压力为0.1bar～3bar下进行。
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