TWI689531B - 耐隆纖維及耐隆的製作方法 - Google Patents

Abstract

一種耐隆纖維包括由己內醯胺衍生的重複單元、由己二胺衍生的重複單元、由己二酸衍生的重複單元、由癸二酸衍生的重複單元以及由含苯環二酸衍生的重複單元。由己內醯胺衍生的重複單元的含量為45莫耳份至55莫耳份。由己二胺衍生的重複單元的含量為45莫耳份至55莫耳份。由己二酸衍生的重複單元的含量為15莫耳份至30莫耳份。由癸二酸衍生的重複單元的含量為15莫耳份至25莫耳份。由含苯環二酸衍生的重複單元的含量為2莫耳份至15莫耳份。由含苯環二酸衍生的重複單元包括由對苯二甲酸衍生的重複單元或由間苯二甲酸衍生的重複單元。

Description

耐隆纖維及耐隆的製作方法

本發明係關於一種耐隆纖維及耐隆的製作方法，且特別係關於一種具有低熔點的耐隆纖維及耐隆的製作方法。

自耐隆纖維問世以來，其已被應用在各種織品及衣物上。然而，目前大部分耐隆纖維的熔點通常較高，因而限制了耐隆纖維的應用性，也使其無法滿足各式各樣的產品所需。有鑑於此，目前亟需發展出其他耐隆來製作耐隆纖維，從而改變耐隆纖維的性質以符合各種產品所需。

本發明提供一種耐隆纖維，其包括衍生自己內醯胺的重複單元、衍生自己二胺的重複單元、衍生自己二酸的重複單元、衍生自癸二酸的重複單元以及衍生自含苯環二酸的重複單元。衍生自己內醯胺的重複單元的含量為45莫耳份至55莫耳份。衍生自己二胺的重複單元的含量為45莫耳份至55莫耳份。衍生自己二酸的重複單元的含量為15莫 耳份至30莫耳份。衍生自癸二酸的重複單元的含量為15莫耳份至25莫耳份。衍生自含苯環二酸的重複單元的含量為2莫耳份至15莫耳份。衍生自含苯環二酸的重複單元包括衍生自對苯二甲酸的重複單元或衍生自間苯二甲酸的重複單元。

在一些實施方式中，衍生自己二胺的重複單元的含量等於衍生自己二酸的重複單元、衍生自癸二酸的重複單元及衍生自含苯環二酸的重複單元的含量總和。

在一些實施方式中，衍生自含苯環二酸的重複單元為衍生自對苯二甲酸的重複單元，且含量為2莫耳份至8莫耳份。

在一些實施方式中，衍生自含苯環二酸的重複單元為衍生自間苯二甲酸的重複單元，且含量為2莫耳份至8莫耳份。

在一些實施方式中，衍生自含苯環二酸的重複單元包括衍生自對苯二甲酸的重複單元及衍生自間苯二甲酸的重複單元，衍生自對苯二甲酸的重複單元的含量為3莫耳份至8莫耳份，且衍生自間苯二甲酸的重複單元的含量為2莫耳份至7莫耳份。

在一些實施方式中，耐隆纖維為單組分纖維。

在一些實施方式中，耐隆纖維為長度大於150mm的連續性纖維。

在一些實施方式中，耐隆纖維的纖維細度為1(denier per filament，dpf)至6dpf。

本發明提供一種耐隆的製作方法，包括以下步驟：使45莫耳份至55莫耳份的己內醯胺、45莫耳份至55莫耳份的己二胺、15莫耳份至30莫耳份的己二酸、15莫耳份至25莫耳份的癸二酸及2莫耳份至15莫耳份的含苯環二酸進行共聚合反應。苯環二酸包括對苯二甲酸、間苯二甲酸或其組合。

在一些實施方式中，共聚合反應是在200℃~250℃的溫度及0.1bar~3bar的絕對壓力下進行。

以下的揭示內容提供許多不同的實施方式或實例，以實現本發明的不同特徵。特定實例的組成及佈局敘述如下，以簡化本發明。當然這些僅是實例，並非用以限制。

本發明提供一種耐隆纖維的製作方法，己內醯胺單體、己二胺單體、己二酸單體、癸二酸單體及含苯環二酸單體作為反應物，進行共聚合反應以形成耐隆纖維。具體的說，是使用含量為45莫耳份至55莫耳份的己內醯胺單體，含量為45莫耳份至55莫耳份的己二胺單體，含量為15莫耳份至30莫耳份的己二酸單體，含量為15莫耳份至25莫耳份的癸二酸單體，以及含量為2莫耳份至15莫耳份的含苯環二酸單體進行共聚合反應。更詳細地說，含苯環二酸單體 包括對苯二甲酸單體、間苯二甲酸單體或其組合。

在一些實施例中，上述的共聚合反應是在200℃~250℃的溫度及0.1bar~3bar的絕對壓力下進行。舉例來說，溫度可以是200℃、205℃、210℃、215℃、220℃、225℃、230℃、235℃、240℃、245℃或250℃。舉例來說，絕對壓力可以是0.1bar、0.5bar、1.0bar、1.5bar、2.0bar、2.5bar或3bar。

在一實施例中，在溫度為210℃至230℃及絕對壓力為1bar至3bar下，使己內醯胺單體進行開環反應，以形成例如是耐隆6的重複單元。同時，己二酸單體和己二胺單體會先形成例如是耐隆66的重複單元；癸二酸單體和己二胺單體會先形成例如是耐隆610的重複單元；以及，含苯環二酸單體和己二胺單體會先形成例如是耐隆6T及/或耐隆6I的重複單元。更詳細地說，由於含苯環二酸單體可為對苯二甲酸單體及/或間苯二甲酸單體，故所述含苯環二酸單體可和己二胺單體鍵結形成耐隆6T及/或耐隆6I的重複單元。接著，將絕對壓力調整至0.1bar至0.5bar(可藉由抽真空來調整)並且將溫度升高至250℃，使上述重複單元彼此進行共聚合反應，從而形成本發明的耐隆。在一些實施例中，所述耐隆是以開環後的己內醯胺做為主要結構，再藉由醯胺鍵相互鍵結的方式來連結上述各重複單元。然而，本發明的耐隆並不以此為限，在另一些實施例中，包括開環後的己內醯胺在內的所有重複單元，可藉由隨機方式排列來完成共聚合反應，以形成本發明的耐隆。

上述的己二酸單體、癸二酸單體及含苯環二酸單體皆具有長碳鏈，可使耐隆因含有長碳鏈而具有較低的熔點。此外，含有苯環結構的二酸單體亦有助於提高耐隆的玻璃轉移溫度(glass transition temperature，Tg)，同時提升耐隆的紡絲加工作業性及纖維強度。

此外，本發明提供一種耐隆纖維，包括：含量為45莫耳份至55莫耳份由己內醯胺衍生的重複單元、含量為45莫耳份至55莫耳份由己二胺衍生的重複單元、含量為15莫耳份至30莫耳份由己二酸衍生的重複單元、含量為15莫耳份至25莫耳份由癸二酸衍生的重複單元以及含量為2莫耳份至15莫耳份由含苯環二酸衍生的重複單元，其中衍生自含苯環二酸的重複單元包括衍生自對苯二甲酸的重複單元或衍生自間苯二甲酸的重複單元。

具體的說，由己內醯胺衍生的重複單元是指在己內醯胺單體經開環及聚合反應後出現在耐隆纖維中的嵌 段(block)，例如是

。由己二胺衍生的重複單元是指在己二胺單體經聚合反應後出現在耐隆纖維中 的嵌段(block)，例如是

。由己二酸衍生的重複單元是指在己二酸單體經聚合反應後出現在耐隆纖 維中的嵌段(block)，例如是

。由癸二酸衍 生的重複單元是指在癸二酸單體經聚合反應後出現在耐隆 纖維中的嵌段(block)，例如是

。由對苯二甲酸衍生的重複單元是指在對苯二甲酸單體經聚合反應後出現在耐隆纖維中的嵌段(block)，例如是

。由間苯二甲酸衍生的重複單元是指在間苯二甲酸單體經聚合反應後出現在耐隆纖維中的嵌段 (block)，例如是

。

在一些實施方式中，本發明的耐隆纖維是由以下嵌段A、嵌段B、嵌段C、嵌段D及嵌段E藉由隨機的方式 彼此鍵結排列而成，其中嵌段A為

，嵌 段B為

，嵌段C為

，嵌段D為

，及嵌段E為

在另一些實施方式中，耐隆纖維可包含以下式(I)、式(II)、式(III)及式(IV)所示之結構：

可以透過調整進行共聚合反應的反應物之間的莫耳比例來調整耐隆的性質。在一些實施例中，由己二胺衍生的重複單元的含量等於由己二酸衍生的重複單元、由癸二酸衍生的重複單元及由含苯環二酸衍生的重複單元的含量總和。此外，亦可以藉由選取不同的反應物組合來調整耐隆的性質。在一些實施例中，衍生自含苯環二酸的重複單元包括衍生自對苯二甲酸的重複單元、衍生自間苯二甲酸的重複單元及其組合。在一些實施例中，當衍生自含苯環二酸的重複單元僅包括衍生自對苯二甲酸的重複單元時，衍生自對苯二甲酸的重複單元的含量為2莫耳份至8莫耳份。在一些實 施例中，當衍生自含苯環二酸的重複單元僅包括衍生自間苯二甲酸的重複單元時，衍生自間苯二甲酸的重複單元的含量為2莫耳份至8莫耳份。在一些實施例中，當衍生自含苯環二酸的重複單元包括衍生自對苯二甲酸的重複單元及衍生自間苯二甲酸的重複單元時，衍生自對苯二甲酸的重複單元的含量為3莫耳份至8莫耳份，且衍生自間苯二甲酸的重複單元的含量為2莫耳份至7莫耳份。在一些實施例中，本發明的耐隆纖維的起始熔點可介於90℃至105℃之間。在一些實施例中，本發明的耐隆纖維的玻璃轉移溫度可介於30℃至40℃之間。

在一些實施例中，耐隆纖維為單組分纖維，其中單組分纖維例如是由單一材料所構成單芯纖維(single-core fiber)。相較於芯鞘型複合纖維(sheath-core composite fiber)來說，單組分纖維為同質材料且結構較為簡單，故具有生產成本優勢。由於耐隆纖維包括由衍生自己內醯胺的重複單元、衍生自己二胺的重複單元、衍生自己二酸的重複單元、衍生自癸二酸的重複單元及衍生自含苯環二酸的重複單元共聚合而成，故耐隆纖維可具有較低的起始熔點及約40℃的玻璃轉移溫度。因此，若於織品中加入本發明的耐隆纖維，本發明的耐隆纖維會因受熱軟化，從而發生黏性流動，使得織品中的其他纖維可藉由本發明的耐隆纖維黏合在一起，從而提升織品的結構強度，且使織品不易發生形變。換言之，本發明的耐隆纖維可做為一種纖維型黏合劑。在一些實施例中，本發明的耐隆纖維在經過纖維紡絲製 程後，可製成長度大於150mm的連續性纖維。在一些實施例中，耐隆纖維的纖維細度為1(denier per filament，dpf)至6dpf。需要說明的是，由於習知的低熔點耐隆纖維的玻璃轉移溫度通常為30℃以下，故在其熔融紡絲的過程中，當欲提高纖維細度時，將因外部材料易於脆化而內部材料仍維持軟化狀態而失去紡絲加工性，故因而無法製得具有高纖維細度的纖維。然而，由於本發明的耐隆的玻璃轉移溫度為30℃以上接近40℃，故具有好的紡絲加工性。因此，使用本發明的耐隆可製得具有高纖維細度的耐隆纖維，其纖維細度例如是6pdf。

本發明的耐隆纖維的應用例如是作為針織運動鞋的針織布的材料之一。當針織運動鞋的針織布中添加有本發明的耐隆纖維時，針織布在經過蒸氣定型或熱風定型後，針織布中的其他纖維可藉由本發明的耐隆纖維黏合在一起，從而使針織布具有良好的尺寸安定性及強度，因此針織運動鞋不易變形，且更為耐用。並且，在裁切針織布時，由於針織布具有良好的尺寸安定性，亦有助於提高裁切良率。

以下的實驗例係用以詳述本發明之特定態樣，並使本發明所屬技術領域中具有通常知識者得以實施本發明。然而，以下的實施例不應用以限制本發明。

實驗例1：合成耐隆並進行性質測試

在本實驗例中，使45莫耳份至55莫耳份的己內醯胺45莫耳份至55莫耳份的己二胺、15莫耳份至30莫耳份的己二酸、15莫耳份至25莫耳份的癸二酸及2莫耳份至15 莫耳份的含苯環二酸進行共聚合反應以形成耐隆。實施例一至四分別選用不同的反應物組合及反應物間不同的莫耳比例進行性質測試。比較例一為市售具有低熔點的耐隆。各實施例及比較例所用之反應物及所生成之產物的起始熔點及玻璃轉移溫度請參以下表一。

在本實驗例中，以差示掃描量熱法(Differential scanning calorimetry，DSC)分別對於實施例一至四及比較例一的產物進行性質測試。差示掃描量熱儀的廠牌為Netzsch，型號為DSC 200 F3 System。根據上述表一，產物的起始熔點約在90℃至105℃之間，玻璃轉移溫度為30℃以上接近40℃。由此可知，本發明之耐隆的起始熔點與市售之低熔點耐隆的起始熔點相差不大卻具有較高的玻璃轉移溫度，因此，本發明之耐隆具有較佳的紡絲加工作業性及纖維強度。此外，本發明之耐隆的起始熔點比一般耐隆的起始熔點更低。舉例來說，一般耐隆6的起始熔點為220℃，而本發明之耐隆的起始熔點介於93℃~102.9℃的範圍內，因此本發明之耐隆適於低熔點耐隆纖維的應用，例如針織鞋幫布。

實驗例2：流變實驗

在本實驗例中，在溫度維250℃下，利用流變實驗分析實施例二、實施例三及實施例四的產物。觀察在不同剪率下，各產物所具有的黏度。實驗結果請參以下表二。

由以上表二可知，在剪率較小時，實施例二、實施例三及實施例四具有較大的黏度；反之，在剪率較大時，例如剪率為6000至10000(1/s)，實施例二、實施例三及實施例四仍具有至少約40至80Pas的黏度。由於一般在紡絲的過程中，剪率亦通常會達到6000至10000(1/s)，以上結果顯示本發明的耐隆可滿足一般用於熔融紡絲的材料需求。

實驗例3：乾燥測試

在本實驗例中，利用乾燥測試分析一般的耐隆6(PA6)與實施例一至實施例四的產物。實驗結果請參以下表三。

在耐隆成型前，通常需經過乾燥程序將耐隆膠粒乾燥至含水率0.1%以下後，再進行熔融紡絲加工製程。 一般來說，乾燥程序的乾燥時間約12小時且乾燥溫度約80℃至90℃。根據以上表三的結果顯示本發明的耐隆可透過正常乾燥程序進行乾燥，而無須重新設定乾燥程序的參數。

實驗例4：熔融紡絲試驗

在本實驗例中，實施例一至實施例四的產物經過纖維紡絲製程後，可製成規格為140d/24f FDY及長度大於150mm的耐隆纖維，亦即，纖維細度為5.83dpf的連續性耐隆長纖維。當纖維細度為5.83dpf時，實施例一至實施例四及比較例一至二的纖維物性請參見以下表四。

由表四可知，由實施例一至實施例四的產物所製備之單組分纖維的強度優於市售低熔點耐隆纖維的強度。

將實施例一至實施例四的產物經過纖維紡絲製程後，可製成規格為100d/24f FDY及長度大於150mm的連續性耐隆纖維，亦即，纖維細度為4.167dpf的連續性耐隆長纖維。當纖維細度為4.167dpf時，實施例一至實施例四的纖維物性請參見以下表五。

表五

將實施例一至實施例四的產物經過纖維紡絲製程後，可製成規格為70d/48f FDY及長度大於150mm的耐隆纖維，亦即，纖維細度為1.4583dpf的連續性耐隆長纖維。當纖維細度為1.4583dpf時，實施例一至實施例四的纖維物性請參見以下表六。

由表五及表六可知，由實施例一至實施例四的產物製備的單組分纖維，無論纖維細度的大小如何，皆具有良好的強度。由此可知，本發明的耐隆纖維可較佳地應用於後段的織造及加工製程。

綜上所述，本發明的耐隆具有較低的熔點，且具有良好的熔融紡絲性而可被製為耐隆纖維。耐隆纖維亦隨之具有較低的熔點，並具有良好的強度。並且，當本發明的耐隆纖維與其他纖維共同形成織物時，由於本發明的耐隆纖 維的熔點較低，因此在適合的溫度條件下，本發明的耐隆纖維可將其他纖維彼此黏合，從而達到提升織物結構強度的效果，並可使織物具有好的尺寸安定性。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，但其他實施方式亦有可能。因此，所請請求項之精神與範圍並不限定於此處實施方式所含之敘述。

任何熟習此技藝者可明瞭，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (10)

1. 一種耐隆纖維，包括：衍生自己內醯胺的重複單元，含量為45莫耳份至55莫耳份；衍生自己二胺的重複單元，含量為45莫耳份至55莫耳份；衍生自己二酸的重複單元，含量為15莫耳份至30莫耳份；衍生自癸二酸的重複單元，含量為15莫耳份至25莫耳份；以及衍生自含苯環二酸的重複單元，含量為2莫耳份至15莫耳份，其中所述衍生自含苯環二酸的重複單元包括衍生自對苯二甲酸的重複單元或衍生自間苯二甲酸的重複單元。
2. 如請求項1所述的耐隆纖維，其中所述衍生自己二胺的重複單元的含量等於所述衍生自己二酸的重複單元、所述衍生自癸二酸的重複單元及所述衍生自含苯環二酸的重複單元的含量總和。
3. 如請求項1所述的耐隆纖維，其中所述衍生自含苯環二酸的重複單元為衍生自對苯二甲酸的重複單元，且含量為2莫耳份至8莫耳份。
4. 如請求項1所述的耐隆纖維，其中所述衍生自含苯環二酸的重複單元為衍生自間苯二甲酸的重複單元，且含量為2莫耳份至8莫耳份。
5. 如請求項1所述的耐隆纖維，其中所述衍生自含苯環二酸的重複單元包括衍生自對苯二甲酸的重複單元及衍生自間苯二甲酸的重複單元，衍生自對苯二甲酸的重複單元的含量為3莫耳份至8莫耳份，且衍生自間苯二甲酸的重複單元的含量為2莫耳份至7莫耳份。
6. 如請求項1所述的耐隆纖維，其中所述耐隆纖維為單組分纖維。
7. 如請求項1所述的耐隆纖維，其中所述耐隆纖維為長度大於150mm的連續性纖維。
8. 如請求項1所述的耐隆纖維，其中所述耐隆纖維的纖維細度為1(denier per filament，dpf)至6dpf。
9. 一種耐隆的製作方法，包括：使45莫耳份至55莫耳份的己內醯胺、45莫耳份至55莫耳份的己二胺、15莫耳份至30莫耳份的己二酸、15莫耳份至25莫耳份的癸二酸及2莫耳份至15莫耳份的含 苯環二酸進行共聚合反應，其中所述含苯環二酸包括對苯二甲酸、間苯二甲酸或其組合。
10. 如請求項9所述的製作方法，其中所述共聚合反應是在200℃~250℃的溫度及0.1bar~3bar的絕對壓力下進行。