一種吸濕性聚酯纖維及其制備方法和用途
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種吸濕性聚酯纖維，由共聚酯和吸濕性物質經共混后熔融紡絲制成，共聚酯的酸成分中，對苯二甲酸結構單元含量為98mol%～99.7mol%，由含磺酸鈉基團的間苯二甲酸及其衍生物形成的結構單元含量為0.3mol%～2mol%；共聚酯的醇成分中，乙二醇結構單元含量為80～96mol%，帶側鏈且碳原子數為6以下的脂肪族二元醇結構單元含量為4～20mol%；且纖維中吸濕性物質占纖維總量的1～20wt%。該纖維不僅具有優(yōu)異的吸濕性能，耐水解性也好，且常壓陽離子可染，可廣泛應用于內衣、運動衣等衣料領域。
【專利說明】一種吸濕性聚酯纖維及其制備方法和用途
【技術領域】
[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】
[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用。但是由于聚酯的結構規(guī)整，疏水性較強，在聚酯作為纖維使用的場合，與棉或麻等天然纖維相比，聚酯纖維的吸水性、吸濕性差的缺點就顯現了出來，于是就大大限制了聚酯纖維在要求吸濕性環(huán)境下的應用。其中特別是在紡織品直接與肌膚相接觸的場合，若使用吸濕性差的聚酯纖維，就會帶來悶熱感等不舒適的感覺，從而導致了聚酯纖維在夏裝方面基本上沒有應用的實際情況。
[0003]目前，改善聚酯吸濕性能的方法主要是通過物理改性，利用芯吸效應來提高纖維的吸濕性，如超細化、中空多孔化和異形截面化等。其中以纖維的異形截面化應用最為廣泛，如美國杜邦公司推出的Coolmax異形截面滌綸新品，其表面有四道凹槽，具有芯吸效應，從而達到吸濕的效果，但異形纖維紡絲時對噴絲板的加工工藝要求較高，生產成本高。
[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行染色，限制了聚酯纖維的應用。解決聚酯纖維不易染色的方法有很多，通過共聚合技術是主要的手段之一。例如，將聚酯原料與聚乙二醇之類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構單元或其他單體共聚單元，勢必導致聚酯耐熱性能的下降。
[0005]除了染色的問題，聚酯鏈段中的酯鍵、末端羧基和羥基還會導致聚酯的耐水解性能變差，特別是聚酯水解為自加速反應，羧基含量增加會加速水解。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業(yè)上的應用。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種常壓陽離子可染、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，制得的織物可應用于內衣、運動衣等貼身衣物。
[0007]本發(fā)明的技術解決方案如下:
一種吸濕性聚酯纖維，由共聚酯和吸濕性物質經共混后熔融紡絲制成，所述共聚酯的酸成分中，對苯二甲酸結構單元含量為98mol%?99.7mol%,由含磺酸鈉基團的間苯二甲酸及其衍生物形成的結構單元含量為0.3mol%?2mol% ;共聚酯的醇成分中，乙二醇結構單元含量為80?96mol%,帶側鏈且碳原子數為6以下的脂肪族二元醇結構單元含量為4?20mol% ;且纖維中吸濕性物質占纖維總量的I?20wt%。
[0008]所述吸濕性物質為聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚乙烯醇(PVA)或聚醚類化合物。所述聚乙烯吡咯烷酮是乙烯吡咯烷酮單體通過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，可以是線性結構、枝狀結構或交聯結構。聚乙烯吡咯烷酮的K值為15?90。如果聚乙烯吡咯烷酮的K值過低，則聚乙烯吡咯烷酮與共聚酯的絡合能力不強，在共混物擠出后的水冷過程中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，導致生產效率低。
[0009]纖維中吸濕性物質占纖維總量的I?20wt%。如果吸濕性物質含量過低，則纖維達不到好的吸濕效果；如果吸濕性物質含量過高，則過量的吸濕性物質會破壞由纖維得到的織物的耐光性、手感等。纖維中吸濕性物質含量優(yōu)選2?15wt%。
[0010]本發(fā)明所述纖維中共聚酯的酸成分中，對苯二甲酸結構單元含量為98mol%?99.7mol%,由含磺酸鈉基團的間苯二甲酸及其衍生物形成的結構單元含量為0.3mol%?2mol%。含磺酸鈉基團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)。該結構單元可以賦予纖維可染性能，同時由于磺酸基團帶有極性，可以提高PVP在共聚酯中的分散性。但磺酸基團的引入會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的間苯二甲酸及其衍生物形成的結構單元含量控制在
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，還含有帶側鏈且碳原子數為6以下的脂肪族二元醇結構單元。帶側鏈且碳原子數為6以下的脂肪族二元醇能夠改善共聚酯的結晶和非晶形態(tài)，使結晶區(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)境下的活動性，進而提高共聚酯的耐水解性。所述帶側鏈且碳原子數為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6)。在共聚酯的醇成分中，帶側鏈且碳原子數為6以下的脂肪族二元醇結構單元的含量為4?20mol%，在此范圍內，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構單元含量大于20mol%，則共聚酯的結晶性能變差，導致最終聚酯纖維的強伸度變差；若共聚酯醇成分中該結構單元含量小于4mol%，則對共聚酯的性能沒有改善效果。
[0012]所述構成吸濕性聚酯纖維的共聚酯中含有鈦元素，該鈦元素來自于共聚酯反應的鈦催化劑，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。若反應中鈦催化劑添加過多，由于鈦催化劑活性高，促進副反應，所得共聚酯穩(wěn)定性不好，最終纖維容易黃變；若反應中鈦催化劑添加過少則反應活性不夠。基于上述理由，本發(fā)明所述共聚酯中鈦元素含量優(yōu)選相當于共聚酯重量的3?20ppm，此時共聚酯的熱穩(wěn)定性、色調均良好。
[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個小時，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共混后進行熔融紡絲，其中吸濕性物質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的間苯二甲酸及其衍生物形成的結構單元和帶側鏈且碳原子數為6以下的脂肪族二元醇結構單元。
[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用于內衣、運動衣等與皮膚直接接觸的衣物等方面。
[0016]本發(fā)明所涉及的各指標的測試方法如下:
(I)吸濕參數Δ MR是指穿衣服時，衣服內的濕氣排出而使人體感到舒適的指標。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，穿著時的舒適性越好；
MR1 > MR2的計算公式如下:
MR1 (%) = (W1 — W3) /W3, MR2 (%) = (W2 — W3) ) /W3
W1:在20°C X65%RH的氣氛中放置24小時后試驗片的質量(g)，
W2:在30°C X90%RH的氣氛中放置24小時后試驗片的質量(g)，
W3:在絕干狀態(tài)下試驗片的質量(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個小時，處理前后的末端羧基含量的差值。這個差值越小表示耐加水分解性能越好。末端羧基的測試采用光學滴定法測定。將聚酯溶于鄰-甲酚和氯仿的混合液(重量比70:30)中，加入溴百里酚藍指示劑，然后用0.05N的氫氧化鉀的乙醇溶液中進行滴定。
[0018](3)共聚酯中帶側鏈且碳原子數為6以下的脂肪族二元醇結構單元及其含量的測定
根據核磁共振的氫譜可測得帶側鏈且碳原子數為6以下的脂肪族二元醇中特征峰的位置和強度，再根據化學式推算出該二元醇的含量。
[0019](4)纖維中吸濕性物質及其含量的測定
根據核磁共振的氫譜可測得吸濕性物質中特征峰的位置和強度，再根據化學式推算出該吸濕性物質的含量。
【具體實施方式】
[0020]下面結合具體實施例對本發(fā)明作進一步說明。各實施例及比較例的具體數值見表
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[0021]實施例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。經測試，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形成的結構單元占1.4mol%，其余為對苯二甲酸結構單元；共聚酯的醇成分中2-甲基-1，3-丙二醇結構單元占4mol%,其余為乙二醇結構單元；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，處理前后其末端羧基含量的差值Λ COOH為180eq/t。將纖維經過普通的織造工藝織成布，所得到織物的吸濕參數Λ MR為3.4%。
[0022]實施例2~實施例23
選擇所含由含磺酸鈉基團的間苯二甲酸及其衍生物形成的結構單元的含量、帶側鏈且碳原子數位6以下的脂肪族二元醇結構單元種類和含量、Ti元素含量不同的共聚酯，與不同種類的吸濕性物質按照不同比例進行共混紡絲得到聚酯纖維，吸濕性物質的K值可以在17、30、60、85、90、115中進行選擇，紡絲方法同實施例1。測試聚酯纖維中各結構單元及物質的種類及含量、纖維的性能，具體結果見表1。[0023]比較例I
選用不含由含磺酸鈉基團的間苯二甲酸及其衍生物形成的結構單元的聚酯與PVP共混紡絲得到聚酯纖維，測試聚酯纖維中各結構單元及物質的種類及含量、纖維的性能，具體結果見表I。
[0024]比較例2
選用酸成分中含有占酸成分6mol%由含磺酸鈉基團的間苯二甲酸及其衍生物形成的結構單元的聚酯與PVP共混紡絲得到聚酯纖維，測試聚酯纖維中各結構單元及物質的種類及含量、纖維的性能，具體結果見表I。
[0025]比較例3
選用不含帶側鏈且碳原子數位6以下的脂肪族二元醇結構單元的聚酯與PVP共混紡絲得到聚酯纖維，測試聚酯纖維中各結構單元及物質的種類及含量、纖維的性能，具體結果見表I。
[0026]比較例4
與共聚酯共混時添加少量PVP，使得最終聚酯纖維中PVP含量為lwt%，測試聚酯纖維中各結構單元及物質的種類及含量、纖維的性能，具體結果見表I。
[0027]比較例5
與共聚酯共混時添加PVP，使得最終聚酯纖維中PVP含量為30wt%，測試聚酯纖維中各結構單元及物質的種類及含量、纖維的性能，具體結果見表I。
[0028]表I中A結構單元表示由含磺酸鈉基團的間苯二甲酸及其衍生物形成的結構單元，其含量為占共聚酯中酸成分的含量；B結構單元表示帶側鏈且碳原子數位6以下的脂肪族二元醇結構單元，其含量為占共聚酯中醇成分的含量。
[0029]表 I
【權利要求】
1.一種吸濕性聚酯纖維，由共聚酯和吸濕性物質經共混后熔融紡絲制成，其特征是:所述共聚酯的酸成分中，對苯二甲酸結構單元含量為98mol%?99.7mol%,由含磺酸鈉基團的間苯二甲酸及其衍生物形成的結構單元含量為0.3mol%?2mol% ;共聚酯的醇成分中，乙二醇結構單元含量為80?96mol%，帶側鏈且碳原子數為6以下的脂肪族二元醇結構單元含量為4?20mol% ;且纖維中吸濕性物質占纖維總量的I?20wt%。
2.根據權利要求1所述的吸濕性聚酯纖維，其特征是:所述吸濕性物質是聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇或聚醚類化合物。
3.根據權利要求1或2所述的吸濕性聚酯纖維，其特征是:纖維中吸濕性物質占纖維總重的2?15wt%。
4.根據權利要求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，對苯二甲酸結構單元含量為98.6mol%?99.5mol%,由含磺酸鈉基團的間苯二甲酸及其衍生物形成的結構單元含量為0.5?1.4mol%。
5.根據權利要求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.根據權利要求1所述的吸濕性聚酯纖維，其特征是:所述帶側鏈且碳原子數為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.根據權利要求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于共聚酯重量3?20ppm的鈦元素。
8.根據權利要求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個小時，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共混后進行熔融紡絲，其中吸濕性物質的添加量占纖維總量的I?20wt%。
10.一種權利要求1所述吸濕性聚酯纖維在制成織物上的應用。
【文檔編號】D01F6/84GK103774269SQ201210398282
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2012年10月19日 優(yōu)先權日:2012年10月19日
【發(fā)明者】楊娟, 范志恒, 望月克彥 申請人:東麗纖維研究所（中國）有限公司