一種抗紫外、吸溼快幹聚酯纖維的製備方法

2023-06-16 22:27:06 2

專利名稱：一種抗紫外、吸溼快幹聚酯纖維的製備方法
技術領域：
本發明涉及一種多功能改性聚酯纖維的製備方法，特別涉及一種具有抗紫外、吸溼快幹複合功能的聚酯纖維的製備方法，屬於化學纖維技術領域。
背景技術：
聚酯纖維是為了彌補天然纖維產量不足而開發並迅速發展的。隨著人們生活水平的提高及聚酯產量的增加，在對其數量的需求得到滿足的同時，健康、舒適已越來越成為人們對紡織品的基本要求，未來紡織品將向舒適、健康的方向發展，以展現舒適性、功能性之特色。
聚酯纖維作為合成纖維中的三大主力纖維之一，因其優良的物理和化學特性而被廣泛應用於服裝面料以及其它非服裝領域。聚酯產品自問世以來，也曾以其懸垂性好、強度高而被下遊用戶當作主要紡織原料來織造各類紡織品。但由於它的疏水特性而在對吸溼性或吸水性要求較高的領域中的應用受到了限制。而天然纖維如純棉雖然具有較好的吸溼性，但因其保水率較高，導溼性能較差，應用範圍也受到了制約。如何能使一種纖維同時具有吸溼——散溼的高舒適性能是目前諸多纖維研究者和滌綸纖維生產廠家均在努力追求的目標。
在大氣上部25-30千米存在著一個不厚的臭氧層，它能吸收來自太陽的過量紫外，以保護地球上的生靈。由於人類活動大量地排放氟利昂之類的氯氟化烴化合物，使平流層臭氧遭到破壞，使到達地面的紫外線輻射量增多。適量的紫外線照射可促進維生素D的合成，但照射過度會損傷真皮及皮下組織，使皮膚變黑，造成皮膚老化，引起光老化、光敏感反應及免疫抑制，部分還參與日曬傷反應。納米氧化鋅由於小粒度效應及晶格上存在的缺陷，使其具有吸收紫外線發生電子躍遷的特殊性質，利用該特性，通過在聚酯聚合過程中添加和塗覆可製得抗紫外聚酯切片。
國內製備具有複合功能聚酯纖維的方法，主要有功能母粒添加法、織物後整理法等，前者的缺點是功能添加劑的均勻性較差，且影響其可紡性；後者的缺點是耐洗滌性差。兩者的以上缺點極大地限制了其應用推廣。

發明內容本發明針對現有技術產品的不足，提供一種抗紫外、吸溼快幹聚酯纖維的製備方法，可在常規聚酯纖維的設備上直接生產複合功能聚酯纖維，工藝設備無特殊要求，所製備的聚酯纖維性能優良，產品同時具有抗紫外、吸溼快幹雙重功能。
本發明採用的兩種原料易鹼解聚酯(COPET)和抗紫外聚酯切片都是公知的，具體參見中國專利03112011.3和03138993.7。
(1)易鹼解聚酯(COPET)是添加了第三組分的PET共聚物。首先在聚酯分子鏈中引入磺酸鹽基團，由於磺酸鹽基團為極性親水基團，具有吸電子效應，同時改變了聚酯分子鏈的規整性，有利於水的滲入和鹼解過程的進行。但由於磺酸鹽基團所形成的空間位阻及極性效應，導致熔體粘度急劇上升，影響可紡性。因此在保持聚合物鹼解性的前提下，引入柔性鏈段，大大改善聚合物分子的剛性，提高聚合物的可紡性，同時進一步提高聚合物的鹼解性。參見中國專利03112011.3。
(2)抗紫外聚酯切片是利用硫酸鋇包覆的納米鹼式碳酸鋅對聚酯進行添加改性製成的，在聚合溫度條件下鹼式碳酸鋅可分解生成氧化鋅，使聚酯纖維織物能高效吸收紫外線，從而達到保健的目的。參見中國專利03138993.7。
本發明選用易鹼解聚酯(COPET)切片和抗紫外聚酯切片為原料，通過共混紡絲製得具有複合功能的聚酯纖維，該易鹼解聚酯(COPET)切片做為成孔劑。該纖維經鹼處理後，其表面的易鹼解聚酯被溶解，從而使纖維表面具有無數微細孔洞，通過毛細效應將肌膚表面的汗液和溼氣瞬間排出體外，使肌膚保持乾爽與清涼。由於抗紫外聚酯被保留，使纖維同時兼具抗紫外功能。所製得的產品可滿足人們對舒適、健康紡織品的要求。
本發明的製備方法包括以下步驟1、共混將重量百分比為2-30％的易鹼解聚酯和98-70％的抗紫外聚酯分別預乾燥；而後在真空轉鼓中混合，時間維持在1～2小時；上述共混原料中易鹼解聚酯的含量以8-15％為佳。
2、紡絲在紡絲箱體進料口加裝靜態混合器，以充分保證熔體混合的均勻性，按照纖維的異形度為5-30％設計噴絲板，噴絲板可選用微孔形狀為雙C、三C或三葉；將步驟1混合均勻的原料進行預結晶、乾燥，經裝有所述噴絲板的紡絲組件進行紡絲，製得本發明所述的具有抗紫外、吸溼排汗功能的聚酯纖維。
上述噴絲板的異形度以10-20％為佳。
3、減量率的控制對步驟2所得纖維織成的織物進行鹼減量處理，減量率控制在3-25％，以5-15％為佳。
上述鹼減量處理工藝按現有技術中常規鹼減量工藝進行即可，例如，織物在NaOH溶液中，100℃條件下，減量30～60分鐘，織物的減量率為3～25％，其中，NaOH溶液的濃度為相對織物重量的3～5％。從鹼減量處理後的織物抽出纖維，做電鏡照片，觀察纖維表面微孔或凹坑的狀況。纖維表面的微孔或凹坑越多，其織物的吸溼排汗效果越好。
本發明的重要步驟之一是共混原料的均勻性處理。對於共混紡絲而言，共混原料的均勻性處理是非常重要的一環。只有確保原料的均勻性，才能保證紡絲的穩定性和產品的均一性。本發明將分別預乾燥好的易鹼解聚酯和抗紫外聚酯在真空轉鼓中混合，時間不低於1小時；同時在紡絲箱體進料口加裝靜態混合器，以保證熔體混合的均勻性。
選用易鹼解聚酯(COPET)與抗紫外聚酯共混製得具有吸溼快幹、抗紫外雙重功能的新型聚酯纖維。由於改性劑的添加，導致這兩種改性聚酯的相容性及可紡性均有所下降，選用合理的工藝路線是解決該難題的關鍵。由於改性聚酯中含有親水極性基團或改性劑，破壞了聚酯大分子鏈的規整性，使兩種改性聚酯的熔點明顯低於常規聚酯。這裡先將兩種功能聚酯切片分別在真空轉鼓乾燥器中進行預乾燥，再混合紡絲。採用該工藝路線，可以在紡絲前先去掉改性聚酯切片表面水，防止生產過程中切片粘連，有效提高混合切片的可紡性、均勻性。
本發明合理選擇共混原料的配比，選用一種新型易鹼解聚酯(COPET)切片作為成孔劑。這種COPET是三單體與PET的共聚物，在結構上與PET有極大的相似性。因此確保了COPET與PET有良好的相容性。由於它在聚酯大分子鏈中引入極性親水-磺酸鹽基團，且有聚醚嵌入其中，大大提高了聚合物的鹼解性。為了保證纖維對成孔劑的要求，首先必須保證COPET在纖維中為分散相，且分散粒徑具有一定的大小。而共混原料的配比起很關鍵的作用。在共混體系中，通常含量低的組分為分散相，含量高的組分為連續相。若COPET的添加比例過小，處理後織物的吸溼、排溼性能差；若COPET的添加比例過大，COPET在纖維中為連續相，鹼減量後纖維強度過低，影響後道使用。要使織物的纖維表面具有較多的成孔劑，經鹼減量後使其具有吸溼、排溼性能，且能滿足後道用戶的使用要求，選用COPET的混料比例(重量％)2-30％，優選為8-15％。
本發明選用異形度高的三葉型噴絲板紡制異型截面的纖維。噴絲板的異形度高，製得的纖維之間的空隙大，其毛細效應明顯，加之纖維鹼減量後其表面形成的眾多微細溝槽，更有利於對水分的吸溼、導溼和散溼。
表1 異形度比較
異形度(B)測量B＝(1-r/R)×100％式中r、R為異形纖維截面內、外接圓半徑。
本發明方法提高了共混切片的相容性和可紡性，製備的纖維性能優良，同時具有抗紫外、吸溼快幹雙重功能。


圖1為實施例1鹼減量纖維表面的電鏡照片；圖2為實施例2鹼減量纖維表面的電鏡照片；圖3為實施例3鹼減量纖維表面的電鏡照片；圖4為實施例4鹼減量纖維表面的電鏡照片；圖5為實施例5纖維截面的電鏡照片；
圖6為實施例6纖維截面的電鏡照片；圖7為實施例7纖維的電鏡照片；圖8為實施例8纖維的電鏡照片。
以上各圖表明，纖維表面具有無數微細孔洞或凹坑，通過毛細效應將肌膚表面的汗液和溼氣瞬間排出體外，使肌膚保持乾爽與清涼；纖維的異型截面使得纖維之間的空隙大，其毛細效應明顯，加之纖維鹼減量後其表面形成的眾多微細溝槽，更有利於對水分的吸溼、導溼和散溼。纖維表面的微孔或凹坑越多，其織物的吸溼排汗效果越好。
具體實施方式
本發明中織物的吸溼性能用JIS L1907-1994方法測定纖維製品的吸水性實驗方法JIS L1907-1994派拉克方法將垂直吊掛的試片下端浸入到水中，放置一定時間後，測定水的上升高度(mm)(芯吸高度)表示吸水速度。表一中的吸溼高度是試片下端浸入到水中，放置10分鐘，測定的水的上升高度(mm)。
本發明中織物的乾燥性能用AATCC792000方法測定纖維製品的乾燥性能(水分蒸發率)的AATCC792000測定方法將6cm×6cm.之試樣置於攝氏20±1℃、溼度65％±2％之環境下24小時，以滴定管口距受測織物表面1cm距離，滴0.05ml水於織物表面後(織物溼重為Wo)，置於準確度0.001g之微量天平懸空測試12分鐘後(織物重為Wt)其水分蒸發率。取測試5次的平均值。
水分蒸發率＝(Wo-Wt)/0.05×100％本發明中織物的抗紫外性能用AS/NZS43991996方法測定。
實施例1.
將5％易鹼解聚酯切片與95％的抗紫外聚酯切片分別預乾燥，在真空轉鼓乾燥機內混合均勻，時間1小時，在紡絲箱體進料口加裝靜態混合器，以保證熔體混合的均勻性。在短纖生產設備上進行紡絲，紡絲噴絲板微孔形狀為3C，紡絲條件為預結晶溫度為160℃，乾燥溫度為170℃，螺杆各區溫度為230℃、240℃、248℃、258℃、268℃(彎頭)，箱體溫度為276℃，環吹風風速為1.1米/秒，卷繞速度為1160米/分；牽伸倍數為3.15，牽伸溫度為100℃，牽伸速度為120米/分，定型溫度為160℃，纖維規格為3.33dtex×65mm，所得短纖各種質量指標如表2；將所得纖維織成織物，對織物進行鹼減量處理，減量率控制在3％，測試織物的吸溼性能和抗紫外性能，具體性能指標如表4；從鹼減量處理後的織物抽出纖維，並對相對應的纖維表面做電鏡照片，見圖1。
實施例2.
將10％易鹼解聚酯切片與90％的抗紫外聚酯切片分別預乾燥，在真空轉鼓乾燥機內混合均勻，時間1.2小時，在紡絲箱體進料口加裝靜態混合器，以保證熔體混合的均勻性。在短纖生產設備上進行紡絲，紡絲噴絲板微孔形狀為三葉型，紡絲條件為預結晶溫度為160℃，乾燥溫度為170℃，螺杆各區溫度為230℃、240℃、248℃、258℃、268℃(彎頭)，箱體溫度為276℃，環吹風風速為1.1米/秒，卷繞速度為1100米/分；牽伸倍數為3.26，牽伸溫度為100℃，牽伸速度為120米/分，定型溫度為160℃，纖維規格為3.33dtex×65mm，所得短纖各種質量指標如表2；將所得纖維織成織物，對織物進行鹼減量處理，減量率控制在10％，測試織物的吸溼性能和抗紫外性能，具體性能指標如表4；從鹼減量處理後的織物抽出纖維，並對相對應的纖維表面做電鏡照片，見圖2。
實施例3.
將20％易鹼解聚酯切片與80％的抗紫外聚酯切片分別預乾燥，在真空轉鼓乾燥機內混合均勻，時間1.2小時，在紡絲箱體進料口加裝靜態混合器，以保證熔體混合的均勻性。在短纖生產設備上進行紡絲，紡絲噴絲板微孔形狀為三葉型，紡絲條件為預結晶溫度為160℃，乾燥溫度為170℃，螺杆各區溫度為230℃、240℃、247℃、256℃、266℃(彎頭)，箱體溫度為275℃，環吹風風速為1.1米/秒，卷繞速度為1060米/分；牽伸倍數為3.35，牽伸溫度為100℃，牽伸速度為120米/分，定型溫度為160℃，纖維規格為3.33dtex×65mm，所得短纖各種質量指標如表2，織物的性能指標如表4，將所得纖維織成織物，對織物進行鹼減量處理，減量率控制在15％，測試織物的吸溼性能和抗紫外性能，具體性能指標如表4；從鹼減量處理後的織物抽出纖維，並對相對應的纖維表面做電鏡照片，見圖3。
實施例4.
將30％易鹼解聚酯切片與70％的抗紫外聚酯切片分別預乾燥，在真空轉鼓乾燥機內混合均勻，時間1.5小時，在紡絲箱體進料口加裝靜態混合器，以保證熔體混合的均勻性。在短纖生產設備上進行紡絲，紡絲噴絲板微孔形狀為雙C型，紡絲條件為預結晶溫度為160℃，乾燥溫度為170℃，螺杆各區溫度為230℃、240℃、246℃、254℃、265℃(彎頭)，箱體溫度為275℃，環吹風風速為1.1米/秒，卷繞速度為980米/分；牽伸倍數為3.46，牽伸溫度為100℃，牽伸速度為120米/分，定型溫度為160℃，纖維規格為3.33dtex×65mm，所得短纖各種質量指標如表2；將所得纖維織成織物，對織物進行鹼減量處理，減量率控制在25％，測試織物的吸溼性能和抗紫外性能，具體性能指標如表4；從鹼減量處理後的織物抽出纖維，並對相對應的纖維表面做電鏡照片，見圖4。
實施例5.
將10％易鹼解聚酯切片與90％的抗紫外聚酯切片分別預乾燥，在真空轉鼓乾燥機內混合均勻，時間1.5小時，在紡絲箱體進料口加裝靜態混合器，以保證熔體混合的均勻性。在短纖生產設備上進行紡絲，紡絲噴絲板微孔形狀為3C，紡絲條件為預結晶溫度為160℃，乾燥溫度為170℃，螺杆各區溫度為230℃、240℃、248℃、258℃、266℃(彎頭)，箱體溫度為275℃，環吹風風速為1.1米/秒，卷繞速度為1100米/分；牽伸倍數為3.26，牽伸溫度為100℃，牽伸速度為120米/分，定型溫度為160℃，纖維規格為3.33dtex×65mm，所得短纖各種質量指標如表2；將所得纖維織成織物，對織物進行鹼減量處理，減量率控制在5％，測試織物的吸溼性能和抗紫外性能，具體性能指標如表4；從鹼減量處理後的織物抽出纖維，並對相對應的纖維截面做電鏡照片，見圖5。
實施例6.
將10％易鹼解聚酯切片與90％的抗紫外聚酯切片分別預乾燥，在真空轉鼓乾燥機內混合均勻，時間1.5小時，在紡絲箱體進料口加裝靜態混合器，以保證熔體混合的均勻性。在短纖生產設備上進行紡絲，紡絲噴絲板微孔形狀為三葉型，紡絲條件為預結晶溫度為160℃，乾燥溫度為170℃，螺杆各區溫度為230℃、240℃、248℃、258℃、266℃(彎頭)，箱體溫度為275℃，環吹風風速為1.1米/秒，卷繞速度為1100米/分；牽伸倍數為3.26，牽伸溫度為100℃，牽伸速度為120米/分，定型溫度為160℃，纖維規格為3.33dtex×65mm，所得短纖各種質量指標如表2；將所得纖維織成織物，對織物進行鹼減量處理，減量率控制在10％，測試織物的吸溼性能和抗紫外性能，具體性能指標如表4；從鹼減量處理後的織物抽出纖維，並對相對應的纖維截面做電鏡照片，見圖6。
實施例7.
將10％易鹼解聚酯切片與90％的抗紫外聚酯切片分別預乾燥，在真空轉鼓乾燥機內混合均勻，時間1.5小時，在紡絲箱體進料口加裝靜態混合器，以保證熔體混合的均勻性。在連續乾燥生產設備上進行紡長絲，紡絲噴絲板微孔形狀為3C型，紡絲條件為預結晶溫度為160℃，乾燥溫度為170℃，螺杆各區溫度為246℃、254℃、262℃、271℃，箱體溫度為276℃，側吹風風速為0.45米/秒，卷繞速度為2100米/分；牽伸倍數為1.81，熱盤溫度為97℃，牽伸速度為700米/分，定型溫度為188℃，纖維規格為125dtex/36f，所得長絲各種質量指標如表3；將所得纖維織成織物，對織物進行鹼減量處理，減量率控制在5％，測試織物的吸溼性能和抗紫外性能，具體性能指標如表4；從鹼減量處理後的織物抽出纖維，並對相對應的纖維表面做電鏡照片，見圖7。
實施例8.
將10％易鹼解聚酯切片與90％的抗紫外聚酯切片分別預乾燥，在真空轉鼓乾燥機內混合均勻，時間2小時，在紡絲箱體進料口加裝靜態混合器，以保證熔體混合的均勻性。在長絲生產設備上進行紡絲，紡絲噴絲板微孔形狀為三葉型，紡絲條件為預結晶溫度為160℃，乾燥溫度為170℃，螺杆各區溫度為246℃、254℃、262℃、270℃，箱體溫度為276℃，側吹風風速為0.4米/秒，卷繞速度為2200米/分；牽伸倍數為1.77，熱盤溫度為95℃，牽伸速度為700米/分，定型溫度為186℃，纖維規格為124dtex/36f，所得長絲各種質量指標如表3；將所得纖維織成織物，對織物進行鹼減量處理，減量率控制在3％，測試織物的吸溼性能和抗紫外性能，具體性能指標如表4；從鹼減量處理後的織物抽出纖維，並對相對應的纖維截面做電鏡照片，見圖8。
表2 短纖維的質量指標
表3 長絲的各項質量指標
表4 織物的性能指標
權利要求
1.一種抗紫外、吸溼快幹聚酯纖維的製備方法，其特徵在於，是以易鹼解聚酯切片作為成孔劑，與抗紫外聚酯切片進行共混紡絲製得產品，具體步驟如下(1)共混將重量百分比為2-30％的易鹼解聚酯和98-70％的抗紫外聚酯分別預乾燥，而後在真空轉鼓中混合，混合時間維持在1～2小時；(2)紡絲在紡絲箱體進料口加裝靜態混合器，以充分保證熔體混合的均勻性，按照纖維的異形度為5-30％設計噴絲板，噴絲板可選用微孔形狀為雙C、三C或三葉；將步驟1混合均勻的原料進行預結晶、乾燥，經裝有所述的噴絲板的紡絲組件進行紡絲，製得具有抗紫外、吸溼排汗功能的聚酯纖維；(3)減量率的控制對步驟(2)所得纖維織成的織物進行鹼減量處理，減量率控制在3-25％。
2.如權利要求1所述的抗紫外、吸溼快幹聚酯纖維的製備方法，其特徵在於，所述共混原料中易鹼解聚酯的含量為8-15％。
3.如權利要求1所述的抗紫外、吸溼快幹聚酯纖維的製備方法，其特徵在於，所述噴絲板的異形度為10-20％。
4.如權利要求1所述的抗紫外、吸溼快幹聚酯纖維的製備方法，其特徵在於，所述減量率為5-15％。
全文摘要
本發明涉及一種抗紫外、吸溼快幹聚酯纖維的製備方法，屬於化學纖維技術領域。本發明以易鹼解聚酯切片(COPET)作為成孔劑，與抗紫外聚酯切片進行共混紡絲製得具有吸溼快幹功能的抗紫外聚酯纖維。COPET的添加比例為2－30％，選用微孔形狀為雙C、三C或三葉型的噴絲板，將抗紫外聚酯切片與COPET切片混合均勻後，進行熔融紡絲，經後加工製得的纖維具有抗紫外、吸溼快幹雙重功能。
文檔編號D01F6/62GK1730739SQ20051004426
公開日2006年2月8日 申請日期2005年8月18日 優先權日2005年8月18日
發明者郭華, 秦慶才, 王國德, 張建華, 陳桂玲, 蔣開傑 申請人:濟南正昊化纖新材料有限公司