TWI779441B - 聚合物、纖維及織物 - Google Patents

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Abstract

聚合物、纖維及織物。聚合物包含重複單元M以及重複單元D。重複單元M為-COC6H6CONHCH2CH2O-。重複單元D為-COC6H6COOCH2CH2O-。重複單元M與重複單元D的莫耳比為1:6至1:999。

Description

聚合物、纖維及織物
本發明是有關於一種聚合物、纖維及織物。
聚酯纖維包括諸如聚對苯二甲酸乙二酯(PET)等是目前最廣泛被使用的人造纖維之一,其具有優異的機械強度、彈性、尺寸穩定性、耐磨性以及抗皺性,大量被應用在衣料。但本質屬疏水材料,作為直接接觸皮膚的衣物如內衣或運動服飾等衣料用材料的纖維時,在濕熱環境穿著活動,皮膚上的汗水不易被衣物吸收,令人感覺悶熱及黏膩,整體舒適性比天然纖維差。
為提升穿著舒適性,吸濕排汗的機能織物成為各紡織業者研製目標。提升親水吸溼性除了增加穿著的舒適度,另對可染性、去污性和減少靜電的產生皆具有正面的效應。
本發明係有關於一種聚合物、纖維及織物,具有提升的吸放濕特性及維持良好色牢度。
根據本發明之一方面,提出一種聚合物。聚合物包含重複單元M以及重複單元D。重複單元M為 -COC6H6CONHCH2CH2O-。重複單元D為-COC6H6COOCH2CH2O-。重複單元M與重複單元D的莫耳比為1:6至1:999。
根據本發明之另一方面,提出一種纖維。纖維由上述聚合物製成。
根據本發明之又另一方面,提出一種織物。織物由上述纖維製成。
為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解,下文特舉實施例,並配合所附圖式詳細說明如下:
第1圖為實施例與比較例之聚酯的黏度與剪率之間的關係曲線圖。
根據本揭露之實施例係提供聚合物、由聚合物製成的纖維以及由纖維製成的織物,其具有優異的吸水及排水性質。
實施例中,聚合物包含重複單元M與重複單元D。
重複單元M為-COC6H6CONHCH2CH2O-,一實施例中,例如具有如以下式(I)所示之結構,但不以此為限,在其他實施例中,苯環上之取代位置可為鄰位或間位。
Figure 109146341-A0305-02-0004-1
重複單元D為-COC6H6COOCH2CH2O-,一實施例中,例如具有如以下式(II)所示之結構,但不以此為限,在其他實施例中,苯環上之取代位置可為鄰位或間位。
Figure 109146341-A0305-02-0004-2
實施例中,聚合物具有-NH-結構能與外界水分子之間產生氫鍵作用力,因此具有較佳的親水吸濕特性。使用聚合物製成纖維或織物(例如布料)將可增加吸濕排汗效果。
實施例中,重複單元M與重複單元D的莫耳比為(即重複單元M的莫耳(mole)數m:重複單元D的莫耳數d)例如為1:6至1:999,則聚合物具有抽條收卷性質,且具有較佳的吸放濕特性,聚合物可兼具加工性質及製成之織物的舒適性。若m:d比值太小,聚酯可能無法順利抽條收卷。在一些實施例中,重複單元M的莫耳數m:重複單元D的莫耳數d例如為1:6至1:500、1:7至1:999、1:7至1:500、1:6至1:400或1:7至1:400。
實施例中,重複單元M的莫耳數m為0.001~0.4。在一些實施例中,重複單元M的莫耳數m為0.005~0.4、0.007~0.4、0.005~0.35、0.007~0.35或0.009~0.3。
實施例中,重複單元D的莫耳數d為2.6~4。在一些實施例中,重複單元D的莫耳數d為2.6~3.5、2.65~4、2.65~3.5或2.7~3。
實施例中,聚合物的固有黏度可為0.4-1.2dl/g。在一些實施例中,聚合物的固有黏度可為0.6-0.7dl/g。
實施例中,聚合物的製造方法可包括使對苯二甲酸(PTA)、乙醇胺(ETA)、以及乙二醇(EG)混合物進行聚合反應(酯化反應)以得到該聚合物。實施例中,乙二醇可為過量反應物,且乙醇胺與對苯二甲酸可幾乎完全反應耗盡,但本揭露不限於此。舉例來說,對苯二甲酸:乙醇胺:乙二醇的莫耳數比可為1:0.01~0.14:0.86~0.99。實施例中,m:d可為乙醇胺的莫耳數:對苯二甲酸的莫耳數減去乙醇胺的莫耳數。實施例中,混合物可更包含觸媒,諸如鈦酸四丁酯、醋酸銻、醋酸鋅、醋酸鈷、醋酸錳、醋酸鈉、醋酸鉀、醋酸鎂、醋酸鈣等。
聚合反應可包括對混合物進行加熱。加熱溫度可為120℃至300℃。實施例中,可分段加熱,例如在第一加熱時段以第一加熱溫度加熱混合物,然後,在第二加熱時段以第二加熱溫度加熱混合物。第一加熱溫度的範圍可例如為240℃至270℃。第一加熱時段的範圍可例如為2小時至4小時。第二加熱溫度可高於第一加熱溫度。第二加熱溫度的範圍可例如為271℃至290℃。第二加熱時段的範圍可例如為0.5小時至3小時。
為讓本揭露之上述目的、特徵、和優點能更明顯易 懂,下文特舉具體示例,作詳細說明如下:
<實施例1>
取對苯二甲酸(PTA)(498g、3.00mole)、乙二醇(242g、3.89mole,過量反應物)、乙醇胺(ETA)(1.83g、0.03mole)、100ppm之觸媒鈦酸四丁酯加入反應槽內,並將混合物加熱至260℃,背壓3Kg反應3小時(第一加熱時段)進行酯化反應。接著加入400ppm之觸媒鈦酸四丁酯和100ppm之抗氧化劑CHEMNOX-168(購自敦厚有限公司)後,加熱至280℃並抽真空進行聚合反應60分鐘(第二加熱時段),形成聚合物。聚合物具有重複單元M(亦即-COC6H6CONHCH2CH2O-)與重複單元D(亦即-COC6H6COOCH2CH2O-)的化學結構。
1H NMR(400MHz,ppm,CDCl3):8.20-8.17(phenyl,8H,d),7.90(-NH,1H,s),4.86(-CH2-,6H,s),3.86(-CH2-,2H,s)。
<實施例2>
聚合物的製造方法類似實施例1,差異在於乙醇胺的使用量為5.49g(0.09mole),且混合物加熱的第二加熱時段為100分鐘。聚合物具有重複單元M與重複單元D的化學結構。
<實施例3>
聚合物的製造方法類似實施例2,差異在於乙醇胺的使用量為9.15g(0.15mole)。聚合物具有重複單元M與重複單元D的化學結構。
<實施例4>
聚合物的製造方法類似實施例2,差異在於乙醇胺的使用量為12.8g(0.21mole)。聚合物具有重複單元M與重複單元D的化學結構。
<實施例5>
聚合物的製造方法類似實施例1,差異在於乙醇胺的使用量為18.3g(0.30mole),且第二加熱時段為120分鐘。聚合物具有重複單元M與重複單元D的化學結構。
<實施例6>
聚合物的製造方法類似實施例1,差異在於乙醇胺的使用量為0.009mole。聚合物具有重複單元M與重複單元D的化學結構。
<實施例7>
聚合物的製造方法類似實施例1,差異在於乙醇胺的使用量為0.018mole,且第二加熱時段為90分鐘。聚合物具有重複單元M與重複單元D的化學結構。
<比較例1>
取對苯二甲酸(498g、3.00mole)、乙二醇(242g、3.89mole)、400ppm之觸媒醋酸銻、200ppm抗氧化劑CHEMNOX-1010(購自敦厚有限公司)和100ppm之抗氧化劑CHEMNOX-168加入反應槽內,並將混合物加熱至260℃,背壓3Kg反應3小時。接著在常壓下加入山梨醇(5.45g、0.03mole),260℃反應1小時後,溫度加熱至280℃並抽真空進行聚合反應100分鐘,形成聚合物。
<比較例2>
取對苯二甲酸(498g、3.00mole)、乙二醇(242g、3.89mole)、250ppm之觸媒醋酸銻、200ppm之觸媒醋酸鋅、200ppm之抗氧化劑CHEMNOX-1010和100ppm之抗氧化劑CHEMNOX-168加入反應槽內,並將混合物加熱至260℃,背壓3Kg反應3小時。接著加入重量平均分子量為2000的聚乙二醇(PEG2000)(60g、0.03mole)、350ppm之觸媒鈦酸四丁酯後,在260℃並抽真空進行聚合反應100分鐘,形成聚合物。
<比較例3>
未改質的聚對苯二甲酸乙二酯(PET)商品料,為中興紡織纖維級酯粒。
<比較例4>
取對苯二甲酸(498g、3.00mole)、乙二醇(242g、3.89mole)、乙醇胺(27.43g、0.45mole)、100ppm之觸媒鈦酸四丁酯加入反應槽內,並將混合物加熱至260℃,背壓3Kg反應3小時。接著加入400ppm之觸媒鈦酸四丁酯和100ppm之抗氧化劑CHEMNOX-168後,溫度加熱至280℃並抽真空進行聚合反應120分鐘,反應完成後得到的材料呈電話線捲曲狀硬質固體,最終無法抽條收卷,也無法做進一步的評價測試。
表1列示實施例1至實施例7與比較例4的單體PTA的莫耳數(單位mole);單體ETA的莫耳數(單位mole),其亦可表示聚合物之重複單元M的莫耳數m;單體PTA減去單體ETA的 莫耳數差異(單位mole),其亦可表示聚合物之重複單元D的莫耳數d;單體ETA的莫耳數比單體PTA減去單體ETA的莫耳數差異(亦即m:d);單體PTA的莫耳數比單體ETA的莫耳數。
Figure 109146341-A0305-02-0009-3
由表1可發現,實施例中,當單體ETA的莫耳數:單體PTA減去單體ETA的莫耳數差異,或者,m:d,其為1:6至1:999時,則聚合物具有適用於紡織產業的抽條收卷性質。根據比較例4,當單體ETA的莫耳數:單體PTA減去單體ETA的莫耳數差異,或者,m:d,其比值大於1/6時,聚酯無法抽條收卷,加工性差,難以應用在紡織產業。
<比較例5>
取對苯二甲酸(498g、3.00mole)、乙二醇(242g、3.89mole)、木醣醇(23g、0.15mole)、200ppm抗氧化劑 CHEMNOX-1010和100ppm之抗氧化劑CHEMNOX-168加入反應槽內,並在背壓3Kg下將混合物加熱至260℃進行酯化,反應3小時,接著加入400ppm之觸媒醋酸銻後,溫度加熱至280℃並抽真空進行聚合反應45分鐘。最終聚合物呈坨狀硬質固體。
<比較例6>
聚合物的製造方法類似比較例5,差異在於木醣醇由山梨醇(23g、0.15mole)取代。最終聚合物呈坨狀硬質固體。
<評價>
[接觸角]
透過座滴法之光學接觸角分別量測聚合物試料(0.1mm膜)的靜態水接觸角。測量液體為蒸餾水。測試過程中,將水珠滴至膜表面並等待5分鐘所得數值即為該試料之靜態水接觸角。
接觸角以90度為準,超過90度判斷為具有疏水特性,90度以下判斷為具有親水特性。接觸角愈小表示試料具有愈佳的親水性質、吸濕特性。
[吸放濕參數(△MR)]
將聚合物試料於溫度60℃下以熱風乾燥30分鐘,然後將該試料於溫度105℃下以熱風乾燥2小時,再測定其質量(Wd)。以下,將該質量稱「絕乾質量」。
將該試料在經調濕為20℃×65%R.H.狀態的恆溫恆濕機中放置24小時,測定呈平衡狀態時的試料質量(W20),接著 將恆溫恆濕機的設定變更為30℃×90%R.H.,經更進一步放置24小時後測定質量(W30)。依下述數學式計算△MR,該△MR值越大,表示具越優異的吸、放濕特性,表示紡織物的穿著舒適性越好。
吸放濕參數(△MR)=(W30-W20)/Wd(%)
[熔點(Tm)]
根據ASTM D3418的規範測試。
[玻璃轉移溫度(Tg)]
根據ASTM D3418的規範測試。
Tg愈高表示聚合物製成纖維或織物經染色後具有愈佳的色牢度。Tg愈低表示聚合物製成纖維或織物經染色後色牢度愈差。
[固有黏度(IV)]
使用共溶劑(酚與四氯乙烷的體積比為6:4)配製濃度為0.3g/dL的溶液,在30℃恆溫水槽中,使用奧士瓦黏度計進行量測。
表2列示出實施例1、實施例2、實施例3、實施例4、實施例5、實施例6、實施例7、比較例1、比較例2、比較例3的接觸角、吸放濕參數(△MR)、熔點(Tm)、玻璃轉移溫度(Tg)與固有黏度(IV)的測試結果。
表2
Figure 109146341-A0305-02-0012-4
由表2可發現,實施例1至實施例7的聚合物的接觸角小於比較例3,且△MR大於比較例3,表示由實施例1至實施例7的聚合物可具有比一般PET材料更佳的吸濕及排濕性質,因此由此聚合物製成的纖維,或由此纖維製成的織物能具有更佳的舒適性。
實施例1至實施例7的聚合物的玻璃轉移溫度(Tg)高於比較例1與比較例2,表示經染色後具有較佳的色牢度性質。實施例1至實施例7的聚合物的玻璃轉移溫度類似比較例3,表示由實施例1至實施例7的聚合物製成的纖維,或由此纖維製成 的織物經染色後能具有與目前市售PET商品相當的色牢度性質。
[流變特性]
透過毛細管流變儀評估試料之熔融黏度。評估之剪切速率範圍為:100(1/s)、200(1/s)、500(1/s)、1000(1/s)、2000(1/s)、5000(1/s)。加工溫度為275℃。滯留時間為10分鐘。結果顯示於第1圖,為黏度(viscosity)與剪率(shear rate)的流變特性曲線圖,從其中可發現,跟比較例1與比較例2相比,實施例的熔融黏度分佈更接近比較例3(目前市售的PET商品),表示實施例的聚合物的加工性質(例如擠出紡紗嘴的熔融流動性質)較類似目前市售的PET商品,因此可應用一般使用的纖維製造設備及參數,相容性佳。
綜上所述,雖然本發明已以實施例揭露如上,然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者,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 (8)

  1. 一種聚合物,包括:重複單元M;以及重複單元D,其中,該重複單元M為-COC6H6CONHCH2CH2O-,該重複單元D為-COC6H6COOCH2CH2O-,該重複單元M與該重複單元D的莫耳比為1:6至1:999。
  2. 如請求項1所述的聚合物,其中該重複單元M具有如式(I)所示之結構:
    Figure 109146341-A0305-02-0014-6
  3. 如請求項1所述的聚合物,其中該重複單元D具有如式(II)所示之結構:
    Figure 109146341-A0305-02-0014-7
  4. 如請求項1所述的聚合物,其中該重複單元M與該重複單元D的莫耳比為1:7至1:999。
  5. 如請求項1所述的聚合物,其中該重複單元M與該重複單元D的莫耳比為1:6至1:500。
  6. 如請求項1所述的聚合物,其中該聚合物的固有黏度為0.4-1.2dl/g。
  7. 一種纖維,由如請求項1至請求項6其中之一所述的聚合物所製成。
  8. 一種織物,由如請求項7所述的纖維所製成。
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