TWI608032B - 纖維與其製造方法 - Google Patents

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Description

纖維與其製造方法
本揭露關於纖維，更特別關於其聚酯組成。
聚對苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate)具有優良性能與廣泛應用，是許多工業產品之基礎原料。然而聚對苯二甲酸乙二酯的原料需依賴石油資源，生質塑膠(biomass-plastic)被視為取代聚對苯二甲酸乙二酯的好選擇，越來越多的研究資源投入生質塑膠的開發。可將逐漸耗竭的珍貴石化資源留作後世更有價值的運用。
然而生質塑膠在加工上尚有材料的特性需改善，目前亟需具有優良加工性與機械特性的生質塑膠，並將其應用於纖維中。
本揭露一實施例提供之纖維，係由二酸、二酸之酯化物、或上述之組合與多元醇共聚而成，其中二酸、二酸之酯化物、或上述之組合包含(1)呋喃二甲酸、呋喃二甲酸酯化物、或上述之組合或(2)呋喃二甲酸、呋喃二甲酸酯化物、或上述之組合與螺環二酸，且多元醇包含(3)C2-C14之多元醇或(4)C2-C14之多元醇與螺環二醇，其中螺環二醇具有式(I)之結構： ，其中螺環二酸具有式(II)之結 構：，其中每一R2獨立地 為單鍵、、、、或C1-C4之直鏈烷撐基，每 一R3獨立地為、或。二酸、二酸之酯化物、或上 述之組合與多元醇符合：(a)二酸、二酸之酯化物、或上述之組合包含(2)呋喃二甲酸、呋喃二甲酸酯化物、或上述之組合與螺環二酸，(b)多元醇包含(4)C2-C14之多元醇與螺環二醇，或(c)上述之組合。上述聚酯於30℃下之固有黏度介於0.5dL/g至1.5dL/g之間。
本揭露一實施例提供之纖維的製造方法，包含：混合二酸、二酸之酯化物、或上述之組合以及多元醇進行酯化反應與聚縮合反應以形成預聚物，對預聚物進行固態聚合反應，以形成聚酯；以及紡絲聚酯，以形成纖維。二酸、二酸之酯化物、或上述之組合包含(1)呋喃二甲酸、呋喃二甲酸酯化物、或上述之組合或(2)呋喃二甲酸、呋喃二甲酸酯化物、或上述之組合與螺環二酸，且多元醇包含(3)C2-C14之多元醇或(4)C2-C14之多元醇與螺環二醇，其中螺環二醇具有式(I)之結構： ，其中螺環二酸具有式(II)之結 構：其中每一R2獨立地 為單鍵、、、或C1-C4之直鏈烷撐基，每一 R3獨立地為、或，以及該二酸、該二酸之酯化物、或上述之組合與該多元醇符合：(a)二酸、二酸之酯化物、或上述之組合包含(2)呋喃二甲酸、呋喃二甲酸酯化物、或上述之組合與該螺環二酸，(b)多元醇包含(4)C2-C14之多元醇與螺環二醇，或(c)上述之組合。聚酯於30℃下之固有黏度介於0.5dL/g至1.5dL/g之間。
本揭露一實施例中，聚酯係由二酸、二酸之酯化物、或上述之組合與多元醇共聚而成。本揭露一實施例中，先將二酸、二酸之酯化物、或上述之組合與多元醇混合，進行酯化反應與聚縮合反應，形成預聚物，再對預聚物進行固態聚合反應，以形成聚酯。
本揭露一實施例中，二酸、二酸之酯化物、或上述之組合包含(1)呋喃二甲酸、呋喃二甲酸酯化物、或上述之組合或(2)呋喃二甲酸、呋喃二甲酸酯化物、或上述之組合與螺環二酸。
本揭露一實施例中，呋喃二甲酸可包含2,5-呋喃二 甲酸、3,4-呋喃二甲酸、2,3-呋喃二甲酸或上述之組合。呋喃二甲酸酯化物可包含2,5-呋喃二甲酸二甲酯、3,4-呋喃二甲酸二甲酯、2,3-呋二甲酸二甲酯或上述之組合。螺環二酸具有式(II)之結構：，其中每一R2獨立地可為 單鍵、、、或C1-C4之直鏈烷撐基，每一R3 獨立地可為、或。
本揭露一實施例中，多元醇包含(3)C2-C14之多元醇或(4)C2-C14之多元醇與螺環二醇。
本揭露一實施例中，多元醇可包含C2-C8之多元醇，例如：C2-C6之直鏈二醇。本揭露一實施例中，多元醇可包含乙二醇、1,3-丙二醇、丙三醇、1,4-丁二醇、1,5-戊二醇、新戊二醇、1,6-己二醇、1,7-庚二醇、1,8-辛二醇、1,9-壬二醇、癸二醇、十一烷二醇、十二烷二醇、十四烷二醇、松香二醇、異山梨醇、2,5-呋喃二醇或上述之組合。螺環二醇具有式(I)之結構：，每一R2獨立地可為單鍵、 、、或C1-C4之直鏈烷撐基，每一R3獨立地 可為、或。
本揭露一實施例中，二酸、二酸之酯化物、或上述之組合與多元醇等單體之選擇符合以下條件(a)、(b)、或(c)：(a) 二酸、二酸之酯化物、或上述之組合包含(2)呋喃二甲酸、呋喃二甲酸酯化物、或上述之組合與螺環二酸；(b)多元醇包含(4)C2-C14之多元醇與螺環二醇；或(c)上述之組合。
本揭露一實施例中，酯化反應包含轉酯化反應或直接酯化反應，酯化反應與聚縮合反應均可藉由適當催化劑進行催化，且催化劑含量約占反應物之25~500ppm。在本揭露一實施例中，催化劑可為錫系、銻系、鎵系、鋁系、鈦系、鍺系、鋰系、鎂系、錳系、鈷系或上述之組合的金屬觸媒。舉例來說，催化劑可為鈦系固體觸媒、異丙醇鈦(titanium isopropoxide)、異丁醇鈦(titanium isobutoxide)或上述之組合。酯化反應與聚縮合反應之反應溫度分別約介於170℃至260℃之間，反應時間分別約介於1小時至8小時之間。
在酯化反應與聚縮合反應形成預聚物之後，對預聚物進行固態聚合反應，固態聚合反應之反應溫度約介於170℃至210℃之間，反應時間約介於4小時至120小時之間或介於16小時至56小時之間。若固態聚合反應溫度過高或反應時間過長，則過程中易產生黃變與熔融沾黏結塊現象。若固態聚合反應溫度過低或反應時間過短，則難以達到提升分子量的目的。
在本發明一實施例中，對預聚物進行固態聚合反應之前，可更包括再結晶步驟，再結晶步驟的溫度約介於110℃至170℃之間(例如約介於130℃至160℃之間)，再結晶步驟的時間約介於0.5小時至2小時之間。之後，將再結晶步驟所得之固體粉碎後，取所得之粉末進行固態聚合反應。
在本揭露一實施例中，固態聚合反應過程中，螺環 二酸或者螺環二醇發生開環反應，預聚物產生支鏈化，分子量上升同時提升零剪切黏度(zero shear viscosity)，得到聚酯；若以R2 為、R3為作為例子，固態聚合反應之示意圖如下： P’為聚酯的其他部分。
在本發明一實施例中，使用螺環二酸或螺環二醇單體可使固態聚合後的聚酯具有良好的零剪切黏度，可有利於多種物品(例如容器)的成形加工，在一些應用中可以改善聚酯在成形加工過程之型胚垂流(parison sagging)問題。
本揭露一實施例中，二酸、二酸之酯化物、或上述之組合包括1莫耳份之(1)呋喃二甲酸、呋喃二甲酸酯化物、或上述之組合，多元醇包括1至3莫耳份之(4)C2-C14之多元醇與螺環二醇。呋喃二甲酸、呋喃二甲酸酯化物、或上述之組合與該螺環二醇之莫耳比約介於1：0.0003023至1：0.0012092之間。若螺環二醇過多，則容易產生凝膠化(glelation)，不利於加工應用，若螺環二醇過少，則難以達到提升零剪切黏度的效果。
本揭露一實施例中，二酸、二酸之酯化物、或上述之 組合包括1莫耳份之(2)呋喃二甲酸、呋喃二甲酸酯化物、或上述之組合與螺環二酸，多元醇包括1至3莫耳份之(3)C2-C14之多元醇。其中呋喃二甲酸、呋喃二甲酸酯化物、或上述之組合與螺環二酸之莫耳比約介於99.998：0.002至99.9999：0.0001之間或約介於99.9985：0.0015至99.9999：0.0001之間。若螺環二酸過多，則容易產生凝膠化(glelation)，不利於加工應用。若螺環二酸過少，則難以達到提升零剪切黏度的效果。
在一實施例中，聚酯可視需求進一步與其他聚酯混掺，形成混掺物。在一實施例中，聚酯可進一步與其他添加劑如抗氧化劑、流平劑、顏料、或類似物混合，端視需求而定。
上述聚酯可作為纖維，且聚酯於30℃之固有黏度約介於0.5dL/g至1.5dL/g之間。若聚酯之固有黏度過高，則可能流動性差，需以更高溫度進行熔融紡絲，聚酯易產生降解。若聚酯之固有黏度過低，則可能分子量過低，機械特性差。在一實施例中，上述聚酯可紡絲形成纖維，且紡絲法可為熔融紡絲法、乾噴濕紡法、乳液或懸浮液紡絲法、膜裂紡絲法、或其他合適方法。在一實施例中，收集纖維之收卷速率可介於100公尺/分鐘至3000公尺/分鐘之間，或介於300公尺/分鐘至1500公尺/分鐘之間。若收卷速率過高，則可能易產生斷絲。若收卷速率過低，則可能延伸程度不足，結晶程度低，機械強度弱。上述纖維可直接使用，若在60℃至150℃的溫度下進一步延伸纖維。延伸後之纖維長度為延伸前之纖維長度的1.1倍至5倍之間。上述額外延伸步驟可進一步改善纖維之斷裂伸度與結晶度。在一實施例中，纖維之斷裂伸度介於5%至250%之間，或介於14%至210%之間。若斷裂伸度過低，則纖維易斷裂。在一實施例中，纖維 之結晶度介於5J/g至60J/g之間。若纖維之結晶度過高，則可能斷裂伸度低纖維缺乏彈性，且纖維難以染色。若纖維之結晶度過低，則可能纖維強度不足。
為了讓本揭露之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉數實施例配合所附圖示，作詳細說明如下：
實施例
實施例1
將1莫耳份之2,5-呋喃二甲酸二甲酯、2.5莫耳份之乙二醇、500ppm之3,9-雙(1,1-二甲基-2-羥乙基)-2,4,8,10-四氧雜螺[5.5]十一烷(以下簡稱SPG單體)，且SPG單體相對於2,5-呋喃二甲酸二甲酯之重量約為500ppm(即0.03023mol%)、與100ppm(相對於2,5-呋喃二甲酸二甲酯之重量)之鈦系固體觸媒(購自鼎星實業有限公司之C-94)，置入反應槽中，並搭配冷凝裝置與甲醇收集量筒。通入氮氣，設定鹽浴溫度為190℃，攪拌機轉速為200rpm進行轉酯化反應。當觸媒完全溶解後開始有甲醇於冷凝管冷凝，持續反應三個小時後移除冷凝之甲醇並加入0.1wt%(相對於2,5-呋喃二甲酸二甲酯之重量)之抗氧化劑(購自BASF之Irganox 1010)，逐步將反應系統內的壓力在30分鐘內降低至50torr移除過量的乙二醇。逐步調升鹽浴溫度至230℃並使反應壓力逐漸降低至1torr以下，持續反應60分鐘，進行聚縮合反應。最後以氮氣破真空並停止加熱及攪拌，拆開反應槽蓋，取出黏稠的產物。
將上述產物於150℃溫度條件下進行再結晶一小時，再以粉碎機粉碎並以篩網分離，取小於25網目(mesh)之粉末進行固態聚合反應。取上述粉末置於反應槽中，設定鹽浴溫度為200° C進行固聚反應，反應壓力低於1torr，反應48小時後得到支鏈化聚酯，取出支鏈化聚酯進行特性分析，固有黏度(30℃下)與流變特性列於第1表。
實施例2與實施例3
與實施例1所述方法相同，其中SPG單體的使用量以及產物之特性列於第1表。
比較例1
與實施例1所述方法相同，其中未使用SPG單體。產物之特性列於第1表。
比較例2
與實施例1所述方法相同，其中未使用SPG單體，另添加1000ppm(相對於2,5-呋喃二甲酸二甲酯之重量)具有螺環結構之化合物(購自BASF之Irgafos 126，結構為 )。產物之特性列於第1表。
比較例3
與實施例1所述方法相同，其中未使用SPG單體，另添加1000ppm(相對於2,5-呋喃二甲酸二甲酯之重量)具有芳香環之化 合物(購自BASF之Irgafos 168，結構為)。產物之特性列於第1表。
由第1表可知，實施例1至3產物之零剪切黏度與比較例1相比皆大幅提升，可知添加SPG單體可使固態聚合後之聚酯大幅提升零剪切黏度，以達到良好的加工性。又，不論是否添加SPG單體，產物之固有黏度皆因固態聚合而上升，然而只有添加SPG單體之實施例，才能達到良好的零剪切黏度，即使比較例2添加具有螺環結構之化合物(非螺環二醇)，亦無法達到良好的零剪切黏度。
實施例4
將1莫耳份之2,5-呋喃二甲酸二甲酯、2.5莫耳份之乙二醇、1500ppm(相對於2,5-呋喃二甲酸二甲酯之重量，約0.09069mol%)之SPG單體與100ppm(相對於2,5-呋喃二甲酸二甲酯之重量)之鈦系固體觸媒(購自鼎星實業有限公司之C-94)，置入反應槽中，並搭配冷凝裝置與甲醇收集量筒。通入氮氣，設定鹽浴溫度為190℃，攪拌機轉速為200rpm進行轉酯化反應。當觸媒完全溶解後開始有甲醇於冷凝管冷凝，持續反應三個小時後移除冷凝之甲醇並加入0.1wt%(相對於2,5-呋喃二甲酸二甲酯之重量)之抗氧化劑(購自BASF之Irganox 1010)，逐步將反應系統內的壓力在30 分鐘內降低至50torr移除過量的乙二醇。逐步調升鹽浴溫度至230℃並使反應壓力逐漸降低至1torr以下，持續反應60分鐘，進行聚縮合反應。最後以氮氣破真空並停止加熱及攪拌，拆開反應槽蓋，取出黏稠的產物。
將上述產物於150℃溫度條件下進行再結晶一小時，再以粉碎機粉碎並以篩網分離，取小於25mesh之粉末進行固態聚合反應。取六克粉末置於反應槽中，設定鹽浴溫度為200℃進行固聚反應，反應壓力低於1torr，反應24小時後取出產物進行特性分析，黏度與流變特性列於第2表。
實施例5
與實施例4所述方法相同，其中SPG單體的使用量以及產物之特性列於第2表。
比較例4
與比較例1所述方法相同，其中固聚反應改為24小時。產物之特性列於第2表。
由第2表可知，實施例4至5產物之零剪切黏度與比較 例4相比皆大幅提升，可知添加SPG單體可使固態聚合後之聚酯大幅提升零剪切黏度，以達到良好的加工性。
比較例5
與實施例2所述方法相同，但固態聚合反應之時間改為24小時，且SPG單體改為季戊四醇(pentaerythritol；PENTA)。產物之特性列於第3表。
由第3表可知，比較例5使用季戊四醇取代SPG單體，將造成凝膠化現象。本揭露之實施例使用SPG單體可在反應前與二酸、二酸之酯化物、或上述之組合與多元醇等單體一起加入反應容器，不會有凝膠化的狀況，可獲得具良好的零剪切黏度之聚酯。
實施例6
將1莫耳份之呋喃-2,5-二甲酸二甲酯、2.5莫耳份1,3-丙二醇、1000ppm之SPG單體(相對於呋喃-2,5-二甲酸二甲酯約為0.06046mol%)與200ppm(相對於2,5-呋喃二甲酸二甲酯之重量)之鈦系固體觸媒(購自鼎星實業有限公司之C-94)，置入反應槽中，並搭配冷凝裝置與甲醇收集量筒。通入氮氣，設定鹽浴溫度為190℃， 攪拌機轉速為200rpm進行轉酯化反應。當觸媒完全溶解後開始有甲醇於冷凝管冷凝，持續反應三個小時後移除冷凝之甲醇並加入0.1wt%(相對於2,5-呋喃二甲酸二甲酯之重量)之抗氧化劑(購自BASF之Irganox 1010)，逐步將反應系統內的壓力在30分鐘內降低至50torr移除過量的丙二醇。逐步調升鹽浴溫度至230℃並使反應壓力逐漸降低至1torr以下，持續反應180分鐘，進行聚縮合反應。最後以氮氣破真空並停止加熱及攪拌，拆開反應槽蓋，取出黏稠的產物。
將上述產物於120℃溫度條件下進行再結晶一小時，再以粉碎機粉碎並以篩網分離，取小於25mesh之粉末進行固態聚合反應。取六克粉末置於反應槽中，設定固聚反應溫度為160℃進行固聚反應，反應壓力低於1torr，反應48小時後取出產物進行特性分析，黏度與流變特性列於第3表。
比較例6
與實施例6所述方法相同，但不添加SPG單體。產物之特性列於第4表。
由第4表可知，實施例6與比較例6之產物相比，其零 剪切黏度大幅提升，可知添加SPG單體可使固態聚合後之聚酯大幅提升零剪切黏度，以達到良好的加工性。
實施例7
與實施例6所述方法相同，其中1,3-丙二醇改為1,4-丁二醇，聚縮合反應溫度為240℃。產物之特性列於第5表。
由第5表可知，將多元醇單體改為丁二醇，固態聚合後之聚酯具有良好的零剪切黏度。
比較例7
與實施例2所述方法類似，差別在2,5-呋喃二甲酸二甲酯與乙二醇先經過熔融聚合後，再以熔融混煉方式將SPG單體加入一起進行固態聚合反應，且固態聚合反應之時間改為24小時。添加SPG單體前之固有黏度為0.394dL/g，添加SPG單體後之固有黏度為0.538dL/g。聚酯產物之特性列於第6表。
實施例8
將1莫耳份之2,5-呋喃二甲酸二甲酯、2.5莫耳份之乙二醇、1000ppm(相對於2,5-呋喃二甲酸二甲酯之重量，約0.06046mol%)之3,9-雙(1,1-二甲基-2-羥乙基)-2,4,8,10-四氧雜螺[5.5]十一烷(以下簡稱SPG單體)，與100ppm(相對於2,5-呋喃二甲酸二甲酯之重量)之鈦系固體觸媒(購自鼎星實業有限公司之C-94)，置入反應槽中，並搭配冷凝裝置與甲醇收集量筒。通入氮氣，設定鹽浴溫度為190℃，攪拌機轉速為200rpm進行轉酯化反應。當觸媒完全溶解後開始有甲醇於冷凝管冷凝，持續反應5個小時後移除冷凝之甲醇並加入0.1wt%(相對於2,5-呋喃二甲酸二甲酯之重量)之抗氧化劑(購自BASF之Irganox 1010)，逐步將反應系統內的壓力在30分鐘內降低至50torr移除過量的乙二醇。逐步調升鹽浴溫度至230°C並使反應壓力逐漸降低至1torr以下，持續反應60分鐘，進行聚縮合反應。最後以氮氣破真空並停止加熱及攪拌，拆開反應槽蓋，取出黏稠的產物。
將上述產物於150℃溫度條件下進行再結晶90分鐘，再以粉碎機粉碎並以篩網分離，取小於25網目(mesh)之粉末進行固態聚合反應。取上述粉末置於反應槽中，設定鹽浴溫度為200°C進行固聚反應，反應壓力低於1torr，反應24小時後得到支鏈化聚酯，取出支鏈化聚酯分析其固有黏度約0.51dL/g。
將上述聚酯加熱至260℃熔融後，以24孔噴絲頭進行熔融紡絲，其吐出量為13.4g/min。以20%之PET油劑在紡絲過程 中上油，且上油量為0.316cc/min。上述紡絲過程皆於氮氣下進行。接著以600公尺/分鐘的速率捲取冷卻固化後的纖維，以得201丹尼/24根絲的纖維束，並測試纖維性質。接著在100℃下進一步延伸纖維，分析延伸後之纖維性質，如第7表所示。線性密度之量測方法為量測吐出量與收卷速率進行換算9000m纖維的重量，求得線性密度。纖維強度與斷裂伸度之量測方法為以拉力試驗機USTER URT4儀器進行分析。纖維熔點與結晶度分析採用TA公司之熱示差掃描熱量計(DSC)Q20，於氮氣下以升溫速率10℃/min分析。
實施例9
聚酯的形成方法與實施例8類似，差別在於固聚時間為30小時，聚酯之固有黏度約0.55dL/g。將上述聚酯加熱至260℃熔融後，以24孔噴絲頭進行熔融紡絲，其吐出量為13.4g/min。以20%之PET油劑在紡絲過程中上油，且上油量為0.316cc/min。上述紡絲過程皆於氮氣下進行。接著以600公尺/分鐘的速率捲取冷卻固化後的纖維，以得201丹尼/24根絲的纖維束，並測試纖維性質。接著在100℃下進一步延伸纖維，分析延伸後之纖維性質，如第7表所示。
實施例10
聚酯的形成方法與實施例8類似，差別在於固聚時間為36小時，因此聚酯之固有黏度為0.60dL/g。將上述聚酯加熱至260℃熔融後，以24孔噴絲頭進行熔融紡絲，其吐出量為13.7g/min。以20%之PET油劑在紡絲過程中上油，且上油量為0.316cc/min。上述紡絲過程皆於氮氣下進行。接著以600公尺/分鐘的速率捲取冷卻固 化後的纖維，以得206丹尼/24根絲的纖維束，並測試纖維性質。接著在100℃下進一步延伸纖維，分析延伸後之纖維性質，如第7表所示。
實施例11
聚酯的形成方法與實施例8類似，差別在於固聚時間為36小時，因此聚酯之固有黏度為0.61dL/g。將上述聚酯加熱至270℃熔融後，以24孔噴絲頭進行熔融紡絲，其吐出量為14g/min。以20%之PET油劑在紡絲過程中上油，且上油量為0.316cc/min。上述紡絲過程皆於氮氣下進行。接著以400公尺/分鐘的速率捲取冷卻固化後的纖維，以得316丹尼/24根絲的纖維束，並測試纖維性質。接著在100℃下進一步延伸纖維，分析延伸後之纖維性質，如第7表所示。
比較例8
聚酯的形成方法與實施例8類似，差別在於反應物中不含SPG單體，且聚酯之固有黏度為0.58dL/g。將上述聚酯加熱至260℃熔融後，以24孔噴絲頭進行熔融紡絲，其吐出量為13.5g/min。以20%之PET油劑在紡絲過程中上油，且上油量為0.316cc/min。上述紡絲過程皆於氮氣下進行。接著以600公尺/分鐘的速率捲取冷卻固化後的纖維，並測試纖維性質。接著在100℃下進一步延伸纖維，分析延伸後之纖維性質，如第7表所示。
由第7表可知，添加SPG單體之實施例與未添加SPG單體之比較例8相比之下，纖維強度在延伸前後皆有顯著提升，斷裂伸度更是大幅提升。此外，實施例之纖維經延伸加工後，材料的結晶度大幅提升，顯示SPG單體有利於聚酯之支鏈化結構的形成，進而限制聚酯之分子鏈的活動，將纖維延伸後，可產生異相成核(heterogeneous nucleation)的結晶機制，促進纖維於延伸過程中的結晶速率。隨著固聚反應時間的延長，分子量(固有黏度)逐漸提升，支鏈化程度也逐漸提高，提升PEF纖維強度效果更加明顯。
以DSC分析纖維延伸後之熱性質，發現添加SPG單體之實施例之纖維具有兩個明顯的熔融峰，可說明以SPG單體改質所產生的支鏈化結構在纖維延伸過程中產生兩種不同的結晶相，其中較高的熔點可能由異相結晶排列緊密之聚酯分子鏈所造成。
初始纖維收卷速率對於纖維強度也具有明顯影響。實施例10與實施例11分別以600及400m/min的收卷速率收集纖維，明顯可看出較高的紡絲收卷速率對應較高的纖維強度。較低速紡絲收卷之纖維即使經過後延伸，也無法達到相同的纖維強度。因此可進一步透過提升收卷速率，提升SPG單體改質之纖維強度。
實施例12
聚酯的形成方法與實施例8類似，差別在於乙二醇改為丁二醇，且聚酯之固有黏度為0.716dL/g。將上述聚酯加熱至245℃熔融後，以24孔噴絲頭進行熔融紡絲，其吐出量為11.8g/min。以20%之PET油劑在紡絲過程中上油，且上油量為0.316cc/min。上述紡絲過程皆於氮氣下進行。接著以600公尺/分鐘的速率捲取冷卻固化後的纖維，以得177丹尼/24根絲的纖維束，並測試纖維性質。接著在100℃下進一步延伸纖維，分析延伸後之纖維性質，如第8表所示。
比較例9
聚酯的形成方法與實施例12類似，差別在於反應物中不含SPG單體，且聚酯之固有黏度為0.784dL/g。將上述聚酯加熱至245℃熔融後，以24孔噴絲頭進行熔融紡絲，其吐出量為11.8g/min。以20%之PET油劑在紡絲過程中上油，且上油量為0.316cc/min。上述紡絲過程皆於氮氣下進行。接著以600公尺/分鐘的速率捲取冷卻固化後的纖維，以得177丹尼/24根絲的纖維束，並測試纖維性質。接著在100℃下進一步延伸纖維，分析延伸後之纖維性質，如第8表所示。
由第8表可知，在纖維後延伸倍率為3倍的條件下，具有支鏈化結構之纖維在較低的黏度特性下，具有更高的纖維強 度與斷裂伸度。以SPG單體作為支鏈化結構改質單體，應用於纖維材料也提升其纖維機械特性。具有支鏈化結構之纖維具有更高的後延伸倍率，可達到3.4倍。未經SPG單體改質之纖維雖具有較高的黏度特性，但其後延伸倍率僅能達到3.2倍。
實施例13
聚酯的形成方法與實施例8類似，差別在於乙二醇改為丙二醇，固聚時間為24小時，且聚酯之固有黏度為0.883dL/g。將上述聚酯加熱至245℃熔融後，以24孔噴絲頭進行熔融紡絲，其吐出量為13.2g/min。以20%之PET油劑在紡絲過程中上油，且上油量為0.316cc/min。上述紡絲過程皆於氮氣下進行。接著以500公尺/分鐘的速率捲取冷卻固化後的纖維，以得237丹尼/24根絲的纖維束，並測試纖維性質。此纖維置於室溫下一段時間後，收縮形成320丹尼/24根絲的纖維束。接著在110℃下進一步延伸纖維(延伸速率為3m/min)，分析延伸後之纖維性質，如第9表所示。
實施例14
聚酯的形成方法與實施例13類似，差別在於固聚時間為36小時，因此聚酯之固有黏度為1.2dL/g。將上述聚酯加熱至255℃熔融後，以24孔噴絲頭進行熔融紡絲，其吐出量為13.2g/min。以20%之PET油劑在紡絲過程中上油，且上油量為0.316cc/min。上述紡絲過程皆於氮氣下進行。接著以600公尺/分鐘的速率捲取冷卻固化後的纖維，以得191丹尼/24根絲的纖維束，並測試纖維性質。此纖維置於室溫下一段時間後，收縮形成427丹尼/24根絲的纖維束。接著在110℃下進一步延伸纖維(延伸速率為3m/min)，分析延伸後之纖維性質，如第9表所示。
比較例10
聚酯的形成方法與實施例13類似，差別在於反應物中不含SPG單體，沒有進行固聚反應，且聚酯之固有黏度為0.774dL/g。將上述聚酯加熱至245℃熔融後，以24孔噴絲頭進行熔融紡絲，其吐出量為13.9g/min。以20%之PET油劑在紡絲過程中上油，且上油量為0.316cc/min。上述紡絲過程皆於氮氣下進行。接著以600公尺/分鐘的速率捲取冷卻固化後的纖維束，並測試纖維性質。接著在110℃下進一步延伸纖維(延伸速率為3m/min)，纖維一延伸即斷裂，即此纖維無法延伸。
由第9表可知，聚酯在低於600m/min收卷速率條件所得到之纖維材料具有相當低的纖維強度與斷裂伸度表現。具支鏈化結構之聚酯雖然具有較高的黏度特性，但較低收卷速率仍無較好的纖維強度表現。實施例13其較低的收卷速率(500m/min)所得到的纖維強度，低於比較例10未改質且黏度特性更低的聚酯纖維。此結果與前述實施例中低收卷速率紡絲之聚酯纖維，具有較低的纖維強度的結果一致。此外，後延伸方式可提升纖維強度。比較例10中未經SPG改質之聚酯纖維不具延伸性，無法以後延伸方式提升纖維強度。實施例13與14具有支鏈化結構之聚酯材料可 在低的延伸速率(3m/min)下進行纖維延伸。當延伸倍率越高，纖維強度也隨之提升，且斷裂伸度經後延伸也顯著的提升。綜上所述，SPG產生的支鏈化結構，可提升聚酯纖維的特性。
由上述實施例與比較例可知，添加SPG單體形成的支鏈化結構可大幅提升纖維之強度與斷裂伸度，並克服聚酯材料糾纏密度低的特性，進而提升纖維機械特性。此外，添加SPG單體可縮短製備聚酯中固態聚合所需的反應時間，亦可降低長時間高溫聚合反應所造成的色相變化問題。
雖然本揭露已以數個實施例揭露如上，然其並非用以限定本揭露，任何本技術領域中具有通常知識者，在不脫離本揭露之精神和範圍內，當可作任意之更動與潤飾，因此本揭露之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (14)

  1. 一種纖維，包括：一聚酯，係由二酸、二酸之酯化物、或上述之組合與多元醇共聚而成，其中該二酸、該二酸之酯化物、或上述之組合包含(1)呋喃二甲酸、呋喃二甲酸酯化物、或上述之組合或(2)呋喃二甲酸、呋喃二甲酸酯化物、或上述之組合與螺環二酸，且該多元醇包含(3)C2-C14之多元醇或(4)C2-C14之多元醇與螺環二醇，其中該螺環二醇具有式(I)之結構： 其中該螺環二酸具有式(II)之結構： 其中，每一R2獨立地為單鍵、、、或C1-C4 之直鏈烷撐基， 每一R3獨立地為 或，以及 該二酸、該二酸之酯化物、或上述之組合與該多元醇符合：(a)該二酸、該二酸之酯化物、或上述之組合包含(2)該呋喃二甲酸、該呋喃二甲酸酯化物、或上述之組合與該螺環二酸，(b)該多元醇包含(4)該C2-C14之多元醇與該螺環二醇，或(c)上述之組合， 其中該聚酯於30℃之固有黏度介於0.5dL/g至1.5dL/g之間，當該二酸、該二酸之酯化物、或上述之組合包括1莫耳份之(1)該呋喃二甲酸、該呋喃二甲酸酯化物、或上述之組合，且該多元醇包括1至3莫耳份之(4)該C2-C14之多元醇與該螺環二醇，其中該呋喃二甲酸、該呋喃二甲酸酯化物、或上述之組合與該螺環二醇之莫耳比係1：0.0003023至1：0.0012092；當該二酸、該二酸之酯化物、或上述之組合包括1莫耳份之(2)該呋喃二甲酸、該呋喃二甲酸酯化物、或上述之組合與該螺環二酸，該多元醇包括1至3莫耳份之(3)該C2-C14之多元醇，其中該呋喃二甲酸、該呋喃二甲酸酯化物、或上述之組合與該螺環二酸之莫耳比係99.998：0.002至99.9999：0.0001。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之纖維，其斷裂伸度介於5%至200%之間。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之纖維，其結晶度介於5J/g至60J/g之間。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之纖維，其中該呋喃二甲酸包含2,5-呋喃二甲酸、3,4-呋喃二甲酸、2,3-呋喃二甲酸或上述之組合。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之纖維，其中該呋喃二甲酸酯化物包含2,5-呋喃二甲酸二甲酯、3,4-呋喃二甲酸二甲酯、2,3-呋二甲酸二甲酯或上述之組合。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之纖維，其中該C2-C14之多元醇包含乙二醇、1,3-丙二醇、丙三醇、1,4-丁二醇、1,5-戊二醇、新戊二醇、1,6-己二醇、1,7-庚二醇、1,8-辛二醇、1,9-壬二醇、 癸二醇、十一烷二醇、十二烷二醇、十四烷二醇、松香二醇、異山梨醇、2,5-呋喃二醇、或上述之組合。
  7. 一種纖維的製造方法，包含：混合二酸、二酸之酯化物、或上述之組合以及多元醇進行酯化反應與聚縮合反應以形成一預聚物；對該預聚物進行固態聚合反應，以形成一聚酯；以及紡絲該聚酯，以形成一纖維，其中該二酸、該二酸之酯化物、或上述之組合包含(1)呋喃二甲酸、呋喃二甲酸酯化物、或上述之組合或(2)呋喃二甲酸、呋喃二甲酸酯化物、或上述之組合與螺環二酸，以及該多元醇包含(3)C2-C14之多元醇或(4)C2-C14之多元醇與螺環二醇，其中該螺環二醇具有式I之結構： 其中該螺環二酸具有式II之結構： 其中，每一R2獨立地為單鍵、、、或C1-C4 之直鏈烷撐基， 每一R3獨立地為、或，以及 該二酸、該二酸之酯化物、或上述之組合與該多元醇符合：(a)該二酸、該二酸之酯化物、或上述之組合包含(2)該呋喃二甲酸、該呋喃二甲酸酯化物、或上述之組合與該螺環二酸，(b)該多元醇包含(4)該C2-C14之多元醇與該螺環二醇，或(c)上述之組合，其中該聚酯於於30℃之固有黏度介於0.5dL/g至1.5dL/g之間，當該二酸、該二酸之酯化物、或上述之組合包括1莫耳份之(1)該呋喃二甲酸、該呋喃二甲酸酯化物、或上述之組合，且該多元醇包括1至3莫耳份之(4)該C2-C14之多元醇與該螺環二醇，其中該呋喃二甲酸、該呋喃二甲酸酯化物、或上述之組合與該螺環二醇之莫耳比係1：0.0003023至1：0.0012092；當該二酸、該二酸之酯化物、或上述之組合包括1莫耳份之(2)該呋喃二甲酸、該呋喃二甲酸酯化物、或上述之組合與該螺環二酸，該多元醇包括1至3莫耳份之(3)該C2-C14之多元醇，其中該呋喃二甲酸、該呋喃二甲酸酯化物、或上述之組合與該螺環二酸之莫耳比係99.998：0.002至99.9999：0.0001。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之纖維的製造方法，更包括以100公尺/分鐘至3000公尺/分鐘之間的收卷速率收集纖維。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之纖維的製造方法，更包括在60℃至150℃的溫度下延伸纖維，且延伸後之纖維長度為延伸前之纖維長度的1.1倍至5倍之間。
  10. 如申請專利範圍第7項所述之纖維的製造方法，其中該纖維的斷裂伸度介於5%至200%之間。
  11. 如申請專利範圍第7項所述之纖維的製造方法，其中該纖維的結晶度介於5J/g至60J/g之間。
  12. 如申請專利範圍第7項所述之纖維的製造方法，其中該呋喃二甲酸包含2,5-呋喃二甲酸、3,4-呋喃二甲酸、2,3-呋喃二甲酸或上述之組合。
  13. 如申請專利範圍第7項所述之纖維的製造方法，其中該呋喃二甲酸酯化物包含2,5-呋喃二甲酸二甲酯、3,4-呋喃二甲酸二甲酯、2,3-呋喃二甲酸二甲酯或上述之組合。
  14. 如申請專利範圍第7項所述之纖維的製造方法，其中該C2-C14之多元醇包含乙二醇、1,3-丙二醇、丙三醇、1,4-丁二醇、1,5-戊二醇、新戊二醇、1,6-己二醇、1,7-庚二醇、1,8-辛二醇、1,9-壬二醇、癸二醇、十一烷二醇、十二烷二醇、十四烷二醇、松香二醇、異山梨醇、2,5-呋喃二醇或上述之組合。
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