一种吸湿性聚酯纤维及其制备方法和用途
【专利摘要】本发明公开了一种吸湿性聚酯纤维，由共聚酯和吸湿性物质经共混后熔融纺丝制成，共聚酯的酸成分中，对苯二甲酸结构单元含量为98mol%～99.7mol%，由含磺酸钠基团的间苯二甲酸及其衍生物形成的结构单元含量为0.3mol%～2mol%；共聚酯的醇成分中，乙二醇结构单元含量为80～96mol%，带侧链且碳原子数为6以下的脂肪族二元醇结构单元含量为4～20mol%；且纤维中吸湿性物质占纤维总量的1～20wt%。该纤维不仅具有优异的吸湿性能，耐水解性也好，且常压阳离子可染，可广泛应用于内衣、运动衣等衣料领域。
【专利说明】一种吸湿性聚酯纤维及其制备方法和用途
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种吸湿性优良的聚酯纤维及其用途。
【背景技术】
[0002]聚酯由于其优异的性能，在纤维、薄膜、塑料方面有着广泛的应用。但是由于聚酯的结构规整，疏水性较强，在聚酯作为纤维使用的场合，与棉或麻等天然纤维相比，聚酯纤维的吸水性、吸湿性差的缺点就显现了出来，于是就大大限制了聚酯纤维在要求吸湿性环境下的应用。其中特别是在纺织品直接与肌肤相接触的场合，若使用吸湿性差的聚酯纤维，就会带来闷热感等不舒适的感觉，从而导致了聚酯纤维在夏装方面基本上没有应用的实际情况。
[0003]目前，改善聚酯吸湿性能的方法主要是通过物理改性，利用芯吸效应来提高纤维的吸湿性，如超细化、中空多孔化和异形截面化等。其中以纤维的异形截面化应用最为广泛，如美国杜邦公司推出的Coolmax异形截面涤纶新品，其表面有四道凹槽，具有芯吸效应，从而达到吸湿的效果，但异形纤维纺丝时对喷丝板的加工工艺要求较高，生产成本高。
[0004]另外，由于普通的聚酯纤维染色性差，必须在高温及高压下才可进行染色，限制了聚酯纤维的应用。解决聚酯纤维不易染色的方法有很多，通过共聚合技术是主要的手段之一。例如，将聚酯原料与聚乙二醇之类的聚亚烷基二醇共聚后形成聚合物，或与己二酸、癸二酸等直链脂肪族羧酸共聚后形成聚合物。但是这种方法必须在聚酯链段中引入聚醚结构单元或其他单体共聚单元，势必导致聚酯耐热性能的下降。
[0005]除了染色的问题，聚酯链段中的酯键、末端羧基和羟基还会导致聚酯的耐水解性能变差，特别是聚酯水解为自加速反应，羧基含量增加会加速水解。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学及其他性能迅速恶化，这就极大地限制了它在一些要求湿热的产业上的应用。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种常压阳离子可染、耐水解性能优良且具有较高吸湿性能的聚酯纤维，该纤维可用于制备织物，制得的织物可应用于内衣、运动衣等贴身衣物。
[0007]本发明的技术解决方案如下:
一种吸湿性聚酯纤维，由共聚酯和吸湿性物质经共混后熔融纺丝制成，所述共聚酯的酸成分中，对苯二甲酸结构单元含量为98mol%?99.7mol%,由含磺酸钠基团的间苯二甲酸及其衍生物形成的结构单元含量为0.3mol%?2mol% ;共聚酯的醇成分中，乙二醇结构单元含量为80?96mol%,带侧链且碳原子数为6以下的脂肪族二元醇结构单元含量为4?20mol% ;且纤维中吸湿性物质占纤维总量的I?20wt%。
[0008]所述吸湿性物质为聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚乙烯醇(PVA)或聚醚类化合物。所述聚乙烯吡咯烷酮是乙烯吡咯烷酮单体通过公知的聚合方法如本体聚合、溶液聚合、悬浮聚合、乳液聚合等得到的均聚体，可以是线性结构、枝状结构或交联结构。聚乙烯吡咯烷酮的K值为15?90。如果聚乙烯吡咯烷酮的K值过低，则聚乙烯吡咯烷酮与共聚酯的络合能力不强，在共混物挤出后的水冷过程中PVP容易溶出，致使纤维得不到很好的吸湿性；而如果其K值过高，则共混物体系的粘度大大增加，混炼吐出不良，很难造粒，导致生产效率低。
[0009]纤维中吸湿性物质占纤维总量的I?20wt%。如果吸湿性物质含量过低，则纤维达不到好的吸湿效果；如果吸湿性物质含量过高，则过量的吸湿性物质会破坏由纤维得到的织物的耐光性、手感等。纤维中吸湿性物质含量优选2?15wt%。
[0010]本发明所述纤维中共聚酯的酸成分中，对苯二甲酸结构单元含量为98mol%?99.7mol%,由含磺酸钠基团的间苯二甲酸及其衍生物形成的结构单元含量为0.3mol%?2mol%。含磺酸钠基团的间苯二甲酸及其衍生物为间苯二甲酸-5-磺酸钠(SIPA)、间苯二甲酸二甲酯-5-磺酸钠(SIPM)或间苯二甲酸乙二醇酯-5-磺酸钠(SIPE)。该结构单元可以赋予纤维可染性能，同时由于磺酸基团带有极性，可以提高PVP在共聚酯中的分散性。但磺酸基团的引入会提高体系的酸性和水溶性，使所得纤维的耐加水分解性能变差。所以共聚酯的酸成分中由含磺酸钠基团的间苯二甲酸及其衍生物形成的结构单元含量控制在
0.3mol% ?2mol%,优选 0.5 ?1.4mol%。
[0011]本发明所述纤维中共聚酯的醇成分中，还含有带侧链且碳原子数为6以下的脂肪族二元醇结构单元。带侧链且碳原子数为6以下的脂肪族二元醇能够改善共聚酯的结晶和非晶形态，使结晶区部分微晶化、降低非晶区部分的活性，从而降低聚合物材料在高温高湿环境下的活动性，进而提高共聚酯的耐水解性。所述带侧链且碳原子数为6以下的脂肪族二元醇为2-甲基-1，3-丙二醇(MPO)或2，2-二甲基-1，3-丙二醇(册6)。在共聚酯的醇成分中，带侧链且碳原子数为6以下的脂肪族二元醇结构单元的含量为4?20mol%，在此范围内，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。若共聚酯醇成分中该结构单元含量大于20mol%，则共聚酯的结晶性能变差，导致最终聚酯纤维的强伸度变差；若共聚酯醇成分中该结构单元含量小于4mol%，则对共聚酯的性能没有改善效果。
[0012]所述构成吸湿性聚酯纤维的共聚酯中含有钛元素，该钛元素来自于共聚酯反应的钛催化剂，使用钛催化剂可以减少共聚酯的初期末端羧基含量，抑制最终纤维的耐水解性能。若反应中钛催化剂添加过多，由于钛催化剂活性高，促进副反应，所得共聚酯稳定性不好，最终纤维容易黄变；若反应中钛催化剂添加过少则反应活性不够。基于上述理由，本发明所述共聚酯中钛元素含量优选相当于共聚酯重量的3?20ppm，此时共聚酯的热稳定性、色调均良好。
[0013]所述纤维的Λ MR为2%以上；纤维在155°C、0.46MPa的水蒸气条件下处理4个小时，处理前后其末端羧基含量的差值Λ COOH为200eq/t以下。
[0014]本发明所述纤维可由下述方法制得:将共聚酯和吸湿性物质共混后进行熔融纺丝，其中吸湿性物质的添加量占纤维总量的I?20wt%。所述共聚酯中含有由含磺酸钠基团的间苯二甲酸及其衍生物形成的结构单元和带侧链且碳原子数为6以下的脂肪族二元醇结构单元。
[0015]本发明所述纤维可用于制成织物，所得织物可广泛地应用于内衣、运动衣等与皮肤直接接触的衣物等方面。
[0016]本发明所涉及的各指标的测试方法如下:
(I)吸湿参数Δ MR是指穿衣服时，衣服内的湿气排出而使人体感到舒适的指标。Λ MR是以30°C、90%RH的吸湿率(MR2)减去20°C、65%RH的吸湿率(MR1)得到的差值(Λ MR(%)= MR2 — MR1 )0Λ MR越大，吸湿能力越强，穿着时的舒适性越好；
MR1 > MR2的计算公式如下:
MR1 (%) = (W1 — W3) /W3, MR2 (%) = (W2 — W3) ) /W3
W1:在20°C X65%RH的气氛中放置24小时后试验片的质量(g)，
W2:在30°C X90%RH的气氛中放置24小时后试验片的质量(g)，
W3:在绝干状态下试验片的质量(g)。
[0017](2) Λ COOH
取一定量纤维置于密封的耐加水分解处理体系，在155°C、0.46MPa的水蒸气条件下处理4个小时，处理前后的末端羧基含量的差值。这个差值越小表示耐加水分解性能越好。末端羧基的测试采用光学滴定法测定。将聚酯溶于邻-甲酚和氯仿的混合液(重量比70:30)中，加入溴百里酚蓝指示剂，然后用0.05N的氢氧化钾的乙醇溶液中进行滴定。
[0018](3)共聚酯中带侧链且碳原子数为6以下的脂肪族二元醇结构单元及其含量的测定
根据核磁共振的氢谱可测得带侧链且碳原子数为6以下的脂肪族二元醇中特征峰的位置和强度，再根据化学式推算出该二元醇的含量。
[0019](4)纤维中吸湿性物质及其含量的测定
根据核磁共振的氢谱可测得吸湿性物质中特征峰的位置和强度，再根据化学式推算出该吸湿性物质的含量。
【具体实施方式】
[0020]下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。各实施例及比较例的具体数值见表
1
[0021]实施例1
将共聚酯与K值为30的PVP共混后，在290°C的纺丝温度、3000m的牵引速度下进行熔融纺丝并卷取得到未拉伸丝，然后将得到的未拉伸丝在拉伸温度90°C、拉伸倍率1.65倍的条件下进行拉伸，最后在130°C下热定型后卷取得到56dtex / 24f的聚酯纤维。经测试，所得纤维中PVP占纤维总量的8wt%，其余为共聚酯。共聚酯的酸成分中由SIPM形成的结构单元占1.4mol%，其余为对苯二甲酸结构单元；共聚酯的醇成分中2-甲基-1，3-丙二醇结构单元占4mol%,其余为乙二醇结构单元；钛元素含量占共聚酯重量的4ppm。将纤维在155°C、
0.46MPa的水蒸气条件下处理4小时，处理前后其末端羧基含量的差值Λ COOH为180eq/t。将纤维经过普通的织造工艺织成布，所得到织物的吸湿参数Λ MR为3.4%。
[0022]实施例2~实施例23
选择所含由含磺酸钠基团的间苯二甲酸及其衍生物形成的结构单元的含量、带侧链且碳原子数位6以下的脂肪族二元醇结构单元种类和含量、Ti元素含量不同的共聚酯，与不同种类的吸湿性物质按照不同比例进行共混纺丝得到聚酯纤维，吸湿性物质的K值可以在17、30、60、85、90、115中进行选择，纺丝方法同实施例1。测试聚酯纤维中各结构单元及物质的种类及含量、纤维的性能，具体结果见表1。[0023]比较例I
选用不含由含磺酸钠基团的间苯二甲酸及其衍生物形成的结构单元的聚酯与PVP共混纺丝得到聚酯纤维，测试聚酯纤维中各结构单元及物质的种类及含量、纤维的性能，具体结果见表I。
[0024]比较例2
选用酸成分中含有占酸成分6mol%由含磺酸钠基团的间苯二甲酸及其衍生物形成的结构单元的聚酯与PVP共混纺丝得到聚酯纤维，测试聚酯纤维中各结构单元及物质的种类及含量、纤维的性能，具体结果见表I。
[0025]比较例3
选用不含带侧链且碳原子数位6以下的脂肪族二元醇结构单元的聚酯与PVP共混纺丝得到聚酯纤维，测试聚酯纤维中各结构单元及物质的种类及含量、纤维的性能，具体结果见表I。
[0026]比较例4
与共聚酯共混时添加少量PVP，使得最终聚酯纤维中PVP含量为lwt%，测试聚酯纤维中各结构单元及物质的种类及含量、纤维的性能，具体结果见表I。
[0027]比较例5
与共聚酯共混时添加PVP，使得最终聚酯纤维中PVP含量为30wt%，测试聚酯纤维中各结构单元及物质的种类及含量、纤维的性能，具体结果见表I。
[0028]表I中A结构单元表示由含磺酸钠基团的间苯二甲酸及其衍生物形成的结构单元，其含量为占共聚酯中酸成分的含量；B结构单元表示带侧链且碳原子数位6以下的脂肪族二元醇结构单元，其含量为占共聚酯中醇成分的含量。
[0029]表 I
【权利要求】
1.一种吸湿性聚酯纤维，由共聚酯和吸湿性物质经共混后熔融纺丝制成，其特征是:所述共聚酯的酸成分中，对苯二甲酸结构单元含量为98mol%?99.7mol%,由含磺酸钠基团的间苯二甲酸及其衍生物形成的结构单元含量为0.3mol%?2mol% ;共聚酯的醇成分中，乙二醇结构单元含量为80?96mol%，带侧链且碳原子数为6以下的脂肪族二元醇结构单元含量为4?20mol% ;且纤维中吸湿性物质占纤维总量的I?20wt%。
2.根据权利要求1所述的吸湿性聚酯纤维，其特征是:所述吸湿性物质是聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇或聚醚类化合物。
3.根据权利要求1或2所述的吸湿性聚酯纤维，其特征是:纤维中吸湿性物质占纤维总重的2?15wt%。
4.根据权利要求1所述的吸湿性聚酯纤维，其特征是:所述共聚酯的酸成分中，对苯二甲酸结构单元含量为98.6mol%?99.5mol%,由含磺酸钠基团的间苯二甲酸及其衍生物形成的结构单元含量为0.5?1.4mol%。
5.根据权利要求1或4所述的吸湿性聚酯纤维，其特征是:所述含磺酸钠基团的间苯二甲酸及其衍生物为间苯二甲酸-5-磺酸钠、间苯二甲酸二甲酯-5-磺酸钠或间苯二甲酸乙二醇酯-5-磺酸钠。
6.根据权利要求1所述的吸湿性聚酯纤维，其特征是:所述带侧链且碳原子数为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.根据权利要求1所述的吸湿性聚酯纤维，其特征是:所述共聚酯中含有相当于共聚酯重量3?20ppm的钛元素。
8.根据权利要求1所述的吸湿性聚酯纤维，其特征是:纤维的ΛMR为2%以上；纤维在155°C、0.46MPa的水蒸气条件下处理4个小时，处理前后其末端羧基含量的差值Λ COOH为200eq/t 以下。
9.一种权利要求1所述吸湿性聚酯纤维的制备方法，其特征是:将共聚酯和吸湿性物质共混后进行熔融纺丝，其中吸湿性物质的添加量占纤维总量的I?20wt%。
10.一种权利要求1所述吸湿性聚酯纤维在制成织物上的应用。
【文档编号】D01F6/84GK103774269SQ201210398282
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2012年10月19日 优先权日:2012年10月19日
【发明者】杨娟, 范志恒, 望月克彦 申请人:东丽纤维研究所（中国）有限公司