制备聚对苯二甲酸亚丙基酯地毯的方法 【技术领域】
本发明总的来说涉及用来制备聚对苯二甲酸亚丙基酯(PTT)地毯的方法，尤其地，本发明涉及用来制备这样的聚对苯二甲酸亚丙基酯地毯的方法：借助于优化后处理的处理条件来提高该地毯的质量、功能性和可操作性，这些后处理包括并捻、热定形、簇绒、染色、辗轧(becking)和截断。
背景技术
目前，大量需要可以防止普通食用染料的污染的地毯。为了防污染，尼龙地毯一定得用防污化学制品进行处理，或者尼龙纤维一定得具有在聚合物内混合的防污剂。
此外，已开发出由聚酯纤维制成的地毯，这些聚酯纤维如聚对苯二甲酸乙二醇酯或者聚对苯二甲酸亚丁基酯具有极好的防污性。例如，美国第3,998,042号和第4,877,572号专利公开了一种用来制备聚对苯二甲酸乙二醇酯BCF纱的方法，在该方法中，由聚对苯二甲酸乙二醇酯BCF纱所形成的地毯具有较好的防污性，但是绒头回复性较差，因为弹性回复性较小及织构保持性较差，因此至今聚对苯二甲酸乙二醇酯BCF纱难以使用。
为了克服上述聚对苯二甲酸乙二醇酯地毯的缺点，已经开发出用聚对苯二甲酸亚丙基酯BCF纱来制备地毯的技术。例如，美国第5,662,980号专利公开了由聚对苯二甲酸亚丙基酯连续膨体丝(bulkedcontinuous filament)改进横截面的纱所形成的地毯，其中用聚对苯二甲酸亚丙基酯连续膨体丝的改进横截面的纱制造的地毯具有极好的防污性、较好的弯曲回复性和绒头高度保持性。此外，由聚对苯二甲酸亚丙基酯BCF改进横截面的纱所形成的地毯具有较好的织构保持性。
但是，上述发明具有这样的缺点：由于在供料辊之后喷涂纺丝油剂，因此在通过供料辊地丝上施加了较大的摩擦力，从而导致了许多纱的割绒，因此使用性较差。另一个缺点是由纱冷凝所引起的，通过使冷凝装置与膨胀装置同时工作，该纱冷凝应该在高温下进行。因此，纱被冷凝得如此差，以致这些绒头在后处理过程中被过度磨损，并且地毯的外观较差。
此外，根据美国第5,662,980号专利，相对于热处理步骤，在各种因素之中只有主通道温度是规定的，但是其它因素如主通道内的保持时间和带上的原纱的密度没有规定，因此不能实现最佳的热处理。
【发明内容】
因此，本发明的目的是克服现有技术的缺点，并且提供一种用来制备聚对苯二甲酸亚丙基酯地毯的方法，借助于优化后处理的处理条件来提高该地毯的质量、功能性和可使用性，这些后处理包括并捻、热定形、簇绒、染色、辗轧和截断。
本发明的另一个目的是提供一种用来制备聚对苯二甲酸亚丙基酯地毯的方法，该地毯在物理性能上与传统的地毯相同或者优于传统的地毯，该物理性能包括剥离强度、拉伸强度、和尺寸稳定性及显示极好的后处理操作性。
为了实现上述目的，本发明提供了一种用来制备聚对苯二甲酸亚丙基酯地毯的方法，该方法包括这些步骤：
(A)并捻聚对苯二甲酸亚丙基酯纱；
(B)在主通道温度为120到160℃及带速度为4到9m/min的情况下，通过使用休珀巴纱机(Superba)使密度为200到240g/m的加捻聚对苯二甲酸亚丙基酯纱进行热定形；
(C)以5到15毛圈/英寸来簇绒热定形过的聚对苯二甲酸亚丙基酯纱；
(D)在大气压力及染色温度为90到100℃的条件下、借助于使用分散染料、在没有染料载体的情况下辗轧染色簇绒过的地毯；
(E)辗轧染过色的地毯；及
(F)截断得到的地毯。
【附图说明】
从结合附图的下面详细描述中可以更加清楚地理解本发明的上述的和其它的目的、特征和其它优点，其中：
图1图解了本发明的聚对苯二甲酸亚丙基酯地毯改进横截面的纱的改变比和臂角度；
图2为本发明的聚对苯二甲酸亚丙基酯地毯改进横截面的纱的生产的示意图；
图3是本发明的聚对苯二甲酸亚丙基酯地毯的生产的流程示意图。
【具体实施方式】
本发明的地毯由聚对苯二甲酸亚丙基酯纱生产出来。该地毯具有极好的弹性、防污性和分散染料的染色性，并且与聚对苯二甲酸乙二醇酯地毯或者聚对苯二甲酸亚丁基酯地毯相比，该地毯还具有极好的弹性回复性和绒头高度保持性。相应地，本发明的聚对苯二甲酸亚丙基酯地毯可以用作家用或者办公室用的高质量地毯。此外，本发明的地毯可以用来生产出割绒型地毯、毛圈绒头型地毯、结合型地毯、小地毯垫和地毯。
参照图2，本发明的地毯的聚对苯二甲酸亚丙基酯改进横截面的纱按如下方法生产：
通过纺纱喷嘴1，在245到265℃下熔纺特性粘度为0.8到1.2及含水量为50ppm或者更小的PTT聚合物。喷嘴具有Y形横截面、40个孔或者更多孔、改变比为1.5到3.5及臂角度为5到40°。当改变比和臂角度落入在上述范围内时，PTT纱具有极好的整体性质、纺纱效率和簇绒效率。
参照图1，‘改变比’表示在具有Y形横截面的原纱中的一个丝的外接圆直径R与内接圆直径r之比，即改变比＝R/r，而‘臂角度’表示这样的锐角：该锐角通过在具有Y形横截面的原纱中的丝的一个臂的两个边缘的两个延长线来形成。
然后，以0.4到0.6m/min的速度进行运动的初生丝2在冷却区域3内在10到25℃下进行冷却，并且进行纺纱修整步骤，在该步骤中，在给油设备4内通过两相，使用针织型上油剂或者水溶性上油剂给冷却过的纱上油，因此纱的润滑性能和光滑度提高了，并且纱被高度冷凝。
之后，使所得到的纱通过用来吸入纱的喷嘴5、及通过使用速率为650到850m/min、温度为45到80℃的供料辊6和速率为1500-4000m/min、温度为140到180℃的拉伸辊7来吸入，所述喷嘴吸入纺纱过程中所产生的圆头细丝。在丝通过拉伸辊7之后，丝通过具有织构喷嘴的膨胀元件8在5到8kg/m2下在180到220℃下来进行皱缩，并且皱缩率为10到60％。
接下来，在15到22℃下通过冷却鼓9来冷却丝，并且经过导丝辊10、通过旋转机器11、在4.5到5.0kg/m2的作用下捻纱并使之结头10到40次/米，因此纱被高度冷凝。在使纱旋转10次/米或者更少时，会产生起毛现象或者毛细作用的问题，因为原纱冷凝得不好，因此在簇绒期间，原纱的割绒效率降低了，故截断的地毯的外观较差，因为绒头的边缘被磨损了，并且地毯的支承强度也降低了。
另一方面，如果丝以40次/米或者更大进行旋转，那么地毯的外观也较差，因为这些丝即使在染色和后加工之后也保持着有结头。之后，通过第五个导丝辊12和纱导向器13，使用卷起机器14来缠绕纱。根据第五导丝辊12的速度来决定卷起机器14的速度，优选地，该速度为1500到3500m/min。
本发明的聚对苯二甲酸亚丙基酯地毯根据地毯的用途可以由纺前染色的纱来生产。通常，纺前染色的纱具有极好的防污性和防磨能力，并且可以应用到用于办公室的地毯中。但是，进行了匹染的地毯适合应用到家用或者宾馆用的高质量地毯中。
除了下面这个之外，用本发明的聚对苯二甲酸亚丙基酯纺前染色的纱来制备地毯的方法与用如上所述的普通聚对苯二甲酸亚丙基酯纱来制备地毯的方法相同：以底片(base chip)为基础2到5％的浓色母料与原料混合，并且将它们进行纺纱。与进行匹染的地毯相比，因此而生产出的地毯具有更加好的清洗色牢度、光的色牢度和磨损色牢度，并且次品比例降低了，因为不容易产生渗散(streaking)。
本发明的聚对苯二甲酸亚丙基酯纱可以进行这些后处理如并捻、热定形、簇绒、染色、辗轧和截断，从而生产出地毯。
现在返回到图3，在该图中，流程图示意性地图解了本发明的聚对苯二甲酸亚丙基酯地毯的产生过程。
在并捻步骤(S1)中捻纱。通过使用并捻加捻器，这些纱以180到250捻转/米被以顺手捻或者反手捻捻成两或者三股并捻。在这种情况下，加捻器的RPM优选地处于4000到4300的范围内。
接下来，对加捻纱进行热定形(S2)。通常，热定形装置可以是高压釜(autoclave)，Seussen或者休珀巴纱机。根据本发明，使用休珀巴纱机。通过使用蒸汽，使密度为200到240g/m的加捻纱最好在120到160℃的主通道温度及4到9m/min的带速度的条件下进行热定形。
例如，当温度小于120℃时，尽管整体性质较好，但绒头的边缘容易磨损，从而生产较差的外观，因为纱不能得到充分的热定形。另一方面，在高于160℃的温度时，整体性质变得到太低，以致在地毯中不能体现充足的体积感(volume sense)。此外，当带速度和密度偏离上述范围时，热定形过的纱的物理性能较差。
热定形步骤还包括：在使用蒸汽进行定形之前进行起绒毛处理，因此该地毯具有三维外观和具有积极的美学作用的两种不同的彩色效果，此外绒头的定形性能和防磨性提高了，并且改善了体积感。
同时，根据地毯的用途，在4到8bar的作用下，以400到1000m/min的速度，使用混合机器把纱捻成两股或者三股并捻。之后，在没有热定形的情况下，簇绒这些纱。
然后，使用1/8、5/32和1/10规格(gauge)(S3)的簇绒机器把热定形过的纱刺在PET纺纱粘合或者PP底布上。毛圈的范围是5到15个毛圈/英寸。对于割绒型地毯而言，绒头高度范围为4到18mm，而对于毛圈绒头型地毯而言，绒头高度范围为2.5到15mm。用来生产出地毯的原纱重量范围为10到90oz/yd2。
例如，在5毛圈/英寸或者更小时，重量和体积感较差。另一方面，在15毛圈/英寸或者更大时，拉伸和剥离强度剧烈减少，因为在辗轧期间，纱没有均匀地粘附到底布上。
接下来，在下面条件下、通过使用分散染料、在没有染色载体的情况下使簇绒地毯进行辗轧、染色：在大气压力下及染色温度为90到100℃(S4)。例如，当温度小于90℃时，不能制备具备理想色彩的地毯，因为纱被染色太薄。另一方面，当温度大于100℃时，增加了生产费用，因为纱应该在高压下进行染色。OWF(以地毯为基础的辅助染料量)是0.01到3.0％，液体比为10∶1到25∶1，并且分散剂量的范围为0.25到1.0g/l。
可以使用另一种染色方法即间隔染色，在该方法中，在热定形之前，以一种颜色或者以六种或者更少种的彩色，使用MCD(多色彩染色)机器使聚对苯二甲酸亚丙基酯纱染色。
在辗轧步骤中(S5)中，染色地毯被辗轧涂敷胶乳，因此绒头不能脱落，接着粘接到第二个底布如黄麻和聚丙烯底布，并且PVC或者SBS(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物)用作辅助垫即辗轧加强物。胶乳包括80％的固体，更加详细地说，包括30到50％的底胶乳、50到70％的CaCO3、分散剂和粘性增强剂。为了提高防染效果，可以把少量的Al2O3或者Al(OH)3加入到胶乳中。
为了改善绒头的外观，在截断的最后步骤中(S6)，使用螺条刀来均匀修整绒头。
本发明的聚对苯二甲酸亚丙基酯地毯具有极好的外观、触感、防磨性和弹性回复性(这些是尼龙的优点)及较好的防染性和防静电性(这些是聚酯的优点)。
此外，本发明的聚对苯二甲酸亚丙基酯地毯具有30％或者更大的可压缩性、90％或者更大的压缩回弹性、拉伸强度为2.0kg或者更大的绒头纱、剥离强度为2.0kg或者更大的粘合织物、及4级或者更高级别的清洗色牢度、磨损色牢度和光的色牢度。相应地，本发明的聚对苯二甲酸亚丙基酯地毯可以用作家用或者办公室用的高质量地毯。
实施例和比较例
根据下面实施例可以更好地理解本发明，而这些实施例是用来解释的、但不是用来限制本发明的。
【地毯的测试方法】
(1)细丝尖端(pencil point)
借助于肉眼观察绒头的边缘所磨损的程度，细丝尖端可以评估为三个等级即A：好，B：中，C：差；
(2)磨损色牢度
根据KS K 0650来测定磨损色牢度；
(3)外观
地毯的颜色、光泽、体积感、触感被评估为四个级别即AA：非常好，A：好，B：中，C：差；
(4)拉伸强度(drawing strength)
根据KS K 0818来测定拉伸强度；
(5)剥离强度
根据KS K 0818来测定剥离强度；
(6)可压缩性/压缩回弹性
可压缩性/压缩回弹性的比率可以根据KS K 0818的A进行测试；
(7)光的色牢度
地毯在63℃处理40小时，并且根据KS K 0700进行测试。然后，借助于使用ISO的蓝色标度来测定光的色牢度；
(8)清洗的色牢度
地毯在40℃进行处理，并且根据KS K 0430的A-1来进行测试；
(9)渗散性能
通过肉眼将渗散性能评估为三个等级，即A：好，B：中，C：坏。
实施例1
通过喷嘴使回潮率为40ppm、特性粘度为0.92的PTT聚合物在250℃时进行熔纺，从而生产出1300旦尼尔的68丝，而在barmag纺织机器中，所述机器每天可以生产出三吨细纱，该喷嘴具有Y形横截面、68孔、2.0的改变比及33°的臂角度。然后，在冷却区域内使最后得到的丝以0.5m/min的速度冷却到16℃。之后，借助于使用温度为60℃、速度为700m/min的供料辊和温度为160℃、速度为2300m/min的拉伸辊来拉伸冷丝。
在膨胀元件内在200℃下使抽绣花边进行皱缩，在冷却鼓内冷却到16℃，并且在冷凝装置内在4.0kg/m2作用下使冷却过的纱以20次/米捻纱。然后，最后以1950m/min的速度缠绕这些得到的纱，从而生产出聚对苯二甲酸亚丙基酯BCF改进横截面的纱。
通过使用并捻加捻器，最后得到的BCF纱以194捻转/米进行反手捻，接着通过休珀巴纱机元件使加捻纱进行热定形。密度为240g/m的加捻纱在138℃的主通道温度和5.14米/分(6米/70秒)的带速度下进行热定形。然后，通过使用具有1/10规格的簇绒机器使热定形过的纱刺在聚丙烯底布上。绒头是这样的割绒型：高度为12mm、13毛圈/英寸及原纱重量为4kg/3.3m2。
在下面条件下借助于使用分散染料DIANIX combi使簇绒地毯进行辗轧染色而没有染色载体：大气压力、染色温度为98℃、分散剂为0.5g/l，OWF(以地毯为基础的、所加入的染料的量)为0.01％及液体比为20∶1。
染过色的地毯涂有35％的底胶乳、60％的CaCO3、分散剂和粘度增强剂的混合物，接着使之粘到第二底布即黄麻上，最后使用螺条刀来切断。根据外观、细丝尖端和磨损色牢度来评测最后得到的地毯。这些结果描述在表2中。
实施例2～3
除了主通道温度、带速度和原纱的密度如表1中所述一样进行改变之外，重复例1的过程。根据物理性能评测得到的地毯。这些结果描述在表2中。
比较例1～4
为了比较根据热定形条件进行改变的地毯的物理性能，在下面，实施例1的原纱在工作条件下如表1所描述的一样进行热定形。之后，使热定形过的纱以与实施例1相同的方式进行簇绒、染色、辗轧和截断步骤，从而生产出地毯。根据物理性能来评测得到的地毯，并且这些结果描述在表2中。
表1 主通道温度(℃) 带速度 1密度(g/m) 实施例2 138 9米/70秒 240 比较例1 138 6米/70秒 300 实施例3 125 6米/70秒 240 比较例2 170 6米/70秒 240 比较例3 138 4米/70秒 240 比较例4 138 6米/70秒 180 实施例1 138 6米/70秒 2401原纱在带上的密度
表2 外观 (级别) 细丝尖端 (级别)磨损色牢度 (级别) 实施例2 AA A 4 比较例1 A B 3 实施例3 AA A 4 比较例2 B A 5 比较例3 A B 4 比较例4 B A 5 实施例1 AA A 5
实施例1的地毯具有极好的外观和5级的磨损色牢度，并且绒头的边缘没有磨损。总之，实施例2和3的地毯也具有极好的物理性能。
但是，具有较短的热过程的、比较例1的地毯具有较小的热定形性能，并且难以承受摩擦。此外，绒头的边缘容易磨损。另一方面，如比较例2和3一样，具有较长的热过程的地毯具有非常高的热定形性能、较低的整体性质、较差的触感及由于染色性能较差所引起的较差外观。
实施例5和比较例5～6
为了测试绒头的拉伸和剥离强度，所述强度会根据簇绒期间毛圈之间的间隔进行改变，在实施例5中重复实施例1的原来过程。在比较例5和6的情况下，除了把热定形过的纱各自以3毛圈/英寸和20毛圈/英寸刺在聚丙烯的底布上之外，重复实施例1的过程。
根据物理性能来评测得到的聚对苯二甲酸亚丙基酯地毯，并且这些结果描述在表3中。
表3毛圈(/英寸) 拉伸强度 (干)(kg) 剥离强度 (长度)(kg) 外观 (级别)比较例5 3 1.5 1.3 A比较例6 20 3.2 3.0 C实施例5 13 3.6 3.3 AA
在比较例5的情况下，粘合剂在辗轧期间不能充分地涂到地毯上，因为毛圈之间的间隔太窄了，并且因此使得拉伸和剥离强度降低。此外，在如比较例6所描述的20毛圈/英寸下，尽管拉伸和剥离强度不坏，但是外观特性如重量、密度感和触感非常差。
实施例6
除了把以PTT底片为基础的3％的浓色母料供给到原料中从而生产出聚对苯二甲酸亚丙基酯涂布漆胶的染色纱之外，重复实施例1的过程，因此生产出地毯。
由实施例3的聚对苯二甲酸亚丙基酯涂布漆胶的染色纱所形成的地毯在物理性能上与实施例1的地毯相似。这些结果描述在表4中。
表4可压缩性(％)压缩回复性(％) 1色牢度渗散性能实施例1 46 96 4，4，5 A实施例3 40 94 5，5，5 A1清洗、光和磨损色牢度(级别)
与进行匹染的地毯相比，实施例6的涂布漆胶BCF地毯具有更加好的清洗色牢度、光的色牢度和磨损色牢度，并且与实施例1相比，具有更好的渗散性能，因此与普通地毯相比，纺前染色地毯的染色外观更好。但是，纺前染色地毯的可压缩性和压缩回弹性稍差，因为没有染色步骤并且不会由于染色步骤而使潜在胀量增大。但是，与尼龙或者聚对苯二甲酸乙二醇酯地毯相比，本发明的纺前染色地毯的可压缩性和压缩回弹性更好。
如上所述，本发明提供了一种这样的聚对苯二甲酸亚丙基酯地毯，它具有极好的外观、触感、抗磨性、弹性回复性、防污性、防静电能力及剥离强度、拉伸强度和尺寸稳定性。此外，用来制备本发明的聚对苯二甲酸亚丙基酯地毯的方法具有极好的后处理效率的优点。
本发明以图解的方式描述，并且应该明白所使用的术语是用来描述的，而不是用来限制的。根据上面教导，本发明可以进行许多改进和变化。因此，应该明白，在附加的保护范围内，本发明在没有具体描述的其它情况下也可以实现。