CN1534114A - 改质聚酯纤维及其制法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示一种经改质的聚酯纤维及其制法，本发明的改质聚酯纤维包括烷氧化2－甲基－1，3－丙二醇成分，它具有低温易染以及染料不易洗出的特性；该改质聚酯纤维的制法是先使烷氧化2－甲基－1，3－丙二醇与烷二醇以及对苯二甲酸或其烷酯进行聚合反应，再经纺丝制得经改质的聚酯纤维。本发明经改质的聚酯纤维可在低温下进行染色，并具有优异的染色力度以及水洗坚牢度，从而能够广泛地应用于合成纤维的制造。

Description

改质聚酯纤维及其制法

技术领域

本发明是关于一种改质聚酯纤维及其制法，特别是关于使用烷氧化2-甲基-1，3-丙二醇进行改质的聚对苯二甲酸乙二酯聚酯纤维。

背景技术

由于聚酯纤维具有良好的耐磨性以及成本低廉等优点，可应用于服饰、装饰以及工业等上，在合成纤维产品中占有极重要的地位。聚酯纤维的种类相当多，当中又以对苯二甲酸或其烷酯与烷二醇形成的聚对苯二甲酸烷二酯聚酯纤维在应用上相当广泛。一般熟知的聚对苯二甲酸烷二酯聚酯纤维包括聚对苯二甲酸乙二酯(PET)聚酯纤维、聚对苯二甲酸丙二酯(PPT)聚酯纤维以及聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)聚酯纤维，其中聚对苯二甲酸乙二酯聚酯纤维的强度比棉花高约1倍，比羊毛高3倍，弹性接近羊毛，又具有优异的耐磨性、耐皱性、耐热性以及热稳定性，成为最广泛应用的合成纤维。

聚对苯二甲酸乙二酯聚酯纤维可以与其它天然纤维，如毛、棉进行混纺以改善强度与耐久性，混纺所得的织物不仅可以保持聚对苯二甲酸乙二酯聚酯聚酯纤维的物性，更可获得天然纤维的品质。通常，在制造该种合成纤维时，先将形成的聚酯聚合物挤压抽出成线性的丝，再经假捻、卷曲及特定的化学处理，即可制得优于毛与棉等天然纤维特性的合成纤维。

在许多应用上，纺织品经由染色获得所需的颜色。然而，聚对苯二甲酸乙二酯聚酯纤维的染色性差，不像天然纤维容易进行染色，而必须在高温及高压或常压下添加助染剂方可进行染色。在该种高温与高压的条件下进行染色，除了增加设备投资外，也会增加操作成本。再者，毛与棉等天然纤维以及弹性纤维(Spandex)对温度较为敏感，因而造成聚对苯二甲酸乙二酯聚酯纤维与这些纤维混纺染色时的困扰，使得聚对苯二甲酸乙二酯聚酯纤维在应用上受到限制，或必须藉由增加制造流程以及成本，才能达到混纺染色的需求。

另一方面，藉由助染剂与聚酯纤维形成物理或化学反应来改善染色性质，也存有许多缺点。首先，该助染剂多具有可与染料分子以及聚酯纤维形成化学反应的官能基，这些官能基包括羧酸(特别是双羧酸或多官能基羧酸)、有机金属硫酸盐、磺酸盐化合物等，所使用的染料则需由一般分散性染料提升为反应性染料，导致生产成本的增加。再者，这些助染剂在纺织品的制造过程中，会残存在废水以及制得的纺织品中，对环境造成不利的影响。

因此，纤维业者均积极研发新的改质聚对苯二甲酸乙二酯聚酯纤维，以克服聚对苯二甲酸乙二酯聚酯纤维不易染色的缺点，进而提升聚对苯二甲酸乙二酯聚酯纤维的应用范围，同时减少环境的污染。美国第5,916,677号专利发明了一种使用2-甲基-1，3-丙二醇进行改质的聚对苯二甲酸乙二酯聚酯纤维，使改质的聚酯纤维具有较佳的染色性、伸张度、以及纤维强度；但该项专利揭示的改质聚酯纤维的水洗坚牢度不佳，具有易染易洗出的特性，降低了该改质聚酯纤维的应用范围。此外，美国第6,187,900号专利发明了一种具有低温易染特性的聚酯纤维，其由混合具有易染特性的聚对苯二甲酸丙二酯(PPT)与聚对苯二甲酸乙二酯(PET)制成共聚酯纤维，使所制得的聚酯纤维具有易染的特性；该项专利揭示具有低温易染特性的聚酯纤维，虽可减少染整成本，但制造聚对苯二甲酸丙二酯的原料″1，3-丙二醇″不易制备，导致供应量少且价格昂贵又不易取得等缺点，不利于降低成本。因此仍需要一种能够在低温进行染色且不会增加制造成本的改质聚酯纤维。

发明内容

为克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种具有低温易染特性的改质聚酯纤维。

本发明的另一目的在于提供一种使用烷氧化2-甲基-1，3-丙二醇进行改质的改质聚对苯二甲酸乙二酯聚酯纤维。

本发明的又一目的在于提供一种不需使用助染剂即可在常压以及100℃的温度条件下进行低温染色的改质聚对苯二甲酸乙二酯聚酯纤维。

本发明的再一目的在于提供一种具有优异的染色力度以及水洗坚牢度的改质聚对苯二甲酸乙二酯聚酯纤维。

本发明的又一目的在于提供一种与未经改质的聚对苯二甲酸丙二酯聚酯纤维具有相同等级的水洗坚牢度以及低温易染特性的改质聚对苯二甲酸乙二酯聚酯纤维。

为达前述及其它目的，本发明揭示一种使用烷氧化2-甲基-1，3-丙二醇(alkoxylated 2-methyl-1，3-propanediol)进行改质的改质聚酯纤维，特别是经改质的聚对苯二甲酸乙二酯聚酯纤维，以及制造该改质聚酯纤维的方法。制造本发明经改质的聚酯纤维的方法，包括下列步骤：使烷氧化2-甲基-1，3-丙二醇、对苯二甲酸或其烷酯、以及烷二醇进行聚合反应，形成聚酯聚合物；以及使该聚酯聚合物经纺丝而制得经改质的酯纤维。使用本发明的方法所制得的改质聚对苯二甲酸乙二酯聚酯纤维，不需使用助染剂即可于常压下进行低温染色，特别适合应用于与对温度敏感的天然纤维或弹性纤维进行混纺染色。再者，该改质聚对苯二甲酸乙二酯聚酯纤维，在低温进行染色后亦呈现优异的染色力度以及水洗坚牢度，具有降低成本、简化制造步骤、以及减少环境污染等优点。

具体实施方式

本发明人经研究后发现，烷氧化2-甲基-1，3-丙二醇不但具有甲基侧链可使所制得的聚酯聚合物呈非对称的化学结构，而具有容易与染料接触的易染特性。另一方面，将该种烷氧化2-甲基-1，3-丙二醇导入聚对苯二甲酸乙二酯聚酯纤维进行改质，亦可使所制得的改质聚对苯二甲酸乙二酯聚酯纤维，不需使用助染剂，即可于常压下以100℃的温度进行低温染色，并具有优异的染色力度以及水洗坚牢度。

一般而言，聚酯纤维是指二元醇或多元醇与二元酸或多元酸经缩聚合反应所形成含85重量％以上的酯键的线型高分子纤维。通常，对苯二甲酸或其烷酯可与各种烷二醇进行聚合反应，形成聚对苯二甲酸烷二酯聚酯纤维。该等烷二醇的实例包括，但非限于：乙二醇、丙二醇、以及丁二醇等。其中，对苯二甲酸可与乙二醇形成聚对苯二甲酸乙二酯、与丙二醇形成聚对苯二甲酸丙二酯、或与丁二醇形成聚对苯二甲酸丁二酯。就应用范围最广的聚对苯二甲酸乙二酯聚酯纤维而言，其使对苯二甲酸或其烷酯与乙二醇进行聚合反应，形成聚酯聚合物，再经纺丝而制得聚对苯二甲酸乙二酯聚酯纤维。

在本发明的一具体实例中，该改质聚对苯二甲酸乙二酯聚酯纤维，先使烷氧化2-甲基-1，3-丙二醇与乙二醇形成双醇混合物，再使该双醇混合物与对苯二甲酸或其烷酯进行聚合反应，形成聚对苯二甲酸乙二酯聚合物，最后经纺丝而制得经改质的聚对苯二甲酸乙二酯聚酯纤维。

本发明中用以进行改质的烷氧化2-甲基-1，3-丙二醇较佳具有式(I)所示的结构：

式中，X与Y分别独立地选自具有2至4个碳原子的直链伸烷基、及支链伸烷基，以及m与n分别独立为0至6的整数，且m与n至少一者不为0。

该等烷氧化2-甲基-1，3-丙二醇的实例包括，但非限于：乙氧化2-甲基-1，3-丙二醇、丙氧化2-甲基-1，3-丙二醇、异丙氧化2-甲基-1，3-丙二醇、丁氧化2-甲基-1，3-丙二醇、异丁氧化2-甲基-1，3-丙二醇、第二丁氧化2-甲基-1，3-丙二醇、第三丁氧化2-甲基-1，3-丙二醇、以及经数个烷样基进行烷氧化的2-甲基-1，3-丙二醇等。该等烷氧化2-甲基-1，3-丙二醇以二乙氧化2-甲基-1，3-丙二醇、以及二丙氧化2-甲基-1，3-丙二醇较佳。

上述用以与对苯二甲酸或其烷酯进行聚合反应以形成聚酯聚合物的双醇混合物中，该烷氧化2-甲基-1，3-丙二醇占该双醇混合物总量的1至15摩尔％，较佳为2至8摩尔％。该烷氧化2-甲基-1，3-丙二醇与乙二醇所形成的双醇混合物可与对苯二甲酸进行包括直接酯化步骤以及缩聚合步骤的聚合反应，或与对苯二甲酸酯(例如，对苯二甲酸甲酯)进行包括转酯化步骤以及缩聚合步骤的聚合反应，而形成聚酯聚合物。其中，进行转酯化步骤的聚合反应可于较缓和的反应条件下进行，且对该反应的原料与设备的要求不高，因而具有容易控制及操作的优点；惟，进行该种转酯化步骤时，必需先形成对苯二甲酸酯，而增加该聚合反应所需进行的步骤。另一方面，进行直接酯化步骤的聚合反应，对于原料、设备以及操作控制的要求较高，但具有反应步骤简单、原料消耗较少、以及产品品质较高等优点，而成为目前主要的生产方法。

在该具体实例中，本发明经改质的聚对苯二甲酸乙二酯聚酯纤维，使该双醇混合物与对苯二甲酸以1.5∶1至1∶1，较佳为1.2∶1的摩尔比形成混合物，以200至280℃的温度，较佳为250℃的温度条件，在1公斤/平方公分(G)的压力下进行直接酯化反应，待该反应的转化率达95％或以上时，可获得低聚合的寡聚物。接着，可将催化剂以及视需要的添加剂(例如，作为退光剂的氧化钛无机化合物)添加至所制得的寡聚物中，进行缩聚合反应，形成聚对苯二甲酸乙二酯的聚酯聚合物。该催化剂的实例包括，但非限于：锑化合物(例如，三氧化锑等)、锗化合物、以及钛化合物等。通常，该缩聚合反应是以200至300℃的温度，较佳为280℃的温度条件，于1torr的压力下进行。该缩聚合反应所形成的聚酯聚合物在重量比40∶60的酚以及四氯乙烷所形成的混合溶剂中，在30℃的温度条件下所测得的特性黏度，较佳于0.4至1.5dl/g的范围内。若该聚酯聚合物的特性黏度低于0.4dl/g，则会使所制得的聚酯纤维的丝强度不足，而不符合应用上的需求。另一方面，若该聚酯聚合物的特性黏度高于1.5dl/g，则会增加该聚酯聚合物熔融时的黏度，而造成纤维抽丝性质、纺织性质、以及染色性质的恶化。

上述包括酯化步骤以及缩聚合步骤的聚合反应，可以批次或连续的形式进行。关于进行酯化以及缩聚合反应的相关条件，本领域技术人员可视所选用的反应物以及反应系统而加以调整，并非局限于上述。

接着，使所制得的聚酯聚合物进行纺丝，形成聚酯纤维丝。传统的纺丝包括熔融纺丝、干式纺丝、以及湿式纺丝等。就聚对苯二甲酸乙二酯聚酯纤维而言，一般藉由熔融纺丝的方式，使用聚对苯二甲酸乙二酯作为纺丝原料，形成聚对苯二甲酸乙二酯聚酯纤维。该种熔融纺丝先使纺丝原料进行加热以形成黏稠液体，再使该等熔融纺丝原料通过纺嘴，经固化而形成单丝。所形成的单丝利用公知的抽丝条件进行抽丝，例如藉由热滚筒使单丝预热并以适当的拉伸比例进行拉伸，而制得本发明经改质的聚对苯二甲酸乙二酯聚酯纤维。惟，在纺织的相关领域中，特别是有关于合成纤维的制造，″纺丝″指由聚合物熔融液体制成纤维，或由天然、合成、或混合形成的纱线与纤维一起卷曲纺织。

以下兹藉由较佳具体实例，进一步详述本发明的特点及功效。

实施例1

使乙二醇与二乙氧化2-甲基-1，3-丙二醇以93∶7的摩尔比形成双醇混合物，再以1.2∶1的摩尔比使该双醇混合物与对苯二甲酸于1公斤/平方公分(G)的压力以及250℃的温度条件下，以95％的转化率进行酯化反应，而形成低聚合的寡聚物。将350ppm的三氧化锑加入所制得的寡聚物中作为催化剂，在1torr的压力以及280℃的温度条件下进行缩聚合反应，历时3小时，获得特性黏度为0.6dl/g的聚酯聚合物。

进行挤压切粒使该聚酯聚合物形成圆柱状聚酯颗粒，待该聚酯颗粒干燥后，将其熔融于挤压机中，藉由20个直径0.25mm的纺嘴以3200m/min的速度挤压纺丝，再以80℃的热滚筒、130℃的热平板于500m/min的速度下进行抽丝，形成75丹尼尔/40单丝的复丝纱，抽丝比例为1.7。接着，将该等抽丝纱编织成袜管，在100℃下进行染色，作为样品1。另一方面，使用未经改质的聚对苯二甲酸乙二酯进行上述相同步骤编织成袜管，在130℃下进行染色作为标准品并将其染色力度定为100％，根据AATCC测试方法61 2A测试水洗坚牢度。记录该标准品与样品1的染色力度以及水洗坚牢度，其结果如表1所示。

表1	标准品			样品1
								蓝色染料(Dianix Blue)	桃红色染料(Dianix Rubine)	大红染料(Dianix Red)	蓝色染料(Dianix Blue)	桃红色染料(Dianix Rubine)	大红染料(Dianix Red)
染色力度	100％	100％	100％	132.72％	117.20％	102.48％
							水洗坚牢度	4.5级	4.5级	4.5级	4.5级	4.5级	4.5级

实施例2

依实施例1的相同方法，使乙二醇与二乙氧化2-甲基-1，3-丙二醇以95∶5的摩尔比形成双醇混合物，再以1.2∶1的摩尔比使该双醇混合物与对苯二甲酸进行聚合反应以及纺丝，并将所形成的抽丝纱编织成袜管，于100℃下进行染色，作为样品2。另一方面，使用未经改质的聚对苯二甲酸乙二酯进行上述相同步骤编织成袜管，于130℃下进行染色作为标准品，并将其染色力度定为100％，根据AATCC测试方法61 2A测试水洗坚牢度。记录该标准品与样品2的染色力度以及水洗坚牢度，其结果如表2所示。

表2	标准品			样品2
								蓝色染料(Dianix Blue)	桃红色染料(Dianix Rubine)	大红染料(Dianix Red)	蓝色染料(Dianix Blue)	桃红色染料(Dianix Rubine)	大红染料(Dianix Red)
染色力度	100％	100％	100％	137.50％	122.50％	111.22％
							水洗坚牢度	4.5级	4.5级	4.5级	4.5级	4.5级	4.5级

实施例3

依实施例1的相同方法，使乙二醇与二丙氧化2-甲基-1，3-丙二醇以93∶7的摩尔比形成双醇混合物，再以1.2∶1的摩尔比使该双醇混合物与对苯二甲酸进行聚合反应以及纺丝，并将所形成的抽丝纱编织成袜管，于100℃下进行染色，作为样品3。另一方面，使用未经改质的聚对苯二甲酸乙二酯进行上述相同步骤编织成袜管，于130℃下进行染色作为标准品，并将其染色力度定为100％，根据AATCC测试方法61 2A测试水洗坚牢度。记录该标准品与样品3的染色力度以及水洗坚牢度，其结果如表3所示。

表3	标准品			样品3
								蓝色染料(Dianix Blue)	桃红色染料(Dianix Rubine)	大红染料(Dianix Red)	蓝色染料(Dianix Blue)	桃红色染料(Dianix Rubine)	大红染料(Dianix Red)
染色力度	100％	100％	100％	135.73％	120.30％	105.22％
							水洗坚牢度	4.5级	4.5级	4.5级	4.5级	4.5级	4.5级

比较例1

依实施例1的相同方法，使乙二醇与2-甲基-1，3-丙二醇以95∶5的摩尔比形成双醇混合物，再以1.2∶1的摩尔比使该双醇混合物与对苯二甲酸进行聚合反应以及纺丝，并将所形成的抽丝纱编织成袜管，于100℃下进行染色，作为比较样品4。另一方面，使用未经改质的聚对苯二甲酸乙二酯进行上述相同步骤编织成袜管，于130℃下进行染色作为标准品，并将其染色力度定为100％，根据AATCC测试方法61 2A测试水洗坚牢度。记录该标准品与比较样品4的染色力度以及水洗坚牢度，其结果如表4所示。

表4	标准品			样品4
								蓝色染料(Dianix Blue)	桃红色染料(Dianix Rubine)	大红染料(Dianix Red)	蓝色染料(Dianix Blue)	桃红色染料(Dianix Rubine)	大红染料(Dianix Red)
染色力度	100％	100％	100％	119.50％	110.70％	101.34％
							水洗坚牢度	4.5级	4.5级	4.5级	2级	2级	2.5级

比较例2

依实施例1的相同方法，使1，3-丙二醇与对苯二甲酸以1.2∶1的摩尔比进行聚合反应以及纺丝，并将所形成的抽丝纱编织成袜管，于100℃下进行染色，作为比较样品5。将该比较样品5以及实施例1的标准品与样品1所测得的染色力度以及水洗坚牢度，记录于下表5中。

表5	标准品	比较样品5	样品1
					蓝色染料(Dianix Blue)	蓝色染料(Dianix Blue)	蓝色染料(Dianix Blue)
染色力度	100％	130％	132.72％
				水洗坚牢度	4.5级	4.5级	4.5级

由上述结果可知，经烷氧化2-甲基-1，3-丙二醇改质的聚对苯二甲酸乙二酯聚酯纤维，可于100℃的温度条件下进行染色，并具有与未经改质的聚对苯二甲酸丙二酯聚酯纤维相同的染色力度以及水洗坚牢度，能够应用在更广泛的范畴。

Claims (9)

1.一种改质聚酯纤维，它由烷氧化2-甲基-1，3-丙二醇、烷二醇以及对苯二甲酸或其烷酯进行聚合反应制得。

2.根据权利要求1所述的改质聚酯纤维，其中，该烷氧化2-甲基-1，3-丙二醇的用量以该烷氧化2-甲基-1，3-丙二醇以及烷二醇的总量计为1至15摩尔％。

3.根据权利要求2所述的改质聚酯纤维，其中，该烷氧化2-甲基-1，3-丙二醇的用量以该烷氧化2-甲基-1，3-丙二醇以及烷二醇的总量计为2至8摩尔％。

4.根据权利要求1所述的改质聚酯纤维，其中，该烷氧化2-甲基-1，3-丙二醇具有式(I)的结构：

式中，X与Y分别独立地选自具有2至4个碳原子的直链伸烷基、支链伸烷基，以及m与n分别独立为0至6的整数，且m与n至少一者不为0。

5.一种制造改质聚酯纤维的方法，包括下列步骤：

使烷氧化2-甲基-1，3-丙二醇、对苯二甲酸或其烷酯、以及烷二醇进行聚合反应，形成聚酯共聚物；以及

使该聚酯共聚物经纺丝制得经改质的聚酯纤维。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，该烷二醇为乙二醇。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，该烷氧化2-甲基-1，3-丙二醇的用量以该烷氧化2-甲基-1，3-丙二醇以及乙二醇的总量计为1至15摩尔％。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，该烷氧化2-甲基-1，3-丙二醇的用量以该烷氧化2-甲基-1，3-丙二醇以及乙二醇的总量计为2至8摩尔％。

9.根据权利要求5所述的方法，其中，该烷氧化2-甲基-1，3-丙二醇具有式(I)的结构：

式中，X与Y分别独立地选自具有2至4个碳原子的直链伸烷基、支链伸烷基，以及m与n分别独立为0至6的整数，且m与n至少一者不为0。