專利名稱：用于制備高吸濕和高排濕聚酯織物的聚合物母粒及其合成方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于制備聚酯合成纖維的原料，更具體的是一種用于制備 高吸濕和高排濕聚酯織物的聚合物母粒及其合成方法。
背景技術：
隨著社會的不斷發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，人們對服裝已不僅僅要 求外形的美觀與時髦，而更偏重于服裝的舒適性這一功能。對于內衣、運動服 和夏服來說，熱濕舒適性是至關重要的。當人體大量出汗時，汗液如不能迅速 從皮膚上排離，皮膚表面將被水分包裹，人體會有悶熱感并導致不利于人體健 康的積熱。
因此，舒適性良好的織物除要具有優(yōu)良的吸濕性的同時還需要具有優(yōu)良的 排汗、速干性。傳統(tǒng)的天然纖維——棉花具有良好的親水性和自然的形態(tài)結構， 但由于棉纖維一旦被汗液浸濕后，汗液難于排除，會粘貼在人體皮膚上，造成 很不舒適的感覺。所以雖然它的吸汗性很好，而排汗性較差。普通聚酯纖維因 本身不具有親水基，加上構成纖維的大分子鏈緊密的結構，所以其吸濕能力差， 致使其在舒適性方面要比棉等天然纖維差得多。但它所具有的疏水性又可使汗 液在織物內部依靠纖維間的毛細效應順利傳遞，即具有很好的排汗性能。
為了制備同時具有高吸濕和高排汗、速干性能的舒適性織物用纖維，人們 最初是以天然纖維和合成纖維復合為主流，或采用吸濕性聚合物直接紡制纖
維；或是以常規(guī)聚酯與吸濕性聚合物制備復合或共混纖維；也有采用纖維超細 化，減小纖維間形成的毛細管直徑，增加吸濕、導濕效果，由于纖維截面仍為
圓形，導濕效果并不明顯；或是制備自身特殊化的異形纖維——如多孔或單孔 中空型、馬蹄型、Y型、W型、十字型等異型截面，如商品牌號為Coolmax、 Coolplus、 Cooltech、 Coolbst、 Cooldry等的聚酯纖維，再通過織物組織結 構設計實現(xiàn)優(yōu)良的吸濕、排汗、速干的高舒適性，雖然可依靠纖維間的間隙實 現(xiàn)吸濕、導汗效果，但是纖維表面缺少親水基團，對水的浸潤型較差，而且纖 維表面光滑，比表面積小，因此吸、排水效果不夠突出。

發(fā)明內容
為了克服上述缺陷，本發(fā)明提供了一種用于制備具有高吸濕、排汗、速干 性能聚酯織物用纖維的聚合物母粒及其制備方法。該聚合物母粒是含有下列組
分的反應產物
(1) 芳香族二元羧酸或芳香族二元羧酸的酯類衍生物；
(2) 脂肪族或芳香族的二元醇；
(3) 芳香族二元羧酸或芳香族二元羧酸二醇酯的金屬磺酸鹽；
(4) 脂肪族的聚酯或聚醚；
(5) 無機納米粉體；
以每100摩爾組分(1)計，組分(2)為1.15 1.8摩爾，組分(3)為1.3 7.5 摩爾；以每100克組分(1)計，組分(4)重量為1 12克，組分(5)重量為 0.05~4.5克。
所述組分(1)選自芳香族二元羧酸或其酯類衍生物中的至少一種。可采 用本行業(yè)內常用的單體原料，優(yōu)選采用具有8到14個碳原子的芳族二羧酸或 其芳族二羧酸的烷基酯類，具體是以對苯二甲酸或其酯類衍生物為主(不低于 90%摩爾組分)，還可同時適量添加鄰苯二甲酸、間苯二甲酸、1,4-萘二甲酸、 2,5-萘二甲酸、2，6-萘二甲酸、2,7-萘二甲酸或它們的甲酯類衍生物等。
所述組分(2)中的脂肪族或芳族的二元醇，可采用本行業(yè)內常用的單體 原料，優(yōu)選采用具有2到6個碳原子的脂肪族二醇或具有8個碳原子的芳族二 醇，具體如乙二醇、1,3-丙二醇、1,3-丁二醇、1,4-丁二醇、1,5-戊二醇、1，6國 己二醇、1，3-己二醇、1，2-己二醇、環(huán)己垸二甲醇酯等。使用不同的二元醇所 得到的共聚酯會有不同的效果。
所述組分(1)中的芳族二元羧酸酯采用上述的芳族二羧酸與上述的脂肪
族二元醇形成的芳族二元脂肪族醇酯。具體如對苯二甲酸二甲酯、對苯二甲
酸乙二醇酯、對苯二甲酸丁二醇酯、對苯二甲酸丙二醇酯、對苯二甲酸己二醇 酯、對苯二甲酸環(huán)己烷二甲醇酯等。
以每100摩爾組分(1)計，組分(2)為1.15 1.8摩爾，優(yōu)選為1.2-1.5摩爾。
除了上述芳香族二元羧酸或芳香族二元羧酸酯單體、脂肪族二元醇單體，
本發(fā)明的共聚物中還包括第三單體——組分(3):芳香族二元羧酸或芳香族
二元羧酸酯的金屬磺酸鹽，即包含金屬磺酸鹽基團的芳香族二元羧酸或其酯類
化合物。所述磺酸鹽的金屬離子包括Na+、 K+、 Li+等。通常使用的有間苯二 甲酸二甲酯-5-磺酸鈉、間苯二甲酸二甲酯-5-磺酸鋰、間苯二甲酸二甲酯-5-磺 酸鉀(加頓號、)間苯二甲酸二乙二醇酯-5-磺酸鈉、間苯二甲酸二乙二醇酯-5-磺酸鋰、間苯二甲酸二乙二醇酯-5-磺酸鉀等等。優(yōu)選使用芳香族二元羧酸二 醇酯的金屬磺酸鹽。
該組分的添加有利于對構成織物的纖維實施微孔化處理，并提高汗液對織 物的浸潤。其添加量以每100摩爾組分(1)計，組分(3)為1.5 7.5摩爾。 優(yōu)選為L8 5.0mo1。當添加量小于1.5molQ/。時，導致微孔化處理效果不良，且 汗液對織物的浸潤不良；添加量過高時，在共聚酯合成時會由于增稠效應，影 響共聚酯分子量的提高以及產生過多的泡沬，堵塞真空管道，惡化產品質量， 還增加了生產成本。
所述的脂肪族聚酯或聚醚可以是聚乙二醇、聚丙二醇或聚丁二醇。該組
分的添加有利于改善共聚酯的流動性能，改善可紡性，同時會降低共聚酯的玻
璃化轉變溫度。其添加量以每100克組分(1)計，組分(4)質量為1~12克， 優(yōu)選為4 10克。添加量過小，起不到應有的效果；添加量過大則會降低共聚 酯的熔點和熱穩(wěn)定性，不利于紡絲加工和最終纖維的品質。
所述的無機納米粉體，可以使用粒徑50~300nm的納米級或微米級Ti02， Si02， BaS04、CaC03及ZnO等多種材料中的任意一種，粒徑優(yōu)選為70~150nm， 添加量以每100克組分(1)計，組分(5)重量為0.05~4.5克，優(yōu)選0.1~3.5 克。添加量過少不利于微孔化效果的實施；添加量過高會造成共聚酯合成過程 的增稠效應，影響共聚酯分子量的提高，還會增加生產成本。
本發(fā)明還提供了一種用于制備上述高吸濕、排汗、速干聚酯纖維織物的聚 合物母粒的方法，其包括以下步驟
a、 在250 255。C進行組分(1 )和組分(2)的酯化反應；
b、 在步驟a酯化反應完成的基礎上引入組分(3)和組分(4)于275 285。C 進行縮聚反應，得到聚合物母粒；
組分(5)可在上述任意步驟中加入。 具體地，可采用以下步驟
(1)先將經過予處理的組分(5)分散于組分(2)中，制得無機納米粉體 的二元醇分散液，濃度為50 300g/l，為了有效分散，可采用球磨或超聲波分 散的形式；
(2) 將組分(1)、組分(2)、組分(3)、組分(4)和上述步驟(1)得到 的無機納米粉體的二元醇分散液按比例加入到酯化反應釜中，于250 255°C 進行酯化反應；
(3) 其中組分(3)、組分(4)也可以在組分(1)和組分(2)先行酯化 反應完畢后再添加，經過30 40分鐘的反應后，于275 285"C進行減壓縮聚 反應，得到本發(fā)明的聚合物母粒。縮聚反應時間可利用縮聚反應器的攪拌功率
大小判斷。
在上述的制備過程中，還需要加入本行業(yè)內公知的用于縮聚反應的催化
劑，如Sb203、 Sb (OAc) 3、乙二醇銻等銻類化合物，鈦酸四丁酯、鈦酸異丙 脂、四丁基鈦等鈦類化合物，氧化錫、錫酸鈉等化合物、二氧化鍺、鍺酸鈉等 化合物。添加量依所用催化劑種類的不同而異，如用銻類催化劑，以每100 克組分(1)計，為0.03 0.044克；如用鈦類催化劑，只需用0.002-0.01克即 可。使用不同類型的催化劑時，還需同時配用相應的磷酸、亞磷酸或其酯類熱 穩(wěn)定劑，或是受阻酚、受阻胺類抗氧劑，以保證共聚酯的產品質量。
應當特別指出的是，本發(fā)明所得到的聚合物母粒(共聚酯)的特性粘數(shù)根 據組分或比例的不同，應當控制在[n]二0.30g/dl 0.60g/dl范圍內，特性粘數(shù)梯 度可控制范圍[n]n-[ m-f0.03 g/dl 0.15g/dl。這非常有利于使不同特性粘數(shù) 的共聚酯在紡絲過程中形成特定的熔體粘度梯度，使其較均勻地分布于共混纖 維中，以便于在爾后的微孔化處理過程中在纖維表面形成徑向溝槽及軸向的微 細孔道，充分提高織物的吸濕、導汗、速干效果。
在實際應用中，可將本發(fā)明所述的共聚酯母粒與常規(guī)的聚酯切片(如聚苯 二甲酸乙二醇酯——PET)進行共混紡絲得到共混聚酯纖維。二者的質量比在 35 8/65~92范圍內，共聚酯的添加比例過少，織物微孔化處理后的吸濕、導汗、 速干功能不明顯；添加量過高則影響纖維和最終織物的物理機械性能。共混紡 絲的溫度控制在28(TC 29(TC，紡絲速度900 3200m/min;初生纖維拉伸溫度 80。C 90。C ，拉伸倍數(shù)為3. 4~1. 6倍，定型溫度165。C 190。C 。
共混紡絲時可將一種或幾種特性粘數(shù)呈梯度分布的本發(fā)明的共聚酯母粒 與常規(guī)聚酯切片根據紡絲工藝按等比例或非等比例進行異型孔共混紡絲。
通過上述本發(fā)明得到的纖維通常具有異型截面，如十字型、Y型、W型 等，這非常有利于提高纖維間毛細效應的充分發(fā)揮，提高吸濕、導濕、速干等 功能。
將上述的共混聚酯纖維單獨紡紗或與一定量的棉或其他天然纖維混紡，再 制成機織物或針織物后再將織物經適當工藝的后整理，即可得到高吸濕、導汗、 速干功能的織物，很好地改善了聚酯纖維織物的穿著舒適性。


圖1是本發(fā)明共聚酯制成的異型纖維橫截面圖。
圖2是本發(fā)明共聚酯制成的異型纖維縱表面圖。
圖3是本發(fā)明共聚酯織造的織物及其與棉纖維混紡織物的吸水性能圖。 圖4是本發(fā)明共聚酯織造的織物及其與棉纖維混紡織物的排水性能圖。 在圖3和圖4中
1- 本發(fā)明纖維與棉纖維(70/30)共混紗線織物
2- 本發(fā)明纖維/棉纖維(80/20)織物，
3- 100%本發(fā)明纖維織物。
圖5是本發(fā)明不同特性粘數(shù)的共聚酯織造的織物與其他同類產品及純棉
織物的吸濕綜合評價值對比結果圖。
圖6是本發(fā)明不同特性粘數(shù)的共聚酯織造的織物與其他同類產品及純棉
織物的排水性能對比結果圖。 在圖5和圖6中
1-本發(fā)明纖維織物，2-對比樣品l (市售品)， 3-對比樣品2 (市售品)，4-純棉纖維織物
具體實施例方式
下面將通過實施例進一步對本發(fā)明進行描述，顯然本發(fā)明不僅僅局限于 下述實施例。
織物性能評價
(1) 吸上高度是按照ZBWO4019-90的紡織品毛細效應實驗方法測定。
(2) 排水速率試驗無標準可循，按照以下自定的方法測定。
1) 將待測布樣在標準環(huán)境溫、濕度條件下平衡24小時以上；
2) 取10cm X 10cm布樣，平鋪于懸空的支架上，將布樣連同支架一并 放在1/萬電子天平托盤上后使天平讀數(shù)歸零。
3) 用滴管小心地向布樣中心部位滴入N滴去離子水，記錄起始的水滴質 量Wo，天平兩側門敞開，計時開始。每隔5min記錄一次水的質量，分別記為 Wt!，Wt2， Wt3， Wtn;則此段時間內水的失重量即為Wo-Wtn。
4) 數(shù)據處理
按照上述數(shù)據依下式計算失重率(％)，并繪制失重率隨時間變化曲線；
失重率(％) = ( Wo-Wtn ) / WQ * 100 注測試過程是在標準溫、濕度及無風環(huán)境下進行。
(3) 織物吸濕性能綜合評價值是采用了水分管理儀(應T)分析得出。
實施例l:
以乙二醇與對苯二甲酸(乙二醇與對苯二甲酸的摩爾比為1.2)為原料， 在半連續(xù)直接酯化裝置上于258°C，經2. 5小時完成酯化反應制得對苯二甲 酸乙二醇酯。而后添加預先配制好的3.6mol% (以對苯二甲酸的總摩爾計) 的間苯二甲酸二乙二醇酯-5-磺酸鈉、5wt% (以對苯二甲酸的總質量計)聚 乙二醇以及1.6wt。/。(以對苯二甲酸的總質量量計)經表面處理和研磨后的無 機納米粉體Si02，在0.032wtM催化劑Sb203 (以對苯二甲酸的總質量計)存 在下完成縮聚反應，體系的余壓小于80Pa，反應終溫控制在282r?？刂品?應過程的攪拌機功率，分別得到2種不同特性粘數(shù)的共聚酯，即0.512g/dl 及0.545g/dl。
將所得的上述2種不同特性粘數(shù)值的共聚酯母粒，與特性粘數(shù)為0.665 g/dl的常規(guī)聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)切片以12/88的比例混合、預結 晶、干燥，而后在普通短纖維熔體紡絲機及后加工設備上進行共混紡絲一拉 伸一熱定型，制成三葉形異型短纖維。紡絲溫度285。C，紡絲速度1200m/min， 拉伸溫度80°C，拉伸倍數(shù)3.3倍，定型溫度180°C。纖維線密度1.22dtex， 斷裂強度4.5cN/dtex，斷裂伸長18%，沸水收縮率7%。
所得纖維的斷面及縱表面結構見圖1、 2。使用本發(fā)明纖維織造的織物及 其與棉纖維混紡織物的吸、排水性能見圖3及圖4。
實施例2:
使用實施例1中所得的特性粘數(shù)為0.545g/dl的共聚酯母粒與特性粘數(shù)為 0.665 g/dl的常規(guī)聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)切片以20/80的比例混合、 預結晶、干燥，而后在普通短纖維熔體紡絲機及后加工設備上，以與實施例 1大體相同的加工工藝進行共混紡絲一拉伸—熱定型，制成三葉形異型短纖 維。同樣制成多種三葉形異型短纖維/棉纖維共混比例(100/0， 90/10， 85/15， 80/20， 70/30)紗線構成的織物，同樣具有良好的吸濕、導汗、速干功能， 但是隨著棉纖維含量的增加，速干效果變差。 實施例3:
以乙二醇與對苯二甲酸(摩爾比1.25)為原料，在半連續(xù)直接酯化裝置 上于255。C完成酯化反應制得對苯二甲酸乙二醇酯，而后添加預先配制好的 2.0% (對對苯二甲酸摩爾比)的間苯二甲酸二乙二醇酯-5-磺酸鈉、3% (對 對苯二甲酸質量比)聚乙二醇以及1.8%(對對苯二甲酸質量比)經表面處理 和研磨后的無機納米粉體BaS04，在3.5wtn/。催化劑Sb203 (以對苯二甲酸的 總質量量計)存在下完成縮聚反應，反應終溫控制在284"C。控制出料時的攪 拌機功率，分別得到3種不同特性粘數(shù)值的共聚酯，即0.438g/dl、 0.476 g/dl 及0.519g/dl。
將上述3種不同特性粘數(shù)與特性粘數(shù)為0.665 g/dl的對苯二甲酸乙二醇 酯(PET)切片，以25/75 (wt)的比例共混紡絲及后加工。紡絲溫度288。C， 紡絲速度2200m/min，拉伸溫度8(TC，拉伸倍數(shù)2.05倍，定型溫度180°C。 纖維線密度150dtex/48f，斷裂強度4.3cN/dtex，斷裂伸長21%，沸水收縮率 8%。所得異型截面纖維與20% (質量比)棉纖維交織的織物同樣具有良好 的吸濕、排汗、速干功能。
權利要求
1.一種用于制備高吸濕和高排濕聚酯織物的聚合物母粒，其包含下列組分的反應產物(1)芳族二元羧酸或芳香族二元羧酸的酯類衍生物；(2)脂肪族或芳族的二元醇；(3)芳族二羧酸或芳族二羧酸二醇酯的金屬磺酸鹽；(4)脂肪族聚酯或聚醚；(5)無機納米粉體；以每100摩爾組分(1)計，組分(2)為1.15～1.8摩爾，組分(3)為1.3～7.5摩爾；以每100克組分(1)計，組分(4)重量為1～12克，組分(5)重量為0.05～4.5克。
2. 根據權利要求1所述的用于制備高吸濕和高排濕聚酯織物的聚合 物母粒，其特征在于還包括縮聚催化劑，以每100克組分(1)計，縮聚催化 劑的重量為0.03 -0.044克。
3. 根據權利要求1所述的用于制備高吸濕和高排濕聚酯織物的聚合 物母粒，其特征在于所述的組分(2)為乙二醇、丙二醇或丁二醇。
4. 根據權利要求1所述的用于制備高吸濕和高排濕聚酯織物的聚合 物母粒，其特征在于所述的組分(3)為對苯二甲酸或對苯二甲酸二甲酯。
5. 根據權利要求1所述的用于制備高吸濕和高排濕聚酯織物的聚合 物母粒，其特征在于所述的組分(4)為間苯二甲酸二乙二醇酯-5-磺酸鈉、 間苯二甲酸二乙二醇酯-5-磺酸鋰及間苯二甲酸二乙二醇酯-5-磺酸鉀中的其 中之一。
6. 根據權利要求1所述的用于制備高吸濕和高排濕聚酯織物的聚合 物母粒，其特征在于所述的組分(5)為納米Ti02， Si02， BaS04、 CaC03 及ZnO中的至少一種。
7. 根據權利要求1所述的用于制備高吸濕和高排濕聚酯織物的聚合 物母粒，其特征在于以每100摩爾組分(1)計，所述的組分(3)為1.3 7.5 摩爾，最好為1.8 4.5摩爾。
8. 根據權利要求1所述的用于制備高吸濕和高排濕聚酯織物的聚合 物母粒，其特征在于以每100克組分(1)計，所述的組分(5)重量為0.03 0.044克，最好為0.2-3克。
9. 一種制備權利要求1 9之一所述聚合物母粒的方法，包括以下步驟a 、在250 255'C進行組分(1 )和組分(2)的酯化反應； b、在步驟a酯化反應完成的基礎上加入組分(3)和組分(4)于 275 285"C進行縮聚反應，得到聚合物母粒；組分(5)可在上述任意步驟中加入。
10. —種高吸濕、高排濕的聚酯纖維，其是通過權利要求1所述的聚合 物母粒與普通聚酯切片共混紡絲制得，其中聚合物母粒與聚酯切片的重量比 為35/65 8/92。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于制備高吸濕和高排濕聚酯織物的聚合物母粒及其制備方法，該母粒是包含以下組分的反應產物芳族二元羧酸或芳族二元羧酸酯、脂肪族或芳族的二元醇、芳族二羧酸或芳族二羧酸二醇酯的金屬磺酸鹽、脂肪族聚酯或聚醚和無機納米粉體。將該母粒與普通聚酯切片進行共混紡絲得到異型共混聚酯纖維及其織物，經堿水解處理后，織物具有高吸濕、導濕、排濕功能。
文檔編號C08G63/00GK101104729SQ20071011874
公開日2008年1月16日 申請日期2007年7月13日 優(yōu)先權日2007年7月13日
發(fā)明者張大省, 朱志國, 銳 王 申請人:北京服裝學院