TWI795664B - 可染色聚烯烴組成物、可染色聚烯烴纖維的製作方法與可染色聚烯烴纖維 - Google Patents

Abstract

本發明有關於一種可染色聚烯烴組成物、可染色聚烯烴纖維的製作方法與可染色聚烯烴纖維。此可染色聚烯烴組成物包含聚烯烴、無機材料與改質聚烯烴。聚烯烴包含第一聚合物。無機材料具有表面改質基團，且表面改質基團包含錨定基與/或可染基。對可染色聚烯烴組成物進行混煉步驟與紡絲步驟，即可製得本發明具有良好可染色性質的可染色聚烯烴纖維。

Description

可染色聚烯烴組成物、可染色聚烯烴纖維的製作方法與可染色聚烯烴纖維

本發明係有關一種聚烯烴組成物，特別是提供一種具有良好可染色性質之聚烯烴組成物、可染色聚烯烴纖維的製作方法與可染色聚烯烴纖維。

隨著有機材料之性質改良與紡織技術之提升，利用高分子材料所製得之機能性服飾已廣為各服飾廠商所使用。其中，藉由調整高分子材料之官能基團，紡絲所製得之高分子纖維可具有不同之特性，而可滿足不同之應用需求。其中，基於環保之目的，易分解且燃燒後不產生毒性汙染物之聚烯烴纖維更是被廣泛使用。

然而，由於聚烯烴纖維不具有極性基團，且具有較高之疏水性，故聚烯烴纖維具有較差之可染性質，而限制其應用範圍。為了提升聚烯烴纖維之可染性，一般可採用油性顏料來染色。惟，不同廠商所生產之顏料可能因顏料粒徑不同，而呈現不同之色彩表現，因此無法滿足應用端之需求。

有鑑於此，亟須提供一種可染色聚烯烴組成物、可染色聚烯烴纖維的製作方法與可染色聚烯烴纖維，以提升聚烯烴纖維之可染性，而可改進習知聚烯烴纖維的缺陷。

因此，本發明之一態樣是在提供一種可染色聚烯烴組成物，此可染色聚烯烴組成物包含特定之無機材料與改質聚烯烴，而可具有良好之可染色性質。

本發明之另一態樣是提供一種可染色聚烯烴纖維的製作方法，此製作方法係藉由對前述之可染色聚烯烴組成物進行混煉與紡絲，以製得可染色聚烯烴纖維。

本發明之又一態樣是提供一種可染色聚烯烴纖維，其係利用前述之製作方法所製得。

根據本發明之一態樣，提出一種可染色聚烯烴組成物。此可染色聚烯烴組成物包含聚烯烴、無機材料與改質聚烯烴。聚烯烴包含第一聚合物，其中第一聚合物係由混合物所聚合而成，且此混合物至少包含丙烯。無機材料具有表面改質基團，且表面改質基團可包含錨定基及/或可染基。改質聚烯烴具有主鏈結構與側鏈改質基團，其中主鏈結構係由反應物所聚合而成，反應物包含丙烯，且側鏈改質基團包含馬來酸酐基團。基於可染色聚烯烴組成物之使用量為100重量百分比，聚烯烴之含量為70重量百分比至99.9重量百分比，無機材料之含量為0.05重量百分比至10重量百分比，且改質聚烯烴之含量為0.05重量百分比至20重量百分比。

依據本發明之一實施例，前述之混合物可選擇性地包含乙烯、丁烯、己烯及/或辛烯。

依據本發明之另一實施例，前述之聚烯烴可選擇性地包含第二聚合物，且第二聚合物可包含乙烯丙烯橡膠材料及/或聚烯烴彈性體。

依據本發明之又一實施例，前述之聚烯烴可選擇性地包含第二聚合物，且第二聚合物可包含雜排聚丙烯(atactic polypropylene)。

依據本發明之再一實施例，基於前述聚烯烴之使用量為100重量百分比，雜排聚丙烯之含量為0重量百分比至20重量百分比。

依據本發明之又另一實施例，前述之表面改質基團包含四級胺鹽基團。

依據本發明之再另一實施例，前述側鏈改質基團之接枝率為0.1%至15%。

依據本發明之更另一實施例，前述之改質聚烯烴可包含聚丙烯接枝馬來酸酐。其中，基於改質聚烯烴之使用量為100重量百分比，聚丙烯接枝馬來酸酐之含量為55重量百分比至75重量百分比。

根據本發明之另一態樣，提出一種可染色聚烯烴纖維的製作方法。此製作方法係先混煉前述的可染色聚烯烴組成物，以形成混煉物。然後，紡絲此混煉物，即可製得本發明之可染色聚烯烴纖維。

根據本發明之又一態樣，提出一種可染色聚烯烴纖維其係利用前述之製作方法所製得。

應用本發明之可染色聚烯烴組成物、可染色聚烯烴纖維的製作方法與可染色聚烯烴纖維，其藉由添加特定之無機材料與改質聚烯烴至聚烯烴基材中，而可有效改善聚烯烴基材之可染色性質，進而製得可染色聚烯烴組成物。其次，選擇特定之聚合單體來形成聚烯烴之第一聚合物時，特定聚合單體所形成之高分子鏈段可進一步提升可染色聚烯烴組成物的可染色性質。另外，額外添加第二聚合物及/或雜排聚丙烯至聚烯烴基材時，所形成之可染色聚烯烴組成物的可染色性質可被進一步提升。

以下仔細討論本發明實施例之製造和使用。然而，可以理解的是，實施例提供許多可應用的發明概念，其可實施於各式各樣的特定內容中。所討論之特定實施例僅供說明，並非用以限定本發明之範圍。

本發明之可染色聚烯烴組成物包含聚烯烴、無機材料與改質聚烯烴，且此可染色聚烯烴組成物可藉由混煉與紡絲等製程，來製得可染色聚烯烴纖維。

聚烯烴

聚烯烴包含第一聚合物，且第一聚合物係由混合物所聚合而成，其中此混合物包含丙烯。在一些具體例中，第一聚合物可為聚丙烯。在一些實施例中，混合物可選擇性地包含其他可與丙烯共聚合之烯基化合物。舉例而言，烯基化合物可包含但不限於乙烯、丁烯、己烯、辛烯，或上述烯基化合物之任意混合。較佳地，其他烯基化合物可包含乙烯。

在此些具體例中，基於混合物之總使用量為100重量百分比，丙烯之使用量可為20重量百分比至100重量百分比，乙烯之使用量可為0重量百分比至20重量百分比，丁烯之使用量可為0重量百分比至20重量百分比，己烯之使用量可為0重量百分比至20重量百分比，且辛烯之使用量可為0重量百分比至20重量百分比。

當第一聚合物係由丙烯與其他烯基化合物所共聚合而成時，其他烯基化合物所形成之共聚合鏈段可穿插於丙烯聚合鏈段中，加以其他烯基化合物所形成之共聚合鏈段具有較佳之可染色性質，故此些共聚合鏈段有助於提升可染色聚烯烴組成物之可染性質。

在一些實施例中，聚烯烴可選擇性地包含不同於第一聚合物之第二聚合物，且第二聚合物包含乙烯丙烯橡膠材料及/或聚烯烴彈性體(polyolefin elastomer；POE)。舉例而言，乙烯丙烯橡膠材料可包含但不限於乙丙橡膠(ethylene propylene rubber；EPR)、三元乙丙M類橡膠(ethylene propylene diene-terpolymer；EPDM)、其他適當之乙烯丙烯橡膠材料，或上述材料之任意混合。

當聚烯烴包含第二聚合物時，基於聚烯烴之使用量為100重量百分比，第一聚合物之含量可為大於或等於50重量百分比且小於100重量百分比，而第二聚合物之含量可為大於0重量百分比且小於或等於50重量百分比。

較佳地，基於聚烯烴之使用量為100重量百分比，第一聚合物之含量可為80重量百分比至99.9重量百分比，而第二聚合物之含量可為0.1重量百分比至20重量百分比。

當聚烯烴包含第二聚合物時，於混煉過程中，第二聚合物之高分子鏈可因高溫與剪切力之作用，而與第一聚合物之高分子鏈交纏，因此可進一步提升可染色聚烯烴組成物之可染性質。

在一些實施例中，前述之第二聚合物可選擇性地包含雜排聚丙烯(atactic polypropylene)。

基於聚烯烴之使用量為100重量百分比，雜排聚丙烯之含量可為0重量百分比至20重量百分比，較佳為0.1重量百分比至20重量百分比，且更佳為5重量百分比至15重量百分比。

當聚烯烴包含雜排聚丙烯時，於混煉過程中，雜排聚丙烯可分佈於第一聚合物中，而可進一步提升可染色聚烯烴組成物之可染性質。惟須說明的是，於混煉過程中，雜排聚丙烯之等規度不會改變。

基於可染色聚烯烴組成物之使用量為100重量百分比，聚烯烴之使用量可為70重量百分比至99.9重量百分比，較佳為80重量百分比至99重量百分比，且更佳為90重量百分比至95重量百分比。

當聚烯烴之使用量小於70重量百分比時，過少之基材材料(即聚烯烴)將不利於紡絲形成聚烯烴纖維，而無法滿足需求。

無機材料

本發明之無機材料具有表面改質基團，且表面改質基團包含錨定基與/或可染基。

本發明所稱之「錨定基」可與前述之聚烯烴作用(例如：共價鍵結與/或分子間作用力)，而有助於使無機材料分散於聚烯烴中，進而提升所製得可染色聚烯烴組成物之可染性質。其次，本發明所稱之「可染基」係指可與染料分子形成物理性結合與/或化學性結合的官能基團。換言之，當材料之化學結構具有可染基時，可染基有助於使此材料與染料分子結合，而使材料具備良好之可染色性質。

本發明之表面改質基團(即錨定基與可染基)沒有特別之限制，所選用之錨定基可與聚烯烴作用即可，而所選用之可染基可與染料分子結合即可。在一些具體例中，表面改質基團可包含但不限於四級胺鹽基團、磷酸鹽基團、含有鎳、鐵、鈣、鎂、鈉等離子之金屬陽離子基團、其他可滿足前述作用效果之基團，或上述基團之任意組合。

較佳地，表面改質基團可為四級胺鹽基團及/或磷酸鹽基團。

可理解的是，無機材料一般具有多孔結構，故於染色過程中，除前述可染基之作用外，染料分子亦可被無機材料吸附，而使含有無機材料之可染色聚烯烴組成物具有良好的可染性質。

在一些具體例中，本發明之無機材料可包含但不限於具有表面改質基團之黏土材料、二氧化矽、二氧化鈦、沸石、水滑石、碳酸鈣、碳酸鈉、其他適當之材料，或上述材料之任意混合。

依據前述之說明可知，當無機材料包含錨定基之表面改質基團時，於混煉過程中，錨定基可使無機材料均勻分散於聚烯烴中，故有助於提升可染色聚烯烴組成物的可染性質。當無機材料包含可染基之表面改質基團時，無機材料可有效提升可染色聚烯烴組成物的可染性質。

在一些具體例中，無機材料可包含但不限於四級胺鹽基團改質之蒙脫土、二氧化矽、二氧化鈦、沸石、水滑石、碳酸鈣、碳酸鈉、其他滿足前述說明之無機材料，或上述材料之任意混合。較佳地，本發明之無機材料為經有機改質之層狀材料。

舉例而言，本發明之無機材料可包含四級胺鹽基團改質之蒙脫土，且基於無機材料之使用量為100重量百分比，四級胺鹽基團改質之蒙脫土的使用量可為20重量百分比至50重量百分比，且較佳為30重量百分比至45重量百分比。其中，當四級胺鹽基團改質之蒙脫土的使用量為前述之範圍時，於混煉過程中，適量之四級胺鹽基團改質之蒙脫土於熔融聚烯烴中可具有良好之流動性，而可均勻分散於聚烯烴基材中，進而提升可染色聚烯烴組成物之可染性質。

基於可染色聚烯烴組成物之使用量為100重量百分比，無機材料之使用量可為0.05重量百分比至10重量百分比，且較佳為2重量百分比至6重量百分比。

當無機材料之使用量小於0.05重量百分比時，過少之無機材料無法有效提升可染色聚烯烴組成物的可染性質。當無機材料之使用量大於10重量百分比時，雖然可染性質之改善效果顯著，但過多之無機材料易於混煉過程中團聚，而無法均勻分散於聚烯烴基材中，進而降低染色效果，且過多之無機材料亦大幅降低紡絲所製得之可染色聚烯烴纖維的機械性質。

改質聚烯烴

本發明之改質聚烯烴可具有主鏈結構與側鏈改質基團，且主鏈結構可為聚烯烴高分子鏈段。其中，主鏈結構可由反應物所聚合而成，且反應物包含烯基化合物。在一些實施例中，反應物可包含但不限於丙烯、乙烯、丁烯、己烯、辛烯、其他適當之烯基化合物，或上述材料之任意混合。

較佳地，側鏈改質基團可例如為可染基。當側鏈改質基團為可染基時，於混煉過程中，由於改質聚烯烴可與聚烯烴混合均勻，且側鏈改質基團可與無機材料之表面改質基團(可染基)相吸引，而有助於使無機材料更均勻地分散於聚烯烴基材中，進而提升可染色聚烯烴組成物之可染性質。在一些具體例中，側鏈改質基團可為馬來酸酐基團、順丁烯二酸基團、丙烯酸基團、甲基丙烯酸基團、甲基丙烯酸甲酯基團、丙烯酸乙酯基團、其他適當之官能基團，或上述基團之任意組合。舉例而言，具有馬來酸酐之側鏈改質基團的聚丙烯可藉由馬來酸酐基團與無機材料鍵結，並利用聚丙烯鏈段與聚烯烴相吸引，而可使無機材料進一步地分散於聚烯烴中。其中，此接枝馬來酸酐基團之聚丙烯可作為錨定基，而提升聚烯烴之可染性質。另外，藉由前述表面改質基團之可染基(如四級胺鹽基團及/或蒙托土等)，聚烯烴之可染性質係進一步地被提升。在此些例子中，接枝馬來酸酐基團之聚丙烯可形成一改質層，並包覆無機材料之表面，故可提升無機材料於聚烯烴之分散性。

在一些實施例中，側鏈改質基團之接枝率可為0.1%至15%。當側鏈改質基團之接枝率為前述之範圍時，適當含量之側鏈改質基團可更有效地使無機材料均勻分散於聚烯烴基材中，且適當含量之側鏈改質基團可同時兼顧所製得可染色聚烯烴纖維之機械性質與可染性質。

舉例而言，本發明之改質聚烯烴可包含聚丙烯接枝馬來酸酐，且基於改質聚烯烴之使用量為100重量百分比，聚丙烯接枝馬來酸酐之使用量可為50重量百分比至80重量百分比，且較佳為55重量百分比至70重量百分比。當聚丙烯接枝馬來酸酐之使用量為前述的範圍時，適當含量之聚丙烯接枝馬來酸酐可使紡絲所製得之可染色聚烯烴纖維兼具良好之可染性質與機械性質。

基於可染色聚烯烴組成物之使用量為100重量百分比，改質聚烯烴之使用量可為0.05重量百分比至10重量百分比，且較佳為2重量百分比至6重量百分比。

若改質聚烯烴之使用量小於0.05重量百分比時，前述改質聚烯烴對於無機材料之分散效果不明顯，而無法有效提升可染色聚烯烴組成物之可染效果。若改質聚烯烴之使用量大於20重量百分比時，過多之改質聚烯烴將降低紡絲所製得之可染色聚烯烴纖維的機械性質。

在一些應用例中，本發明之可染色聚烯烴組成物可用以製成可染色聚烯烴纖維。其中，先混煉前述之可染色聚烯烴組成物，以藉由高溫與螺桿所施加之剪切力，均勻混合可染色聚烯烴組成物，而獲得熔融態之混煉物。然後，經押出冷卻後，即可製得可染色聚烯烴顆粒。接著，熔融此些可染色聚烯烴顆粒，並進一步進行紡絲製程後，即可製得本發明之可染色聚烯烴纖維。可理解的是，當可染色聚烯烴組成物中之聚烯烴為聚丙烯時，所製得之可染色聚烯烴纖維即為可染色聚丙烯纖維。

於進行混煉時，改質聚烯烴有助於使無機材料均勻分散於聚烯烴基材中，故於後續紡絲製程所製得之可染色聚烯烴纖維中，無機材料係均勻分佈於可染色聚烯烴纖維中，而允許染料分子可被吸附於可染色聚烯烴纖維中，因此提升其可染性質。

其次，藉由選用聚烯烴中第一聚合物的聚合單體，聚烯烴基材可具有良好之可染性質，故有助於進一步提升所製得之可染色聚烯烴組成物的可染性質。

另外，額外添加第二聚合物與/或雜排聚丙烯至聚烯烴時，第二聚合物與雜排聚丙烯可有效改善聚烯烴基材之分子排列，而有助於提升所製得可染色聚烯烴組成物的可染性質。

以下利用實施例以說明本發明之應用，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，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。

製備可染色聚烯烴纖維

實施例1

實施例1之可染色聚烯烴組成物的聚丙烯基材可包含95重量百分比之均聚聚丙烯與5重量百分比之雜排聚丙烯。其次，實施例1之可染色聚烯烴組成物可包含92.5重量百分比之前述的聚丙烯基材、3重量百分比之蒙脫土與4.5重量百分比之聚丙烯接枝馬來酸酐(PP-g-MA)，其中蒙脫土係以四級胺鹽改質。

經混煉前述之可染色聚烯烴組成物後，即可製得實施例1之可染色混煉物。然後，紡絲可染色混煉物，即可製得實施例1之可染色聚烯烴纖維。所製得之可染色聚烯烴纖維以下述可染性和機械性質之評價方式進行評價，其結果如第1表所示，在此不另贅述。

實施例2和實施例3與比較例1和比較例2

實施例2至和實施例3與比較例1和比較例2之可染色聚烯烴纖維係使用與實施例1之可染色聚烯烴纖維的製作方法相同之流程步驟，不同之處在於實施例2和實施例3與比較例1和比較例2係改變可染色聚烯烴組成物中聚丙烯基材的組成與其使用量，其配方及評價結果分別如第1表所示，此處不另贅述。

評價方式

可染性

實施例1至實施例3與比較例1和比較例2之可染色聚烯烴纖維的可染性係先將纖維投入染液中，並以2℃/min之速度加熱至70℃，再以1℃/min之速度加熱至130℃或100℃。於130℃或100℃持溫60分鐘後，待降溫至60℃再取出纖維。其中，染液配方包含1.5 wt%owf 的rubine S-2G與1.0 g/L之的散劑，染液配方之浴比(liquor ratio)為1：30，且pH為4.0。

接著，將已染色之纖維投入還原洗液(配方如後所述)中，並升溫至80℃。待持溫20分鐘後，取出纖維，並以分光儀檢測還原洗後之纖維的表觀濃度(K/S)。還原洗液包含4 g/L之Na₂ S₂ O₄ 與3 g/L之NaOH，且浴比為1：30。其中，表觀濃度(K/S)數值越高代表纖維之可染性越佳，且其量測結果如第1表所示。

機械性質

機械性質的評價方法分別係藉由一次拉伸試驗機來量測一般市售聚丙烯(製造公司為加集塑化電有限公司)所製得之纖維與比較例1之聚烯烴纖維的伸率與纖維強度。市售聚丙烯所製得之纖維的伸率為101%，纖維強度為3.6 g/den，而總丹尼數為40.4 d/15f。比較例1之聚烯烴纖維的伸率為85%，纖維強度為3.4 g/den，而總丹尼數為46.2 d/15f。

依據第1表所載之實施例1至實施例3與比較例1和比較例2可知，當可染色聚烯烴組成物之聚丙烯基材包含雜排聚丙烯時，所製得之可染色聚烯烴纖維具有良好之可染性。另外，依據機械性質之量測結果可知，所添加之無機材料不影響所製得之纖維的強度，而仍可滿足應用需求。

依據前述之說明可知，本發明之可染色聚烯烴組成物具有良好之可染性與機械性質，且經混煉紡絲後，所製得之可染色聚烯烴纖維具有良好之可染性。其次，所製得之可染色聚烯烴纖維具有良好之色牢度，而可滿足後端應用之需求。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，在本發明所屬技術領域中任何具有通常知識者，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。

無

無

國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無

Claims (6)

1. 一種可染色聚烯烴組成物，包含：聚烯烴，包含一第一聚合物及一第二聚合物，其中該第一聚合物係由丙烯所聚合而成，且該第二聚合物包含雜排聚丙烯(atactic polypropylene)；無機材料，具有一表面改質基團，其中該表面改質基團包含錨定基及/或可染基，該錨定基係與該聚烯烴作用之官能基，且該可染基係與一染料分子形成物理性結合及/或化學性結合之官能基，其中該表面改質基團包含四級胺鹽基團、磷酸鹽基團，以及/或者含有鎳、鐵、鈣、鎂或鈉離子之金屬陽離子基團；以及改質聚烯烴，具有一主鏈結構與一側鏈改質基團，其中該主鏈結構係由一反應物所聚合而成，該反應物包含丙烯，且該側鏈改質基團包含馬來酸酐基團，且基於該可染色聚烯烴組成物之使用量為100重量百分比，該聚烯烴之含量為70重量百分比至99.9重量百分比，該無機材料之含量為0.05重量百分比至10重量百分比，且該改質聚烯烴之含量為0.05重量百分比至20重量百分比。
2. 如請求項1所述之可染色聚烯烴組成物，其中基於該聚烯烴之使用量為100重量百分比，該雜排聚丙烯之含量為大於0重量百分比至20重量百分比。
3. 如請求項1所述之可染色聚烯烴組成物，其中該側鏈改質基團之接枝率為0.1%至15%。
4. 如請求項1所述之可染色聚烯烴組成物，其中該改質聚烯烴包含聚丙烯接枝馬來酸酐，且基於該改質聚烯烴之使用量為100重量百分比，該聚丙烯接枝馬來酸酐之含量為55重量百分比至75重量百分比。
5. 一種可染色聚烯烴纖維的製作方法，包含：混煉如申請專利範圍第1至4項中之任一項所述的可染色聚烯烴組成物，以形成一混煉物；以及紡絲該混煉物，即可製得該可染色聚烯烴纖維。
6. 一種可染色聚烯烴纖維，利用如申請專利範圍第5項所述之製作方法所製得。