一種吸濕性聚酯纖維及其制備方法和用途
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種吸濕性聚酯纖維，由共聚酯和吸濕性物質(zhì)經(jīng)共混后熔融紡絲制成，共聚酯的酸成分中，對(duì)苯二甲酸結(jié)構(gòu)單元含量為98mol%～99.7mol%，由含磺酸鈉基團(tuán)的間苯二甲酸及其衍生物形成的結(jié)構(gòu)單元含量為0.3mol%～2mol%；共聚酯的醇成分中，乙二醇結(jié)構(gòu)單元含量為80～96mol%，帶側(cè)鏈且碳原子數(shù)為6以下的脂肪族二元醇結(jié)構(gòu)單元含量為4～20mol%；且纖維中吸濕性物質(zhì)占纖維總量的1～20wt%。該纖維不僅具有優(yōu)異的吸濕性能，耐水解性也好，且常壓陽(yáng)離子可染，可廣泛應(yīng)用于內(nèi)衣、運(yùn)動(dòng)衣等衣料領(lǐng)域。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種吸濕性聚酯纖維及其制備方法和用途
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種吸濕性優(yōu)良的聚酯纖維及其用途。
【背景技術(shù)】
[0002]聚酯由于其優(yōu)異的性能，在纖維、薄膜、塑料方面有著廣泛的應(yīng)用。但是由于聚酯的結(jié)構(gòu)規(guī)整，疏水性較強(qiáng)，在聚酯作為纖維使用的場(chǎng)合，與棉或麻等天然纖維相比，聚酯纖維的吸水性、吸濕性差的缺點(diǎn)就顯現(xiàn)了出來(lái)，于是就大大限制了聚酯纖維在要求吸濕性環(huán)境下的應(yīng)用。其中特別是在紡織品直接與肌膚相接觸的場(chǎng)合，若使用吸濕性差的聚酯纖維，就會(huì)帶來(lái)悶熱感等不舒適的感覺(jué)，從而導(dǎo)致了聚酯纖維在夏裝方面基本上沒(méi)有應(yīng)用的實(shí)際情況。
[0003]目前，改善聚酯吸濕性能的方法主要是通過(guò)物理改性，利用芯吸效應(yīng)來(lái)提高纖維的吸濕性，如超細(xì)化、中空多孔化和異形截面化等。其中以纖維的異形截面化應(yīng)用最為廣泛，如美國(guó)杜邦公司推出的Coolmax異形截面滌綸新品，其表面有四道凹槽，具有芯吸效應(yīng)，從而達(dá)到吸濕的效果，但異形纖維紡絲時(shí)對(duì)噴絲板的加工工藝要求較高，生產(chǎn)成本高。
[0004]另外，由于普通的聚酯纖維染色性差，必須在高溫及高壓下才可進(jìn)行染色，限制了聚酯纖維的應(yīng)用。解決聚酯纖維不易染色的方法有很多，通過(guò)共聚合技術(shù)是主要的手段之一。例如，將聚酯原料與聚乙二醇之類(lèi)的聚亞烷基二醇共聚后形成聚合物，或與己二酸、癸二酸等直鏈脂肪族羧酸共聚后形成聚合物。但是這種方法必須在聚酯鏈段中引入聚醚結(jié)構(gòu)單元或其他單體共聚單元，勢(shì)必導(dǎo)致聚酯耐熱性能的下降。
[0005]除了染色的問(wèn)題，聚酯鏈段中的酯鍵、末端羧基和羥基還會(huì)導(dǎo)致聚酯的耐水解性能變差，特別是聚酯水解為自加速反應(yīng)，羧基含量增加會(huì)加速水解。即聚酯末端羧基的含量越高，其耐水解性越差。水解使得聚酯材料的力學(xué)及其他性能迅速惡化，這就極大地限制了它在一些要求濕熱的產(chǎn)業(yè)上的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種常壓陽(yáng)離子可染、耐水解性能優(yōu)良且具有較高吸濕性能的聚酯纖維，該纖維可用于制備織物，制得的織物可應(yīng)用于內(nèi)衣、運(yùn)動(dòng)衣等貼身衣物。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)解決方案如下:
一種吸濕性聚酯纖維，由共聚酯和吸濕性物質(zhì)經(jīng)共混后熔融紡絲制成，所述共聚酯的酸成分中，對(duì)苯二甲酸結(jié)構(gòu)單元含量為98mol%?99.7mol%,由含磺酸鈉基團(tuán)的間苯二甲酸及其衍生物形成的結(jié)構(gòu)單元含量為0.3mol%?2mol% ;共聚酯的醇成分中，乙二醇結(jié)構(gòu)單元含量為80?96mol%,帶側(cè)鏈且碳原子數(shù)為6以下的脂肪族二元醇結(jié)構(gòu)單元含量為4?20mol% ;且纖維中吸濕性物質(zhì)占纖維總量的I?20wt%。
[0008]所述吸濕性物質(zhì)為聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚乙烯醇(PVA)或聚醚類(lèi)化合物。所述聚乙烯吡咯烷酮是乙烯吡咯烷酮單體通過(guò)公知的聚合方法如本體聚合、溶液聚合、懸浮聚合、乳液聚合等得到的均聚體，可以是線性結(jié)構(gòu)、枝狀結(jié)構(gòu)或交聯(lián)結(jié)構(gòu)。聚乙烯吡咯烷酮的K值為15?90。如果聚乙烯吡咯烷酮的K值過(guò)低，則聚乙烯吡咯烷酮與共聚酯的絡(luò)合能力不強(qiáng)，在共混物擠出后的水冷過(guò)程中PVP容易溶出，致使纖維得不到很好的吸濕性；而如果其K值過(guò)高，則共混物體系的粘度大大增加，混煉吐出不良，很難造粒，導(dǎo)致生產(chǎn)效率低。
[0009]纖維中吸濕性物質(zhì)占纖維總量的I?20wt%。如果吸濕性物質(zhì)含量過(guò)低，則纖維達(dá)不到好的吸濕效果；如果吸濕性物質(zhì)含量過(guò)高，則過(guò)量的吸濕性物質(zhì)會(huì)破壞由纖維得到的織物的耐光性、手感等。纖維中吸濕性物質(zhì)含量?jī)?yōu)選2?15wt%。
[0010]本發(fā)明所述纖維中共聚酯的酸成分中，對(duì)苯二甲酸結(jié)構(gòu)單元含量為98mol%?99.7mol%,由含磺酸鈉基團(tuán)的間苯二甲酸及其衍生物形成的結(jié)構(gòu)單元含量為0.3mol%?2mol%。含磺酸鈉基團(tuán)的間苯二甲酸及其衍生物為間苯二甲酸-5-磺酸鈉(SIPA)、間苯二甲酸二甲酯-5-磺酸鈉(SIPM)或間苯二甲酸乙二醇酯-5-磺酸鈉(SIPE)。該結(jié)構(gòu)單元可以賦予纖維可染性能，同時(shí)由于磺酸基團(tuán)帶有極性，可以提高PVP在共聚酯中的分散性。但磺酸基團(tuán)的引入會(huì)提高體系的酸性和水溶性，使所得纖維的耐加水分解性能變差。所以共聚酯的酸成分中由含磺酸鈉基團(tuán)的間苯二甲酸及其衍生物形成的結(jié)構(gòu)單元含量控制在
0.3mol% ?2mol%,優(yōu)選 0.5 ?1.4mol%。
[0011]本發(fā)明所述纖維中共聚酯的醇成分中，還含有帶側(cè)鏈且碳原子數(shù)為6以下的脂肪族二元醇結(jié)構(gòu)單元。帶側(cè)鏈且碳原子數(shù)為6以下的脂肪族二元醇能夠改善共聚酯的結(jié)晶和非晶形態(tài)，使結(jié)晶區(qū)部分微晶化、降低非晶區(qū)部分的活性，從而降低聚合物材料在高溫高濕環(huán)境下的活動(dòng)性，進(jìn)而提高共聚酯的耐水解性。所述帶側(cè)鏈且碳原子數(shù)為6以下的脂肪族二元醇為2-甲基-1，3-丙二醇(MPO)或2，2-二甲基-1，3-丙二醇(冊(cè)6)。在共聚酯的醇成分中，帶側(cè)鏈且碳原子數(shù)為6以下的脂肪族二元醇結(jié)構(gòu)單元的含量為4?20mol%，在此范圍內(nèi)，既可以保留共聚酯本身的特性，也能提高共聚酯的染色性和耐水解性能。若共聚酯醇成分中該結(jié)構(gòu)單元含量大于20mol%，則共聚酯的結(jié)晶性能變差，導(dǎo)致最終聚酯纖維的強(qiáng)伸度變差；若共聚酯醇成分中該結(jié)構(gòu)單元含量小于4mol%，則對(duì)共聚酯的性能沒(méi)有改善效果。
[0012]所述構(gòu)成吸濕性聚酯纖維的共聚酯中含有鈦元素，該鈦元素來(lái)自于共聚酯反應(yīng)的鈦催化劑，使用鈦催化劑可以減少共聚酯的初期末端羧基含量，抑制最終纖維的耐水解性能。若反應(yīng)中鈦催化劑添加過(guò)多，由于鈦催化劑活性高，促進(jìn)副反應(yīng)，所得共聚酯穩(wěn)定性不好，最終纖維容易黃變；若反應(yīng)中鈦催化劑添加過(guò)少則反應(yīng)活性不夠?；谏鲜隼碛桑景l(fā)明所述共聚酯中鈦元素含量?jī)?yōu)選相當(dāng)于共聚酯重量的3?20ppm，此時(shí)共聚酯的熱穩(wěn)定性、色調(diào)均良好。
[0013]所述纖維的Λ MR為2%以上；纖維在155°C、0.46MPa的水蒸氣條件下處理4個(gè)小時(shí)，處理前后其末端羧基含量的差值Λ COOH為200eq/t以下。
[0014]本發(fā)明所述纖維可由下述方法制得:將共聚酯和吸濕性物質(zhì)共混后進(jìn)行熔融紡絲，其中吸濕性物質(zhì)的添加量占纖維總量的I?20wt%。所述共聚酯中含有由含磺酸鈉基團(tuán)的間苯二甲酸及其衍生物形成的結(jié)構(gòu)單元和帶側(cè)鏈且碳原子數(shù)為6以下的脂肪族二元醇結(jié)構(gòu)單元。
[0015]本發(fā)明所述纖維可用于制成織物，所得織物可廣泛地應(yīng)用于內(nèi)衣、運(yùn)動(dòng)衣等與皮膚直接接觸的衣物等方面。
[0016]本發(fā)明所涉及的各指標(biāo)的測(cè)試方法如下:
(I)吸濕參數(shù)Δ MR是指穿衣服時(shí)，衣服內(nèi)的濕氣排出而使人體感到舒適的指標(biāo)。Λ MR是以30°C、90%RH的吸濕率(MR2)減去20°C、65%RH的吸濕率(MR1)得到的差值(Λ MR(%)= MR2 — MR1 )0Λ MR越大，吸濕能力越強(qiáng)，穿著時(shí)的舒適性越好；
MR1 > MR2的計(jì)算公式如下:
MR1 (%) = (W1 — W3) /W3, MR2 (%) = (W2 — W3) ) /W3
W1:在20°C X65%RH的氣氛中放置24小時(shí)后試驗(yàn)片的質(zhì)量(g)，
W2:在30°C X90%RH的氣氛中放置24小時(shí)后試驗(yàn)片的質(zhì)量(g)，
W3:在絕干狀態(tài)下試驗(yàn)片的質(zhì)量(g)。
[0017](2) Λ COOH
取一定量纖維置于密封的耐加水分解處理體系，在155°C、0.46MPa的水蒸氣條件下處理4個(gè)小時(shí)，處理前后的末端羧基含量的差值。這個(gè)差值越小表示耐加水分解性能越好。末端羧基的測(cè)試采用光學(xué)滴定法測(cè)定。將聚酯溶于鄰-甲酚和氯仿的混合液(重量比70:30)中，加入溴百里酚藍(lán)指示劑，然后用0.05N的氫氧化鉀的乙醇溶液中進(jìn)行滴定。
[0018](3)共聚酯中帶側(cè)鏈且碳原子數(shù)為6以下的脂肪族二元醇結(jié)構(gòu)單元及其含量的測(cè)定
根據(jù)核磁共振的氫譜可測(cè)得帶側(cè)鏈且碳原子數(shù)為6以下的脂肪族二元醇中特征峰的位置和強(qiáng)度，再根據(jù)化學(xué)式推算出該二元醇的含量。
[0019](4)纖維中吸濕性物質(zhì)及其含量的測(cè)定
根據(jù)核磁共振的氫譜可測(cè)得吸濕性物質(zhì)中特征峰的位置和強(qiáng)度，再根據(jù)化學(xué)式推算出該吸濕性物質(zhì)的含量。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。各實(shí)施例及比較例的具體數(shù)值見(jiàn)表
1
[0021]實(shí)施例1
將共聚酯與K值為30的PVP共混后，在290°C的紡絲溫度、3000m的牽引速度下進(jìn)行熔融紡絲并卷取得到未拉伸絲，然后將得到的未拉伸絲在拉伸溫度90°C、拉伸倍率1.65倍的條件下進(jìn)行拉伸，最后在130°C下熱定型后卷取得到56dtex / 24f的聚酯纖維。經(jīng)測(cè)試，所得纖維中PVP占纖維總量的8wt%，其余為共聚酯。共聚酯的酸成分中由SIPM形成的結(jié)構(gòu)單元占1.4mol%，其余為對(duì)苯二甲酸結(jié)構(gòu)單元；共聚酯的醇成分中2-甲基-1，3-丙二醇結(jié)構(gòu)單元占4mol%,其余為乙二醇結(jié)構(gòu)單元；鈦元素含量占共聚酯重量的4ppm。將纖維在155°C、
0.46MPa的水蒸氣條件下處理4小時(shí)，處理前后其末端羧基含量的差值Λ COOH為180eq/t。將纖維經(jīng)過(guò)普通的織造工藝織成布，所得到織物的吸濕參數(shù)Λ MR為3.4%。
[0022]實(shí)施例2~實(shí)施例23
選擇所含由含磺酸鈉基團(tuán)的間苯二甲酸及其衍生物形成的結(jié)構(gòu)單元的含量、帶側(cè)鏈且碳原子數(shù)位6以下的脂肪族二元醇結(jié)構(gòu)單元種類(lèi)和含量、Ti元素含量不同的共聚酯，與不同種類(lèi)的吸濕性物質(zhì)按照不同比例進(jìn)行共混紡絲得到聚酯纖維，吸濕性物質(zhì)的K值可以在17、30、60、85、90、115中進(jìn)行選擇，紡絲方法同實(shí)施例1。測(cè)試聚酯纖維中各結(jié)構(gòu)單元及物質(zhì)的種類(lèi)及含量、纖維的性能，具體結(jié)果見(jiàn)表1。[0023]比較例I
選用不含由含磺酸鈉基團(tuán)的間苯二甲酸及其衍生物形成的結(jié)構(gòu)單元的聚酯與PVP共混紡絲得到聚酯纖維，測(cè)試聚酯纖維中各結(jié)構(gòu)單元及物質(zhì)的種類(lèi)及含量、纖維的性能，具體結(jié)果見(jiàn)表I。
[0024]比較例2
選用酸成分中含有占酸成分6mol%由含磺酸鈉基團(tuán)的間苯二甲酸及其衍生物形成的結(jié)構(gòu)單元的聚酯與PVP共混紡絲得到聚酯纖維，測(cè)試聚酯纖維中各結(jié)構(gòu)單元及物質(zhì)的種類(lèi)及含量、纖維的性能，具體結(jié)果見(jiàn)表I。
[0025]比較例3
選用不含帶側(cè)鏈且碳原子數(shù)位6以下的脂肪族二元醇結(jié)構(gòu)單元的聚酯與PVP共混紡絲得到聚酯纖維，測(cè)試聚酯纖維中各結(jié)構(gòu)單元及物質(zhì)的種類(lèi)及含量、纖維的性能，具體結(jié)果見(jiàn)表I。
[0026]比較例4
與共聚酯共混時(shí)添加少量PVP，使得最終聚酯纖維中PVP含量為lwt%，測(cè)試聚酯纖維中各結(jié)構(gòu)單元及物質(zhì)的種類(lèi)及含量、纖維的性能，具體結(jié)果見(jiàn)表I。
[0027]比較例5
與共聚酯共混時(shí)添加PVP，使得最終聚酯纖維中PVP含量為30wt%，測(cè)試聚酯纖維中各結(jié)構(gòu)單元及物質(zhì)的種類(lèi)及含量、纖維的性能，具體結(jié)果見(jiàn)表I。
[0028]表I中A結(jié)構(gòu)單元表示由含磺酸鈉基團(tuán)的間苯二甲酸及其衍生物形成的結(jié)構(gòu)單元，其含量為占共聚酯中酸成分的含量；B結(jié)構(gòu)單元表示帶側(cè)鏈且碳原子數(shù)位6以下的脂肪族二元醇結(jié)構(gòu)單元，其含量為占共聚酯中醇成分的含量。
[0029]表 I
【權(quán)利要求】
1.一種吸濕性聚酯纖維，由共聚酯和吸濕性物質(zhì)經(jīng)共混后熔融紡絲制成，其特征是:所述共聚酯的酸成分中，對(duì)苯二甲酸結(jié)構(gòu)單元含量為98mol%?99.7mol%,由含磺酸鈉基團(tuán)的間苯二甲酸及其衍生物形成的結(jié)構(gòu)單元含量為0.3mol%?2mol% ;共聚酯的醇成分中，乙二醇結(jié)構(gòu)單元含量為80?96mol%，帶側(cè)鏈且碳原子數(shù)為6以下的脂肪族二元醇結(jié)構(gòu)單元含量為4?20mol% ;且纖維中吸濕性物質(zhì)占纖維總量的I?20wt%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的吸濕性聚酯纖維，其特征是:所述吸濕性物質(zhì)是聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇或聚醚類(lèi)化合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的吸濕性聚酯纖維，其特征是:纖維中吸濕性物質(zhì)占纖維總重的2?15wt%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的吸濕性聚酯纖維，其特征是:所述共聚酯的酸成分中，對(duì)苯二甲酸結(jié)構(gòu)單元含量為98.6mol%?99.5mol%,由含磺酸鈉基團(tuán)的間苯二甲酸及其衍生物形成的結(jié)構(gòu)單元含量為0.5?1.4mol%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的吸濕性聚酯纖維，其特征是:所述含磺酸鈉基團(tuán)的間苯二甲酸及其衍生物為間苯二甲酸-5-磺酸鈉、間苯二甲酸二甲酯-5-磺酸鈉或間苯二甲酸乙二醇酯-5-磺酸鈉。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的吸濕性聚酯纖維，其特征是:所述帶側(cè)鏈且碳原子數(shù)為6以下的脂肪族二兀醇是2-甲基-1，3-丙二醇或2, 2- 二甲基-1, 3-丙二醇。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的吸濕性聚酯纖維，其特征是:所述共聚酯中含有相當(dāng)于共聚酯重量3?20ppm的鈦元素。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的吸濕性聚酯纖維，其特征是:纖維的ΛMR為2%以上；纖維在155°C、0.46MPa的水蒸氣條件下處理4個(gè)小時(shí)，處理前后其末端羧基含量的差值Λ COOH為200eq/t 以下。
9.一種權(quán)利要求1所述吸濕性聚酯纖維的制備方法，其特征是:將共聚酯和吸濕性物質(zhì)共混后進(jìn)行熔融紡絲，其中吸濕性物質(zhì)的添加量占纖維總量的I?20wt%。
10.一種權(quán)利要求1所述吸濕性聚酯纖維在制成織物上的應(yīng)用。
【文檔編號(hào)】D01F6/84GK103774269SQ201210398282
【公開(kāi)日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2012年10月19日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月19日
【發(fā)明者】楊娟, 范志恒, 望月克彥 申請(qǐng)人:東麗纖維研究所（中國(guó)）有限公司