專利名稱：聚乳酸組合物及以其所制得的可深染纖維的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種聚乳酸組合物，特別是涉及一種適用于制作可深染纖維的聚乳酸組合物及以其所制得的纖維。

背景技術(shù)：
近年來人們已經(jīng)逐漸體會工業(yè)發(fā)展過程中所造成的環(huán)境污染，嚴重影響生態(tài)環(huán)境及人體的健康，因此，生產(chǎn)對環(huán)境友善的產(chǎn)品已經(jīng)成為工業(yè)界開發(fā)新產(chǎn)品的重要考量因素。
基于環(huán)保要求而開發(fā)的新材料不斷的被提出，目前在人造纖維的領(lǐng)域中，由于聚乳酸纖維熔點約170℃，具備實用的耐熱性，且其纖維強度等物性與現(xiàn)有聚酯纖維相當，再加上其原料來源是取自可以再生的植物，例如玉米、甜菜等，沒有原料短缺的問題，且廢棄后可經(jīng)由微生物分解，也可為堆肥的原料回歸自然，因而成為最具發(fā)展?jié)摿Φ睦w維材料。
一般已知纖維經(jīng)染色加工再制成織物，可使織物的顏色多樣化，以增加織物的美感，因此，纖維材料能否被染色，以及染色的難易度，是影響纖維材料的應(yīng)用范圍的重要因素之一?，F(xiàn)有聚乳酸纖維染色加工是以分散性染料染色，惟因聚乳酸分子結(jié)構(gòu)與染料分子之間無法形成良好的鍵結(jié)，所以與現(xiàn)有聚酯纖維相比，無法在相同染料及染色條件下獲得較深色的色調(diào)，而需以較高的染液濃度才能得到色調(diào)較深的聚乳酸纖維，且水洗牢度并不佳。再者，為了提高染液濃度必須增加染料的使用量，使得生產(chǎn)成本增加，而且因染液的殘液中的染料含量較多，也增加廢液處理的成本。
由前述可知，如何在可以消除現(xiàn)有聚乳酸纖維的染色問題并提升聚乳酸纖維的可深染性質(zhì)，以增加其應(yīng)用范圍，仍為一待解決的課題。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明人等經(jīng)多方研究與試驗，發(fā)現(xiàn)于聚乳酸中添加與分散性染料結(jié)合性較佳，且與聚乳酸兼容性(compatible)良好而不影響加工性的改質(zhì)聚合物，將其混摻形成聚乳酸組合物，再紡絲制成纖維，將可以有效解決前述課題，從而達成提供一種可以不增加染料濃度即能獲得較深色調(diào)，且水洗牢度佳的可深染纖維的目的。為達成上述目的，本發(fā)明的適用于可深染纖維的聚乳酸組合物含有聚乳酸及以總重量計1～15wt％的改質(zhì)聚合物，該改質(zhì)聚合物選自脂肪族聚酯、脂肪族-芳香族共聚酯及芳香族聚酯其中至少一者。
本發(fā)明的適用于可深染纖維的聚乳酸組合物中，該改質(zhì)聚合物若含量低于1wt％則不能促進纖維可深染的性質(zhì)，若含量高于15wt％則共混的組合物不易紡絲形成纖維，即可加工性不良。其中該改質(zhì)聚合物含量以1～10wt％為較佳，以1～5wt％為更佳。
適合應(yīng)用在本發(fā)明的改質(zhì)聚合物的脂肪族聚酯具有如下的結(jié)構(gòu)
其中R1、R2可相同或不同，且分別為C2～C40的直鏈或分枝鏈烷基；具體例包括聚丁二酸丁二醇酯(Polybutylene succinate，昭和公司的商品「Bionolle 1020」、「Bionore 1001」及「Bionore 1903」)、聚丁二醇丁二酸酯/己二酸酯(Polybutylenesuccinate/adipate，IRE公司的商品「EnPol G400」)、聚丁二醇己二酸酯(Polybutylene adipate，遠東紡織公司的商品「FEPOL1000」系列)、聚乙二醇丁二酸酯/己二酸酯(Polyethylenesuccinate/adipate)、聚丁二醇丁二酸酯/碳酸酯(Polybutylenesuccinate/carbonate)、聚幾內(nèi)酯(Polycarolactone)及聚己二酸乙二醇酯(polyethylene adipate)等。
該脂肪族聚酯以熔點范圍介于30～140℃者為較佳。
適合應(yīng)用在本發(fā)明的改質(zhì)聚合物的脂肪族-芳香族共聚酯具有如下的結(jié)構(gòu)
其中1≤m≤40，1≤n≤40，R3、R4、R5可相同或不同，且R3、R4、R5分別為C2～C40的直鏈或分支鏈烷基，Ar為C6～C20的芳香族基團；具體例包括聚丁二醇己二酸酯/對苯二甲酸酯(Polybutyleneadipate/terephthalate，遠東紡織公司的商品「FEPOL2000」系列、BASF公司的商品「Ecoflex」或IRE Chemicals公司的商品「Enpol8000」)、聚丁二醇丁二酸酯/對苯二甲酸酯(Polybutylenesuccinate/terephthalate，DuPont公司的商品「Biomax」)、聚丁二醇丁二酸酯/己二酸酯(Polybutylenesuccinate/adipat，昭和高分子公司的商品「Bionore 3003」)及聚四甲基己二酸酯/對苯二甲酸酯(Polytetramethyleneadipate/terephthalate，Eastman Chemicals的商品「EastarBio」)。
該脂肪族-芳香族共聚酯以熔點范圍介于50℃～200℃者為較佳。
適合應(yīng)用在本發(fā)明的改質(zhì)聚合物的芳香族聚酯具有如下的結(jié)構(gòu)
其中1≤m≤40，1≤n≤40，R6可為C2～C40的直鏈或分支鏈烷基、或為C6～C20的芳香族基團，R7為C2～C40的直鏈或分支鏈烷基，Ar1、Ar2可相同或不同，且分別為C6～C20的芳香族基團；具體例包括聚對苯二甲酸乙二醇酯/烷氧化-2-甲基1，3-丙二醇酯(polyethylene terephthalate/1，3-dihydroxy-2-methylpropane alkoxylate)、聚乙二醇對苯二甲酸酯/己二酸酯(polyethylene terephthalate/adipate，遠東紡織公司的商品「CS-113」)及聚乙二醇對苯二甲酸酯/間苯二甲酸雙羥乙酯磺酸鈉(polyethyleneterephthalate/sodium-5-sulfo-bis(β-hydroxy-ethyl)isophthalate)。
該芳香族聚酯以熔點范圍介于110℃～200℃者為較佳。
此外，該改質(zhì)聚合物可進一步含有占該改質(zhì)聚合物總量的4～10wt％的二氧化鈦(TiO2)作為消光劑，將含有二氧化鈦的改質(zhì)聚合物與該聚乳酸共混后可供制作半光型(Semi Dull type，簡稱SD)纖維，以增加其產(chǎn)業(yè)應(yīng)用范圍。
利用前述的聚乳酸組成物可制得本發(fā)明的可深染纖維，其制法是將前述的聚乳酸組合物以熔融紡絲方法制成半延伸絲(Partially Oriented Yarn，POY)，并可更進一步地，將該半延伸絲以假捻加工方式制成加工絲(Draw Texturized Yarn，DTY)。
前述半延伸絲與加工絲的纖維細度以介于1～10丹尼/根數(shù)(denier per filament，簡稱dpf)的范圍者為佳，其纖維數(shù)可為36、48、72、108或144根，半延伸絲的纖維截面可為圓形(round)、橢圓形(oval)、三葉形(trilobal)、三角形(triangular)、狗骨形(dog-boned)、扁平形(flat)或中空形(hollow)。
本發(fā)明的聚乳酸組合物具有良好的可紡性及可加工性，以其所制得的纖維可以利用分散性染料染色進行深染且具有極佳的水洗牢度。

具體實施例方式 以下將借實施例更詳細地說明本發(fā)明的內(nèi)容。
<化學(xué)品> 1.聚乳酸(PLA)美國Cargill-Dow公司制，型號6201D，熔點170℃。
2.聚丁二酸丁二醇酯(PBS)日本昭和高分子公司制，型號Bionolle 1020，熔點114℃。
3.聚丁二醇丁二酸酯/己二酸酯(EnPol)韓國IRE公司制，型號EnPol G400，熔點60℃。
4.聚丁二醇己二酸酯/對苯二甲酸酯(PBAT-FB)發(fā)明人自行于實驗室合成，熔點140℃。
5.聚丁二醇己二酸酯/對苯二甲酸酯(PBAT-SD)發(fā)明人自行于實驗室合成，熔點140℃。
6.聚乙二醇對苯二甲酸酯/己二酸酯(CS-113)遠東紡織公司制，型號CS-113，熔點192℃。
7.聚對苯二甲酸乙二醇酯/烷氧化-2-甲基1，3-丙二醇酯(DHMPA)發(fā)明人自行于實驗室合成，熔點186℃。
<實施例> 改質(zhì)聚合物含量對染色性的影響 實施例1～6分別是將聚乳酸(PLA)與不同的改質(zhì)聚合物(PBS、EnPol、PBAT-FB、PBAT-SD、CS-113、DHMPA)依照表1～6所示的比例共混造粒，形成顆粒狀的聚乳酸組合物，再以藍色分散性染料于110℃染色40分鐘后，量測各樣品的白度色相值(L值)，其結(jié)果也分示于各表中。比較例1所示為未添加改質(zhì)聚合物的聚乳酸纖維。其中，實施例4所使用的改質(zhì)聚合物含有TiO2，而其比較例2為未添加改質(zhì)聚合物，但是于聚乳酸組合物中添加有TiO2。
實施例1 本實施例的改質(zhì)聚合物為聚丁二酸丁二醇酯(PBS)。
表1 實施例2 本實施例的改質(zhì)聚合物為聚丁二醇丁二酸酯/己二酸酯(EnPol)。
表2 實施例3 本實施例的改質(zhì)聚合物為聚丁二醇己二酸酯/對苯二甲酸酯(PBAT-FB)。
表3 實施例4 本實施例的改質(zhì)聚合物為半光型聚丁二醇己二酸酯/對苯二甲酸酯(PBAT-SD)，其中TiO2占改質(zhì)聚合物總量的6wt％。另外，比較例2是由聚乳酸98wt％與Easterman公司制的母粒(masterbatch，由85wt％聚乳酸及15wt％TiO2組成)2wt％共混造粒后所制成。
表4 實施例5 本實施例的改質(zhì)聚合物為聚乙二醇對苯二甲酸酯/己二酸酯(CS-113)。
表5 實施例6 本實施例的改質(zhì)聚合物為聚對苯二甲酸乙二醇酯/烷氧化2-甲基1，3-丙二醇酯(DHMPA)。
表6 從表1～6所示的L值(白度色相)可知，添加改質(zhì)聚合物共混的聚乳酸組合物(實施例)的L值均比沒有添加改質(zhì)聚合物的聚乳酸(比較例)為低，顯示添加改質(zhì)聚合物的聚乳酸組合物的色相較深，而且L值隨著改質(zhì)聚合物含量增加而減少，即表示添加改質(zhì)聚合物具有增進深染的功效。此外，在改質(zhì)聚合物中添加TiO2，再與聚乳酸共混形成的聚乳酸組合物，也比只添加TiO2的聚乳酸，有較佳的深染效果。
可加工性測試 實施例7、8 實施例7、8分別為在聚乳酸中添加2wt％、3wt％的改質(zhì)聚合物(PBAT FB)，將聚乳酸與改質(zhì)聚合物共混后，以熔融紡絲法制成半延伸絲。紡絲制程的干燥溫度105℃、紡嘴孔(圓形)為72孔、紡絲溫度220～230℃、道生熱煤溫度(Dow temperature)225℃、冷卻風(fēng)速0.55m/min、含紡絲油(Oil per unit)0.6％、卷取速度2780m/min、吐出量40.4g/min，可制得130d/72f的半延伸絲。將半延伸絲以Murata假捻機臺加工，加工速度450m/min，延伸比DR1/DR2＝1.75，可制得75d/72f的加工絲。
實施例9 實施例9是以4wt％的改質(zhì)聚合物(PBAT-SD)與聚乳酸共混，并依照前述熔融紡絲及假捻加工步驟，制成半延伸絲及加工絲。
比較例3 比較例3是以未添加改質(zhì)聚合物的聚乳酸，依照前述熔融紡絲及假捻加工步驟，制成半延伸絲及加工絲。
由實施例7、8、9的紡絲結(jié)果及假捻加工結(jié)果，可制得外觀及機械強度正常的半延伸絲及加工絲，并與比較例3相較，可知本發(fā)明聚乳酸組合物的可紡性及假捻加工性均良好，顯示添加改質(zhì)聚合物并未影響聚乳酸組合物的可紡性及可加工性。
纖維的染色性及水洗牢度 將實施例7、8及比較例3制成的加工絲編成襪帶，再以分散性染料(棕色、藍色)于110℃、浴比1∶15，染色40分鐘，分別測其L值以比較染色深度，又測量實施例8與比較例3的染色力度(color strength)，其結(jié)果示于表7。
另外，將實施例7、8及比較例3的襪帶，分別以分散性染料(棕色、藍色)，在浴比1∶15、溫度110℃的條件下，染色40分鐘，還原水洗條件為70℃、水洗15分鐘，并于130℃定型1.5分鐘，再依據(jù)ISO-105C06測量其水洗牢度，量測結(jié)果也列于表7。
表7 由表7可知，實施例7、8的白度色相(L值)均較比較例3為小。又，從染色力度的表現(xiàn)，若以比較例3染色后的襪帶所測值為100做基準，則實施例8所測值為148.7(以棕色染料染色)及150.7(以藍色染料染色)，其值大于100表示染色較深。所以由L質(zhì)與染色力度均顯示添加改質(zhì)聚合物所形成的加工絲，可得到較深的色調(diào)，也就是說具有可深染的效果。并且由水洗牢度測試結(jié)果顯示，添加改質(zhì)聚合物的實施例7、8的水洗牢度均能達到3.0級以上的水準，已達產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的標準。
此外，將實施例9制成的加工絲編織成襪帶，并與比較例3制成的纖維所編織的襪帶，依照上述方式分別以藍色、棕色分散性染料染色后，測量染色力度，其中以藍色染料染色的染色力度值為163.03，以棕色染料染色的染色力度值為167.24，均大于100表示染色較深，再以藍色染料染色后的襪帶測量其水洗牢度，量測結(jié)果顯示實施例9的水洗牢度可與比較例3具有相同水準。
生分解性測試 依據(jù)CNS 14432(ISO 14855，ASTM D5338)對以實施例7制成的可深染纖維(加工絲)進行生物分解性測試。生物分解性測試所獲得的生物分解率數(shù)據(jù)是以依據(jù)可深染纖維產(chǎn)物中的有機碳轉(zhuǎn)化為二氧化碳的百分比來表示，其結(jié)果示于表8中。由表8所示可知，本發(fā)明的可深染纖維可符合180天內(nèi)生物分解率達90％的法規(guī)要求。
表8 *由二氧化碳釋出量計算的百分率。
歸納上述，本發(fā)明借由在聚乳酸中添加改質(zhì)聚合物共混，再紡絲制成的纖維可在一般的染色條件下獲得較深的色調(diào)，而能解決現(xiàn)有聚乳酸纖維不易深染的問題，降低染色成本，所以確實能達成本發(fā)明的目的。
權(quán)利要求
1.一種用于制作可深染纖維的聚乳酸組合物，其特征在于該聚乳酸組合物含有聚乳酸及以總重量計1～15重量百分比的改質(zhì)聚合物，其中該改質(zhì)聚合物選自脂肪族聚酯、芳香族聚酯及脂肪族-芳香族共聚酯其中至少一者。
2.如權(quán)利要求1所述的聚乳酸組合物，其特征在于該脂肪族聚酯，具有如下結(jié)構(gòu)
其中R1、R2可相同或不同，且分別為C2～C40的直鏈或分枝鏈烷基。
3.如權(quán)利要求1所述的聚乳酸組合物，其特征在于該脂肪族-芳香族共聚酯，具有如下結(jié)構(gòu)
其中1≤m≤40，1≤n≤40，R3、R4、R5可相同或不同，且R3、R4、R5分別為C2～C40的直鏈或分支鏈烷基，Ar為C6～C20的芳香族基團。
4.如權(quán)利要求1所述的聚乳酸組合物，其特征在于該芳香族共聚酯，具有如下結(jié)構(gòu)
其中1≤m≤40，1≤n≤40，R6可為C2～C40的直鏈或分支鏈烷基、或為C6～C20的芳香族基團，R7為C2～C40的直鏈或分支鏈烷基，Ar1、Ar2可相同或不同，且分別為C6～C20的芳香族基團。
5.如權(quán)利要求1所述的聚乳酸組合物，其特征在于該改質(zhì)聚合物的含量以組合物總重量計為1～10重量百分比。
6.如權(quán)利要求5所述的聚乳酸組合物，其特征在于該改質(zhì)聚合物的含量以組合物總重量計為1～5重量百分比。
7.如權(quán)利要求2所述的聚乳酸組合物，其特征在于脂肪族聚酯的熔點介于30～140℃。
8.如權(quán)利要求3所述的聚乳酸組合物，其特征在于該脂肪族-芳香族共聚酯的熔點介于50～200℃。
9.如權(quán)利要求4所述的聚乳酸組合物，其特征在于該芳香族聚酯的熔點介于110～200℃。
10.如權(quán)利要求1所述的聚乳酸組合物，其特征在于該改質(zhì)聚合物含有占該改質(zhì)聚合物總量4～10重量百分比的二氧化鈦。
11.一種可深染纖維，其特征在于該可深染纖維是以權(quán)利要求1～10中的任一項的聚乳酸組合物所制成。
12.一種可深染纖維的制法，其特征在于是將權(quán)利要求1～10中的任一項的聚乳酸組合物以熔融紡絲方法制成半延伸絲。
13.如權(quán)利要求12所述的可深染纖維的制法，其特征在于更進一步將該半延伸絲以假捻加工方式制成加工絲。
14.如權(quán)利要求12所述的可深染纖維的制法，其特征在于該半延伸絲的纖維細度介于1～10丹尼/根數(shù)的范圍，纖維數(shù)可為36、48、72、108或144根，纖維截面可為圓形、橢圓形、三葉形、三角形、狗骨形、扁平形或中空形。
15.如權(quán)利要求13所述的可深染纖維的制法，其特征在于該加工絲的纖維細度介于1～10丹尼/根數(shù)的范圍，纖維數(shù)可為36、48、72、108或144根。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于制作可深染纖維的聚乳酸組合物，該聚乳酸組合物含有聚乳酸及以總重量計1～15wt％的改質(zhì)聚合物，該改質(zhì)聚合物選自脂肪族聚酯、脂肪族-芳香族共聚酯及芳香族聚酯其中至少一者。
文檔編號D01D5/00GK101096446SQ200610090538
公開日2008年1月2日 申請日期2006年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月27日
發(fā)明者陳世雄, 賴平昇 申請人:遠東紡織股份有限公司