專利名稱：改質(zhì)聚酯纖維及其制法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種改質(zhì)聚酯纖維及其制法，特別是關(guān)于使用烷氧化2-甲基-1，3-丙二醇進(jìn)行改質(zhì)的聚對苯二甲酸乙二酯聚酯纖維。
背景技術(shù)：
由于聚酯纖維具有良好的耐磨性以及成本低廉等優(yōu)點，可應(yīng)用于服飾、裝飾以及工業(yè)等上，在合成纖維產(chǎn)品中占有極重要的地位。聚酯纖維的種類相當(dāng)多，當(dāng)中又以對苯二甲酸或其烷酯與烷二醇形成的聚對苯二甲酸烷二酯聚酯纖維在應(yīng)用上相當(dāng)廣泛。一般熟知的聚對苯二甲酸烷二酯聚酯纖維包括聚對苯二甲酸乙二酯(PET)聚酯纖維、聚對苯二甲酸丙二酯(PPT)聚酯纖維以及聚對苯二甲酸丁二酯(PBT)聚酯纖維，其中聚對苯二甲酸乙二酯聚酯纖維的強度比棉花高約1倍，比羊毛高3倍，彈性接近羊毛，又具有優(yōu)異的耐磨性、耐皺性、耐熱性以及熱穩(wěn)定性，成為最廣泛應(yīng)用的合成纖維。
聚對苯二甲酸乙二酯聚酯纖維可以與其它天然纖維，如毛、棉進(jìn)行混紡以改善強度與耐久性，混紡所得的織物不僅可以保持聚對苯二甲酸乙二酯聚酯聚酯纖維的物性，更可獲得天然纖維的品質(zhì)。通常，在制造該種合成纖維時，先將形成的聚酯聚合物擠壓抽出成線性的絲，再經(jīng)假捻、卷曲及特定的化學(xué)處理，即可制得優(yōu)于毛與棉等天然纖維特性的合成纖維。
在許多應(yīng)用上，紡織品經(jīng)由染色獲得所需的顏色。然而，聚對苯二甲酸乙二酯聚酯纖維的染色性差，不像天然纖維容易進(jìn)行染色，而必須在高溫及高壓或常壓下添加助染劑方可進(jìn)行染色。在該種高溫與高壓的條件下進(jìn)行染色，除了增加設(shè)備投資外，也會增加操作成本。再者，毛與棉等天然纖維以及彈性纖維(Spandex)對溫度較為敏感，因而造成聚對苯二甲酸乙二酯聚酯纖維與這些纖維混紡染色時的困擾，使得聚對苯二甲酸乙二酯聚酯纖維在應(yīng)用上受到限制，或必須藉由增加制造流程以及成本，才能達(dá)到混紡染色的需求。
另一方面，藉由助染劑與聚酯纖維形成物理或化學(xué)反應(yīng)來改善染色性質(zhì)，也存有許多缺點。首先，該助染劑多具有可與染料分子以及聚酯纖維形成化學(xué)反應(yīng)的官能基，這些官能基包括羧酸(特別是雙羧酸或多官能基羧酸)、有機金屬硫酸鹽、磺酸鹽化合物等，所使用的染料則需由一般分散性染料提升為反應(yīng)性染料，導(dǎo)致生產(chǎn)成本的增加。再者，這些助染劑在紡織品的制造過程中，會殘存在廢水以及制得的紡織品中，對環(huán)境造成不利的影響。
因此，纖維業(yè)者均積極研發(fā)新的改質(zhì)聚對苯二甲酸乙二酯聚酯纖維，以克服聚對苯二甲酸乙二酯聚酯纖維不易染色的缺點，進(jìn)而提升聚對苯二甲酸乙二酯聚酯纖維的應(yīng)用范圍，同時減少環(huán)境的污染。美國第5,916,677號專利發(fā)明了一種使用2-甲基-1，3-丙二醇進(jìn)行改質(zhì)的聚對苯二甲酸乙二酯聚酯纖維，使改質(zhì)的聚酯纖維具有較佳的染色性、伸張度、以及纖維強度；但該項專利揭示的改質(zhì)聚酯纖維的水洗堅牢度不佳，具有易染易洗出的特性，降低了該改質(zhì)聚酯纖維的應(yīng)用范圍。此外，美國第6,187,900號專利發(fā)明了一種具有低溫易染特性的聚酯纖維，其由混合具有易染特性的聚對苯二甲酸丙二酯(PPT)與聚對苯二甲酸乙二酯(PET)制成共聚酯纖維，使所制得的聚酯纖維具有易染的特性；該項專利揭示具有低溫易染特性的聚酯纖維，雖可減少染整成本，但制造聚對苯二甲酸丙二酯的原料″1，3-丙二醇″不易制備，導(dǎo)致供應(yīng)量少且價格昂貴又不易取得等缺點，不利于降低成本。因此仍需要一種能夠在低溫進(jìn)行染色且不會增加制造成本的改質(zhì)聚酯纖維。

發(fā)明內(nèi)容
為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種具有低溫易染特性的改質(zhì)聚酯纖維。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種使用烷氧化2-甲基-1，3-丙二醇進(jìn)行改質(zhì)的改質(zhì)聚對苯二甲酸乙二酯聚酯纖維。
本發(fā)明的又一目的在于提供一種不需使用助染劑即可在常壓以及100℃的溫度條件下進(jìn)行低溫染色的改質(zhì)聚對苯二甲酸乙二酯聚酯纖維。
本發(fā)明的再一目的在于提供一種具有優(yōu)異的染色力度以及水洗堅牢度的改質(zhì)聚對苯二甲酸乙二酯聚酯纖維。
本發(fā)明的又一目的在于提供一種與未經(jīng)改質(zhì)的聚對苯二甲酸丙二酯聚酯纖維具有相同等級的水洗堅牢度以及低溫易染特性的改質(zhì)聚對苯二甲酸乙二酯聚酯纖維。
為達(dá)前述及其它目的，本發(fā)明揭示一種使用烷氧化2-甲基-1，3-丙二醇(alkoxylated 2-methyl-1，3-propanediol)進(jìn)行改質(zhì)的改質(zhì)聚酯纖維，特別是經(jīng)改質(zhì)的聚對苯二甲酸乙二酯聚酯纖維，以及制造該改質(zhì)聚酯纖維的方法。制造本發(fā)明經(jīng)改質(zhì)的聚酯纖維的方法，包括下列步驟使烷氧化2-甲基-1，3-丙二醇、對苯二甲酸或其烷酯、以及烷二醇進(jìn)行聚合反應(yīng)，形成聚酯聚合物；以及使該聚酯聚合物經(jīng)紡絲而制得經(jīng)改質(zhì)的酯纖維。使用本發(fā)明的方法所制得的改質(zhì)聚對苯二甲酸乙二酯聚酯纖維，不需使用助染劑即可于常壓下進(jìn)行低溫染色，特別適合應(yīng)用于與對溫度敏感的天然纖維或彈性纖維進(jìn)行混紡染色。再者，該改質(zhì)聚對苯二甲酸乙二酯聚酯纖維，在低溫進(jìn)行染色后亦呈現(xiàn)優(yōu)異的染色力度以及水洗堅牢度，具有降低成本、簡化制造步驟、以及減少環(huán)境污染等優(yōu)點。
具體實施例方式
本發(fā)明人經(jīng)研究后發(fā)現(xiàn)，烷氧化2-甲基-1，3-丙二醇不但具有甲基側(cè)鏈可使所制得的聚酯聚合物呈非對稱的化學(xué)結(jié)構(gòu)，而具有容易與染料接觸的易染特性。另一方面，將該種烷氧化2-甲基-1，3-丙二醇導(dǎo)入聚對苯二甲酸乙二酯聚酯纖維進(jìn)行改質(zhì)，亦可使所制得的改質(zhì)聚對苯二甲酸乙二酯聚酯纖維，不需使用助染劑，即可于常壓下以100℃的溫度進(jìn)行低溫染色，并具有優(yōu)異的染色力度以及水洗堅牢度。
一般而言，聚酯纖維是指二元醇或多元醇與二元酸或多元酸經(jīng)縮聚合反應(yīng)所形成含85重量％以上的酯鍵的線型高分子纖維。通常，對苯二甲酸或其烷酯可與各種烷二醇進(jìn)行聚合反應(yīng)，形成聚對苯二甲酸烷二酯聚酯纖維。該等烷二醇的實例包括，但非限于乙二醇、丙二醇、以及丁二醇等。其中，對苯二甲酸可與乙二醇形成聚對苯二甲酸乙二酯、與丙二醇形成聚對苯二甲酸丙二酯、或與丁二醇形成聚對苯二甲酸丁二酯。就應(yīng)用范圍最廣的聚對苯二甲酸乙二酯聚酯纖維而言，其使對苯二甲酸或其烷酯與乙二醇進(jìn)行聚合反應(yīng)，形成聚酯聚合物，再經(jīng)紡絲而制得聚對苯二甲酸乙二酯聚酯纖維。
在本發(fā)明的一具體實例中，該改質(zhì)聚對苯二甲酸乙二酯聚酯纖維，先使烷氧化2-甲基-1，3-丙二醇與乙二醇形成雙醇混合物，再使該雙醇混合物與對苯二甲酸或其烷酯進(jìn)行聚合反應(yīng)，形成聚對苯二甲酸乙二酯聚合物，最后經(jīng)紡絲而制得經(jīng)改質(zhì)的聚對苯二甲酸乙二酯聚酯纖維。
本發(fā)明中用以進(jìn)行改質(zhì)的烷氧化2-甲基-1，3-丙二醇較佳具有式(I)所示的結(jié)構(gòu)
式中，X與Y分別獨立地選自具有2至4個碳原子的直鏈伸烷基、及支鏈伸烷基，以及m與n分別獨立為0至6的整數(shù)，且m與n至少一者不為0。
該等烷氧化2-甲基-1，3-丙二醇的實例包括，但非限于乙氧化2-甲基-1，3-丙二醇、丙氧化2-甲基-1，3-丙二醇、異丙氧化2-甲基-1，3-丙二醇、丁氧化2-甲基-1，3-丙二醇、異丁氧化2-甲基-1，3-丙二醇、第二丁氧化2-甲基-1，3-丙二醇、第三丁氧化2-甲基-1，3-丙二醇、以及經(jīng)數(shù)個烷樣基進(jìn)行烷氧化的2-甲基-1，3-丙二醇等。該等烷氧化2-甲基-1，3-丙二醇以二乙氧化2-甲基-1，3-丙二醇、以及二丙氧化2-甲基-1，3-丙二醇較佳。
上述用以與對苯二甲酸或其烷酯進(jìn)行聚合反應(yīng)以形成聚酯聚合物的雙醇混合物中，該烷氧化2-甲基-1，3-丙二醇占該雙醇混合物總量的1至15摩爾％，較佳為2至8摩爾％。該烷氧化2-甲基-1，3-丙二醇與乙二醇所形成的雙醇混合物可與對苯二甲酸進(jìn)行包括直接酯化步驟以及縮聚合步驟的聚合反應(yīng)，或與對苯二甲酸酯(例如，對苯二甲酸甲酯)進(jìn)行包括轉(zhuǎn)酯化步驟以及縮聚合步驟的聚合反應(yīng)，而形成聚酯聚合物。其中，進(jìn)行轉(zhuǎn)酯化步驟的聚合反應(yīng)可于較緩和的反應(yīng)條件下進(jìn)行，且對該反應(yīng)的原料與設(shè)備的要求不高，因而具有容易控制及操作的優(yōu)點；惟，進(jìn)行該種轉(zhuǎn)酯化步驟時，必需先形成對苯二甲酸酯，而增加該聚合反應(yīng)所需進(jìn)行的步驟。另一方面，進(jìn)行直接酯化步驟的聚合反應(yīng)，對于原料、設(shè)備以及操作控制的要求較高，但具有反應(yīng)步驟簡單、原料消耗較少、以及產(chǎn)品品質(zhì)較高等優(yōu)點，而成為目前主要的生產(chǎn)方法。
在該具體實例中，本發(fā)明經(jīng)改質(zhì)的聚對苯二甲酸乙二酯聚酯纖維，使該雙醇混合物與對苯二甲酸以1.5∶1至1∶1，較佳為1.2∶1的摩爾比形成混合物，以200至280℃的溫度，較佳為250℃的溫度條件，在1公斤/平方公分(G)的壓力下進(jìn)行直接酯化反應(yīng)，待該反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率達(dá)95％或以上時，可獲得低聚合的寡聚物。接著，可將催化劑以及視需要的添加劑(例如，作為退光劑的氧化鈦無機化合物)添加至所制得的寡聚物中，進(jìn)行縮聚合反應(yīng)，形成聚對苯二甲酸乙二酯的聚酯聚合物。該催化劑的實例包括，但非限于銻化合物(例如，三氧化銻等)、鍺化合物、以及鈦化合物等。通常，該縮聚合反應(yīng)是以200至300℃的溫度，較佳為280℃的溫度條件，于1torr的壓力下進(jìn)行。該縮聚合反應(yīng)所形成的聚酯聚合物在重量比40∶60的酚以及四氯乙烷所形成的混合溶劑中，在30℃的溫度條件下所測得的特性黏度，較佳于0.4至1.5dl/g的范圍內(nèi)。若該聚酯聚合物的特性黏度低于0.4dl/g，則會使所制得的聚酯纖維的絲強度不足，而不符合應(yīng)用上的需求。另一方面，若該聚酯聚合物的特性黏度高于1.5dl/g，則會增加該聚酯聚合物熔融時的黏度，而造成纖維抽絲性質(zhì)、紡織性質(zhì)、以及染色性質(zhì)的惡化。
上述包括酯化步驟以及縮聚合步驟的聚合反應(yīng)，可以批次或連續(xù)的形式進(jìn)行。關(guān)于進(jìn)行酯化以及縮聚合反應(yīng)的相關(guān)條件，本領(lǐng)域技術(shù)人員可視所選用的反應(yīng)物以及反應(yīng)系統(tǒng)而加以調(diào)整，并非局限于上述。
接著，使所制得的聚酯聚合物進(jìn)行紡絲，形成聚酯纖維絲。傳統(tǒng)的紡絲包括熔融紡絲、干式紡絲、以及濕式紡絲等。就聚對苯二甲酸乙二酯聚酯纖維而言，一般藉由熔融紡絲的方式，使用聚對苯二甲酸乙二酯作為紡絲原料，形成聚對苯二甲酸乙二酯聚酯纖維。該種熔融紡絲先使紡絲原料進(jìn)行加熱以形成黏稠液體，再使該等熔融紡絲原料通過紡嘴，經(jīng)固化而形成單絲。所形成的單絲利用公知的抽絲條件進(jìn)行抽絲，例如藉由熱滾筒使單絲預(yù)熱并以適當(dāng)?shù)睦毂壤M(jìn)行拉伸，而制得本發(fā)明經(jīng)改質(zhì)的聚對苯二甲酸乙二酯聚酯纖維。惟，在紡織的相關(guān)領(lǐng)域中，特別是有關(guān)于合成纖維的制造，″紡絲″指由聚合物熔融液體制成纖維，或由天然、合成、或混合形成的紗線與纖維一起卷曲紡織。
以下茲藉由較佳具體實例，進(jìn)一步詳述本發(fā)明的特點及功效。
實施例1使乙二醇與二乙氧化2-甲基-1，3-丙二醇以93∶7的摩爾比形成雙醇混合物，再以1.2∶1的摩爾比使該雙醇混合物與對苯二甲酸于1公斤/平方公分(G)的壓力以及250℃的溫度條件下，以95％的轉(zhuǎn)化率進(jìn)行酯化反應(yīng)，而形成低聚合的寡聚物。將350ppm的三氧化銻加入所制得的寡聚物中作為催化劑，在1torr的壓力以及280℃的溫度條件下進(jìn)行縮聚合反應(yīng)，歷時3小時，獲得特性黏度為0.6dl/g的聚酯聚合物。
進(jìn)行擠壓切粒使該聚酯聚合物形成圓柱狀聚酯顆粒，待該聚酯顆粒干燥后，將其熔融于擠壓機中，藉由20個直徑0.25mm的紡嘴以3200m/min的速度擠壓紡絲，再以80℃的熱滾筒、130℃的熱平板于500m/min的速度下進(jìn)行抽絲，形成75丹尼爾/40單絲的復(fù)絲紗，抽絲比例為1.7。接著，將該等抽絲紗編織成襪管，在100℃下進(jìn)行染色，作為樣品1。另一方面，使用未經(jīng)改質(zhì)的聚對苯二甲酸乙二酯進(jìn)行上述相同步驟編織成襪管，在130℃下進(jìn)行染色作為標(biāo)準(zhǔn)品并將其染色力度定為100％，根據(jù)AATCC測試方法61 2A測試水洗堅牢度。記錄該標(biāo)準(zhǔn)品與樣品1的染色力度以及水洗堅牢度，其結(jié)果如表1所示。

實施例2依實施例1的相同方法，使乙二醇與二乙氧化2-甲基-1，3-丙二醇以95∶5的摩爾比形成雙醇混合物，再以1.2∶1的摩爾比使該雙醇混合物與對苯二甲酸進(jìn)行聚合反應(yīng)以及紡絲，并將所形成的抽絲紗編織成襪管，于100℃下進(jìn)行染色，作為樣品2。另一方面，使用未經(jīng)改質(zhì)的聚對苯二甲酸乙二酯進(jìn)行上述相同步驟編織成襪管，于130℃下進(jìn)行染色作為標(biāo)準(zhǔn)品，并將其染色力度定為100％，根據(jù)AATCC測試方法61 2A測試水洗堅牢度。記錄該標(biāo)準(zhǔn)品與樣品2的染色力度以及水洗堅牢度，其結(jié)果如表2所示。

實施例3依實施例1的相同方法，使乙二醇與二丙氧化2-甲基-1，3-丙二醇以93∶7的摩爾比形成雙醇混合物，再以1.2∶1的摩爾比使該雙醇混合物與對苯二甲酸進(jìn)行聚合反應(yīng)以及紡絲，并將所形成的抽絲紗編織成襪管，于100℃下進(jìn)行染色，作為樣品3。另一方面，使用未經(jīng)改質(zhì)的聚對苯二甲酸乙二酯進(jìn)行上述相同步驟編織成襪管，于130℃下進(jìn)行染色作為標(biāo)準(zhǔn)品，并將其染色力度定為100％，根據(jù)AATCC測試方法61 2A測試水洗堅牢度。記錄該標(biāo)準(zhǔn)品與樣品3的染色力度以及水洗堅牢度，其結(jié)果如表3所示。

比較例1依實施例1的相同方法，使乙二醇與2-甲基-1，3-丙二醇以95∶5的摩爾比形成雙醇混合物，再以1.2∶1的摩爾比使該雙醇混合物與對苯二甲酸進(jìn)行聚合反應(yīng)以及紡絲，并將所形成的抽絲紗編織成襪管，于100℃下進(jìn)行染色，作為比較樣品4。另一方面，使用未經(jīng)改質(zhì)的聚對苯二甲酸乙二酯進(jìn)行上述相同步驟編織成襪管，于130℃下進(jìn)行染色作為標(biāo)準(zhǔn)品，并將其染色力度定為100％，根據(jù)AATCC測試方法61 2A測試水洗堅牢度。記錄該標(biāo)準(zhǔn)品與比較樣品4的染色力度以及水洗堅牢度，其結(jié)果如表4所示。

比較例2依實施例1的相同方法，使1，3-丙二醇與對苯二甲酸以1.2∶1的摩爾比進(jìn)行聚合反應(yīng)以及紡絲，并將所形成的抽絲紗編織成襪管，于100℃下進(jìn)行染色，作為比較樣品5。將該比較樣品5以及實施例1的標(biāo)準(zhǔn)品與樣品1所測得的染色力度以及水洗堅牢度，記錄于下表5中。

由上述結(jié)果可知，經(jīng)烷氧化2-甲基-1，3-丙二醇改質(zhì)的聚對苯二甲酸乙二酯聚酯纖維，可于100℃的溫度條件下進(jìn)行染色，并具有與未經(jīng)改質(zhì)的聚對苯二甲酸丙二酯聚酯纖維相同的染色力度以及水洗堅牢度，能夠應(yīng)用在更廣泛的范疇。
權(quán)利要求
1.一種改質(zhì)聚酯纖維，它由烷氧化2-甲基-1，3-丙二醇、烷二醇以及對苯二甲酸或其烷酯進(jìn)行聚合反應(yīng)制得。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改質(zhì)聚酯纖維，其中，該烷氧化2-甲基-1，3-丙二醇的用量以該烷氧化2-甲基-1，3-丙二醇以及烷二醇的總量計為1至15摩爾％。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的改質(zhì)聚酯纖維，其中，該烷氧化2-甲基-1，3-丙二醇的用量以該烷氧化2-甲基-1，3-丙二醇以及烷二醇的總量計為2至8摩爾％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改質(zhì)聚酯纖維，其中，該烷氧化2-甲基-1，3-丙二醇具有式(I)的結(jié)構(gòu) 式中，X與Y分別獨立地選自具有2至4個碳原子的直鏈伸烷基、支鏈伸烷基，以及m與n分別獨立為0至6的整數(shù)，且m與n至少一者不為0。
5.一種制造改質(zhì)聚酯纖維的方法，包括下列步驟使烷氧化2-甲基-1，3-丙二醇、對苯二甲酸或其烷酯、以及烷二醇進(jìn)行聚合反應(yīng)，形成聚酯共聚物；以及使該聚酯共聚物經(jīng)紡絲制得經(jīng)改質(zhì)的聚酯纖維。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，該烷二醇為乙二醇。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，該烷氧化2-甲基-1，3-丙二醇的用量以該烷氧化2-甲基-1，3-丙二醇以及乙二醇的總量計為1至15摩爾％。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其中，該烷氧化2-甲基-1，3-丙二醇的用量以該烷氧化2-甲基-1，3-丙二醇以及乙二醇的總量計為2至8摩爾％。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，該烷氧化2-甲基-1，3-丙二醇具有式(I)的結(jié)構(gòu) 式中，X與Y分別獨立地選自具有2至4個碳原子的直鏈伸烷基、支鏈伸烷基，以及m與n分別獨立為0至6的整數(shù)，且m與n至少一者不為0。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種經(jīng)改質(zhì)的聚酯纖維及其制法，本發(fā)明的改質(zhì)聚酯纖維包括烷氧化2－甲基－1，3－丙二醇成分，它具有低溫易染以及染料不易洗出的特性；該改質(zhì)聚酯纖維的制法是先使烷氧化2－甲基－1，3－丙二醇與烷二醇以及對苯二甲酸或其烷酯進(jìn)行聚合反應(yīng)，再經(jīng)紡絲制得經(jīng)改質(zhì)的聚酯纖維。本發(fā)明經(jīng)改質(zhì)的聚酯纖維可在低溫下進(jìn)行染色，并具有優(yōu)異的染色力度以及水洗堅牢度，從而能夠廣泛地應(yīng)用于合成纖維的制造。
文檔編號D01F6/62GK1534114SQ0312114
公開日2004年10月6日 申請日期2003年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月28日
發(fā)明者陳顯彰, 周俊彥, 王興運, 陳男銘 申請人:大連化學(xué)工業(yè)股份有限公司