專利名稱：聚對苯二甲酸丙二醇酯雙組分纖維工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及雙組分聚對苯二甲酸丙二醇酯纖維及其制造方法。
背景技術(shù)：
聚對苯二甲酸丙二醇酯(也稱為“3GT”或“PTT”)作為用于紡織品、地毯、包裝和其它最終用途的聚合物，近來受到廣泛關(guān)注。紡織品和地毯纖維具有優(yōu)異的物理和化學(xué)性能。
眾所周知，雙組分纖維具有理想的卷曲收縮性能，這里兩種組分具有不同取向度，正如不同的特性粘度所示。這提高了所述纖維的使用價值。
美國專利第3,454,460號和第3,671,379號公開了雙組分聚酯紡織纖維。但都沒有提到各組分物理性能不同的相同聚合物例如聚對苯二甲酸丙二醇酯的雙組分纖維，如皮芯型或并列型纖維。
WO 01/53573 A1公開了一種生產(chǎn)并列型或偏心皮芯型雙組分纖維的紡絲工藝，其中兩種組分分別含有聚對苯二甲酸乙二醇酯和聚對苯二甲酸丙二醇酯。由于聚對苯二甲酸乙二醇酯的存在，纖維和由其制成的織物手感比聚對苯二甲酸丙二醇酯單組分纖維和織物粗糙。此外，由于聚對苯二甲酸乙二醇酯的存在，這些纖維及其織物需要高壓染色。
結(jié)合在此以作參考的U.S.4,454,196和4,410,473描述了一種基本上由絲組(I)和(II)構(gòu)成的聚酯復(fù)絲。絲組(I)由選自聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚對苯二甲酸丙二醇酯和聚對苯二甲酸丁二醇酯的聚酯，和/或包含至少兩種選自這些聚酯的成分的共混物和/或共聚物組成。絲組(II)由基質(zhì)構(gòu)成，該基質(zhì)由(a)選自聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚對苯二甲酸丙二醇酯和聚對苯二甲酸丁二醇酯的聚酯，和/或包含至少兩種選自這些聚酯的成分的共混物和/或共聚物；和(b)0.4-8％重量的至少一種選自苯乙烯型聚合物、甲基丙烯酸酯型聚合物和丙烯酸酯型聚合物的聚合物組成。該絲可從不同的噴絲板擠出，但優(yōu)選從同一噴絲板擠出。優(yōu)選使這些絲共混，然后交纏，以使它們交絡(luò)，然后使其經(jīng)受拉伸或拉伸-變形。實施例介紹了如何由聚對苯二甲酸乙二醇酯和聚甲基丙烯酸甲酯(實施例1)以及聚苯乙烯(實施例3)，還有聚對苯二甲酸丁二醇酯和聚丙烯酸乙酯(實施例4)制造(II)型絲。實施例中未使用聚對苯二甲酸丙二醇酯。這些復(fù)絲的公開內(nèi)容不包括對多組分纖維的公開。
JP11-189925中描述了皮芯型纖維的制造，該皮芯型纖維含有作為皮層成分的聚對苯二甲酸丙二醇酯和作為芯層成分的聚合物共混物，該共混物含有基于纖維總重量為0.1-10％重量的聚苯乙烯基聚合物。根據(jù)該申請，通過添加低軟化點(diǎn)聚合物如聚苯乙烯來抑制分子取向的工藝無法實施。(參考JP56-091013和其它專利申請。)據(jù)描述，當(dāng)經(jīng)受假捻(也稱為“變形”)等處理時，存在于表層的低熔點(diǎn)聚合物有時會引起熔融。其它提到問題包括云斑、染色不勻、混合不勻和斷絲。根據(jù)該申請，芯層含有聚苯乙烯，而皮層不含有。實施例1描述了皮芯纖維的制造，其皮層為聚對苯二甲酸丙二醇酯，芯層為聚苯乙烯和聚對苯二甲酸丙二醇酯的共混物，其中聚苯乙烯總共占纖維重量的4.5％。
JP2002-56918A公開了皮芯型或并列型雙組分纖維，其中一側(cè)(A)含有至少85％摩爾的聚對苯二甲酸丙二醇酯，另一側(cè)含有(B)至少85％摩爾的與0.05-0.20％摩爾三官能共聚單體共聚的聚對苯二甲酸丙二醇酯；或者另一側(cè)含有(C)至少85％摩爾的未與三官能共聚單體共聚的聚對苯二甲酸丙二醇酯，其中(C)的比濃對數(shù)粘度比(A)的少0.15-0.30。該文獻(xiàn)指出了對所得雙組分纖維在130℃進(jìn)行高壓染色。
希望制造具有良好伸長、柔軟手感和良好上染率且可高速紡絲和常壓染色的纖維。
同時希望在纖維性能不變差的情況下，通過采用高速紡絲工藝來提高并列型或偏心皮芯型聚對苯二甲酸丙二醇酯雙組分纖維的產(chǎn)能。
發(fā)明簡述本發(fā)明的第一方面涉及一種方法，該方法包括(a)提供兩種聚對苯二甲酸丙二醇酯熔體；(b)改變至少一種上述聚合物的特性粘度，使改變后所述兩種聚合物的特性粘度相差至少約0.03dL/g；(c)將所述兩種聚對苯二甲酸丙二醇酯熔體供應(yīng)給噴絲板；(d)由所述聚對苯二甲酸丙二醇酯熔體紡制雙組分纖維。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選方面，所述兩種聚對苯二甲酸丙二醇酯聚合物熔體可通過下述操作制備(a)提供兩種不同的再熔系統(tǒng)；和(b)將聚對苯二甲酸丙二醇酯在各再熔系統(tǒng)中進(jìn)行再熔化，在此對至少一個再熔系統(tǒng)進(jìn)行操作，使聚對苯二甲酸丙二醇酯熔體的特性粘度相差至少約0.03dL/g。
優(yōu)選使一個再熔系統(tǒng)中的聚對苯二甲酸丙二醇酯的粘度降低最好至少約0.03dL/g?；蛘?，使一個再熔系統(tǒng)中的聚對苯二甲酸丙二醇酯的粘度升高最好至少約0.03dL/g。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，采用下述的至少一項來改變一個再熔系統(tǒng)中的聚對苯二甲酸丙二醇酯的特性粘度(a)聚對苯二甲酸丙二醇酯含水量；(b)熔體溫度；和(c)熔體停留時間。
優(yōu)選聚對苯二甲酸丙二醇酯熔體的特性粘度在改變后相差至少約0.03-約0.5dL/g。
根據(jù)本發(fā)明制造的纖維可以采取各種形狀。所述纖維可以是皮芯型。優(yōu)選所述纖維為并列型或偏心皮芯型。更優(yōu)選所述纖維為海島型或餡餅形(pie-shaped)。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，并列型或偏心皮芯型雙組分纖維為部分取向復(fù)絲。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種制造包含聚對苯二甲酸丙二醇酯雙組分絲的雙組分自卷曲絲的方法包括(a)提供兩種聚對苯二甲酸丙二醇酯熔體；(b)改變至少一種上述聚合物的特性粘度，使改變后所述兩種聚合物的特性粘度相差至少約0.03dL/g；(c)將所述兩種聚對苯二甲酸丙二醇酯熔體輸送至噴絲板；(d)由聚對苯二甲酸丙二醇酯熔體紡制雙組分纖維，其中所述纖維為并列型或偏心皮芯型的部分取向復(fù)絲；(e)將該部分取向絲卷繞到絲筒上；(f)將絲從絲筒上退卷下來；(g)拉伸該雙組分纖維制得拉伸絲；(h)熱處理該拉伸纖維；和(i)將纖維卷繞到絲筒上。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明方法包括拉伸、熱處理并將纖維切斷成短纖維。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種制造聚對苯二甲酸丙二醇酯雙組分自卷曲短纖的方法包括(a)提供兩種聚對苯二甲酸丙二醇酯；(b)改變至少一種上述聚合物的特性粘度，使改變后所述兩種聚合物的特性粘度相差至少約0.03dL/g；
(c)將所述聚對苯二甲酸丙二醇酯通過噴絲板熔紡形成至少一種具有并列型或偏心皮芯型橫截面的雙組分纖維；(d)使纖維通過噴絲板下方的驟冷區(qū)；(e)在約50℃到約170℃的溫度下，以約1.4到約4.5的拉伸比拉伸該纖維；(f)在約110℃到約170℃的溫度下對拉伸纖維進(jìn)行熱處理；(g)任選使該絲交絡(luò)；并(h)卷繞該絲。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種制造聚對苯二甲酸丙二醇酯雙組分自卷曲短纖的方法包括(a)提供兩種聚對苯二甲酸丙二醇酯；(b)改變至少一種上述聚合物的特性粘度，使改變后所述兩種聚合物的特性粘度相差至少約0.03dL/g；(c)將所述組合物通過噴絲板熔紡形成至少一種具有并列型或偏心皮芯型橫截面的雙組分纖維；(d)使纖維通過噴絲板下方的驟冷區(qū)；(e)任選卷繞纖維或者將其放置于盛絲桶中；(f)拉伸纖維；(g)熱處理該拉伸纖維；(h)將纖維切斷成約0.5-約6英寸的短纖。
優(yōu)選各組分含有以組分中的聚合物重量計為至少約95％的聚對苯二甲酸丙二醇酯。
優(yōu)選所述聚對苯二甲酸丙二醇酯各自含有至少約95％摩爾的三聚對苯二甲酸丙二醇酯重復(fù)單元。
在本發(fā)明的另一個實施方案中，一種制造聚對苯二甲酸丙二醇酯自卷曲雙組分短纖的方法包括
(b)提供特性粘度相差約0.03-約0.5dl/g的兩種不同的聚對苯二甲酸丙二醇酯；(c)將所述組合物通過噴絲板熔紡形成至少一種具有并列型或偏心皮芯型橫截面的雙組分纖維；(d)使纖維通過噴絲板下方的驟冷區(qū)；(e)任選卷繞纖維或者將其放置于盛絲桶中；(f)拉伸纖維；(g)熱處理該拉伸纖維；和(h)將纖維切斷成約0.5-約6英寸的短纖；其中所述兩種不同的聚對苯二甲酸丙二醇酯可通過下述操作制備(i)提供兩種不同的再熔系統(tǒng)；和(ii)將聚對苯二甲酸丙二醇酯在各再熔系統(tǒng)中進(jìn)行再熔化，在此對至少一個再熔系統(tǒng)進(jìn)行操作，使聚對苯二甲酸丙二醇酯熔體的特性粘度相差至少約0.03dL/g。
附圖簡述

圖1例舉了一種可用于制造本發(fā)明產(chǎn)品的側(cè)吹風(fēng)冷卻熔紡裝置。
圖2例舉了一種可與圖1的熔紡裝置結(jié)合使用的輥排列。
發(fā)明詳述本發(fā)明涉及一種制造聚對苯二甲酸丙二醇酯雙組分纖維的方法，該方法包括(a)提供兩種聚對苯二甲酸丙二醇酯熔體；(b)改變至少一種上述聚合物的特性粘度，使改變后所述兩種聚合物的特性粘度相差至少約0.03dL/g；(c)將所述兩種聚對苯二甲酸丙二醇酯熔體供應(yīng)給噴絲板；和(d)由所述聚對苯二甲酸丙二醇酯熔體紡雙組分纖維。
優(yōu)選所述兩種聚對苯二甲酸丙二醇酯聚合物熔體通過下述操作制備(a)提供兩種不同的再熔系統(tǒng)；和(b)將聚對苯二甲酸丙二醇酯在各再熔系統(tǒng)中進(jìn)行再熔化，在此對至少一個再熔系統(tǒng)進(jìn)行操作，使聚對苯二甲酸丙二醇酯熔體的特性粘度相差至少約0.03dL/g。
在一個具有代表性的操作中，將通常為薄片的聚對苯二甲酸丙二醇酯聚合物原料從一個或多個進(jìn)料斗進(jìn)料至兩臺擠出機(jī)中。加熱聚對苯二甲酸丙二醇酯并使之最終在擠出機(jī)中熔融，然后經(jīng)由兩個獨(dú)立的計量泵進(jìn)料至形成雙組分纖維的噴絲頭。本發(fā)明的工藝在從進(jìn)料斗直到噴絲板的一個或多個區(qū)域?qū)嵤?br> 進(jìn)料至各再熔系統(tǒng)的聚對苯二甲酸丙二醇酯聚合物原料可以相同，也可以不同。即，可以將相同的聚對苯二甲酸丙二醇酯聚合物原料進(jìn)料至各再熔系統(tǒng)中，僅僅通過再熔系統(tǒng)的操作使最終所得雙組分纖維中聚對苯二甲酸丙二醇酯成分的IV產(chǎn)生差異。
或者，可以將IV已經(jīng)不同的兩種不同的聚對苯二甲酸丙二醇酯聚合物原料進(jìn)料至兩個再熔系統(tǒng)中，并且可控制再熔系統(tǒng)的操作來提高(或降低)已有的IV差，以制造具有所需IV差的聚對苯二甲酸丙二醇酯雙組分纖維。
需要提起注意的是，兩種聚合物的特性粘度的初始差異可以小于(例如相同的IV)或大于0.03dL/g，只要改變至少一種聚合物的特性粘度后，IV差至少為約0.03dL/g即可。作為非限定性舉例，在第一種聚合物的IV低于第二種聚合物的IV，且IV差小于0.03dL/g的情況下，可通過下述操作使其落進(jìn)本發(fā)明范圍內(nèi)，以實現(xiàn)IV差為至少約0.03dL/g(1)降低第一種聚合物的IV；(2)提高第一種聚合物的IV；(3)降低第二種聚合物的IV；(4)提高第二種聚合物的IV或(4)改變兩種聚合物的IV。
在實施本發(fā)明工藝時變化的再熔/紡絲系統(tǒng)操作中的變量(參數(shù))包括再熔溫度、再熔聚合物原料在再熔系統(tǒng)中的停留時間以及再熔聚合物的含濕水平(水含量)或調(diào)節(jié)后的含濕水平。
給定IV的聚對苯二甲酸丙二醇酯在再熔時IV通常會降低(減小)。聚對苯二甲酸丙二醇酯所經(jīng)受的再熔溫度越高，IV的降低越大。在實施本發(fā)明時，采用在約235℃-約295℃范圍內(nèi)的再熔溫度。對275℃-295℃的較高溫度范圍內(nèi)的操作必須進(jìn)行嚴(yán)密控制，因為在這樣的溫度范圍內(nèi)IV的變化非?？?。優(yōu)選的溫度范圍是約235℃-270℃。通常在擠出機(jī)中測量和控制再熔溫度。但是，在實際實施本發(fā)明工藝時，可以對任何輸送管道、進(jìn)料泵或熔體儲存槽的溫度進(jìn)行有利的變化。
紡絲前再熔聚合物在再熔系統(tǒng)中的停留時間通常通過再熔/紡絲設(shè)備的物理設(shè)定進(jìn)行控制?？梢詫υO(shè)備進(jìn)行適當(dāng)排列，以獲得所需的停留時間和兩個再熔系統(tǒng)間的停留時間差?；蛘撸梢圆捎糜嬃勘?、任選采用的熔體儲存槽或循環(huán)回路以提供在同一設(shè)備中的可變的停留時間。較長的停留時間與更低的所得聚合物的IV相對應(yīng)。實際上，實驗室設(shè)備采用約1至約7分鐘的停留時間。而生產(chǎn)規(guī)模的設(shè)備則希望采用約10至約20分鐘的停留時間。在實施本發(fā)明時，可以控制總的停留時間，即從聚對苯二甲酸丙二醇酯聚合物原料被熔融開始，經(jīng)過任何輸送管線和設(shè)備直到形成纖維為止的時間。
即將被再熔的聚合物的濕度也會影響再熔/紡絲操作過程中的IV和IV的變化。原料聚合物的濕度越高，通過再熔循環(huán)觀察到的IV的降低越大。除了原料聚合物的含濕水平(水含量)外，還可通過改變從進(jìn)料斗到擠出機(jī)的系統(tǒng)的操作來改變含濕水平。實際上，通常用氮?dú)獾榷栊詺怏w對進(jìn)料斗-擠出機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)，以使聚合物降解減到最小?？梢詺怏w體積、速度、溫度和含濕量的變化來控制和改變該惰性氣體保護(hù)，以獲得聚合物濕度的相應(yīng)變化。而且，也有可能需要在將聚合物薄片引進(jìn)擠出機(jī)的位置或者在擠出機(jī)的機(jī)筒中導(dǎo)入水，可為水蒸氣形式，以增加聚合物的水含量。
實施本發(fā)明時，在包括兩個再熔系統(tǒng)的再熔/紡絲系統(tǒng)中，習(xí)慣上使一個再熔系統(tǒng)的操作保持恒定，而改變另一個系統(tǒng)的操作來實現(xiàn)IV差。然而，獨(dú)立地對兩個再熔系統(tǒng)都進(jìn)行變化也在本發(fā)明范圍內(nèi)。
本發(fā)明工藝的實際操作可以對最終所得雙組分纖維中聚對苯二甲酸丙二醇酯組分的IV差進(jìn)行控制。通常，兩種組分間的IV差越大，卷曲收縮越大，從而所得雙組分纖維的值越大。
而且，本發(fā)明的實際操作還可以提高纖維品質(zhì)，因為工藝的控制參數(shù)使產(chǎn)品更具均一性。
此外，本發(fā)明的實施有可能減少原料的存量，從而提高工序的效率。通過本發(fā)明工藝的操作，可以用最少的不同IV原料制造各種各樣的雙組分纖維，其中兩種聚對苯二甲酸丙二醇酯組分間的差異可大量變化。在最終的簡化中，如上所述，可由單一的聚對苯二甲酸丙二醇酯原料制造纖維組分具有不同IV的雙組分纖維。
本文所用的“雙組分纖維”是指含有一對沿纖維長度方向相互緊密粘結(jié)的聚合物的纖維，從而纖維橫截面可為并列型、偏心皮芯型或其它可產(chǎn)生有用卷曲的合適的橫截面。
在沒有相反表示的情況下，“聚對苯二甲酸丙二醇酯”(“3GT”或“PTT”)是指包括含有至少70％摩爾對苯二甲酸丙二醇酯重復(fù)單元的均聚物和共聚物以及含有至少70％摩爾均聚物或共聚聚酯的聚合物組合物。優(yōu)選的聚對苯二甲酸丙二醇酯類含有至少85％摩爾，更優(yōu)選至少90％摩爾，進(jìn)而更優(yōu)選至少95％摩爾或至少98％摩爾，最優(yōu)選約100％摩爾的對苯二甲酸丙二醇酯重復(fù)單元。
共聚物的例子包括用三種或多種各自具有兩個成酯基團(tuán)的反應(yīng)物制成的共聚聚酯。例如，可以采用這樣的共聚對苯二甲酸丙二醇酯，該酯中用于形成共聚聚酯的共聚單體選自具有4-12個碳原子的直鏈、環(huán)狀和支鏈狀脂族二羧酸(例如丁二酸、戊二酸、己二酸、十二烷二酸和1，4-環(huán)己二羧酸)；對苯二甲酸以外的具有8-12個碳原子的芳族二羧酸(例如間苯二甲酸和2，6-萘二羧酸)；具有2-8個碳原子的直鏈、環(huán)狀和支鏈狀脂族二醇(除1，3-丙二醇以外，例如乙二醇、1，2-丙二醇、1，4-丁二醇、3-甲基-1，5-戊二醇、2，2-二甲基-1，3-丙二醇、2-甲基-1，3-丙二醇和1，4-環(huán)己二醇)；以及具有4-10個碳原子的脂族和芳族醚二醇(例如氫醌雙(2-羥乙基)醚或者分子量低于約460的聚亞乙基醚二醇(poly(ethylene ether)glycol)，包括二亞乙基醚二醇)。所述共聚單體在共聚聚酯中的含量通常為約0.5-15％摩爾，并且最高為到30％摩爾。
所述聚對苯二甲酸丙二醇酯可含有少量的其它共聚單體，這樣的共聚單體通常選擇那些不會對性能有顯著負(fù)面影響的單體。所述其它共聚單體包括例如約0.2-5％摩爾含量的5-鈉磺基間苯二甲酸鹽。為控制粘度，可混入極少量的三官能共聚單體，例如偏苯三酸。
所述聚對苯二甲酸丙二醇酯可與最多30％摩爾的其它聚合物共混。其例子有如上所述的由其它二元醇制成的聚酯，。優(yōu)選的聚對苯二甲酸丙二醇酯類含有至少85％摩爾，更優(yōu)選至少90％摩爾，進(jìn)而更優(yōu)選至少95％摩爾或至少98％摩爾，最優(yōu)選約100％摩爾的聚對苯二甲酸丙二醇酯聚合物。
本發(fā)明所用聚對苯二甲酸丙二醇酯的特性粘度范圍為約0.60dL/g至最高約2.0dL/g，更優(yōu)選至最高1.5dL/g，最優(yōu)選至最高約1.2dL/g。優(yōu)選聚對苯二甲酸丙二醇酯的IV差為至少約0.03dL/g，更優(yōu)選至少約0.10dL/g，并且優(yōu)選最高至約0.5dL/g，更優(yōu)選最高至約0.3dL/g。
聚對苯二甲酸丙二醇酯和制備聚對苯二甲酸丙二醇酯的優(yōu)選制造技術(shù)見述于U.S.5,015,789、5,276,201、5,284,979、5,334,778、5,364,984、5,364,987、5,391,263、5,434,239、5,510,454、5,504,122、5,532,333、5,532,404、5,540,868、5,633,018、5,633,362、5,677,415、5,686,276、5,710,315、5,714,262、5,730,913、5,763,104、5,774,074、5,786,443、5,811,496、5,821,092、5,830,982、5,840,957、5,856,423、5,962,745、5,990,265、6,235,948、6,245,844、6,255,442、6,277,289、6,281,325、6,312,805、6,325,945、6,331,264、6,335,421、6,350,895和6,353,062、EP 998 440、WO 00/14041和98/57913、H.L.Traub，“Synthesis and textilchemische Eigenschaften des Poly-Trimethyleneterephthalats”，Dissertation Universitat Stuttgart(1994)和S.Schauhoff，“New Developments in the Production of Poly(trimethyleneterephthalate)(PTT)”，Man-Made Fiber Year Book(1996年9月)，以及美國專利申請第10/057,497號，所有這些文獻(xiàn)都結(jié)合在此以作參考?？稍诒景l(fā)明中用作聚酯的聚對苯二甲酸丙二醇酯類可從美國特拉華州威爾明頓市的納幕爾杜邦公司購得，其商品名為Sorona。
如結(jié)合在此以作參考的2000年11月8日提出的美國專利申請第09/708,209號(對應(yīng)于WO 01/34693)或2002年8月24日提出的09/938,209中所述，聚對苯二甲酸丙二醇酯可以是酸性染料可染性聚酯組合物。美國專利申請第09/708,209號中所述聚對苯二甲酸丙二醇酯類可含有仲胺或仲胺鹽，其量需足以提高酸性染料可染的和經(jīng)酸性染料染色的聚酯組合物的酸性染料可染能力。優(yōu)選該仲胺單元在組合物中的存在量為至少約0.5％摩爾，更優(yōu)選為至少1％摩爾。以組合物重量為基準(zhǔn)，仲胺單元在聚合物組合物中的存在量優(yōu)選為約15％摩爾或更少，更優(yōu)選為約10％摩爾或更少，最優(yōu)選為5％摩爾或更少。美國專利申請第09/938,760號所述酸性染料可染聚對苯二甲酸丙二醇酯組合物含有聚對苯二甲酸丙二醇酯和基于叔胺的聚合添加劑。該聚合添加劑由(i)含有三胺的仲胺或仲胺鹽單元和(ii)一種或多種其它的單體和/或聚合物單元制備。一種優(yōu)選的聚合添加劑含有選自聚-亞氨基-二亞烷基-對苯二甲酰胺、-間苯二甲酰胺和-1，6-萘二甲酰胺及其鹽的聚酰胺?？捎糜诒景l(fā)明的聚對苯二甲酸丙二醇酯還可以是陽離子染料可染的或被陽離子染料染色的組合物，如結(jié)合在此以作參考的美國專利6,312,805中所述的那些組合物，以及被染色或含有染料的組合物。
可以向聚對苯二甲酸丙二醇酯中加入其它聚合添加劑，以提高強(qiáng)度、便于擠出后加工或帶來其它優(yōu)點(diǎn)。例如，可以加入約0.5-約5％摩爾的少量1，6-己二胺，以增加本發(fā)明的酸性染料可染性聚酯組合物的強(qiáng)度和加工性能?？梢约尤爰s0.5-約5％摩爾的少量聚酰胺如尼龍6或尼龍6-6，以提高本發(fā)明的酸性染料可染聚酯組合物的強(qiáng)度和加工性能。如結(jié)合在此以作參考的U.S.6,245,844中所述，可以加入成核劑，優(yōu)選為0.005-2％重量的選自對苯二甲酸一鈉、萘二羧酸一鈉和間苯二甲酸一鈉的二羧酸的一鈉鹽作為成核劑。
如果需要，所述聚對苯二甲酸丙二醇酯聚合物可含有添加劑，例如消光劑、成核劑、熱穩(wěn)定劑、增粘劑、熒光增白劑、顏料和抗氧化劑?？梢栽诰蹖Ρ蕉姿岜减ァ⑺鼋M合物或纖維制造過程中加入TiO2或其它顏料。(參見結(jié)合在此以作參考的例如美國專利申請?zhí)?,671,379、5,798,433和5,340,909、EP 699 700和847 960以及WO 00/26301。)備選的苯乙烯實施方案在一個備選的實施方案中，聚對苯二甲酸丙二醇酯可含有作為添加劑的苯乙烯聚合物?！氨揭蚁┚酆衔铩笔侵妇郾揭蚁┘捌溲苌?。優(yōu)選所述苯乙烯聚合物選自聚苯乙烯、烷基或芳基取代的聚苯乙烯和苯乙烯多組分聚合物，更優(yōu)選聚苯乙烯。最優(yōu)選所述苯乙烯聚合物為聚苯乙烯。
如果存在苯乙烯聚合物，則優(yōu)選其以基于組分中聚合物重量計為至少約0.1％，更優(yōu)選至少約0.5％，且優(yōu)選最高至約10％重量，更優(yōu)選最高至約5％重量，最優(yōu)選最高至約2％重量的組成量存在。
可以用多種技術(shù)制備聚對苯二甲酸丙二醇酯。優(yōu)選將聚對苯二甲酸丙二醇酯和苯乙烯聚合物熔融共混，然后擠出并切成粒。(“?！蓖ǔ＿@樣使用，而不考慮其形狀，所以“?！卑ㄓ袝r稱為“切片”、“薄片”等的產(chǎn)品。)然后將該粒子再熔融，并擠出成絲。術(shù)語“混合物”用以特指再熔融之前的子粒，而術(shù)語“共混物”用以指熔融組合物(例如再熔后)。共混物可通過將聚對苯二甲酸丙二醇酯粒子與聚苯乙烯在再熔過程中配混來制備，或者通過將熔融聚對苯二甲酸丙二醇酯進(jìn)料并在紡絲前使其與苯乙烯聚合物混合來制備。
所述聚對苯二甲酸丙二醇酯優(yōu)選含有至少約70％，更優(yōu)選至少約80％，進(jìn)而更優(yōu)選至少85％，更加優(yōu)選至少約90％，最優(yōu)選至少約95％，某些情況下進(jìn)一步更優(yōu)選至少98％的聚對苯二甲酸丙二醇酯(以組分中的聚合物重量計)。所述聚對苯二甲酸丙二醇酯優(yōu)選含有最多約100％重量的聚對苯二甲酸丙二醇酯，或者去掉所存在的苯乙烯聚合物量的100％重量。
所述聚對苯二甲酸丙二醇酯組合物優(yōu)選含有以組成中的聚合物重量計為至少約0.1％，更優(yōu)選至少約0.5％的苯乙烯聚合物。所述組合物優(yōu)選含有以組成中的聚合物重量計最多為約10％，更優(yōu)選最多為約5％，進(jìn)而更優(yōu)選最多為約3％，進(jìn)一步更優(yōu)選最多為約2％，最優(yōu)選最多為約1.5％的苯乙烯聚合物。在許多情況下，優(yōu)選的是約0.8％至約1％的苯乙烯聚合物。提到苯乙烯聚合物時是指至少一種苯乙烯聚合物，因為可以使用兩種或多種苯乙烯聚合物，所以所提到的量是指該聚合物組合物中所用苯乙烯聚合物的總量。
附圖論述現(xiàn)在參考附圖，圖1舉例說明了可用于本發(fā)明工藝的側(cè)吹風(fēng)熔紡裝置。驟冷氣體1通過壓力通風(fēng)系統(tǒng)4進(jìn)入噴絲板板面3下方的2區(qū)，流經(jīng)鉸鏈型擋板18并通過濾網(wǎng)5，形成大體上為層狀的氣流，穿過剛從噴絲板上的噴絲孔(圖中未顯示)中紡出的未固化纖維6。擋板18頂部為鉸鏈連接，可調(diào)節(jié)其位置以改變穿過2區(qū)的驟冷氣體的流動。噴絲板板面3從2區(qū)頂部凹進(jìn)一段距離A，從而使得驟冷氣體不會與剛紡出來的纖維接觸，而是直到經(jīng)過一段延遲后才接觸，在這段延遲期間纖維可被凹口側(cè)面加熱?；蛘?，如果噴絲板面不凹進(jìn)，則可通過在噴絲板面下方緊挨著設(shè)置一個同軸的短圓柱(圖中為顯示)來建立未加熱緩冷區(qū)。驟冷氣體，如果需要可以被加熱，繼續(xù)在纖維上流過，并進(jìn)入圍繞該裝置的空間。僅有少量氣體可被經(jīng)由纖維出口7離開2區(qū)的移動纖維帶走。可通過任選的上油輥10對已為固體的纖維上油，然后將該纖維送至圖2中所示的輥上。
圖2中，剛從例如圖1所示裝置中紡出的纖維6可經(jīng)過(任選的)上油輥10、繞過從動輥11、繞過輔助輥12，然后繞過經(jīng)加熱的喂入輥13。喂入輥13的溫度可以在約50℃至約70℃范圍內(nèi)。然后纖維可被經(jīng)加熱的拉伸輥14拉伸。拉伸輥14的溫度可在約50℃至約170℃范圍內(nèi)，優(yōu)選在約100℃至約120℃范圍內(nèi)。拉伸比(卷取速度與卷取輥或喂入輥速度之比)為約1.4-約4.5，優(yōu)選約3.0-約4.0。在成對輥13或成對輥14之間不需要提供明顯的張力(超過將纖維保持在輥上所必需的力)。
經(jīng)輥14拉伸后，纖維可由輥15進(jìn)行熱處理，繞經(jīng)任選的未加熱輥16(其調(diào)節(jié)絲張力以適合卷繞)，然后到達(dá)卷取17。熱處理也可以用一個或多個其它的加熱輥、蒸汽噴嘴或加熱室如“熱箱”進(jìn)行。熱處理可將纖維加熱至約110℃-約170℃，優(yōu)選約120℃-約160℃的溫度、以基本上恒定的長度進(jìn)行，例如通過圖2中的輥15進(jìn)行。熱處理的持續(xù)時間取決于絲旦數(shù)，重要的是纖維能達(dá)到與輥基本上相同的溫度。如果熱處理溫度太低，則在高溫、張力下，卷曲將減少，而收縮可增大。如果熱處理溫度太高，則工藝的可操作性將由于頻繁的纖維斷頭而變得困難。優(yōu)選熱處理輥與拉伸輥的速度基本上相同，以保持該工藝中這一位置的纖維張力基本上恒定，并由此避免纖維卷曲的損失。
另外，喂入輥可以未經(jīng)加熱，而拉伸通過也可對纖維進(jìn)行熱處理的拉伸-噴嘴和加熱拉伸輥進(jìn)行。網(wǎng)絡(luò)噴嘴可以任選位于拉伸/熱處理輥和卷取之間。
最后，對纖維進(jìn)行卷取。在本發(fā)明的產(chǎn)品制造中，具有代表性的卷取速度是3,200米/分鐘(mpm)。可采用的卷取速度范圍是約2,00mpm-6,000mpm。
實施例下面的實施例用于對本發(fā)明進(jìn)行舉例說明，并非是對本發(fā)明的限制。除非特別指出，否則所有的份、百分比等都以重量計。
特性粘度按照基于ASTM D 5225-92的自動化方法，采用Viscotek ForcedFlow Viscometer Y900(美國德克薩斯州休斯頓市Viscotek公司)，在19℃測定溶于50/50％重量三氟乙酸/二氯甲烷溶液的聚合物在0.4g/dL濃度時的特性粘度(IV)。然后將這些測得的粘度與按照ASTMD 4603-96在60/40wt.％苯酚/1，1，2，2-四氯乙烷中測定的標(biāo)準(zhǔn)粘度聯(lián)系起來，以達(dá)到所報導(dǎo)的固有值。纖維中聚合物的IV由實際紡成的雙組分纖維測定，或者，通過將聚合物暴露于與實際紡成雙組分纖維的聚合物相同的工藝條件下來測定纖維中聚合物的IV，不同之處在于對聚合物進(jìn)行紡絲時不用噴絲頭/噴絲板，從而兩種聚合物未合并成一根單絲。
強(qiáng)度和斷裂伸長采用Instron公司1122型號張力試驗儀測定下面實施例中提到的聚對苯二甲酸丙二醇酯的物理性能。更具體地說，按照ASTM D-2256測定斷裂伸長Eb和強(qiáng)度。
卷曲收縮除非另外指出，否則按照如下測定實施例中制造的雙組分纖維的卷曲收縮。將各樣品用絞絲框以約0.1gpd(0.09dN/tex)的張力形成5000±5總旦數(shù)(5550 dtex)的絞絲。將絞絲在70±°F(21±1℃)和65±2％相對濕度下保持最少16小時。將絞絲基本上垂直地懸掛于支架上，在絞絲底部懸掛1.5mg/den(1.35mg/dtex)砝碼(例如對于5550dtex絞絲懸掛7.5g)，使懸掛了砝碼的絞絲達(dá)到平衡長度，測定絞絲長度至1mm內(nèi)，并記錄為“Cb”。測試過程中絞絲上留有1.35mg/dtex的砝碼。然后，從絞絲底部懸掛一個500mg的砝碼(100mg/d；90mg/dtex)，并測量絞絲長度至1mm內(nèi)，記錄為“Lb”。通過下式計算卷曲收縮值(百分比)(熱定型前，如下對該測試的描述)“CCb”CCb＝100×(Lb-Cb)/Lb除去500g砝碼，然后將絞絲掛在支架上，1.35mg/dtex砝碼仍在原位，在約212°F(100℃)的烘箱中進(jìn)行熱定型，之后將支架和絞絲從烘箱中取出，并如上所述保持2小時。該步驟設(shè)計用來模擬工業(yè)干熱定型，這是在雙組分纖維中產(chǎn)生最終卷曲的一個途徑。如上所述測量絞絲的長度，將其長度記為“Ca”。將500g砝碼再次掛在絞絲上，如上所述測量絞絲長度，記錄為“La”。按照下式計算熱定型后卷曲收縮值(％)“CCa”CCa＝100×(La-Ca)/LaCCa記錄在表格中。
纖維制造用圖1所示裝置將具有表1所示特性粘度的聚對苯二甲酸丙二醇酯紡絲。將起始聚對苯二甲酸丙二醇酯干燥至含水量低于50ppm。噴絲板溫度保持低于265℃。后組合噴絲板凹進(jìn)紡絲甬道頂部4英寸(10.2cm)(圖1中的“A”)，從而驟冷氣體與僅經(jīng)過一段緩冷的初生纖維接觸。
在實施例的雙組分纖維紡絲中，用具有0.5-40磅/小時(0.23-18.1kg/hr)能力的Werner&Pfleiderer同向旋轉(zhuǎn)28mm擠出機(jī)熔融聚合物。在聚對苯二甲酸丙二醇酯(3GT)擠出機(jī)中獲得的最高熔體溫度為約265-275℃。用泵將聚合物輸送至紡絲頭。
用最大卷繞速度為6000mpm的Barmag SW6 2s 600轉(zhuǎn)繞機(jī)(德國Barmag AG)卷取纖維。。
所用噴絲板是后組合雙組分噴絲板，具有34對環(huán)形排列的噴絲孔，各對噴絲孔間的內(nèi)角為30°，噴絲孔直徑為0.64mm，噴絲孔長度為4.24mm。除非另有說明，否則纖維中兩種聚合物的重量比為50/50。用類似于圖1所示的裝置進(jìn)行驟冷。驟冷氣體為約20℃的室溫下空氣。纖維具有并列型橫截面。
在實施例中，所應(yīng)用的拉伸比是獲得雙組分纖維的最大可實施拉伸比。除非另有說明，否則在約70℃操作圖2中的輥13，在約90℃和3200mpm操作輥14，在約120℃-約160℃操作輥15。
實施例1用下表I所示條件如上所述進(jìn)行紡絲。
表I
*測定值，dL/g。
這些數(shù)據(jù)表明西區(qū)擠出機(jī)和東區(qū)擠出機(jī)之間的特性粘度(IV)差增加可使卷曲收縮(CCa)增加。使西區(qū)擠出機(jī)的纖維IV保持恒定，同時通過如表2所示改變聚合物熔體溫度和熔體停留時間來改變東區(qū)擠出機(jī)的纖維IV。
表2
給出本發(fā)明的上述實施方案是為了進(jìn)行舉例說明。但并不是窮舉，也并不意味著將本發(fā)明限定于所公開的這些嚴(yán)格形式。顯而易見，本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)本文公開的內(nèi)容對所述實施方案進(jìn)行許多變化和改進(jìn)。
權(quán)利要求
1.一種制造聚對苯二甲酸丙二醇酯雙組分纖維的方法，該方法包括(a)提供兩種聚對苯二甲酸丙二醇酯熔體；(b)改變至少一種上述聚合物的特性粘度，使改變后所述兩種聚合物的特性粘度相差至少約0.03dL/g；(c)將所述兩種聚對苯二甲酸丙二醇酯熔體供應(yīng)給噴絲板；和(d)由所述聚對苯二甲酸丙二醇酯熔體紡制雙組分纖維。
2.權(quán)利要求1的方法，其中采用下述的至少一項來改變聚對苯二甲酸丙二醇酯的特性粘度(a)聚對苯二甲酸丙二醇酯含水量；(b)熔體溫度；和(c)熔體停留時間。
3.權(quán)利要求1的方法，其中所述聚對苯二甲酸丙二醇酯熔體的特性粘度相差至少約0.03-約0.5dL/g。
4.權(quán)利要求1的方法，其中所述纖維為并列型、偏心皮芯型、皮芯型、海島型或餡餅形纖維。
5.權(quán)利要求4的方法，其中所述并列型或偏心皮芯型雙組分纖維為部分取向復(fù)絲。
6.權(quán)利要求1的方法，其中所述聚對苯二甲酸丙二醇酯雙組分纖維包含一種與最多為30％摩爾的共聚單體形成的共聚物。
7.權(quán)利要求6的方法，其中所述共聚物含有用三種或多種各自具有兩個成酯基團(tuán)的反應(yīng)物制成的共聚聚酯。
8.權(quán)利要求1的方法，其中將所述聚對苯二甲酸丙二醇酯與最多為30％摩爾的其它聚合物共混。
9.權(quán)利要求1的方法，其中所述聚對苯二甲酸丙二醇酯是酸性染料可染的，并且含有其量足以提高雙組分纖維的酸性染料可染性的仲胺、仲胺鹽或叔胺。
10.權(quán)利要求5的方法，該方法還包括(a)將部分取向絲卷繞到筒子上；(b)將絲從絲筒上退卷；(c)拉伸該雙組分長絲形成拉伸絲；(d)對該拉伸絲進(jìn)行熱處理；和(e)將該絲卷繞到筒子上。
11.權(quán)利要求10的方法，其中所述方法還包括拉伸、熱處理和將該纖維切斷成短纖。
12.一種制造包含卷曲的聚對苯二甲酸丙二醇酯雙組分纖維的全拉伸絲的方法，該方法包括下述步驟(a)提供兩種聚對苯二甲酸丙二醇酯；(b)改變至少一種上述聚合物的特性粘度，使改變后所述兩種聚合物的特性粘度相差至少約0.03dL/g；(c)將所述聚對苯二甲酸丙二醇酯從噴絲板熔紡形成至少一種具有并列型或偏心皮芯型橫截面的雙組分纖維；(d)使纖維通過噴絲板下方的驟冷區(qū)；(a)在約50-約170℃的溫度，以約1.4-約4.5的拉伸比拉伸該纖維；(f)在約110-約170℃熱處理該拉伸纖維；(g)任選使該絲交絡(luò)；和(h)卷取該絲。
13.一種制造聚對苯二甲酸丙二醇酯自卷曲雙組分短纖的方法，該方法包括(a)提供兩種聚對苯二甲酸丙二醇酯；(b)改變至少一種上述聚合物的特性粘度，使改變后所述兩種聚合物的特性粘度相差至少約0.03dL/g；(c)將所述組合物通過噴絲板熔紡形成至少一種具有并列型或偏心皮芯型橫截面的雙組分纖維；(d)使纖維通過噴絲板下方的驟冷區(qū)；(e)任選卷繞纖維或者將其放置于盛絲桶中；(f)拉伸纖維；(g)熱處理該拉伸纖維；和(h)將纖維切斷成約0.5-約6英寸的短纖。
14.權(quán)利要求2、12或13的方法，其中所述兩種聚對苯二甲酸丙二醇酯可通過下述操作制備(a)提供兩種不同的再熔系統(tǒng)；和(b)將聚對苯二甲酸丙二醇酯在各再熔系統(tǒng)中進(jìn)行再熔化，其中對至少一種再熔系統(tǒng)進(jìn)行操作，使所述兩種聚對苯二甲酸丙二醇酯熔體的特性粘度相差至少約0.03dL/g。
15.一種制造聚對苯二甲酸丙二醇酯自卷曲雙組分短纖的方法，該方法包括(a)提供兩種特性粘度相差約0.03-約0.5dl/g的不同的聚對苯二甲酸丙二醇酯；(b)將所述組合物通過噴絲板熔紡形成至少一種具有并列型或偏心皮芯型橫截面的雙組分纖維；(c)使纖維通過噴絲板下方的驟冷區(qū)；(d)任選卷繞纖維或者將其放置于盛絲桶中；(e)拉伸纖維；(f)熱處理該拉伸纖維；和(g)將纖維切斷成約0.5-約6英寸的短纖；其中所述兩種不同的聚對苯二甲酸丙二醇酯可通過下述操作制備(i)提供兩種不同的再熔系統(tǒng)；和(ii)將聚對苯二甲酸丙二醇酯在各再熔系統(tǒng)中進(jìn)行再熔化，其中對至少一種再熔系統(tǒng)進(jìn)行操作，使所述兩種聚對苯二甲酸丙二醇酯熔體的特性粘度相差至少約0.03dL/g。
全文摘要
一種制造并列型或偏心皮芯型雙組分纖維(6)的方法，其中各組分包括不同的聚對苯二甲酸丙二醇酯組合物。驟冷氣體(1)通過壓力通風(fēng)系統(tǒng)(4)進(jìn)入噴絲板面(3)(該噴絲板面(3)從區(qū)(2)頂部凹進(jìn)一段距離A)下面的區(qū)(2)，流經(jīng)鉸鏈型擋板(18)并通過濾網(wǎng)(5)，形成穿過未固化纖維(6)的大體上為層狀的氣流。纖維(6)通過出口(7)離開區(qū)(2)，并經(jīng)上油輥(10)上油。
文檔編號D01F8/14GK1662683SQ03814823
公開日2005年8月31日 申請日期2003年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月23日
發(fā)明者張進(jìn)昌, R·W·米勒 申請人:納幕爾杜邦公司