專利名稱：高保水率易染多功能共聚酯纖維及所采用的異型噴絲板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及聚酯纖維的制備方法和所采用的噴絲板，特別涉及滌綸纖維的制備方法和所采用的異型噴絲板。
背景技術(shù)：
滌綸是以聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(簡稱聚酯或PET，下同)為原料經(jīng)熔融紡絲后所制得的纖維。
滌綸的物理機(jī)械性能優(yōu)異，彈性模量高，耐熱性能好，易洗快干；物理機(jī)械性能的可塑性大，利用不同的加工工藝能生產(chǎn)出可與棉、毛、麻等天然纖維混紡的短纖維，也可生產(chǎn)長絲供機(jī)織或針織。因此，聚酯纖維在世界范圍內(nèi)得到了迅速的發(fā)展。
但由于聚酯分子鏈緊密斂集，結(jié)晶度和取向度較高，極性較小，缺乏親水性，在聚酯的曲折長鏈分子間沒有可適當(dāng)容納染料分子的間隙，染料粒子不易透入纖維，其染色性差；吸濕性低，在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，其回潮率僅為0.4％，織物穿起來有悶熱感、不舒服。因此聚酯纖維問世的同時(shí)，人們就開始了對(duì)PET的改性研究工作，旨在克服PET纖維的缺點(diǎn)與不足。
在PET的改性方法中，化學(xué)改性的方法是比較穩(wěn)定、持久和有效的方法?；瘜W(xué)改性有共聚、共混、表面化學(xué)反應(yīng)等方法，使用共聚合的方法改性是化學(xué)改性中非常重要的一種方法，它是以對(duì)苯二甲酸(TPA)、乙二醇(EG)為主要原料，在合成階段加入一定量的第三單體組分或第四單體組分，比較常見的有聚乙二酵(PEG)、癸二鞍、間苯二甲酸、聚對(duì)苯二甲酸丁二酯、聚硅氧烷、己二酸丁二酯等單體組分進(jìn)行共聚合制備共聚酯。
但是上述專利或文獻(xiàn)披露的技術(shù)用于制備纖維時(shí)，如采用陽離子染料進(jìn)行染色時(shí)，染料難以以離子鍵固定在聚酯分子上，平衡無法一直向有利于染料結(jié)合在纖維上的方向進(jìn)行，聚酯纖維的染色性不高，保水率低。同時(shí)也沒有考慮到纖維形狀，因此，其吸濕性低和回潮率依然不盡如人意，織物穿起來有悶熱感、不舒服。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題在于公開高保水率易染多功能共聚酯纖維及所采用的異型噴絲板，以克服現(xiàn)有技術(shù)存在的聚酯纖維的染色性不高，保水率低的缺陷。
本發(fā)明的纖維的制備方法，其特征在于，是以改性聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯和聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯為原料經(jīng)熔融后，采用常規(guī)的方法通過異型噴絲板紡制的，質(zhì)量份數(shù)為聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯100份改性聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯0～100份。
所說的改性聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯為一種含有第三單體結(jié)構(gòu)單元的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯的共聚酯，是在PET的聚合階段加入第三單體進(jìn)行聚合而獲得的；其制備方法以及有關(guān)的理化參數(shù)在發(fā)明人公開的中國專利CN02110770.x中已經(jīng)有公開的報(bào)道，本發(fā)明不再贅述。
所說的第三單體為間苯二甲酸、間苯二甲酸磺酸鹽，所說的鹽為鈉或鉀鹽；當(dāng)選用間苯二甲酸磺酸鈉、間苯二甲酸磺酸鈉的二甲酯或間苯二甲酸磺酸鈉的雙乙二醇酯時(shí)，即獲得化學(xué)名稱為聚對(duì)苯二甲酸-間苯二甲酸5-磺酸鈉乙二醇的共聚酯(簡稱HCDP，下同)；當(dāng)選用間苯二甲酸時(shí)，即獲得化學(xué)名稱為聚對(duì)苯二甲酸-間苯二甲酸乙二醇的共聚酯的分散性染料常壓易染的共聚酯(簡稱IPET，下同)。
其中第三單體的摩爾量為對(duì)苯二甲酸的3～100％；按照本發(fā)明，可采用第三單體含量不同的改性聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯的共混物為原料，優(yōu)選的質(zhì)量份數(shù)為含量為2～6％的第三單體改性聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯 0～100份含量為6～10％的第三單體改性聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯 0～60份改性聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯共混物中，不同含量的第三單體的量將直接影響所獲得纖維的染色性能和堿處理?xiàng)l件，這是由于第三單體的量將直接影響共聚酯的結(jié)晶性能。
噴絲板的噴絲孔的形狀也將對(duì)纖維的性能產(chǎn)生重要影響，本發(fā)明所說的異型噴絲板的噴絲孔的形狀包括圓缺形、L形并在噴絲板上呈對(duì)稱排列或橢圓形并在噴絲板上呈三角形排列中的一種。
所說的纖維為異形中空纖維或異形中空閉合截面纖維。
本發(fā)明利用不同三單含量陽離子染料易染的對(duì)苯二甲酸-間苯二甲酸5-磺酸鈉乙二醇酯或分散性染料易染的對(duì)苯二甲酸-間苯二甲酸乙二醇酯切片不同比例共混，或上述兩種共聚酯與對(duì)苯二甲酸乙二醇酯不同比例共混，設(shè)計(jì)異形噴絲板紡制具有中空閉合截面的異形纖維，優(yōu)化堿處理?xiàng)l件獲得高保水率易染多功能共聚酯纖維。
由于間苯二甲酸的加入破壞了對(duì)苯二甲酸乙二醇酯大分子鏈的規(guī)整性，有利于染料分子與大分子結(jié)合，同時(shí)由于該聚合體中引入了磺酸鹽基團(tuán)，其上的金屬離子(Na+、K+等)易與陽離子染料中的陽離子交換，染料就以離子鍵固定在聚酯分子上，同時(shí)釋出鹽類(如NaCl)，由于染色在水浴中進(jìn)行，NaCl等完全可去掉，平衡一直向有利于染料結(jié)合在纖維上的方向進(jìn)行，從而聚酯纖維的染色性得以提高。特別是所說的共聚酯因?yàn)榇嬖跇O性很強(qiáng)的磺酸鈉鹽或鉀鹽，對(duì)水分有著良好的吸附作用，纖維的吸濕率有顯著的提高。同時(shí)由于異形纖維之間及中空纖維所形成的毛細(xì)管效應(yīng)也導(dǎo)致異形中空纖維的吸濕率提高。
本發(fā)明優(yōu)化了所紡制纖維的堿處理?xiàng)l件，獲得高保水率陽離子染料或分散性染料可染的聚酯纖維。第三單體間苯二甲酸磺酸鈉和間苯二甲酸的存在，破壞了大分子鏈的規(guī)整性，特別是陽離子染料可染的共聚酯由于磺酸鹽對(duì)水的敏感性使HCDP在堿性條件下更易水解。由于水解在纖維表面形成許多微孔，或形成貫通異形中空的微孔。由于這些微孔的存在，使得纖維的保水率顯著提高。
本發(fā)明提供的高保水率易染多功能共聚酯纖維具有陽離子染料或分散性染料常溫常壓可染，高保水率，織物手感柔軟舒適等特性，并具有環(huán)境安全性，能夠有效地大批量生產(chǎn)，可廣泛用于純紡或與絲、絹、棉、毛、麻等天然纖維混紡，以獲得風(fēng)格多樣的服用面料。
本發(fā)明中保水率的測試方法將纖維在水中浸泡4個(gè)小時(shí)，使之充分吸水后擠干，在離心機(jī)上以3500轉(zhuǎn)/分的速度脫水10分鐘，迅速稱重記為Wm，而后將纖維放入烘箱內(nèi)在105℃下干燥3小時(shí)，再稱重記為Wo，保水率＝(Wm-Wo)/Wo×100％。


圖1為噴絲孔為圓缺形的異型噴絲板。
圖2為噴絲孔為三角形的異型噴絲板。
圖3為噴絲孔為L形的異型噴絲板。
具體實(shí)施例方式
參見圖1，圖2和圖3，所說的異型噴絲板的噴絲孔1的形狀為圓缺形、L形并在噴絲板上呈對(duì)稱排列或橢圓形并在噴絲板上呈三角形排列中的一種。
通過下述實(shí)施例將有助于理解本發(fā)明，但并不限制本發(fā)明的內(nèi)容。
實(shí)施例1對(duì)苯二甲酸乙二醇酯切片干燥后，采用如圖1所示的異形噴絲板，在日本ABE Engineering Co雙螺桿.紡絲機(jī)和Barmag 3010拉伸機(jī)上，控制螺桿溫度290℃，卷繞速度1000m/min，冷卻風(fēng)溫27℃，拉伸倍數(shù)3.5倍，制得異形中空纖維。所獲纖維的纖度、斷裂強(qiáng)度、斷裂伸長率如表1中序號(hào)1所示。所獲纖維的保水率及其在10g/l或20g/l濃度的NaOH堿溶液中于95℃下堿減量處理60min后所獲的堿減量率、保水率如表2中序號(hào)1所示。
實(shí)施例2第三單體SIP含量相對(duì)于PTA3mol％的陽離子染料可染的共聚酯切片干燥后，采用實(shí)施例1相同的方法，制得異形中空纖維。所獲纖維的纖度、斷裂強(qiáng)度、斷裂伸長率如表1中序號(hào)2所示。所獲纖維的保水率及其在10g/l濃度的NaOH堿溶液中于95℃下堿減量處理60min后所獲的堿減量率、保水率如表2中序號(hào)2所示。
實(shí)施例3第三單體SIP含量相對(duì)于PTA3mol％的陽離子染料可染的共聚酯切片干燥后，采用如圖2所示的異形噴絲板，采用實(shí)施例1相同的方法，制得異形中空纖維。所獲纖維的纖度、斷裂強(qiáng)度、斷裂伸長率如表1中序號(hào)3所示。所獲纖維的保水率及其在10g/l濃度的NaOH堿溶液中于95℃下堿減量處理60min后所獲的堿減量率、保水率如表2中序號(hào)3所示。
實(shí)施例4第三單體SIP含量相對(duì)于PTA3mol％和9mol％的陽離子染料可染的共聚酯切片以90∶10的質(zhì)量百分比共混，經(jīng)過干燥，采用如圖2所示的異形噴絲板和實(shí)施例1相同的工藝條件，制得異形中空纖維。所獲纖維的纖度、斷裂強(qiáng)度、斷裂伸長率如表1中序號(hào)4所示。所獲纖維的保水率及其在10g/l濃度的NaOH堿溶液中于95℃下堿減量處理60min后所獲的堿減量率、保水率如表2中序號(hào)4所示。
實(shí)施例5
第三單體SIP含量相對(duì)于PTA3mol％和9mol％的陽離子染料可染的共聚酯切片以80∶20的質(zhì)量百分比共混，經(jīng)過干燥，采用如圖3所示的異形噴絲板和實(shí)施例1相同的工藝條件，制得異形中空纖維。所獲纖維的纖度、斷裂強(qiáng)度、斷裂伸長率如表1中序號(hào)5所示。所獲纖維的保水率及其在10g/l濃度的NaOH堿溶液中于95℃下堿減量處理60min后所獲的堿減量率、保水率如表2中序號(hào)5所示。
實(shí)施例6第三單體SIP含量相對(duì)于PTA3mol％和9mol％的陽離子染料可染的共聚酯切片以70∶30的質(zhì)量百分比共混，經(jīng)過干燥，采用如圖3所示的異形噴絲板和實(shí)施例1相同的工藝條件，制得異形中空纖維。所獲纖維的纖度、斷裂強(qiáng)度、斷裂伸長率如表1中序號(hào)6所示。所獲纖維的保水率及其在10g/l濃度的NaOH堿溶液中于95℃下堿減量處理60min后所獲的堿減量率、保水率如表2中序號(hào)6所示。
實(shí)施例7第三單體SIP含量相對(duì)于PTA9mol％的陽離子染料可染的共聚酯切片和對(duì)苯二甲酸乙二醇酯以10∶90的質(zhì)量百分比共混，經(jīng)過干燥，采用如圖1所示的異形噴絲板和實(shí)施例1相同的工藝條件，制得異形中空纖維。所獲纖維的纖度、斷裂強(qiáng)度、斷裂伸長率如表1中序號(hào)7所示。所獲纖維的保水率及其在10g/l濃度的NaOH堿溶液中于95℃下堿減量處理60min后所獲的堿減量率、保水率如表2中序號(hào)7所示。
實(shí)施例8第三單體SIP含量相對(duì)于PTA3mol％的陽離子染料可染的共聚酯切片和對(duì)苯二甲酸乙二醇酯以20∶80的質(zhì)量百分比共混，經(jīng)過干燥，采用如圖2所示的異形噴絲板和實(shí)施例1相同的工藝條件，制得異形中空纖維。所獲纖維的纖度、斷裂強(qiáng)度、斷裂伸長率如表1中序號(hào)8所示。所獲纖維的保水率及其在10g/l濃度的NaOH堿溶液中于95℃下堿減量處理60min后所獲的堿減量率、保水率如表2中序號(hào)8所示。
實(shí)施例9第三單體SIP含量相對(duì)于PTA3mol％的陽離子染料可染的共聚酯切片和對(duì)苯二甲酸乙二醇酯以30∶70的質(zhì)量百分比共混，經(jīng)過干燥，采用如圖3所示的異形噴絲板和實(shí)施例1相同的工藝條件，制得異形中空纖維。所獲纖維的纖度、斷裂強(qiáng)度、斷裂伸長率如表1中序號(hào)9所示。所獲纖維的保水率及其在10g/l濃度的NaOH堿溶液中于95℃下堿減量處理60min后所獲的堿減量率、保水率如表2中序號(hào)9所示。
實(shí)施例10第三單體間苯二甲酸含量相對(duì)于對(duì)苯二甲酸4mol％的分散性染料可染的共聚酯切片經(jīng)過干燥，采用如圖3所示的異形噴絲板和實(shí)施例1相同的工藝條件，制得異形中空纖維。所獲纖維的纖度、斷裂強(qiáng)度、斷裂伸長率如表1中序號(hào)10所示。所獲纖維的保水率及其在10g/l濃度的NaOH堿溶液中于95℃下堿減量處理60min后所獲的堿減量率、保水率如表2中序號(hào)10所示。
實(shí)施例11第三單體間苯二甲酸含量相對(duì)于對(duì)苯二甲酸8mol％的分散性染料可染的共聚酯切片經(jīng)過干燥，采用如圖2所示的異形噴絲板和實(shí)施例1相同的工藝條件，制得異形中空纖維。所獲纖維的纖度、斷裂強(qiáng)度、斷裂伸長率如表1中序號(hào)11所示。所獲纖維的保水率及其在10g/l或20g/l濃度的NaOH堿溶液中于95℃下堿減量處理60min后所獲的堿減量率、保水率如表2中序號(hào)11所示。
實(shí)施例12第三單體間苯二甲酸含量相對(duì)于對(duì)苯二甲酸12mol％的分散性染料可染的共聚酯切片經(jīng)過干燥，采用如圖2所示的異形噴絲板和實(shí)施例1相同的工藝條件，制得異形中空纖維。所獲纖維的纖度、斷裂強(qiáng)度、斷裂伸長率如表1中序號(hào)12所示。所獲纖維的保水率及其在10g/l或20g/l濃度的NaOH堿溶液中于95℃下堿減量處理60min后所獲的堿減量率、保水率如表2中序號(hào)12所示。
實(shí)施例13第三單體間苯二甲酸含量相對(duì)于對(duì)苯二甲酸12mol％的分散性染料可染的共聚酯切片經(jīng)過干燥，采用如圖3所示的異形噴絲板和實(shí)施例1相同的工藝條件，制得異形中空纖維。所獲纖維的纖度、斷裂強(qiáng)度、斷裂伸長率如表1中序號(hào)13所示。所獲纖維的保水率及其在10g/l或20g/l濃度的NaOH堿溶液中于95℃下堿減量處理60min后所獲的堿減量率、保水率如表2中序號(hào)13所示。
實(shí)施例14第三單體間苯二甲酸含量相對(duì)于對(duì)苯二甲酸8mol％的分散性染料可染的共聚酯切片和對(duì)苯二甲酸乙二醇酯以10∶90質(zhì)量百分比共混，經(jīng)干燥后，采用如圖3所示的異形噴絲板和實(shí)施例1相同的工藝條件，卷繞速度800-1200m/min，冷卻風(fēng)溫25～30℃，拉伸倍數(shù)2.8～4.2倍，制得異形中空纖維。所獲纖維的纖度、斷裂強(qiáng)度、斷裂伸長率如表1中序號(hào)14所示。所獲纖維的保水率及其在10g/l或20g/l濃度的NaOH堿溶液中于95℃下堿減量處理60min后所獲的堿減量率、保水率如表2中序號(hào)14所示。
實(shí)施例15第三單體間苯二甲酸含量相對(duì)于對(duì)苯二甲酸8mol％的分散性染料可染的共聚酯切片和對(duì)苯二甲酸乙二醇酯以20∶80質(zhì)量百分比共混，經(jīng)干燥后，采用如圖3所示的異形噴絲板和實(shí)施例1相同的工藝條件，制得異形中空纖維。所獲纖維的纖度、斷裂強(qiáng)度、斷裂伸長率如表1中序號(hào)15所示。所獲纖維的保水率及其在10g/l或20g/l濃度的NaOH堿溶液中于95℃下堿減量處理60min后所獲的堿減量率、保水率如表2中序號(hào)15所示。
表1異形纖維的力學(xué)性能

表2纖維堿減量率及其堿處理前后的保水率


表1和2的組分欄中，組分后的數(shù)字代表第三單體相對(duì)于對(duì)苯二甲酸的摩爾含量，等號(hào)后的數(shù)字代表兩個(gè)組分的質(zhì)量比。
由表1和表2可見，由于HCDP分子中含有磺酸基團(tuán)，容易水解，所以HCDP的堿減量率最大，而且隨著三單含量增加堿減量率也增加。IPET中含有間苯二甲酸，破壞了結(jié)構(gòu)規(guī)整性，因此其堿減量率比PET大，但比HCDP小。異形纖維的堿減量率要大于圓形纖維，這是由于異形纖維的比表面積比圓形纖維大，易受侵蝕。
異形纖維的保水率高于圓形纖維，這是由于異形纖維間由纖維間空洞而形成的毛細(xì)作用大于圓形纖維。同一纖維堿處理后的保水率大于堿處理前的保水率，且濃度高的堿溶液處理的纖維保水率比較高，表明堿處理可以在纖維的表面形成孔穴，堿濃度越高，形成的這種孔穴越多，有助于纖維吸濕性能的提高。
權(quán)利要求
1.一種異型噴絲板，其特征在于，噴絲孔的形狀包括圓缺形、L形并在噴絲板上呈對(duì)稱排列或橢圓形并在噴絲板上呈三角形排列中的一種。
2.一種采用權(quán)利要求1所述的異型噴絲板制備纖維的方法，其特征在于，是以改性聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯和聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯為原料經(jīng)熔融后，采用常規(guī)的方法紡制的，質(zhì)量份數(shù)為聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯100份，改性聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯0～100份；所說的改性聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯為含有第三單體結(jié)構(gòu)單元的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯的共聚酯；所說的第三單體為間苯二甲酸或間苯二甲酸磺酸鹽，所說的鹽為鈉或鉀鹽。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，第三單體的摩爾量為對(duì)苯二甲酸的3～100mol％。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，采用第三單體含量不同的改性聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯的共混物為原料，質(zhì)量份數(shù)為含量為2～6％的第三單體改性聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯0～100份含量為6～10％的第三單體改性聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯0～60份。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，采用第三單體含量不同的改性聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯的共混物為原料，質(zhì)量份數(shù)為含量為2～6％的第三單體改性聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯0～100份含量為6～10％的第三單體改性聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯0～60份。
6.根據(jù)權(quán)利要求2～5任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所說的纖維為異形中空纖維或異形中空閉合截面纖維。
7.根據(jù)權(quán)利要求2～5任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所說的纖維是采用權(quán)利要求1所述的噴絲板紡制的。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所說的纖維是采用權(quán)利要求1所述的噴絲板紡制的。
全文摘要
本發(fā)明利用不同三單含量陽離子染料易染的對(duì)苯二甲酸－間苯二甲酸5－磺酸鈉乙二醇酯或分散性染料易染的對(duì)苯二甲酸－間苯二甲酸乙二醇酯切片不同比例共混，或上述兩種共聚酯與對(duì)苯二甲酸乙二醇酯不同比例共混，設(shè)計(jì)異形噴絲板紡制具有中空閉合截面的異形纖維，優(yōu)化堿處理?xiàng)l件獲得高保水率易染多功能共聚酯纖維。本發(fā)明提供的高保水率易染多功能共聚酯纖維具有陽離子染料或分散性染料常溫常壓可染，高保水率，織物手感柔軟舒適等特性，并具有環(huán)境安全性，能夠有效地大批量生產(chǎn)，可廣泛用于純紡或與絲、絹、棉、毛、麻等天然纖維混紡，以獲得風(fēng)格多樣的服用面料。
文檔編號(hào)D01D4/02GK1563521SQ200410017599
公開日2005年1月12日 申請(qǐng)日期2004年4月13日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月13日
發(fā)明者顧利霞, 肖茹, 馬曉光, 朱玉鴦, 王留陽 申請(qǐng)人:東華大學(xué)