专利名称：功能型中空多微孔聚酯纤维的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种化纤产品及其制备方法，具体地说是一种功能型中空多微孔聚酯纤维的制备方法。
如日本帝人公司在1986年推出中空微多孔纤维第一代产品专利，其商品名为WellkeyFilament，其制备是利用普通聚酯和孔洞成形剂的微相分离原理，然后经由高速纺制成高取向丝HOY(Highly oriented yarn)后，再给予适当的碱处理制备而成。同时日本帝人公司也利用独特的化学方法，将一种高吸湿性物质的丝蛋白，涂布在吸水性纤维上，研发出″吸湿性纤维″，此种纤维命名为WellkeyMA纤维，其织物的吸汗/快干特性，比普通聚酯织物强十倍，但其中空率不高，约在5-10％之间。另外，台湾工研院化工所在20世纪90年代开发出中空多微孔干爽纤维，商标名Hydropre，其采用特殊的纺丝过程，让纤维的内外管壁均具有细长的沟槽，通过这些沟槽和孔洞吸湿、透湿。但聚酯纤维仅具有吸湿、透湿效果是远远不够的。以上所述的所有专利仅仅着重改善聚酯纤维的吸湿、透气、舒适型，没有进一步改善纤维的其他功能。当然，中空多微孔纤维由于由于有共聚酯或合成配料或成孔剂，纺丝工艺难控制，成品丝强度降低、服用过程中容易原纤化，功能后整理不易进行，而在成纤前赋予功能型也势必比较困难。
随着人们物质生活水平的提高，各种舒适性、保健型功能纤维层出不穷。那么能否制造出既具有吸湿、透湿效果，又有明显功能保健性能的纤维呢？首先，由于中空多微孔纤维由两种组分切片通过中空型喷丝板纺丝工艺本身就不易控制，再者添加功能改性母粒后，对纺丝及后处理工艺要求更加严格。目前，国内外尚无这方面的报道。
本发明的具体技术方案如下制备中空多微孔聚酯纤维的物料是由常规聚酯、改性易水解聚酯、功能改性母粒组成，各物料按一定比例混合干燥后，经过中空型喷丝板熔融共混纺丝，对所纺纤维进行碱减量处理得到功能型中空多微孔聚酯纤维。
具体制备方法如下(1)先将常规聚酯、改性易水解聚酯两组分的切片按比例抽入到真空转鼓内进行部分予结晶并均匀混合；(2)然后经湿切片输送、沸腾床予结晶和干燥塔干燥；(3)纺丝前通过母粒注射器按比例将功能改性母粒加入，经过中空型喷丝板熔融共混纺丝，共混纺丝速度控制在2000-3400m/min之间；(4)纺丝后纤维经后加工织造成织物后，用碱处理液进行碱减量处理制得功能型中空多微孔聚酯纤维织物。
各原料的重量配比为50-95份∶10-60份∶1-30份。
各原料的优选重量配比为80-93份∶30-50份∶1-15份。
各原料的优选重量配比为90份∶45份∶5份。
本发明的特点之一是科学地选择物料的添加比例及纺丝工艺条件来防止共聚酯比例过大和纺丝断头较多的问题。
在本发明的制备方法中，原料中所使用的常规聚酯为聚对苯二甲酸乙二醇酯，分子量为20000～22000。
在本发明的制备方法中，原料中所使用的改性易水解聚酯是通过共缩聚制得的改性聚酯切片，熔点230±2℃，羧基含量90-91mol/t，灰份＜2％，铁份＜0.003％，二甘醇含量＜7％。其碱溶解速度常数为常规聚酯的8-10倍。碱溶解速度常数是指把改性聚酯切片与常规聚酯切片于60℃温度下烘干2小时，平衡1小时，称重，放入1mol/L NaOH水溶液中煮沸处理的溶解速度常数。
在本发明的中方法中，改性易水解聚酯在常规聚酯中的混合含量过少时，最终制得的合成纤维的吸水性、吸湿性不充分。相反，若混合量过多，制成的合成纤维的强度低，耐热性差。因此混合量的适宜范围是100份重的常规聚酯与5-70份重的改性易水解聚酯混合，其中10-30份最为理想。
在本发明的制备方法中，原料中功能改性母粒为电气石改性母粒、远红外线改性母粒、抗紫外线改性母粒的一种或两种以上的共混型聚酯功能型改性母粒，母粒中有效成份粉体的粒径控制在0.5-1μm，添加量中有效成份的比例为常规聚酯和改性易水解聚酯总量的0.1-5％。其中，电气石改性母粒主要成份为电气石粉体与PBT或固相增粘聚酯，该母粒的添加可赋予纤维负离子、远红外线效果；远红外线改性母粒主要成份为可见光和近红外线线吸收性陶瓷物质(如碳化铝陶瓷粉体)与PBT或固相增粘聚酯，抗紫外线改性母粒主要成份为无机物陶瓷粉体(如氧化锌粒子)与PBT或固相增粘聚酯。
在本发明的方法中，改性易水解聚酯与常规聚酯的混合过程中，由于改性易水解聚酯比例较大(一般色母粒注射器的最大添加量＜5％，否则无法计量)，采用了真空转鼓切片自重混合法，二种切片的粒度大小相同，可充分混合均匀。另外，由于改性易水解聚酯的热熔融曲线上结晶峰不明显，采用常规聚酯的结晶干燥工艺，势必造成予结晶段切片粘连、干燥塔中结块架桥。所以有必要在真空转鼓中部分予结晶，然后再将混合均匀的切片按常规干燥工艺进行切片的结晶干燥。
部分予结晶是清空转鼓；按重量比抽吸入常规聚酯和改性易水解聚酯切片；按3℃/min的升温速度将转鼓温度升至90-110℃，予结晶2小时后，缓慢降温至50℃后放料。然后将混合均匀的物料按常规聚酯干燥工艺干燥即可。
在本发明的方法中，常规聚酯和改性易水解聚酯切片混合均匀干燥后，在进入螺杆前，通过母粒注射器按比例添加功能母粒，母粒添加比例占常规聚酯和改性易水解聚酯总重量的3-5％，通过功能母粒的添加，赋予纤维的负离子、远红外线、抗紫外线等功能，同时借助中空多微孔纤维的吸湿、透湿性，增强了纤维的功能效果。
在本发明的方法中，物料在熔融纺丝时，采用了中空型喷丝板纺丝，熔融共混纺丝速度控制在2000-3400m/min之间。
本发明的方法与常规聚酯熔融纺丝法相比需特别注意的是1.严格控制侧吹风的风湿、风温及风速；本发明中风湿控制在60-80％，风温控制在17-22℃，风速控制在0.5-7m/s。
2.纺丝速度不易太高，纺速太高易造成飘丝、断头，纺丝不稳定，纺速控制在2200-3100m/min。
3.原丝纤度不易过大，过大则中空度难以保证。
纺丝的后加工把制得的合成纤维根据需要进行牵伸、热处理或假捻加工等处理。
本发明的另一个特点是纤维做成织物后，选用合适的碱处理条件来制得具有舒适、透气、吸湿的功能型织物。
碱减量处理将纤维放在碱液中溶解掉可溶性聚酯使纤维的表面及内部形成微孔和贯穿孔。在本发明的制备方法中所使用的碱处理液为氢氧化钠或氢氧化钾和十二碳烷基硝酸季铵钠盐的混合溶液，NaOH的重量浓度为0.5-3％，十二碳烷基硝酸季铵钠盐的重量浓度为0.0001-0.02％，浴比为20-40∶1。碱减量率控制小于或等于改性易水解聚酯组分在混合成纤聚合物的所占比例。
依据本发明方法制备出的中空多微空纤维的中空率为15-25％。
本发明中纤维的吸湿舒适性及功能性指标是通过测定碱减量处理后的织物而得的。织物用HC585C型织袜机针织该纤维制得。布样先用中性洗涤剂洗净(家庭用餐洗净即可)，清水反复冲洗5-10次，60℃烘箱内烘干，干燥器中平衡2小时以上，称重记录。再进行碱减量处理，处理温度为95℃水浴，处理时间根据碱浓度、助剂浓度在20-100分钟选择。
本发明中纤维的碱减量率、吸湿性、负离子效果、远红外线效果、抗紫外线效果测试方法按以下方法测定(1)碱减量率测定法备好的布样重量记为No，碱处理后布样经洗涤，60℃烘箱内烘干，干燥器中平衡2小时以上，称重重量记为NI，碱减量率J为J＝(No-N1)/No×100％(2)吸湿性的测定法碱处理后的布样重量记为N1，在水中浸渍20分钟以上5分钟，再用家用洗衣机的甩干机甩于5分钟，称重记录N2，吸水率X为X＝(N2-N1)/N1×100％(3)负离子效果测定法室温20℃，相对湿度45％，背景值500个/cm3。
(4)远红外线效果测定法室温20℃，测试温度100℃，波段8-15μm。
(5)抗紫外线效果测定法
利用UV-V1S-7530分光光度计，按照GB17032-1997织物紫外线透射率检测标准测定。
紫外光源主峰波长297nm，检测量程0-300W/M2。
具体实施例方式
实施例一、(负离子型纤维)1、把80份的常规聚酯与20份改性易水解聚酯抽吸入真空转鼓，按3℃/min的升温速度将转鼓温度升至90-110℃，予结晶2小时后，缓慢降温至50℃后放料。将混合均匀的物料输送至湿切片料仓，下料，在沸腾床式予结晶器中150℃予结晶15分钟，在干燥塔中于135℃的温度下干燥4小时，当干切片含水率低于30ppm后，即可纺丝。
2、通过母粒注射器在物料进螺杆前按物料重量百分比3％的比例加入电气石母粒。有效成分粉体粒径为0.5～5μm。
3、纺丝组件采用双C型喷丝板。
4、螺杆各区温度在270-288℃选定，风速0.6m/s，风温18℃，风湿70％。
5.原丝纤度265dtex/36f，中空度17％，以2.2的牵伸比牵伸为DT丝，成品丝纤度ww125dtex/36f，针织成植物后，织物用2％的氢氧化钠溶液，助剂浓度50ppm，沸腾状态处理50分钟，碱减量率为18％。该织物的吸湿性、负离子特性、远红外效果如表1。
实施例二、(抗紫外纤维)同实施例一，所不同的是抗紫外母粒添加量为2.4％，原丝纤度180dtex/36f，中空度22％，以2.16的牵伸比加工成DTY丝，成品丝纤度83dtex/36f，经喷水织机织造，碱减量方法同实施例1，抗紫外效果见表1实施例三、同实施例一，所不同的是常规聚酯80份、改性易水解聚酯20份和负离子母粒5份。该织物的吸湿性、负离子特性、远红外效果如表1。
实施例四、同实施例一，所不同的是按重量比常规聚酯95份、改性易水解聚酯42份，远红外母粒7份，该织物的远红外效果如表1。
实施例五、同实施例一，所不同的是常规聚酯90份、改性易水解聚酯60份、抗紫外母粒5份、负离子母粒5份。该织物的吸湿性、负离子特性、远红外效果、抗紫外效果如表1。
对照例1(普通负离子纤维)1、常规聚酯切片经予结晶干燥，在进螺杆前通过母粒注射器添加实施例1中的电气石母粒，按物料重量百分比3％加I入。
2、采用普通纺丝组件纺丝，原丝纤度208dtex/36f，经牵伸后加工成125dtex/36f的纤维，经织造，清洗、烘干。测定负离子发射量，结果见表1。
对照例2(普通抗紫外纤维)1、普通切片纺丝情况同对照例1，抗紫外母粒添加量为物料总量的2.4％。
2、原丝纤度125dtex/36f，后加工成83dtex/36f的DTY丝，织造布样结构同实施例2，抗紫外线效果见表1。
表1 抗紫外线线效果
本发明的功能型中空多微孔聚酯纤维的制备方法和现有技术相比具有工艺设计合理、简单等特点，在同样添加比例的条件下较通常的负离子聚酯纤维有更高的负离子发射率、远红外线辐射率，在抗紫外线效果方面也有大大改善，是普通中空纤维的换代产品，具有很好的推广使用价值。
权利要求
1.一种功能型中空多微孔聚酯纤维的制备方法，其特征在于原料是由常规聚酯、改性易水解聚酯、功能改性母粒组成，各原料的重量配比为50-95份∶10-60份∶1-30份；制备方法是(1)先将常规聚酯、改性易水解聚酯两组分的切片按比例抽入到真空转鼓内进行部分予结晶并均匀混合；(2)然后经湿切片输送、沸腾床予结晶和干燥塔干燥；(3)纺丝前通过母粒注射器按比例将功能改性母粒加入，经过中空型喷丝板熔融共混纺丝，共混纺丝速度控制在2000-3400m/min之间；(4)纺丝后纤维经后加工，织造成织物后，用碱处理液进行碱减量处理制得功能型中空多微孔聚酯纤维织物。改性易水解聚酯是通过共缩聚制得的改性聚酯切片，其水解后为以下化合物的几种对苯二甲酸、1，3-间苯二甲酸、5-磺酸盐、乙二醇、间苯二甲酸、聚乙二醇、脂肪族聚酯等；其熔点为230±2℃，分子量为10000～15000。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于各原料的优选重量配比为80-93份∶30-50份∶1-15份。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于各原料的优选重量配比为90份∶45份∶5份。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于常规聚酯为聚对苯二甲酸乙二醇酯，分子量为20000-22000。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于功能改性母粒为电气石改性母粒、远红外线改性母粒、抗紫外线改性母粒的一种或两种以上的共混物，母粒中有效成份粉体的粒径控制在0.5-1μm，添加量中有效成份的比例为常规聚酯和改性易水解聚酯总量的0.1-5％。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于电气石改性母粒主要成份为电气石粉体与PBT或固相增粘聚酯，该母粒的添加可赋予纤维负离子、远红外线效果；远红外线改性母粒主要成份为可见光和近红外线吸收性陶瓷物质与PBT或固相增粘聚酯；抗紫外线改性母粒主要成份为无机物陶瓷粉体与PBT或固相增粘聚酯。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于中空多微空纤维的中空率为15-25％。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于碱处理液为氢氧化钠或氢氧化钾和十二碳烷基硝酸季铵钠盐的混合溶液，NaOH的重量浓度为0.5-3％，十二碳烷基硝酸季铵钠盐的重量浓度为0.0001-0.02％，浴比为20-40∶1。
全文摘要
本发明提供一种功能型中空多微孔聚酯纤维的制备方法，原料是由常规聚酯、改性易水解聚酯、功能改性母粒组成，各原料的重量配比为50－95份∶10－60份∶1－30份，各原料按一定比例混合、干燥后，通过中空喷丝板熔融共混纺丝，所纺纤维织造后经过碱减量处理得到功能型中空多微孔聚酯织物。本发明的功能型中空多微孔聚酯纤维的制备方法和现有技术相比具有工艺设计合理、简单等特点，在同样添加比例的条件下较通常的负离子聚酯纤维有更高的负离子发射率、远红外线辐射率，在抗紫外线效果方面也有大大改善，是普通中空纤维的换代产品，具有很好的推广使用价值。
文档编号D01F6/62GK1472375SQ0213532
公开日2004年2月4日 申请日期2002年7月29日 优先权日2002年7月29日
发明者李安青, 刘建良, 孙寒松, 车友钧, 郭华 申请人:济南正昊化纤新材料有限公司