CN111349978B - 尼龙纤维及尼龙的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种尼龙纤维，包括：由己内酰胺衍生的重复单元、由己二胺衍生的重复单元、由己二酸衍生的重复单元、由癸二酸衍生的重复单元以及由含苯环二酸衍生的重复单元。由己内酰胺衍生的重复单元的含量为45摩尔份至55摩尔份。由己二胺衍生的重复单元的含量为45摩尔份至55摩尔份。由己二酸衍生的重复单元的含量为15摩尔份至30摩尔份。由癸二酸衍生的重复单元的含量为15摩尔份至25摩尔份。由含苯环二酸衍生的重复单元的含量为2摩尔份至15摩尔份。由含苯环二酸衍生的重复单元包括由对苯二甲酸衍生的重复单元或由间苯二甲酸衍生的重复单元。此尼龙纤维具有良好的纺丝性和强度以及较低的熔点，并且，当此尼龙纤维与其他纤维共同形成织物时，可达到将其他纤维彼此粘合从而提升织物结构强度的效果。

Description

尼龙纤维及尼龙的制作方法

技术领域

本发明是关于一种尼龙纤维及尼龙的制作方法，且特别是关于一种具有低熔点的尼龙纤维及尼龙的制作方法。

背景技术

自尼龙纤维问世以来，其已被应用在各种织品及衣物上。然而，目前大部分尼龙纤维的熔点通常较高，因而限制了尼龙纤维的应用性，也使其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尼龙来制作尼龙纤维，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改良的尼龙纤维，其具有良好的纺丝性和强度以及较低的熔点，因而可以基本上克服现有技术的缺陷，能够满足各式各样的产品所需。

本发明提供一种尼龙纤维，其包括衍生自己内酰胺的重复单元、衍生自己二胺的重复单元、衍生自己二酸的重复单元、衍生自癸二酸的重复单元以及衍生自含苯环二酸的重复单元。衍生自己内酰胺的重复单元的含量为45摩尔份至55摩尔份。衍生自己二胺的重复单元的含量为45摩尔份至55摩尔份。衍生自己二酸的重复单元的含量为15摩尔份至30摩尔份。衍生自癸二酸的重复单元的含量为15摩尔份至25摩尔份。衍生自含苯环二酸的重复单元的含量为2摩尔份至15摩尔份。衍生自含苯环二酸的重复单元包括衍生自对苯二甲酸的重复单元或衍生自间苯二甲酸的重复单元。

在一些实施方式中，衍生自己二胺的重复单元的含量等于衍生自己二酸的重复单元、衍生自癸二酸的重复单元及衍生自含苯环二酸的重复单元的含量总和。

在一些实施方式中，衍生自含苯环二酸的重复单元为衍生自对苯二甲酸的重复单元，且含量为2摩尔份至8摩尔份。

在一些实施方式中，衍生自含苯环二酸的重复单元为衍生自间苯二甲酸的重复单元，且含量为2摩尔份至8摩尔份。

在一些实施方式中，衍生自含苯环二酸的重复单元包括衍生自对苯二甲酸的重复单元及衍生自间苯二甲酸的重复单元，衍生自对苯二甲酸的重复单元的含量为3摩尔份至8摩尔份，且衍生自间苯二甲酸的重复单元的含量为2摩尔份至7摩尔份。

在一些实施方式中，尼龙纤维为单组分纤维。

在一些实施方式中，尼龙纤维为长度大于150mm的连续性纤维。

在一些实施方式中，尼龙纤维的纤维细度为1(denier per filament，dpf)至6dpf。

本发明提供一种尼龙的制作方法，包括以下步骤：使45摩尔份至55摩尔份的己内酰胺、45摩尔份至55摩尔份的己二胺、15摩尔份至30摩尔份的己二酸、15摩尔份至25摩尔份的癸二酸及2摩尔份至15摩尔份的含苯环二酸进行共聚合反应。苯环二酸包括对苯二甲酸、间苯二甲酸或其组合。

在一些实施方式中，共聚合反应是在200℃～250℃的温度及0.1bar～3bar的绝对压力下进行。

与现有技术相比，由于习知的低熔点尼龙纤维的玻璃转移温度通常为30℃以下，故在其熔融纺丝的过程中，当欲提高纤维细度时，将因外部材料易于脆化而内部材料仍维持软化状态而失去纺丝加工性，故因而无法制得具有高纤维细度的纤维。然而，本发明的优点在于：本发明的尼龙纤维由于所包括的己二酸单体、癸二酸单体及含苯环二酸单体皆具有长碳链，可使尼龙因含有长碳链而具有较低的熔点；由于所包括的含有苯环结构的二酸单体亦有助于提高尼龙的玻璃转移温度，同时提升尼龙的纺丝加工作业性及纤维强度；因此，本发明的尼龙具有30℃以上接近40℃的玻璃转移温度，具有好的纺丝加工性，可制得具有高纤维细度的尼龙纤维；并且，当本发明的尼龙纤维与其他纤维共同形成织物时，可达到将其他纤维彼此粘合从而提升织物结构强度的效果。

具体实施方式

以下的揭示内容提供许多不同的实施方式或实例，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。

本发明提供一种尼龙纤维的制作方法，己内酰胺单体、己二胺单体、己二酸单体、癸二酸单体及含苯环二酸单体作为反应物，进行共聚合反应以形成尼龙纤维。具体的说，是使用含量为45摩尔份至55摩尔份的己内酰胺单体，含量为45摩尔份至55摩尔份的己二胺单体，含量为15摩尔份至30摩尔份的己二酸单体，含量为15摩尔份至25摩尔份的癸二酸单体，以及含量为2摩尔份至15摩尔份的含苯环二酸单体进行共聚合反应。更详细地说，含苯环二酸单体包括对苯二甲酸单体、间苯二甲酸单体或其组合。

在一些实施例中，上述的共聚合反应是在200℃～250℃的温度及0.1bar～3bar的绝对压力下进行。举例来说，温度可以是200℃、205℃、210℃、215℃、220℃、225℃、230℃、235℃、240℃、245℃或250℃。举例来说，绝对压力可以是0.1bar、0.5bar、1.0bar、1.5bar、2.0bar、2.5bar或3bar。

在一实施例中，在温度为210℃至230℃及绝对压力为1bar至3bar下，使己内酰胺单体进行开环反应，以形成例如是尼龙6的重复单元。同时，己二酸单体和己二胺单体会先形成例如是尼龙66的重复单元；癸二酸单体和己二胺单体会先形成例如是尼龙610的重复单元；以及，含苯环二酸单体和己二胺单体会先形成例如是尼龙6T及/或尼龙6I的重复单元。更详细地说，由于含苯环二酸单体可为对苯二甲酸单体及/或间苯二甲酸单体，故所述含苯环二酸单体可和己二胺单体键结形成尼龙6T及/或尼龙6I的重复单元。接着，将绝对压力调整至0.1bar至0.5bar(可藉由抽真空来调整)并且将温度升高至250℃，使上述重复单元彼此进行共聚合反应，从而形成本发明的尼龙。在一些实施例中，所述尼龙是以开环后的己内酰胺作为主要结构，再藉由酰胺键相互键结的方式来连结上述各重复单元。然而，本发明的尼龙并不以此为限，在另一些实施例中，包括开环后的己内酰胺在内的所有重复单元，可藉由随机方式排列来完成共聚合反应，以形成本发明的尼龙。

上述的己二酸单体、癸二酸单体及含苯环二酸单体皆具有长碳链，可使尼龙因含有长碳链而具有较低的熔点。此外，含有苯环结构的二酸单体亦有助于提高尼龙的玻璃转移温度(glass transition temperature，Tg)，并且可提升尼龙的结晶性，同时提升尼龙的纺丝加工作业性及纤维强度。

此外，本发明提供一种尼龙纤维，包括：含量为45摩尔份至55摩尔份由己内酰胺衍生的重复单元、含量为45摩尔份至55摩尔份由己二胺衍生的重复单元、含量为15摩尔份至30摩尔份由己二酸衍生的重复单元、含量为15摩尔份至25摩尔份由癸二酸衍生的重复单元以及含量为2摩尔份至15摩尔份由含苯环二酸衍生的重复单元，其中衍生自含苯环二酸的重复单元包括衍生自对苯二甲酸的重复单元或衍生自间苯二甲酸的重复单元。

具体的说，由己内酰胺衍生的重复单元是指在己内酰胺单体经开环及聚合反应后出现在尼龙纤维中的嵌段(block)，例如是

由己二胺衍生的重复单元是指在己二胺单体经聚合反应后出现在尼龙纤维中的嵌段(block)，例如是

由己二酸衍生的重复单元是指在己二酸单体经聚合反应后出现在尼龙纤维中的嵌段(block)，例如是

由癸二酸衍生的重复单元是指在癸二酸单体经聚合反应后出现在尼龙纤维中的嵌段(block)，例如是

由对苯二甲酸衍生的重复单元是指在对苯二甲酸单体经聚合反应后出现在尼龙纤维中的嵌段(block)，例如是

由间苯二甲酸衍生的重复单元是指在间苯二甲酸单体经聚合反应后出现在尼龙纤维中的嵌段(block)，例如是

在一些实施方式中，本发明的尼龙纤维是由以下嵌段A、嵌段B、嵌段C、嵌段D及嵌段E藉由随机的方式彼此键结排列而成，其中嵌段A为

嵌段B为

嵌段C为

嵌段D为

及嵌段E为

在另一些实施方式中，尼龙纤维可包含以下式(I)、式(II)、式(III)及式(IV)所示的结构：

可以通过调整进行共聚合反应的反应物之间的摩尔比例来调整尼龙的性质。在一些实施例中，由己二胺衍生的重复单元的含量等于由己二酸衍生的重复单元、由癸二酸衍生的重复单元及由含苯环二酸衍生的重复单元的含量总和。此外，亦可以藉由选取不同的反应物组合来调整尼龙的性质。在一些实施例中，衍生自含苯环二酸的重复单元包括衍生自对苯二甲酸的重复单元、衍生自间苯二甲酸的重复单元及其组合。在一些实施例中，当衍生自含苯环二酸的重复单元仅包括衍生自对苯二甲酸的重复单元时，衍生自对苯二甲酸的重复单元的含量为2摩尔份至8摩尔份。在一些实施例中，当衍生自含苯环二酸的重复单元仅包括衍生自间苯二甲酸的重复单元时，衍生自间苯二甲酸的重复单元的含量为2摩尔份至8摩尔份。在一些实施例中，当衍生自含苯环二酸的重复单元包括衍生自对苯二甲酸的重复单元及衍生自间苯二甲酸的重复单元时，衍生自对苯二甲酸的重复单元的含量为3摩尔份至8摩尔份，且衍生自间苯二甲酸的重复单元的含量为2摩尔份至7摩尔份。在一些实施例中，本发明的尼龙纤维的起始熔点可介于90℃至105℃之间。在一些实施例中，本发明的尼龙纤维的玻璃转移温度可介于30℃至40℃之间。

在一些实施例中，尼龙纤维为单组分纤维，其中单组分纤维例如是由单一材料所构成单芯纤维(single-core fiber)。相较于芯鞘型复合纤维(sheath-core compositefiber)来说，单组分纤维为同质材料且结构较为简单，故具有生产成本优势。由于尼龙纤维包括由衍生自己内酰胺的重复单元、衍生自己二胺的重复单元、衍生自己二酸的重复单元、衍生自癸二酸的重复单元及衍生自含苯环二酸的重复单元共聚合而成，故尼龙纤维可具有较低的起始熔点及约40℃的玻璃转移温度。因此，若于织品中加入本发明的尼龙纤维，本发明的尼龙纤维会因受热软化，从而发生粘性流动，使得织品中的其他纤维可藉由本发明的尼龙纤维粘合在一起，从而提升织品的结构强度，且使织品不易发生形变。换言之，本发明的尼龙纤维可做为一种纤维型粘合剂。在一些实施例中，本发明的尼龙纤维在经过纤维纺丝制程后，可制成长度大于150mm的连续性纤维。在一些实施例中，尼龙纤维的纤维细度为1(denier per filament，dpf)至6dpf。需要说明的是，由于习知的低熔点尼龙纤维的玻璃转移温度通常为30℃以下，故在其熔融纺丝的过程中，当欲提高纤维细度时，将因外部材料易于脆化而内部材料仍维持软化状态而失去纺丝加工性，故因而无法制得具有高纤维细度的纤维。然而，由于本发明的尼龙的玻璃转移温度为30℃以上接近40℃，故具有好的纺丝加工性。因此，使用本发明的尼龙可制得具有高纤维细度的尼龙纤维，其纤维细度例如是6pdf。

本发明的尼龙纤维的应用例如是作为针织运动鞋的针织布的材料之一。当针织运动鞋的针织布中添加有本发明的尼龙纤维时，针织布在经过蒸气定型或热风定型后，针织布中的其他纤维可藉由本发明的尼龙纤维粘合在一起，从而使针织布具有良好的尺寸安定性及强度，因此针织运动鞋不易变形，且更为耐用。并且，在裁切针织布时，由于针织布具有良好的尺寸安定性，亦有助于提高裁切良率。

以下的实验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：合成尼龙并进行性质测试

在本实验例中，使45摩尔份至55摩尔份的己内酰胺45摩尔份至55摩尔份的己二胺、15摩尔份至30摩尔份的己二酸、15摩尔份至25摩尔份的癸二酸及2摩尔份至15摩尔份的含苯环二酸进行共聚合反应以形成尼龙。实施例一至四分别选用不同的反应物组合及反应物间不同的摩尔比例进行性质测试。比较例一为市售具有低熔点的尼龙。各实施例及比较例所用的反应物及所生成的产物的起始熔点及玻璃转移温度请参以下表一。

表一

在本实验例中，以差示扫描量热法(Differential scanning calorimetry，DSC)分别对于实施例一至四及比较例一的产物进行性质测试。差示扫描量热仪的厂牌为Netzsch，型号为DSC 200F3 System。根据上述表一，产物的起始熔点约在90℃至105℃之间，玻璃转移温度为30℃以上接近40℃。由此可知，本发明的尼龙的起始熔点与市售的低熔点尼龙的起始熔点相差不大却具有较高的玻璃转移温度，因此，本发明的尼龙具有较佳的纺丝加工作业性及纤维强度。此外，本发明的尼龙的起始熔点比一般尼龙的起始熔点更低。举例来说，一般尼龙6的起始熔点为220℃，而本发明的尼龙的起始熔点介于93℃～102.9℃的范围内，因此本发明的尼龙适于低熔点尼龙纤维的应用，例如针织鞋帮布。

实验例2：流变实验

在本实验例中，在温度维250℃下，利用流变实验分析实施例二、实施例三及实施例四的产物。观察在不同剪率下，各产物所具有的粘度。实验结果请参以下表二。

表二

由以上表二可知，在剪率较小时，实施例二、实施例三及实施例四具有较大的粘度；反之，在剪率较大时，例如剪率为6000至10000(1/s)，实施例二、实施例三及实施例四仍具有至少约40至80Pas的粘度。由于一般在纺丝的过程中，剪率亦通常会达到6000至10000(1/s)，以上结果显示本发明的尼龙可满足一般用于熔融纺丝的材料需求。

实验例3：干燥测试

在本实验例中，利用干燥测试分析一般的尼龙6(PA6)与实施例一至实施例四的产物。实验结果请参以下表三。

表三

在尼龙成型前，通常需经过干燥程序将尼龙胶粒干燥至含水率0.1％以下后，再进行熔融纺丝加工制程。一般来说，干燥程序的干燥时间约12小时且干燥温度约80℃至90℃。根据以上表三的结果显示本发明的尼龙可通过正常干燥程序进行干燥，而无须重新设定干燥程序的参数。

实验例4：熔融纺丝试验

在本实验例中，实施例一至实施例四的产物经过纤维纺丝制程后，可制成规格为140d/24f FDY及长度大于150mm的尼龙纤维，亦即，纤维细度为5.83dpf的连续性尼龙长纤维。当纤维细度为5.83dpf时，实施例一至实施例四及比较例一至二的纤维物性请参见以下表四。

表四

	纤维细度(dpf)	强度(g/d)	伸度(％)
				实施例一	5.83	2.17	50.10
实施例二	5.83	2.78	43.59
				实施例三	5.83	2.49	40.63
实施例四	5.83	2.55	48.71
				比较例一	5.83	2.03	52.18

由表四可知，由实施例一至实施例四的产物所制备的单组分纤维的强度优于市售低熔点尼龙纤维的强度。

将实施例一至实施例四的产物经过纤维纺丝制程后，可制成规格为100d/24f FDY及长度大于150mm的连续性尼龙纤维，亦即，纤维细度为4.167dpf的连续性尼龙长纤维。当纤维细度为4.167dpf时，实施例一至实施例四的纤维物性请参见以下表五。

表五

	纤维细度(dpf)	强度(g/d)	伸度(％)
				实施例一	4.167	2.26	47.33
实施例二	4.167	2.83	44.12
				实施例三	4.167	2.45	42.59
实施例四	4.167	2.60	44.93

将实施例一至实施例四的产物经过纤维纺丝制程后，可制成规格为70d/48f FDY及长度大于150mm的尼龙纤维，亦即，纤维细度为1.4583dpf的连续性尼龙长纤维。当纤维细度为1.4583dpf时，实施例一至实施例四的纤维物性请参见以下表六。

表六

	纤维细度(dpf)	强度(g/d)	伸度(％)
				实施例一	1.4583	2.39	48.22
实施例二	1.4583	2.96	45.27
				实施例三	1.4583	2.58	43.51
实施例四	1.4583	2.67	42.35

由表五及表六可知，由实施例一至实施例四的产物制备的单组分纤维，无论纤维细度的大小如何，皆具有良好的强度。由此可知，本发明的尼龙纤维可较佳地应用于后段的织造及加工制程。

综上所述，本发明的尼龙具有较低的熔点，且具有良好的熔融纺丝性而可被制为尼龙纤维。尼龙纤维亦随之具有较低的熔点，并具有良好的强度。并且，当本发明的尼龙纤维与其他纤维共同形成织物时，由于本发明的尼龙纤维的熔点较低，因此在适合的温度条件下，本发明的尼龙纤维可将其他纤维彼此粘合，从而达到提升织物结构强度的效果，并可使织物具有好的尺寸安定性。

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，所请权利要求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 (10)

1.一种尼龙纤维，其特征在于，包括：

衍生自己内酰胺的重复单元，含量为45摩尔份至55摩尔份；

衍生自己二胺的重复单元，含量为45摩尔份至55摩尔份；

衍生自己二酸的重复单元，含量为15摩尔份至30摩尔份；

衍生自癸二酸的重复单元，含量为15摩尔份至25摩尔份；以及

衍生自含苯环二酸的重复单元，含量为2摩尔份至15摩尔份，其中所述衍生自含苯环二酸的重复单元包括衍生自对苯二甲酸的重复单元或衍生自间苯二甲酸的重复单元，所述尼龙纤维的玻璃转移温度为30℃以上且低于40℃。

2.如权利要求1所述的尼龙纤维，其中所述衍生自己二胺的重复单元的含量等于所述衍生自己二酸的重复单元、所述衍生自癸二酸的重复单元及所述衍生自含苯环二酸的重复单元的含量总和。

3.如权利要求1所述的尼龙纤维，其中所述衍生自含苯环二酸的重复单元为衍生自对苯二甲酸的重复单元，且含量为2摩尔份至8摩尔份。

4.如权利要求1所述的尼龙纤维，其中所述衍生自含苯环二酸的重复单元为衍生自间苯二甲酸的重复单元，且含量为2摩尔份至8摩尔份。

5.如权利要求1所述的尼龙纤维，其中所述衍生自含苯环二酸的重复单元包括衍生自对苯二甲酸的重复单元及衍生自间苯二甲酸的重复单元，衍生自对苯二甲酸的重复单元的含量为3摩尔份至8摩尔份，且衍生自间苯二甲酸的重复单元的含量为2摩尔份至7摩尔份。

6.如权利要求1所述的尼龙纤维，其中所述尼龙纤维为单组分纤维。

7.如权利要求1所述的尼龙纤维，其中所述尼龙纤维为长度大于150mm的连续性纤维。

8.如权利要求1所述的尼龙纤维，其中所述尼龙纤维的纤维细度为1dpf至6dpf。

9.一种尼龙的制作方法，其特征在于，包括：

使45摩尔份至55摩尔份的己内酰胺、45摩尔份至55摩尔份的己二胺、15摩尔份至30摩尔份的己二酸、15摩尔份至25摩尔份的癸二酸及2摩尔份至15摩尔份的含苯环二酸进行共聚合反应，以形成所述尼龙，其中所述含苯环二酸包括对苯二甲酸、间苯二甲酸或其组合，所述尼龙的玻璃转移温度为30℃以上且低于40℃。

10.如权利要求9所述的制作方法，其中所述共聚合反应是在200℃～250℃的温度及0.1bar～3bar的绝对压力下进行。