高保水率易染多功能共聚酯纤维及所采用的异型喷丝板 【技术领域】
本发明涉及聚酯纤维的制备方法和所采用的喷丝板，特别涉及涤纶纤维的制备方法和所采用的异型喷丝板。
背景技术
涤纶是以聚对苯二甲酸乙二醇酯(简称聚酯或PET，下同)为原料经熔融纺丝后所制得的纤维。
涤纶的物理机械性能优异，弹性模量高，耐热性能好，易洗快干；物理机械性能的可塑性大，利用不同的加工工艺能生产出可与棉、毛、麻等天然纤维混纺的短纤维，也可生产长丝供机织或针织。因此，聚酯纤维在世界范围内得到了迅速的发展。
但由于聚酯分子链紧密敛集，结晶度和取向度较高，极性较小，缺乏亲水性，在聚酯的曲折长链分子间没有可适当容纳染料分子的间隙，染料粒子不易透入纤维，其染色性差；吸湿性低，在标准状态下，其回潮率仅为0.4％，织物穿起来有闷热感、不舒服。因此聚酯纤维问世的同时，人们就开始了对PET的改性研究工作，旨在克服PET纤维的缺点与不足。
在PET的改性方法中，化学改性的方法是比较稳定、持久和有效的方法。化学改性有共聚、共混、表面化学反应等方法，使用共聚合的方法改性是化学改性中非常重要的一种方法，它是以对苯二甲酸(TPA)、乙二醇(EG)为主要原料，在合成阶段加入一定量的第三单体组分或第四单体组分，比较常见地有聚乙二酵(PEG)、癸二鞍、间苯二甲酸、聚对苯二甲酸丁二酯、聚硅氧烷、己二酸丁二酯等单体组分进行共聚合制备共聚酯。
但是上述专利或文献披露的技术用于制备纤维时，如采用阳离子染料进行染色时，染料难以以离子键固定在聚酯分子上，平衡无法一直向有利于染料结合在纤维上的方向进行，聚酯纤维的染色性不高，保水率低。同时也没有考虑到纤维形状，因此，其吸湿性低和回潮率依然不尽如人意，织物穿起来有闷热感、不舒服。
【发明内容】
本发明需要解决的技术问题在于公开高保水率易染多功能共聚酯纤维及所采用的异型喷丝板，以克服现有技术存在的聚酯纤维的染色性不高，保水率低的缺陷。
本发明的纤维的制备方法，其特征在于，是以改性聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚对苯二甲酸乙二醇酯为原料经熔融后，采用常规的方法通过异型喷丝板纺制的，质量份数为：
聚对苯二甲酸乙二醇酯 100份
改性聚对苯二甲酸乙二醇酯 0～100份。
所说的改性聚对苯二甲酸乙二醇酯为一种含有第三单体结构单元的聚对苯二甲酸乙二醇酯的共聚酯，是在PET的聚合阶段加入第三单体进行聚合而获得的；其制备方法以及有关的理化参数在发明人公开的中国专利CN02110770.x中已经有公开的报道，本发明不再赘述。
所说的第三单体为间苯二甲酸、间苯二甲酸磺酸盐，所说的盐为钠或钾盐；
当选用间苯二甲酸磺酸钠、间苯二甲酸磺酸钠的二甲酯或间苯二甲酸磺酸钠的双乙二醇酯时，即获得化学名称为聚对苯二甲酸-间苯二甲酸5-磺酸钠乙二醇的共聚酯(简称HCDP，下同)；
当选用间苯二甲酸时，即获得化学名称为聚对苯二甲酸-间苯二甲酸乙二醇的共聚酯的分散性染料常压易染的共聚酯(简称IPET，下同)。
其中：第三单体的摩尔量为对苯二甲酸的3～100％；
按照本发明，可采用第三单体含量不同的改性聚对苯二甲酸乙二醇酯的共混物为原料，优选的质量份数为：
含量为2～6％的第三单体改性聚对苯二甲酸乙二醇酯 0～100份
含量为6～10％的第三单体改性聚对苯二甲酸乙二醇酯 0～60份
改性聚对苯二甲酸乙二醇酯共混物中，不同含量的第三单体的量将直接影响所获得纤维的染色性能和碱处理条件，这是由于第三单体的量将直接影响共聚酯的结晶性能。
喷丝板的喷丝孔的形状也将对纤维的性能产生重要影响，本发明所说的异型喷丝板的喷丝孔的形状包括圆缺形、L形并在喷丝板上呈对称排列或椭圆形并在喷丝板上呈三角形排列中的一种。
所说的纤维为异形中空纤维或异形中空闭合截面纤维。
本发明利用不同三单含量阳离子染料易染的对苯二甲酸-间苯二甲酸5-磺酸钠乙二醇酯或分散性染料易染的对苯二甲酸-间苯二甲酸乙二醇酯切片不同比例共混，或上述两种共聚酯与对苯二甲酸乙二醇酯不同比例共混，设计异形喷丝板纺制具有中空闭合截面的异形纤维，优化碱处理条件获得高保水率易染多功能共聚酯纤维。
由于间苯二甲酸的加入破坏了对苯二甲酸乙二醇酯大分子链的规整性，有利于染料分子与大分子结合，同时由于该聚合体中引入了磺酸盐基团，其上的金属离子(Na+、K+等)易与阳离子染料中的阳离子交换，染料就以离子键固定在聚酯分子上，同时释出盐类(如NaCl)，由于染色在水浴中进行，NaCl等完全可去掉，平衡一直向有利于染料结合在纤维上的方向进行，从而聚酯纤维的染色性得以提高。特别是所说的共聚酯因为存在极性很强的磺酸钠盐或钾盐，对水分有着良好的吸附作用，纤维的吸湿率有显著的提高。同时由于异形纤维之间及中空纤维所形成的毛细管效应也导致异形中空纤维的吸湿率提高。
本发明优化了所纺制纤维的碱处理条件，获得高保水率阳离子染料或分散性染料可染的聚酯纤维。第三单体间苯二甲酸磺酸钠和间苯二甲酸的存在，破坏了大分子链的规整性，特别是阳离子染料可染的共聚酯由于磺酸盐对水的敏感性使HCDP在碱性条件下更易水解。由于水解在纤维表面形成许多微孔，或形成贯通异形中空的微孔。由于这些微孔的存在，使得纤维的保水率显著提高。
本发明提供的高保水率易染多功能共聚酯纤维具有阳离子染料或分散性染料常温常压可染，高保水率，织物手感柔软舒适等特性，并具有环境安全性，能够有效地大批量生产，可广泛用于纯纺或与丝、绢、棉、毛、麻等天然纤维混纺，以获得风格多样的服用面料。
本发明中保水率的测试方法：将纤维在水中浸泡4个小时，使之充分吸水后挤干，在离心机上以3500转/分的速度脱水10分钟，迅速称重记为Wm，而后将纤维放入烘箱内在105℃下干燥3小时，再称重记为Wo，保水率＝(Wm-Wo)/Wo×100％。
【附图说明】
图1为喷丝孔为圆缺形的异型喷丝板。
图2为喷丝孔为三角形的异型喷丝板。
图3为喷丝孔为L形的异型喷丝板。
【具体实施方式】
参见图1，图2和图3，所说的异型喷丝板的喷丝孔1的形状为圆缺形、L形并在喷丝板上呈对称排列或椭圆形并在喷丝板上呈三角形排列中的一种。
通过下述实施例将有助于理解本发明，但并不限制本发明的内容。
实施例1
对苯二甲酸乙二醇酯切片干燥后，采用如图1所示的异形喷丝板，在日本ABE Engineering Co双螺杆.纺丝机和Barmag 3010拉伸机上，控制螺杆温度290℃，卷绕速度1000m/min，冷却风温27℃，拉伸倍数3.5倍，制得异形中空纤维。所获纤维的纤度、断裂强度、断裂伸长率如表1中序号1所示。所获纤维的保水率及其在10g/l或20g/l浓度的NaOH碱溶液中于95℃下碱减量处理60min后所获的碱减量率、保水率如表2中序号1所示。
实施例2
第三单体SIP含量相对于PTA3mol％的阳离子染料可染的共聚酯切片干燥后，采用实施例1相同的方法，制得异形中空纤维。所获纤维的纤度、断裂强度、断裂伸长率如表1中序号2所示。所获纤维的保水率及其在10g/l浓度的NaOH碱溶液中于95℃下碱减量处理60min后所获的碱减量率、保水率如表2中序号2所示。
实施例3
第三单体SIP含量相对于PTA3mol％的阳离子染料可染的共聚酯切片干燥后，采用如图2所示的异形喷丝板，采用实施例1相同的方法，制得异形中空纤维。所获纤维的纤度、断裂强度、断裂伸长率如表1中序号3所示。所获纤维的保水率及其在10g/l浓度的NaOH碱溶液中于95℃下碱减量处理60min后所获的碱减量率、保水率如表2中序号3所示。
实施例4
第三单体SIP含量相对于PTA3mol％和9mol％的阳离子染料可染的共聚酯切片以90∶10的质量百分比共混，经过干燥，采用如图2所示的异形喷丝板和实施例1相同的工艺条件，制得异形中空纤维。所获纤维的纤度、断裂强度、断裂伸长率如表1中序号4所示。所获纤维的保水率及其在10g/l浓度的NaOH碱溶液中于95℃下碱减量处理60min后所获的碱减量率、保水率如表2中序号4所示。
实施例5
第三单体SIP含量相对于PTA3mol％和9mol％的阳离子染料可染的共聚酯切片以80∶20的质量百分比共混，经过干燥，采用如图3所示的异形喷丝板和实施例1相同的工艺条件，制得异形中空纤维。所获纤维的纤度、断裂强度、断裂伸长率如表1中序号5所示。所获纤维的保水率及其在10g/l浓度的NaOH碱溶液中于95℃下碱减量处理60min后所获的碱减量率、保水率如表2中序号5所示。
实施例6
第三单体SIP含量相对于PTA3mol％和9mol％的阳离子染料可染的共聚酯切片以70∶30的质量百分比共混，经过干燥，采用如图3所示的异形喷丝板和实施例1相同的工艺条件，制得异形中空纤维。所获纤维的纤度、断裂强度、断裂伸长率如表1中序号6所示。所获纤维的保水率及其在10g/l浓度的NaOH碱溶液中于95℃下碱减量处理60min后所获的碱减量率、保水率如表2中序号6所示。
实施例7
第三单体SIP含量相对于PTA9mol％的阳离子染料可染的共聚酯切片和对苯二甲酸乙二醇酯以10∶90的质量百分比共混，经过干燥，采用如图1所示的异形喷丝板和实施例1相同的工艺条件，制得异形中空纤维。所获纤维的纤度、断裂强度、断裂伸长率如表1中序号7所示。所获纤维的保水率及其在10g/l浓度的NaOH碱溶液中于95℃下碱减量处理60min后所获的碱减量率、保水率如表2中序号7所示。
实施例8
第三单体SIP含量相对于PTA3mol％的阳离子染料可染的共聚酯切片和对苯二甲酸乙二醇酯以20∶80的质量百分比共混，经过干燥，采用如图2所示的异形喷丝板和实施例1相同的工艺条件，制得异形中空纤维。所获纤维的纤度、断裂强度、断裂伸长率如表1中序号8所示。所获纤维的保水率及其在10g/l浓度的NaOH碱溶液中于95℃下碱减量处理60min后所获的碱减量率、保水率如表2中序号8所示。
实施例9
第三单体SIP含量相对于PTA3mol％的阳离子染料可染的共聚酯切片和对苯二甲酸乙二醇酯以30∶70的质量百分比共混，经过干燥，采用如图3所示的异形喷丝板和实施例1相同的工艺条件，制得异形中空纤维。所获纤维的纤度、断裂强度、断裂伸长率如表1中序号9所示。所获纤维的保水率及其在10g/l浓度的NaOH碱溶液中于95℃下碱减量处理60min后所获的碱减量率、保水率如表2中序号9所示。
实施例10
第三单体间苯二甲酸含量相对于对苯二甲酸4mol％的分散性染料可染的共聚酯切片经过干燥，采用如图3所示的异形喷丝板和实施例1相同的工艺条件，制得异形中空纤维。所获纤维的纤度、断裂强度、断裂伸长率如表1中序号10所示。所获纤维的保水率及其在10g/l浓度的NaOH碱溶液中于95℃下碱减量处理60min后所获的碱减量率、保水率如表2中序号10所示。
实施例11
第三单体间苯二甲酸含量相对于对苯二甲酸8mol％的分散性染料可染的共聚酯切片经过干燥，采用如图2所示的异形喷丝板和实施例1相同的工艺条件，制得异形中空纤维。所获纤维的纤度、断裂强度、断裂伸长率如表1中序号11所示。所获纤维的保水率及其在10g/l或20g/l浓度的NaOH碱溶液中于95℃下碱减量处理60min后所获的碱减量率、保水率如表2中序号11所示。
实施例12
第三单体间苯二甲酸含量相对于对苯二甲酸12mol％的分散性染料可染的共聚酯切片经过干燥，采用如图2所示的异形喷丝板和实施例1相同的工艺条件，制得异形中空纤维。所获纤维的纤度、断裂强度、断裂伸长率如表1中序号12所示。所获纤维的保水率及其在10g/l或20g/l浓度的NaOH碱溶液中于95℃下碱减量处理60min后所获的碱减量率、保水率如表2中序号12所示。
实施例13
第三单体间苯二甲酸含量相对于对苯二甲酸12mol％的分散性染料可染的共聚酯切片经过干燥，采用如图3所示的异形喷丝板和实施例1相同的工艺条件，制得异形中空纤维。所获纤维的纤度、断裂强度、断裂伸长率如表1中序号13所示。所获纤维的保水率及其在10g/l或20g/l浓度的NaOH碱溶液中于95℃下碱减量处理60min后所获的碱减量率、保水率如表2中序号13所示。
实施例14
第三单体间苯二甲酸含量相对于对苯二甲酸8mol％的分散性染料可染的共聚酯切片和对苯二甲酸乙二醇酯以10∶90质量百分比共混，经干燥后，采用如图3所示的异形喷丝板和实施例1相同的工艺条件，卷绕速度800-1200m/min，冷却风温25～30℃，拉伸倍数2.8～4.2倍，制得异形中空纤维。所获纤维的纤度、断裂强度、断裂伸长率如表1中序号14所示。所获纤维的保水率及其在10g/l或20g/l浓度的NaOH碱溶液中于95℃下碱减量处理60min后所获的碱减量率、保水率如表2中序号14所示。
实施例15
第三单体间苯二甲酸含量相对于对苯二甲酸8mol％的分散性染料可染的共聚酯切片和对苯二甲酸乙二醇酯以20∶80质量百分比共混，经干燥后，采用如图3所示的异形喷丝板和实施例1相同的工艺条件，制得异形中空纤维。所获纤维的纤度、断裂强度、断裂伸长率如表1中序号15所示。所获纤维的保水率及其在10g/l或20g/l浓度的NaOH碱溶液中于95℃下碱减量处理60min后所获的碱减量率、保水率如表2中序号15所示。
表1：异形纤维的力学性能 编号 组分 喷丝板 线密度(dtex) 断裂伸长(％) 断裂强度(CN/dtex) 1 PET 1 8.2 55.3 2.9 2 HCDP3 1 10.6 9.3 3.0 3 HCDP3 2 6.9 19.6 3.1 4 HCDP3/HCDP9＝90/10 2 7.9 21.5 2.3 5 HCDP3/HCDP9＝80/20 2 12.3 18.5 2.8 6 HCDP3/HCDP9＝70/30 3 8.3 18.6 2.4 7 PET/HCDP9＝90/10 1 7.0 35.6 3.4 8 PET/HCDP9＝80/20 2 8.5 19.9 2.7 9 PET/HCDP9＝70/30 3 8.7 23.2 2.6 10 IPET4 3 4.6 20.4 3.3 11 IPET8 2 8.1 24.8 2.7 12 IPET12 2 4.5 19.9 2.4 13 IPET12 3 4.5 19.9 2.4 14 PET/IPET8＝90/10 3 3.3 18.1 3.5 15 PET/IPET8＝80/20 3 4.2 20.2 3.1
表2：纤维碱减量率及其碱处理前后的保水率 编号 组分 碱处理前 保水率(％) 碱减量(％) 保水率(％) 10g/l 20g/l 10g/l 20g/l 1 PET 1.7 1.3 19.7 3.7 18.4 2 HCDP3 5.4 6.5 17.4 3 HCDP3 5.5 7.2 19.7 4 HCDP3/HCDP9＝90/10 6.1 8.2 21.4 5 HCDP3/HCDP9＝80/20 6.8 15.5 29.6 6 HCDP3/HCDP9＝70/30 7.9 20.6 35.3 7 PET/HCDP9＝90/10 2.5 2.1 8.9 8 PET/HCDP9＝80/20 3.8 6.8 13.8
9 PET/HCDP9＝70/30 7.5 11.2 22.5 10 IPET4 2.4 3.5 13.2 8.7 15.7 11 IPET8 2.7 3.9 20.1 8.9 19.7 12 IPET12 3.2 4.2 25.3 9.9 26.1 13 IPET12 3.5 4.7 32.6 10.8 33.7 14 PET/IPET8＝90/10 2.6 2.8 12.3 7.5 19.7 15 PET/IPET8＝80/20 5.2 3.2 13.0 8.2 27.4
表1和2的组分栏中，组分后的数字代表第三单体相对于对苯二甲酸的摩尔含量，等号后的数字代表两个组分的质量比。
由表1和表2可见，由于HCDP分子中含有磺酸基团，容易水解，所以HCDP的碱减量率最大，而且随着三单含量增加碱减量率也增加。IPET中含有间苯二甲酸，破坏了结构规整性，因此其碱减量率比PET大，但比HCDP小。异形纤维的碱减量率要大于圆形纤维，这是由于异形纤维的比表面积比圆形纤维大，易受侵蚀。
异形纤维的保水率高于圆形纤维，这是由于异形纤维间由纤维间空洞而形成的毛细作用大于圆形纤维。同一纤维碱处理后的保水率大于碱处理前的保水率，且浓度高的碱溶液处理的纤维保水率比较高，表明碱处理可以在纤维的表面形成孔穴，碱浓度越高，形成的这种孔穴越多，有助于纤维吸湿性能的提高。