CN103122494B - 一种吸湿性聚酯纤维及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种吸湿性聚酯纤维及其制备方法，主要由聚酯构成，并含有相对于聚酯重量为2～20％的吸湿成分聚乙烯吡咯烷酮，且所述聚乙烯吡咯烷酮的平均分散径为200nm以下。聚乙烯吡咯烷酮与聚酯共混时，使用L/D为40以上二轴挤出机进行低温共混，最终得到的聚酯纤维具有良好耐久的吸湿性、高强伸度积，纤维的色调好，可用于内衣或运动衣料。

Description

一种吸湿性聚酯纤维及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种吸湿性聚酯纤维及其制备方法。

背景技术

聚酯是典型的热可塑性合成纤维，自发明以来，由于其优良的机械强度、耐药品性、耐热性等，在衣料及产业用途等领域得到广泛的应用。

但是，聚酯纤维的吸湿性极低，当用于直接接触皮肤或贴近皮肤穿着的内衣、运动衣料等时，由于皮肤出汗不能及时排出，会产生发粘的感觉，在穿着舒适性上比天然纤维差，因此限制了聚酯纤维在衣料用途方面的发展。

为了改善聚酯的吸湿性，最常用的方法是在聚酯中共聚吸湿成分或添加具有吸湿性的化合物。公知的共聚吸湿成分有侧链上含有羟基亚烷基的二醇、含有磺酸金属盐的二羧酸等。但是，在聚酯主链上引入上述吸湿成分，会导致聚酯的强度及耐候性下降。

另外还可以通过化学方法使吸湿性化合物附着在聚酯纤维上以提高纤维的吸湿性。例如在聚酯纤维上接枝丙烯酸或甲基丙烯酸，再利用碱金属取代其中的羧基以提高聚酯纤维的吸湿性。但是由于吸湿性化合物附着在纤维表面上，所以存在强度随时间变化而低下，手感、耐光性不良等问题。

特开平2-99612号公报公开了将吸湿率为10％以上的吸湿性树脂作为芯部，鞘部用聚酯被覆的芯鞘型复合纤维。可是这个方法在精炼或染色等热处理时，由于芯部分的吸湿性树脂易吸水而膨胀，从而在纤维表面形成裂纹，由于吸湿性树脂对水的溶解性高而向外流出，吸湿性消失。

日本专利特开2000-8226公开了一种吸湿聚酯系复合纤维，该纤维是以聚乙二醇共聚酯与聚乙烯吡咯烷酮的组成物作为芯成分，普通聚酯作为鞘成分，通过复合纺丝法制得。这个方法虽然解决了芯部吸湿膨胀导致鞘部开裂的问题，但其存在吸湿性不足以及吸湿耐久性差的缺点。

以上所述的方法，在一定程度上能提高聚酯纤维的吸湿性，但是在应用上还存在着各种各样的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种吸湿性聚酯纤维及其制备方法，使用所述方法制备得到的聚酯纤维在获得优良的吸湿性的同时依然能够维持聚酯纤维本身的优良特性。

本发明的技术解决方案是：

一种吸湿性聚酯纤维，主要由聚酯构成，并含有相对于聚酯重量为2～20％的吸湿成分聚乙烯吡咯烷酮，且所述聚乙烯吡咯烷酮的平均分散径为200nm以下。

上述聚酯为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯或其他含有共聚成分的聚酯。

本发明所述聚酯纤维中的吸湿成分为聚乙烯吡咯烷酮，为了获得所希望的吸湿特性，纤维中含有相对于聚酯重量为2～20％的聚乙烯吡咯烷酮。相对于聚酯重量，聚酯纤维中聚乙烯吡咯烷酮的含量小于2wt％时，所得到的聚酯纤维不具有吸湿性；大于20wt％时，所得到的聚酯可纺性变差，纤维物性下降、接触有粘感，无法达到穿着舒适性的要求。该含量优选5～15wt％，更优选8～12wt％。

所述的聚乙烯吡咯烷酮在该纤维中的平均分散径为200nm以下，优选150nm以下。平均分散径在200nm以下可以使得聚乙烯吡咯烷酮与聚酯很好的络合，从而抑制混合后聚乙烯吡咯烷酮的溶出，防止纤维在使用过程中吸湿性变差。

上述聚乙烯吡咯烷酮的K值优选15～90，更优选20～70。如果聚乙烯吡咯烷酮的K值过低，则聚乙烯吡咯烷酮即使与聚酯的络合能力不强，在挤出后水冷过程中容易溶出，致使纤维得不到很好的吸湿性。而如果其K值过高，则聚酯体系的粘度大大增加，混炼吐出不良，很难造粒，导致生产效率低下。

所述纤维的吸湿率差ΔMR为0.5～4％，该聚酯纤维经过130℃热水30分钟处理后，其中聚乙烯吡咯烷酮的溶出率为3％以下，更优选2％以下。聚乙烯吡咯烷酮的水溶性极好，因此本发明通过在长径比L/D为40以上的二轴挤出机上，在真空条件下进行低温共混，使得聚乙烯吡咯烷酮的分散径在200nm以下，从而提高其与聚酯的络合能力，从而降低纤维中聚乙烯吡咯烷酮的溶出率，提高纤维的吸湿性耐久性。

本发明的吸湿性聚酯纤维具有一般聚酯纤维同等水平的机械特性，纤维的强伸度积优选18.0以上，更优选20.0以上。由于聚乙烯吡咯烷酮与聚酯不相容，其作为吸湿成分加入聚酯中对聚酯的可纺性以及纤维的物性影响很大。本发明通过纺丝时提高口金部加热筒的环境温度来改善丝条的冷却条件，从而使纤维的强伸度积得到大幅度提高，达到一般衣料用途的使用要求。

聚乙烯吡咯烷酮在高温下的耐热性较差，与聚酯共混后由于聚乙烯吡咯烷酮的受热分解使所得到的组合物色调变黄。因此，本发明通过在低温混炼及低温纺丝，得到的吸湿性聚酯纤维的色调b值为5.0以下。

所述吸湿性聚酯纤维的具体生产方法如下：

在长径比L/D为40以上的二轴挤出机上，将聚酯和K值为15～90的聚乙烯吡咯烷酮在真空条件下进行低温共混，其中聚乙烯吡咯烷酮的添加量以其在聚酯纤维中占聚酯重量的2～20％计，得到聚乙烯吡咯烷酮的平均分散径在200nm以下的聚酯和聚乙烯吡咯烷酮组合物，将该组合物通过熔融纺丝进行制丝，得到初生纤维，将该初生纤维进一步进行拉伸，得到延伸丝。

对于聚乙烯吡咯烷酮的混炼而言，一般的混炼方法下，由于聚乙烯吡咯烷酮的凝集，无法达到很好的分散性，因此本发明采用在长径比L/D为40以上的二轴挤出机上进行低温混炼达到平均分散径在200nm以下的聚酯和聚乙烯吡咯烷酮组合物。所述的低温混炼是指在混炼时，控制熔融部温度为聚酯熔点以上10～20℃，混炼部温度为180～230℃。另外，由于聚乙烯吡咯烷酮在空气中极易吸水发粘，容易在喂料口受热造成堵料，因此通过在挤出机喂料口添加水冷装置，把喂料部温度控制在80℃以下，优选60℃以下，从而使喂料顺利进行。

熔融纺丝时口金部加热筒温度比纺丝温度高20～50℃。

通过上述方法得到的本发明所述的吸湿性聚酯纤维，具有良好耐久的吸湿性，吸湿率差为0.5～4％，通过使用一定长径比的二轴挤出机，并控制各部温度使得聚乙烯吡咯烷酮的分散径在200nm以下，从而得到的聚酯纤维的强伸度积为18.0以上、色调b值为5.0以下，且该纤维经过130℃热水30分钟处理后，其中聚乙烯吡咯烷酮的溶出率为3％以下。

评价方法：

1.混炼安定性确认：

通过挤出机出口处聚合物的挤出胀大，下记○和△判定为合格。

○：挤出胀大无

△：轻微挤出胀大

×：严重挤出胀大

2.纺丝性：

纺丝2小时内的纺丝情况通过下列方法进行评价，○和△判定为合格。

○：无断丝

△：有少量断丝(1～3回)

×：断丝频繁

3.聚乙烯吡咯烷酮的溶出率：

纤维未处理时60℃干燥2小时后重量为W₁，经过加压130℃处理30分钟后60℃干燥2小时后重量为W₂，聚乙烯吡咯烷酮的溶出率由下式算出：

溶出率＝(W₁-W₂)/W₁×100

4.聚乙烯吡咯烷酮的平均分散径：

通过扫描电镜SEM或透射电镜TEM对切片以及纤维的表面和断面进行观察，得到电子图像，再通过winrof软件处理得到聚乙烯吡咯烷酮的的平均分散径。

5.聚乙烯吡咯烷酮的K值测定方法

将聚乙烯吡咯烷酮制成浓度1％的水溶液，测定其相对粘度，再用fikentscher求得。

logZ＝C[75K²/(1+1.5KC)+K]

其中K：K值×10³、C：水溶液浓度(W/V％)、Z：浓度为C的水溶液的相对粘度。

6.纤维的强伸度积：

强度为纤维应力为应变拉伸时最大破断点强度(cN/dtex)，伸度为纤维最大破断点的应变(％)，

强伸度积＝強度×(伸度)^0.5

7.吸放湿性参数ΔMR：

(1)选取约1g重量的织物样本3份，将其放置于已知质量的称量瓶中，放入60℃的干燥机中，拿下瓶盖，预备干燥30分钟后，盖上瓶盖将称量瓶取出；

(2)将称量瓶放入20℃×65％RH环境的恒温恒湿机中，拿下瓶盖，平衡24小时后，盖上瓶盖，取出称量瓶，使用精密天平称重，称得的质量减去称量瓶的质量即为样本重量W₁；

(3)将称量瓶放入30℃×90％RH环境的恒温恒湿机中，拿下瓶盖，平衡24小时后，盖上瓶盖，取出称量瓶，使用同台精密天平称重，称得的质量减去称量瓶的质量即为样本重量W₂；

(4)将称量瓶放在105℃的干燥机中，拿下瓶盖，干燥2小时后，盖上瓶盖取出，并在干燥皿中常温冷却后，使用同台精密天平称重，称得的质量减去称量瓶的质量即为样本重量W₃；

(5)计算：

MR₁＝(W₁-W₃)/W₃

MR₂＝(W₂-W₃)/W₃

吸湿率差ΔMR(％)＝MR₂-MR₁，结果取3个样本的平均值。

附图说明

图1是聚酯与聚乙烯吡咯烷酮组合物切片经浓度为1％的Na₂CO₃水溶液在50℃下处理20分钟后的断面SEM图像。

图2是吸湿性聚酯纤维的纵截面TEM图像。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进一步说明。

实施例1

将K值为30的聚乙烯吡咯烷酮(下称PVP)，与聚对苯二甲酸乙二醇酯，使用二轴挤出机(L/D：45)，温度设定为熔融部260℃、混炼部200℃、喂料部控制在80℃，进行挤出。PVP的添加量以最终聚酯纤维中PVP占聚酯重量的5％计，挤出状况良好。所得组合物中PVP的平均分散径为80nm。将该组合物进行纺丝实验，纺丝温度为270℃，口金部加热筒温度设定为290℃，纺丝速度为1000m/min，得到初生纤维。再通过4.4倍延伸加工，得到强伸度积为20.0的延伸丝。经测试，该延伸丝的吸湿率差ΔMR为1.1％，纤维色调b值为3.0，PVP的溶出率为0.8％。

实施例2～4

改变PVP的添加量，使得最终聚酯纤维中PVP分别占聚酯重量的5％、15％、20％，其他同实施例1。混炼安定性及纺丝均没有出现问题，具体的结果见表1。

比较例1、2

改变PVP的添加量，使得最终聚酯纤维中PVP分别占聚酯重量的1％、25％，其他同实施例1。当添加PVP使得聚酯纤维中PVP分别占聚酯重量的1％时，虽然混炼纺丝没有问题，但是纤维吸湿性不好；当添加PVP使得聚酯纤维中PVP分别占聚酯重量的25％时，混炼时挤出胀大，造粒困难。具体的结果见表1。

表1

实施例5

将K值为30的PVP与聚对苯二甲酸丁二醇酯，使用二轴挤出机(L/D：52)，温度设定为熔融部240℃、混炼部180℃、喂料部控制在60℃，进行挤出。PVP的添加量以最终聚酯纤维中PVP占聚酯重量的10％计，挤出状况良好。所得组合物中PVP的平均分散径为50nm。将该组合物进行纺丝实验，纺丝温度为245℃，口金部加热筒温度设定为280℃，纺丝速度为1000m/min，得到初生纤维。再通过4.3倍延伸加工，得到强伸度积为23.0的延伸丝。经测试，该延伸丝的吸湿率差ΔMR为2.2％，纤维色调b值为3.0，PVP的溶出率为0.6％。

实施例6

使用L/D为40的挤出机，其他同实施例5，具体的结果见表2。

比较例3、4

分别使用L/D为30和35的挤出机，其他同实施例5，具体的结果见表2。

表2

实施例7～9

改变PVP的K值为15、60、90分别进行试验，其他同实施例5，混炼时随PVP的K值的增加，混炼性逐渐变差，具体的结果见表3。

比较例5、6

改变PVP的K值为10、120分别进行试验，其他同实施例5。当K值为10时，混炼虽然没有问题，但是在热水处理时PVP溶出率高，最终纤维的吸湿性差；当K值为120时，由于混合物粘度过高，混炼困难。具体的结果见表3。

表3

Claims (9)

1.一种吸湿性聚酯纤维，其特征是：所述纤维主要由聚酯构成，并含有相对于聚酯重量为2～20％的吸湿成分聚乙烯吡咯烷酮，且所述聚乙烯吡咯烷酮的平均分散径为200nm以下。

2.根据权利要求1所述的吸湿性聚酯纤维，其特征是：所述聚乙烯吡咯烷酮的K值为15～90。

3.根据权利要求1所述的吸湿性聚酯纤维，其特征是：所述纤维的吸湿率差ΔMR为0.5～4％。

4.根据权利要求1或2所述的吸湿性聚酯纤维，其特征是：所述纤维经过130℃热水30分钟处理后，其中聚乙烯吡咯烷酮的溶出率为3％以下。

5.根据权利要求1或2所述的吸湿性聚酯纤维，其特征是：所述纤维的强伸度积为18.0以上。

6.根据权利要求1或2所述的吸湿性聚酯纤维，其特征是：所述纤维色调b值为5.0以下。

7.一种权利要求1所述吸湿性聚酯纤维的制备方法，其特征是：在长径比L/D为40以上的二轴挤出机上，将聚酯和K值为15～90的聚乙烯吡咯烷酮在真空条件下进行低温共混，其中聚乙烯吡咯烷酮的添加量以其在聚酯纤维中占聚酯重量的2～20％计，得到聚乙烯吡咯烷酮的平均分散径在200nm以下的聚酯和聚乙烯吡咯烷酮组合物，将该组合物通过熔融纺丝进行制丝，得到初生纤维，将该初生纤维进一步进行拉伸，得到延伸丝。

8.根据权利要求7所述吸湿性聚酯纤维的制备方法，其特征是：所述低温共混是指共混时，挤出机喂料部温度为80℃以下，熔融部温度为聚酯熔点以上10～20℃，混炼部温度为180～230℃。

9.根据权利要求7所述吸湿性聚酯纤维的制备方法，其特征是：熔融纺丝时口金部加热筒温度比纺丝温度高20～50℃。