专利名称：分散性染料易染聚酯切片和纤维及生产方法
技术领域：
本发明涉及分散性染料易染功能性共聚酯切片和系列纤维、及其它们的生产方法。
聚酯纤维具有强度高、模量大、织物的抗皱性、尺寸稳定性、洗涤性等优点。但在长期的使用实践中发现有下列缺点(1)吸湿性低，在标准状态下，其回潮率仅为0.4％，因此织物穿起来有闷热感，不舒服；(2)染色性差，只能用分散性染料进行高温高压染色，因此不能与天然纤维同浴共染；(3)纤维静电现象严重，给生产和服用带来许多麻烦甚至危险；(4)纤维模量高、刚性大，服用时有严重刺痒感；(5)纤维强度高，织物在服用时易起毛起球，对织物外观和质量有不良影响。
由于聚酯纤维的上述众多缺点，使它在应用上受到很大限制，迫使科学工作者对聚酯纤维进行改性。本文采用在聚酯合成中加入间苯二元酸作为第三单体来制备共聚酯(IPET)纤维。该纤维不仅对分散性染料有亲和性且具有抗起毛起球、高收缩性等优点。
本发明的另一目的是提供一种分散性染料易染功能性共聚酯切片和系列纤维的生产方法。
本发明的分散性染料易染功能性共聚酯(IPET)切片和IPET系列纤维系由以下组份的共聚反应产物对苯二甲酸(PTA)、乙二醇(EG)和间苯二元酸的第三单体进行共聚，对苯二甲酸(PTA)、乙二醇(EG)和间苯二元酸的摩尔比是1∶1.7-2.4∶0-1。其中，可以先将对苯二甲酸和乙二醇进行反应后再与间苯二元酸共聚。换言之，是一种间苯基团相对PTA含量为0-1摩尔的对苯二甲酸乙二酯/间苯二元酸烷烃酯的共聚酯(IPET)。上述切片和纤维中以间苯基团相对PTA含量为0.02-1摩尔的为好。
本发明的分散性染料易染功能性共聚酯(IPET)切片和IPET系列纤维还可选择性的含有如下物质1.二价或三价金属的醋酸盐催化剂，其含量为PTA的0.02-0.06％；或2.磷酸三甲酯(PTT)或磷酸三苯酯为热稳定剂，其含量为PTA的0.02-0.06％；或3.聚酯、聚酰胺6、聚酰胺66，其含量为分散性染料易染功能性共聚酯(IPET)切片和IPET系列纤维重量的10-80％。
本发明的分散性染料易染功能性共聚酯纤维可以是普通拉伸丝(DT丝)、预取向丝(POY)、牵伸-假捻丝(DTY)和全牵伸丝(FDY)；抗起毛起球短纤维；抗起毛起球和高收缩的短纤维；异形长丝和短纤维；复合或共混纤维等。
本发明的分散性染料易染功能性共聚酯(IPET)切片和IPET系列纤维的生产方法是用对苯二甲酸(PTA)、乙二醇(EG)为原料，加入2mol％-100mol％(相对于PTA)间苯二元酸的第三单体进行共聚，得到间苯基团含量为2-100mol％的对苯二甲酸乙二酯/间苯二元酸烷烃酯的共聚酯(IPET)。
共聚反应中PTA与EG的物料配比为1∶1.7-2.4，酯化反应温度为230-265℃缩聚温度为260-290℃。
共聚反应时可加入二价或三价金属的醋酸盐催化剂，其含量为PTA重量的0.02-0.06％。
共聚反应时还可加入热稳定剂，如磷酸三甲酯(PTT)或磷酸三苯酯，其含量为PTA重量的0.02-0.06％本专利生产的分散性染料常压易染功能性IPET切片和纤维是通过共混、喷丝板设计、控制纺丝、拉伸工艺等多种改性技术进行系统组合而成，因此它除了能用分散性染料常压易染外，还具有手感柔软、微卷曲、高收缩、抗起毛起球和异形化等特点，他们能与天然纤维以及其他化学纤维进行混纺、混纤和织造，也可制成包芯纱、网络纱、空气变形纱。同时与天然纤维(棉、毛、丝、麻)混织后，还可进行同浴共染，均不会损伤天然纤维。由于几种纤维混合在一起，发挥了每种纤维的特性，从而可赋予织物新的风格，进一步提高面料的附加价值。此外，生产的分散性染料常压易染功能性切片和纤维，均可在进口或国产的聚酯聚合设备和聚酯长丝、短纤维设备上进行工业化生产。
本发明技术涉及到IPET切片制备，纤维形成及后加工的技术，喷丝板技术。可进一步描述如下(1)用对苯二甲酸(PTA)、乙二醇(EG)为原料，加入2mol-100mol％(相对于PTA)间苯二元酸的第三单体进行共聚，得到间苯基团含量为2-100mol％的对苯二甲酸乙二酯/间苯二元酸烷烃酯的共聚酯(IPET)。共聚反应中PTA与EG的物料配比为1∶1.7-2.4，催化剂为金属醋酸盐，含量为0.02-0.06wt％，热稳定剂为磷酸三甲酯(PTT)或磷酸三苯酯，含量为0.02-0.06wt％，酯化反应温度为230-265℃，缩聚温度为260-290℃。合成中由于加入了间苯基团的第三单体，使大分子的规整性下降，结晶速率变慢，故特性粘度和熔点较低，且随间苯含量增加而减少。
用分散性染料易染功能性系列切片为原料纺制的系列纤维，由于在PET大分子上添加了间苯基团的第三单体，使大分子的规整性下降，非晶区含量增多，结构疏松。因此反应在性能上，纤维手感柔软，光泽柔和，能用分散性染料常压沸染，同时它们能与天然纤维、化学纤维混纺、混纤，制成网络丝、包芯纱或毛条、短纤纱等，同时也能制成有异色效应的薄型、中厚型或厚型的针织和机织服装。与天然纤维混纺混织后，还可进行同浴共染，天然纤维均不会受到损伤。
(2)以分散性染料易染功能性系列IPET切片为原料，经过切片干燥，使干切片含水率控制在30-80ppm，然后在工业化的生产设备上进行熔融纺丝、拉伸、假捻变形。制得复丝纤度为30-300分特(dtex)，孔数为12-60的普通拉伸丝(DT丝)、预取向丝(POY)、牵伸-加捻丝(DTY)和全牵伸丝(FDY)的分散性染料易染功能性IPET长丝。所得纤维指标断裂强度2.4-4.5厘牛/分特(CN/dtex)，断裂伸长为5-125％，沸水收缩率为5-10％。分散性染料易染功能性共聚酯切片经干燥，然后在工业化的生产设备上进行熔融纺丝、拉伸或假捻变形，得包括普通拉伸丝(DT丝)、预取向丝(POY)、牵伸-假捻丝(DTY)和全牵伸丝(FDY)在内的分散性染料易染功能性长丝，其中纺丝速度800-5200m/min，纺丝温度260-300℃，拉伸温度70-140℃或变形温度100-170℃。
例如如下生产工艺普通拉伸丝(DT丝)纺丝速度800-2000m/min，纺丝温度260-280℃，拉伸温度70-140℃，拉伸倍数2-4倍；预取向丝(POY)纺丝速度3000-4200m/min，纺丝温度270-290℃；牵伸-假捻丝(DTY)拉伸倍数1.2-1.7，变形温度100-170℃；全牵伸丝(FDY)纺丝速度4000-5200m/min，纺丝温度280-300℃，第一热辊温度80-87℃，第二热辊温度120-140℃。
(3)以分散性染料易染功能性系列IPET系列切片为原料，经过切片干燥，使干切片含水率控制在60-80ppm，然后在VD406纺丝机和LVD802后加工联合机上通过纺丝、拉伸、热定型，工业化生产单丝纤度(d.p.f)1.67-3.33dtex，长度38-100毫米(m)的分散性染料易染、抗起毛起球的IPET短纤维。纤维指标断裂强度2.5-3CN/dtex断裂伸长28-35％。抗起毛起球4-5级。纺丝速度500-1100m/min，纺丝温度275-295℃，拉伸温度70-150℃，或热定型温度100-120℃。
例如生产条件切片特性粘度＜0.6，纺丝温度260-300℃，拉伸温度为玻璃化温度(Tg)-150℃，拉伸倍数2-3倍，热定型温度100-120℃由于该种纤维的切片特性粘度较低，采用拉伸条件和热定型温度相配合的方式，使该种纤维的断裂强度降低，故能在服用时不易起毛起球。
(4)以分散性染料易染功能性IPET系列切片为原料，经过切片干燥，使干切片含水率控制在60-80ppm，然后在工业化的生产设备上通过纺丝、拉伸、热定型，生产d.p.f 2.5-3dtex的高收缩IPET短纤维和复丝纤度88-167dtex，孔数24-36的高收缩IPET长丝。纤维指标断裂强度2.5-3CN/dtex，断裂伸长30±5％，沸水收缩率为15-40％。
工业化生产工艺高收缩IPET长丝纺丝速度1000-4000m/min，纺丝温度275-295℃，拉伸温度70-135℃，FDY还须控制第一热辊温度75-85℃，第二热辊温度120-130℃高收缩IPET短纤维纺丝速度800-1000m/min，纺丝温度275-285℃；拉伸温度70-100℃，热定型温度＜120℃(5)以PET切片和分散性染料易染功能性系列IPET系列切片为原料，采用并列型复合喷丝板，经过切片干燥、熔融纺丝制得复合比为50∶50的PET/IPET高速纺复合IPET纤维和DTY。
纤维指标POY纤度200-300dtex，断裂强度1.8-2.3CN/dtex断裂伸长120-140％；纤维截面 DTY纤度167-180dtex，孔数30-40，断裂强度2.8-3.5CN/dtex断裂伸长30-40％，卷曲稳定性70-80％，沸水收缩率3-5％工业化生产工艺DT丝纺丝速度800-2000m/min，纺丝温度260-280℃，拉伸温度70-140℃，拉伸倍数2-4倍；POY纺丝速度3000-3500m/min，纺丝温度PET280-300℃；IPET265-285℃；复合比50∶50，并列型复合喷丝板，孔数30-50DTY纺丝速度400-500m/min，第一热葙温度160-170℃，第二热葙温度100-120℃。
采用并列型复合喷丝板纺制的PET/IPET复合纤维，除了有IPET的共性外，还兼弹性好、蓬松性高、手感柔软的特性。它能与丝、毛交织制成中厚型和厚型的纺毛机织物和针织物，也可制成起绒织物。
(6)以PET为基体，加入不同比例(10-80％)的IPET系列切片进行共混，然后在工业化的生产设备上(VC406纺丝机，高速纺丝机和VD406-LVD802后加工联合机)通过纺丝、拉伸、热定型，生产分散性染料易染的IPET共混长丝和短纤维。纤维指标长丝纤度83-200dtex，孔数24-48，断裂强度3-4.5CN/dtex断裂伸长25-35％。短纤维纤度d.p.f1.3-3dtex，孔数500-1250，断裂强度2.5-4.0cn/dtex。断裂伸长25-35％。
实施例1在年产5000吨半连续聚合釜中，加入对苯二甲酸1000Kg，乙二醇400l和间苯二元酸40Kg，同时加入催化剂醋酸锑(SbAc3)400g在240-250℃下搅拌3h，待出水量达理论值的90％时，进入缩聚反应，温度控制在270-280℃，真空度＜1mmHg，可制得含4mol％间苯基团的IPET共聚物。共聚物特性粘度为0.66-0.68，Tm为230-250℃。
实施例2以含4mol％间苯基团的IPET切片为原料，干切片含水率达60ppm，在VC406纺丝机上以纺丝速度为1000m/min，泵供量为41.6g/min，纺丝温度270-280℃，喷丝板孔数为36的纺丝条件下，纺制出间苯基团含量为4mol％的IPET未拉伸丝(UDY)，然后在VC443牵伸机上以拉伸倍数为2.5温度70-135℃的拉伸条件下，纺制出167dtex/36f的分散性染料易染功能性IPET长丝，纤维指标见表1中的2。
实施例3以含6mol％间苯基团的IPET切片为原料，干切片含水率达40-50ppm，在高速纺丝机上以纺丝速度为3200m/min，泵供量为42.6g/min，喷丝板孔数为30的纺丝条件下，纺制出260dtex/30f的分散性染料易染功能性IPET POY丝，纤维指标见表1中的3。
实施例4以含8mol％间苯基团的IPET切片为原料，干切片含水率达30-40ppm，在FDY纺丝—牵伸机上以纺丝速度为4200m/min，泵供量为49g/min，喷丝板孔数为32第一热辊温度87℃，第二热辊温度140℃的纺丝条件下，纺制出166.7dtex/32f的分散性染料易染功能性FDY IPET长丝，纤维指标见表1中的4。
实施例5用实施例3的IPET POY为原丝，在拉伸—假捻机上(DTY)以加工速度500m/min，拉伸比1.65，D/Y1.82，第一热葙温度160℃，第二热葙温度120℃的条件下纺制出纤度为145dtex/32f IPET DTY，将上述DTY绕成袜筒，以分散性染料在95℃染色1h，其色泽均匀。纤维指标见表1中的5实施例6以含8mol％间苯基团的IPET切片(特性粘度为0.58)为原料，干切片含水率达60-80ppm，在VD406纺丝机上以纺丝速度为1000m/min，喷丝板孔数为1120纺丝温度270-290℃的纺丝条件下，纺制出IPET卷绕丝，然后在LVD802后加工联合机上用拉伸倍数2-3倍，拉伸温度70-130℃热定型温度120-130℃条件下，纺制出d.p.f2.5dtex，长度80-100mm的抗起毛起球IPET短纤维，纤维指标见表1中的6。
实施例7以含8mol％间苯基团的IPET切片(特性粘度为0.58)为原料，干切片含水率达60-80ppm，在VD406纺丝机上以纺丝速度为900m/min，喷丝板孔数为1120纺丝温度270-290℃的纺丝条件下，纺制出IPET卷绕丝，然后在LVD802后加工联合机上用拉伸倍数3-4倍，拉伸温度70-100℃热定型温度80-110℃条件下，纺制出d.p.f3dtex，长度80-100mm的高收缩IPET短纤维，纤维指标见表1中的7。
实施例8以PET切片(1)和含4-12m.l％％间苯基团的IPET切片为原料，干切片含水率达40-50ppm，在高速纺丝机上采用并列型复合喷丝板孔数为40，纺丝速度为3200m/min，纺丝温度PET 280-290℃，IPET260-270℃，纺制出POY复合IPET纤维。以PDY复合IPET纤维为原丝，加工速度500m/min，D/Y1.95，第一热葙温度165℃，第二热葙温度120℃的条件下纺制出纤度为145dtex/40f的分散性染料易染功能性的复合加弹丝，纤维指标见表1中的8。
实施例9以PET切片为基体，将含4-12mol％间苯基团的IPET切片以共混比为80∶20的方式进行共混，干切片含水率达40-50ppm，在高速纺丝机上以纺丝速度为3200m/min，纺丝温度280-290℃，纺制出纤度为145dtex/40f的分散性染料易染功能性IPET共混纤维。纤维指标见表1中的9。
上述实施例纤维指标如表1所示表1 IPET系列纤维指标
权利要求
1.一种分散性染料易染功能性共聚酯切片和纤维，系由以下组份的反应或共聚的产物对苯二甲酸、乙二醇和间苯二元酸的第三单体，对苯二甲酸、乙二醇和间苯二元酸的摩尔比是1∶1.7-2.4∶0-1，其中选择性的含有如下物质a二价或三价金属的醋酸盐催化剂，其含量为对苯二甲酸的0.02-0.06％；或b磷酸三甲酯或磷酸三苯酯为热稳定剂，其含量为对苯二甲酸0.02-0.06％；或c聚酯、聚酰胺6、聚酰胺66，其含量为分散性染料易染功能性共聚酯切片和纤维重量的10-80％。
2.如权利要求1所述的分散性染料易染功能性共聚酯切片和纤维，其特征是其中对苯二甲酸与间苯基团摩尔比是1∶0-1的对苯二甲酸乙二酯/间苯二元酸烷烃酯的共聚酯。
3.如权利要求1所述的分散性染料易染功能性共聚酯切片和纤维，其特征是其中对苯二甲酸与间苯二元酸的摩尔比是1∶0.2-1。
4.如权利要求1所述的分散性染料易染功能性共聚酯切片和纤维的生产方法，其特征是用对苯二甲酸、乙二醇为原料进行反应，再加入间苯二元酸的第三单体进行共聚，酯化反应温度为230-265℃，缩聚温度为260-290℃，共聚反应中对苯二甲酸、乙二醇的摩尔比为1∶1.7-2.4，共聚反应时加入二价或三价金属的醋酸盐催化剂和热稳定剂磷酸三甲酯，或磷酸三苯酯含量分别为对苯二甲酸0.02-0.06％和0.02-0.06％。
5.如权利要求1所述的分散性染料易染功能性共聚酯切片和纤维的生产方法，其特征是所述的二价或三价金属是锌、锑、钴、锰、钙。
6.如权利要求1所述的分散性染料易染功能性共聚酯切片和纤维的生产方法，其特征是分散性染料易染功能性共聚酯切片经干燥，然后熔融纺丝、拉伸或假捻变形，包括拉伸丝、预取向丝、牵伸-假捻丝和全牵伸丝在内的分散性染料易染功能性长丝，其中纺丝速度800-5200m/min，纺丝温度260-300℃，或拉伸温度60-150℃或变形温度100-170℃。
7.如权利要求1所述的分散性染料易染功能性共聚酯切片和纤维的生产方法，其特征是分散性染料易染功能性共聚酯切片经干燥，然后在纺丝机和后加工联合机上通过纺丝、拉伸、热定型，抗起毛起球的IPET短纤维纺丝温度270-300℃，拉伸温度玻璃化温度-150℃，拉伸倍数2-3倍，热定型温度100-120℃。
8.如权利要求1所述的分散性染料易染功能性共聚酯切片和纤维的生产方法，其特征是分散性染料易染功能性共聚酯切片经干燥，然后通过纺丝、拉伸、热定型，生产单丝纤度2.5-3分特的高收缩短纤维和高收缩长丝纺丝速度500-4000m/min，纺丝温度275-295℃，拉伸温度70-135℃。对于全牵伸丝第一热辊温度75-85℃，第二热辊温度120-130℃，热定型温度80-120℃。
9.如权利要求1所述的分散性染料易染功能性共聚酯切片和纤维的生产方法，其特征是分散性染料易染功能性共聚酯切片经干燥，然后，采用并列型复合喷丝板，经过切片干燥、熔融纺丝制得高速纺复合的对苯二甲酸乙二酯/间苯二元酸烷烃酯的共聚酯纤维和该纤维的牵伸—假捻丝，可采用如下方法1)纺丝速度3000-3500m/min，纺丝温度聚对苯二甲酸乙二酯(聚酯)为280-300℃，对苯二甲酸乙二酯/间苯二元酸烷烃酯的共聚酯为265-285℃；或2)加工速度400-500m/min，第一热葙温度100-170℃，第二热葙温度100-120℃。
10.如权利要求1所述的分散性染料易染功能性共聚酯切片和纤维的生产方法，其特征是以聚酯或聚酰胺6或聚酰胺66或聚丙烯为基体，加入10-80％的分散性染料易染功能性共聚酯切片进行共混，然后在短纤维纺丝机和后加工联合机上，或在高速纺丝机和拉伸一变形机上通过纺丝、拉伸、热定型，生产分散性染料易染的共混长丝和短纤维。
全文摘要
本发明涉及分散性染料易染功能性共聚酯(对苯二甲酸乙二酯/间苯二元酸烷烃酯的共聚酯)切片和纤维的制备方法。提供间苯基团含量为2－100mol%IPET切片的工业化制备技术和9种纤维的制备技术,旨在改善聚酯纤维的染色性,抗起毛起球性、高收缩性和潜在卷曲性。系列纤维包括(1)分散性染料易染功能性IPET长丝五种:拉伸丝、预取向丝、牵伸－假捻丝、全牵伸丝、共混纤维;(2)分散性染料易染功能性IPET短纤维二种(抗起毛起球和抗起毛起球、高收缩);(3)分散性染料易染功能性IPET复合纤维;(4)分散性染料易染功能性IPET共混短纤维。系列纤维均具有手感柔软、光泽柔和、抗起毛起球、用分散性染料常压易染等特点,能纯纺、混纺、混纤和织造,制成薄型、中厚型或厚型,且有异色效应的针织和机织服装。
文档编号C08G63/00GK1376724SQ02111210
公开日2002年10月30日 申请日期2002年3月29日 优先权日2002年3月29日
发明者顾利霞, 仲蕾兰, 肖茹 申请人:东华大学