CN1282774C - 一种具有纳米级分散相常压可染细旦聚丙烯纤维的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于纤维成形技术领域。本发明公开了一种具有纳米级分散相染座的常压可染细旦聚丙烯纤维的制备方法。该方法选择与聚丙烯树脂有良好复配性能的改性聚烯烃类添加剂MPO，设计共混配比、组分比及纤维成形工艺，经纺丝、牵伸两步法，制备可染性聚丙烯纤维。本发明的方法使细旦聚丙烯纤维内部的分散相尺寸达到纳米级，有效地提高了聚丙烯纤维的可染性，并提高了纤维的刚性及物理机械性能。
Description
技术领域：
本发明属于纤维成形技术领域。具体涉及一种具有纳米级分散相常压可染细旦聚丙烯纤维的制备方法。
背景技术：
聚丙烯(PP)纤维自六十年代以来发展迅速，因其成本低、性能优良、用途广泛，已日益受到人们的重视。在研究开发中发现，当聚丙烯纤维达到细旦化，即单丝纤度小于1.1dex时，具有明显的疏水导湿性，用此纤维制成的织物或服装不仅外观如仿真丝，并且穿着舒适。但在纤维的着色方法上，因长期应用色母粒纺丝原液着色的方法，导致色谱不广及织造时不能进行调色、换色、上染和印花，而限制了织物品种的多样化。
国内外的学者对聚丙烯纤维的可染化进行了研究，通常已有两类方法，一类是对纤维表面进行改性，但该方法的成本较高；另一方法是在聚丙烯熔体中加入其它组分再进行共混纺丝，赋予纤维内部合适染座，从而改善聚丙烯纤维染色性能。随着纳米技术在纺织领域应用研究的深入，应用纳米技术改进聚丙烯纤维的可染性已成为一个新的研究方向。
据文献Qinguo Fan，Yiqi Samuel C.Ugbolue，Alton R.Wilson，DyeablePolypropylene via Nanotechnology，National Textile Center，Year 10 ProjectProposal，Project No.C01-D20报道，由美国麻省大学的Qinguo Fan等人通过将无机纳米粘土与聚丙烯复合制备可染聚丙烯纤维。该方法是先对纳米粘土进行化学或物理处理，使纳米粘土颗粒与聚丙烯树脂共混；最后经纺丝成形实现纳米粘土颗粒在聚丙烯纤维中的良好分散性，以纳米粘土颗粒为染座提高聚丙烯纤维的可染性，制备可染聚丙烯纤维。通过该方法已能制备具有较好可染性能的聚丙烯纳米粘土复合薄膜，尚在进一步寻求制备可染性聚丙烯纤维。但此方法的工艺过程复杂，无机纳米粘土颗粒的表面处理及在聚丙烯纤维的分散性及稳定性难以控制。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题在于克服上述不足之处，选择与聚丙烯树脂有良好复配性能的改性聚烯烃类添加剂(MPO)(Modified Polyolefine)，设计共混配比、组分比及纤维成形工艺，经纺丝、牵伸两步法制备可染丙烯纤维的方法。
本发明提供了一种具有纳米级分散相染座的常压可染细旦聚丙烯纤维的制备方法，该方法包括下列步骤：
(1)按重量比将改性聚烯烃添加剂2～20份、各类细旦聚丙烯纤维成纤树脂75～97.5份及助剂0.5～5份，经双螺杆共混、共混温度为170～220℃、螺杆转速100～200rpm，挤出、切粒制得可染细旦聚丙烯纤维专用树脂切片；
(2)将上述切片经纺丝、牵伸两步骤制得具有改性聚烯烃纳米尺寸分散相染座的可染聚丙烯细旦纤维。
在本发明的方法中，步骤(2)的纺丝条件：纺丝温度：230～270℃，纺丝速度：700～1200m/min。牵伸条件：上盘温度50～80℃，下盘温度80～120℃，牵伸倍数2～5倍。
按照本发明，所述改性聚烯烃添加剂(MPO)是按照自由基聚合基本方法制备的含有苯环结构单元的聚烯烃及其共聚物。MPO具体分子式结构见式1，式中大分子链重复单元—R—为C2至C6各种聚烯烃的重复单元，如：聚苯乙烯(PS)，聚苯乙烯/丙烯酸(P(St-AA))共聚物，聚苯乙烯/丁二烯共聚物(P(St-Bu))等。
式1：MPO分子式
所述及的各类细旦聚丙烯纤维成纤树脂包括各种可用于制备细旦聚丙烯纤维(单丝纤度＜1.1dtex)的树脂及添加助剂，熔融指数MI：30～60g/10min。如采用东华大学制备的细旦聚丙烯成纤树脂(ziPP)，或采用BASF公司出品的茂金属催化剂制备的茂金属聚丙烯(miPP)
所述助剂主要有马来酸酐接枝聚丙烯，硬脂酸盐类，如硬脂酸钙、硬脂酸钠根据需要选择一种或几种进行复配。
所述纺丝及牵伸工艺需要根据不同的纺丝及牵伸设备，进一步设计纺丝泵供量，控制初生纤维纤度及牵伸后纤维的纤度。
采用上述方法制备的可染细旦聚丙烯纤维纤度＜1.1dtex，强度可高达3.0～5.0cN/dtex，断裂伸长M±5％，改性聚烯烃平均分散相尺寸50～250nm，纳米级分散相(分散相尺寸＜100nm)比例可高达90％，该纤维经分散染料常压染色可上染为深色。
本发明的优点
本发明通过设计共混、纺丝——牵伸工艺控制改性聚烯烃添加剂(MPO)在细旦聚丙烯纤维内部的分散相尺寸达到纳米级，从而在一定的添加比例下，提供更多的纳米分散相染座，进而有效的提高了聚丙烯纤维的可染性，并在一定程度上提高了纤维的刚性及其它物理机械性能。有效的实现了聚丙烯纤维可染化与细旦化的有机统一。
附图说明：
图1：用本发明方法制得的纤维横截面电镜照片，平均分散相尺寸120nm。
图2：用本发明方法制得的纤维分散相分布电镜照片，平均分散相尺寸120nm。
图3：用本发明方法制得的纤维横截面电镜照片，平均分散尺寸70nm。
图4：用本发明方法制得的纤维分散相分布电镜照片，平均分散尺寸70nm。
具体实施方式：
实例(1)
原料配比：
| 原料 | 来源 | 重量(份) |
| 改性聚烯烃添加剂(MPO)—聚苯乙烯(PS) | 自行合成 | 2 |
| 细旦聚丙烯纤维成纤树脂(ziPP) | 东华大学 | 97.5 |
| 硬脂酸钠 | 上海化学试剂公司，工业纯 | 0.5 |
试验步骤：
按重量比将改性聚烯烃添加剂(MPO)2份、细旦聚丙烯纤维成纤树脂(ziPP)97.5份，硬脂酸钠0.5份经上海化工机械四厂SQ-2型塑料造粒机共混(共混温度：170℃，螺杆转速，200rpm)、挤出、切粒制备出可染细旦聚丙烯纤维专用树脂切片。
将上述切片经纺丝——牵伸两步法制备出具有改性聚烯烃纳米尺寸分散相染座的可染聚丙稀细旦纤维。纺丝条件：日本ABE公司复合纺丝机，纺丝温度：270℃，纺丝速度：1200m/min，喷丝孔数为72孔。牵伸条件：德国Barmag牵伸机，上盘温度60℃，下盘温度115℃，牵伸倍数2倍。
采用上述方法制备的可染细旦聚丙烯纤维，纤度＝1.0dtex，强度＝4.24cN/dtex，断裂伸长M±5％，改性聚烯烃平均分散相尺寸250nm，纳米级分散相(分散相尺寸＜100nm)为25％。该纤维经分散染料常压染色可上染为中偏浅色。
实例(2)
原料配比：
| 原料 | 来源 | 重量(份) |
| 改性聚烯烃添加剂(MPO)—聚苯乙烯(PS) | 自行合成 | 10 |
| 茂金属聚丙烯(miPP) | BASF公司，市售 | 87 |
| 硬脂酸钠 | 上海化学试剂公司，工业纯 | 1 |
| 马来酸酐接枝聚丙烯 | 国产，市售 | 2 |
试验步骤：
按重量比将改性聚烯烃添加剂(MPO)10份、茂金属聚丙烯(miPP)87份，硬脂酸钠1份，马来酸酐接枝聚丙烯2份经上海化工机械四厂SQ-2型塑料造粒机共混(共混温度：200℃，螺杆转速，100rpm)、挤出、切粒制备出可染细旦聚丙烯纤维专用树脂切片。
将上述切片经纺丝——牵伸两步法制备出具有改性聚烯烃纳米尺度分散相染座的可染聚丙稀细旦纤维。纺丝条件：日本ABE公司复合纺丝机，纺丝温度：250℃，纺丝速度：1000m/min，喷丝孔数为48孔。牵伸条件：德国Barmag牵伸机，上盘温度50℃，下盘温度80℃，牵伸倍数3倍。
采用上述方法制备的可染细旦聚丙烯纤维，纤度＝1.02dtex，强度＝5.96cN/dtex，断裂伸长M±5％，改性聚烯烃平均分散相尺寸120nm，纳米级分散相(分散相尺寸＜100nm)为65％。该纤维经分散染料常压染色可上染为中偏深色。该纤维电镜照片如图1，图1(a)为一根纤维的横截面在电镜下的图像，纤维直径约12μm，图1(b)纤维横截面的放大图像，黑色斑点为分散相。
实例(3)
原料配比：
| 原料 | 来源 | 重量(份) |
| 改性聚烯烃添加剂(MPO)—聚苯乙烯/丁二烯共聚物(P(St-Bu) | 自行合成 | 13 |
| 细旦聚丙烯纤维成纤树脂(ziPP) | 东华大学 | 84 |
| 硬脂酸钙 | 上海化学试剂公司，工业纯 | 1 |
| 马来酸酐接枝聚丙烯 | 国产，市售 | 2 |
试验步骤：
按重量比将改性聚烯烃添加剂(MPO)13份、细旦聚丙烯纤维成纤树脂(ziPP)84份，硬脂酸钙1份，马来酸酐接枝聚丙烯2份经上海化工机械四厂SQ-2型塑料造粒机共混(共混温度：190℃，螺杆转速，150rpm)、挤出、切粒制备出可染细旦聚丙烯纤维专用树脂切片。
将上述切片经纺丝——牵伸两步法制备出具有改性聚烯烃纳米尺度分散相染座的可染聚丙稀细旦纤维。纺丝条件：日本ABE公司复合纺丝机，纺丝温度：260℃，纺丝速度：800m/min，喷丝孔数为60孔。牵伸条件：德国Barmag牵伸机，上盘温度70℃，下盘温度100℃，牵伸倍数3倍。
采用上述方法制备的可染细旦聚丙烯纤维，纤度＝1.0dtex，强度＝3.90cN/dtex，断裂伸长M±5％，改性聚烯烃平均分散相尺寸150nm，纳米级分散相(分散相尺寸＜100nm)为60％。该纤维经分散染料常压染色可上染为中偏深色
实例(4)
原料配比：
| 原料 | 来源 | 重量(份) |
| 改性聚烯烃添加剂(MPO)—聚苯乙烯(PS) | 自行合成 | 15 |
| 茂金属聚丙烯(miPP) | BASF公司，市售 | 81 |
| 硬脂酸钙 | 上海化学试剂公司，工业纯 | 1 |
| 马来酸酐接枝聚丙烯 | 国产，市售 | 3 |
试验步骤：
按重量比将改性聚烯烃添加剂(MPO)15份、茂金属聚丙烯(miPP)81份，硬脂酸钙1份，马来酸酐接枝聚丙烯3份，经上海化工机械四厂SQ-2型塑料造粒机共混(共混温度：210℃，螺杆转速，150rpm)、挤出、切粒制备出可染细旦聚丙烯纤维专用树脂切片。
将上述切片经纺丝牵伸两步法制备出具有改性聚烯烃纳米尺度分散相染座的可染聚丙稀细旦纤维。纺丝条件：日本ABE公司复合纺丝机，纺丝温度：240℃，纺丝速度：700m/min，喷丝孔数为60孔。牵伸条件：德国Barmag牵伸机，上盘温度60℃，下盘温度110℃，牵伸倍数5倍。
采用上述方法制备的可染细旦聚丙烯纤维，纤度＝1.07dtex，强度＝5.02cN/dtex，断裂伸长M±5％，改性聚烯烃平均分散相尺寸70nm，纳米级分散相(分散相尺寸＜100nm)为90％，该纤维经分散染料常压染色可上染为深色。该纤维电镜照片如图2，图2(a)为一根纤维的横截面在电镜下的图像，纤维直径约12μm，图2(b)纤维横截面的放大图像，黑色斑点为分散相。
实例(5)
原料配比：
| 原料 | 来源 | 重量(份) |
| 改性聚烯烃添加剂(MPO)—聚苯乙烯/丙烯酸共聚物(P(St-AA)) | 自行合成 | 20 |
| 茂金属聚丙烯(miPP) | BASF公司，市售 | 75 |
| 硬脂酸钙 | 上海化学试剂公司，工业纯 | 2 |
| 马来酸酐接枝聚丙烯 | 国产，市售 | 3 |
试验步骤：
按重量比将改性聚烯烃添加剂(MPO)20份、茂金属聚丙烯(miPP)75份，硬脂酸钠2份，马来酸酐接枝聚丙烯3份经上海化工机械四厂SQ-2型塑料造粒机共混(共混温度：220℃，螺杆转速，130rpm)、挤出、切粒制备出可染细旦聚丙烯纤维专用树脂切片。
将上述切片经纺丝——牵伸两步法制备出具有改性聚烯烃纳米尺度分散相染座的可染聚丙稀细旦纤维。纺丝条件：日本ABE公司复合纺丝机，纺丝温度：230℃，纺丝速度：900m/min，喷丝孔数为60孔。牵伸条件：德国Barmag牵伸机，上盘温度80℃，下盘温度120℃，牵伸倍数3倍。
采用上述方法制备的可染细旦聚丙烯纤维，纤度＝1.1dtex，强度＝4.70cN/dtex，断裂伸长M±5％，改性聚烯烃平均分散相尺寸90nm，纳米级分散相(分散相尺寸＜100nm)为80％。该纤维经分散染料常压染色可上染为深色。
Claims (5)
1、一种具有纳米级分散相染座常压可染细旦聚丙烯纤维的制备方法，其特征在于该方法包括下列步骤：
(1)按重量比将改性聚烯烃添加剂2～20份、细旦聚丙烯纤维成纤树脂75～97.5份及助剂0.5～5份，经双螺杆共混、共混温度为170～220℃、螺杆转速为100～200rpm，挤出、切粒制得可染细旦聚丙烯纤维专用树脂切片；
(2)将上述切片经纺丝、牵伸两步骤制得具有纳米级分散相常压可染细旦聚丙烯纤维。
2、根据权利要求1所述的一种具有纳米级分散相染座常压可染细旦聚丙烯纤维的制备方法，其特征在于其中所述步骤(1)的聚烯烃添加剂为按照自由基聚合基本方法制备的含有苯环结构单元的聚烯烃及其共聚物以式1表示：
式中大分子链重复单元-R-为C2至C6各种聚烯烃的重复单元，它们为聚苯乙烯、聚苯乙烯/丙烯酸共聚物或聚苯乙烯/丁二烯共聚物。
3、根据权利要求1所述的一种具有纳米级分散相染座常压可染细旦聚丙烯纤维的制备方法，其特征在于其中所述步骤(1)的细旦聚丙烯纤维成纤树脂包括单丝纤度＜1.1dtex、熔融指数MI：30～60g/10min的树脂。
4、根据权利1所述的一种具有纳米级分散相染座常压可染细旦聚丙烯纤维的制备方法，其特征在于其中所述步骤(1)的助剂为马来酸酐接枝聚丙烯或硬脂酸盐为硬脂酸钙或硬脂酸钠，由它们的一种或几种进行复配。
5、根据权利要求1所述的一种具有纳米级分散相染座常压可染细旦聚丙烯纤维的制备方法，其特征在于其中所述的步骤(2)的纺丝条件为纺丝温度230～270℃，纺丝速度700～1200m/min；牵伸条件为上盘温度50～80℃，下盘温度80～120℃，牵伸倍数2～5倍。
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