專利名稱：一種具有納米級分散相常壓可染細旦聚丙烯纖維的制備方法
技術領域：
本發明屬于纖維成形技術領域。具體涉及一種具有納米級分散相常壓可染細旦聚丙烯纖維的制備方法。
背景技術：
聚丙烯(PP)纖維自六十年代以來發展迅速，因其成本低、性能優良、用途廣泛，已日益受到人們的重視。在研究開發中發現，當聚丙烯纖維達到細旦化，即單絲纖度小于1.1dex時，具有明顯的疏水導濕性，用此纖維制成的織物或服裝不僅外觀如仿真絲，并且穿著舒適。但在纖維的著色方法上，因長期應用色母粒紡絲原液著色的方法，導致色譜不廣及織造時不能進行調色、換色、上染和印花，而限制了織物品種的多樣化。
國內外的學者對聚丙烯纖維的可染化進行了研究，通常已有兩類方法，一類是對纖維表面進行改性，但該方法的成本較高；另一方法是在聚丙烯熔體中加入其它組分再進行共混紡絲，賦予纖維內部合適染座，從而改善聚丙烯纖維染色性能。隨著納米技術在紡織領域應用研究的深入，應用納米技術改進聚丙烯纖維的可染性已成為一個新的研究方向。
據文獻Qinguo Fan，Yiqi Samuel C.Ugbolue，Alton R.Wilson，DyeablePolypropylene via Nanotechnology，National Textile Center，Year 10 ProjectProposal，Project No.C01-D20報道，由美國麻省大學的Qinguo Fan等人通過將無機納米粘土與聚丙烯復合制備可染聚丙烯纖維。該方法是先對納米粘土進行化學或物理處理，使納米粘土顆粒與聚丙烯樹脂共混；最后經紡絲成形實現納米粘土顆粒在聚丙烯纖維中的良好分散性，以納米粘土顆粒為染座提高聚丙烯纖維的可染性，制備可染聚丙烯纖維。通過該方法已能制備具有較好可染性能的聚丙烯納米粘土復合薄膜，尚在進一步尋求制備可染性聚丙烯纖維。但此方法的工藝過程復雜，無機納米粘土顆粒的表面處理及在聚丙烯纖維的分散性及穩定性難以控制。
發明內容
本發明所要解決的技術問題在于克服上述不足之處，選擇與聚內烯樹脂有良好復配性能的改性聚烯烴類添加劑(MPO)(Modified Polyolefine)，設計共混配比、組分比及纖維成形工藝，經紡絲、牽伸兩步法制備可染丙烯纖維的方法。
本發明提供了一種具有納米級分散相染座的常壓可染細旦聚丙烯纖維的制備方法，該方法包括下列步驟(1)按重量比將改性聚烯烴添加劑2～20份、各類細旦聚丙烯纖維成纖樹脂75～97.5份及助劑0.5～5份，經雙螺桿共混、共混溫度為170～220℃、螺桿轉速100～200rpm，擠出、切粒制得可染細旦聚丙烯纖維專用樹脂切片；(2)將上述切片經紡絲、牽伸兩步驟制得具有改性聚烯烴納米尺寸分散相染座的可染聚丙烯細旦纖維。
在本發明的方法中，步驟(2)的紡絲條件紡絲溫度230～270℃，紡絲速度700～1200m/min。牽伸條件上盤溫度50～80℃，下盤溫度80～120℃，牽伸倍數2～5倍。
按照本發明，所述改性聚烯烴添加劑(MPO)是按照自由基聚合基本方法制備的含有苯環結構單元的聚烯烴及其共聚物。MPO具體分子式結構見式1，式中大分子鏈重復單元-R-為C2至C6各種聚烯烴的重復單元，如聚苯乙烯(PS)，聚苯乙烯/丙烯酸(P(St-AA))共聚物，聚苯乙烯/丁二烯共聚物(P(St-Bu))等。
式1MPO分子式所述及的各類細旦聚丙烯纖維成纖樹脂包括各種可用于制備細旦聚丙烯纖維(單絲纖度＜1.1dtex)的樹脂及添加助劑，熔融指數MI30～60g/10min。如采用東華大學制備的細旦聚丙烯成纖樹脂(ziPP)，或采用BASF公司出品的茂金屬催化劑制備的茂金屬聚丙烯(miPP)所述助劑主要有馬來酸酐接枝聚丙烯，硬脂酸鹽類，如硬脂酸鈣、硬脂酸鈉根據需要選擇一種或幾種進行復配。
所述紡絲及牽伸工藝需要根據不同的紡絲及牽伸設備，進一步設計紡絲泵供量，控制初生纖維纖度及牽伸后纖維的纖度。
采用上述方法制備的可染細旦聚丙烯纖維纖度＜1.1dtex，強度可高達3.0～5.0cN/dtex，斷裂伸長M±5％，改性聚烯烴平均分散相尺寸50～250nm，納米級分散相(分散相尺寸＜100nm)比例可高達90％，該纖維經分散染料常壓染色可上染為深色。
本發明的優點本發明通過設計共混、紡絲——牽伸工藝控制改性聚烯烴添加劑(MPO)在細旦聚丙烯纖維內部的分散相尺寸達到納米級，從而在一定的添加比例下，提供更多的納米分散相染座，進而有效的提高了聚丙烯纖維的可染性，并在一定程度上提高了纖維的剛性及其它物理機械性能。有效的實現了聚丙烯纖維可染化與細旦化的有機統一。
圖1用本發明方法制得的纖維橫截面電鏡照片，平均分散相尺寸120nm。
圖2用本發明方法制得的纖維分散相分布電鏡照片，平均分散相尺寸120nm。
圖3用本發明方法制得的纖維橫截面電鏡照片，平均分散尺寸70nm。
圖4用本發明方法制得的纖維分散相分布電鏡照片，平均分散尺寸70nm。
具體實施例方式實例(1)原料配比
試驗步驟按重量比將改性聚烯烴添加劑(MPO)2份、細旦聚丙烯纖維成纖樹脂(ziPP)97.5份，硬脂酸鈉0.5份經上海化工機械四廠SQ-2型塑料造粒機共混(共混溫度170℃，螺桿轉速，200rpm)、擠出、切粒制備出可染細旦聚丙烯纖維專用樹脂切片。
將上述切片經紡絲——牽伸兩步法制備出具有改性聚烯烴納米尺寸分散相染座的可染聚丙稀細旦纖維。紡絲條件日本ABE公司復合紡絲機，紡絲溫度270℃，紡絲速度1200m/min，噴絲孔數為72孔。牽伸條件德國Barmag牽伸機，上盤溫度60℃，下盤溫度115℃，牽伸倍數2倍。
采用上述方法制備的可染細旦聚丙烯纖維，纖度＝1.0dtex，強度＝4.24cN/dtex，斷裂伸長M±5％，改性聚烯烴平均分散相尺寸250nm，納米級分散相(分散相尺寸＜100nm)為25％。該纖維經分散染料常壓染色可上染為中偏淺色。
實例(2)原料配比
試驗步驟按重量比將改性聚烯烴添加劑(MPO)10份、茂金屬聚丙烯(miPP)87份，硬脂酸鈉1份，馬來酸酐接枝聚丙烯2份經上海化工機械四廠SQ-2型塑料造粒機共混(共混溫度200℃，螺桿轉速，100rpm)、擠出、切粒制備出可染細旦聚丙烯纖維專用樹脂切片。
將上述切片經紡絲——牽伸兩步法制備出具有改性聚烯烴納米尺度分散相染座的可染聚丙稀細旦纖維。紡絲條件日本ABE公司復合紡絲機，紡絲溫度250℃，紡絲速度1000m/min，噴絲孔數為48孔。牽伸條件德國Barmag牽伸機，上盤溫度50℃，下盤溫度80℃，牽伸倍數3倍。
采用上述方法制備的可染細旦聚丙烯纖維，纖度＝1.02dtex，強度＝5.96cN/dtex，斷裂伸長M±5％，改性聚烯烴平均分散相尺寸120nm，納米級分散相(分散相尺寸＜100nm)為65％。該纖維經分散染料常壓染色可上染為中偏深色。該纖維電鏡照片如圖1，圖1(a)為一根纖維的橫截面在電鏡下的圖像，纖維直徑約12μm，圖1(b)纖維橫截面的放大圖像，黑色斑點為分散相。
實例(3)原料配比
試驗步驟按重量比將改性聚烯烴添加劑(MPO)13份、細旦聚丙烯纖維成纖樹脂(ziPP)84份，硬脂酸鈣1份，馬來酸酐接枝聚丙烯2份經上海化工機械四廠SQ-2型塑料造粒機共混(共混溫度190℃，螺桿轉速，150rpm)、擠出、切粒制備出可染細旦聚丙烯纖維專用樹脂切片。
將上述切片經紡絲——牽伸兩步法制備出具有改性聚烯烴納米尺度分散相染座的可染聚丙稀細旦纖維。紡絲條件日本ABE公司復合紡絲機，紡絲溫度260℃，紡絲速度800m/min，噴絲孔數為60孔。牽伸條件德國Barmag牽伸機，上盤溫度70℃，下盤溫度100℃，牽伸倍數3倍。
采用上述方法制備的可染細旦聚丙烯纖維，纖度＝1.0dtex，強度＝3.90cN/dtex，斷裂伸長M±5％，改性聚烯烴平均分散相尺寸150nm，納米級分散相(分散相尺寸＜100nm)為60％。該纖維經分散染料常壓染色可上染為中偏深色實例(4)原料配比
試驗步驟按重量比將改性聚烯烴添加劑(MPO)15份、茂金屬聚丙烯(miPP)81份，硬脂酸鈣1份，馬來酸酐接枝聚丙烯3份，經上海化工機械四廠SQ-2型塑料造粒機共混(共混溫度210℃，螺桿轉速，150rpm)、擠出、切粒制備出可染細旦聚丙烯纖維專用樹脂切片。
將上述切片經紡絲牽伸兩步法制備出具有改性聚烯烴納米尺度分散相染座的可染聚丙稀細旦纖維。紡絲條件日本ABE公司復合紡絲機，紡絲溫度240℃，紡絲速度700m/min，噴絲孔數為60孔。牽伸條件德國Barmag牽伸機，上盤溫度60℃，下盤溫度110℃，牽伸倍數5倍。
采用上述方法制備的可染細旦聚丙烯纖維，纖度＝1.07dtex，強度＝5.02cN/dtex，斷裂伸長M±5％，改性聚烯烴平均分散相尺寸70nm，納米級分散相(分散相尺寸＜100nm)為90％，該纖維經分散染料常壓染色可上染為深色。該纖維電鏡照片如圖2，圖2(a)為一根纖維的橫截面在電鏡下的圖像，纖維直徑約12μm，圖2(b)纖維橫截面的放大圖像，黑色斑點為分散相。
實例(5)原料配比
試驗步驟按重量比將改性聚烯烴添加劑(MPO)20份、茂金屬聚丙烯(miPP)75份，硬脂酸鈉2份，馬來酸酐接枝聚丙烯3份經上海化工機械四廠SQ-2型塑料造粒機共混(共混溫度220℃，螺桿轉速，130rpm)、擠出、切粒制備出可染細旦聚丙烯纖維專用樹脂切片。
將上述切片經紡絲——牽伸兩步法制備出具有改性聚烯烴納米尺度分散相染座的可染聚丙稀細旦纖維。紡絲條件日本ABE公司復合紡絲機，紡絲溫度230℃，紡絲速度900m/min，噴絲孔數為60孔。牽伸條件德國Barmag牽伸機，上盤溫度80℃，下盤溫度120℃，牽伸倍數3倍。
采用上述方法制備的可染細旦聚丙烯纖維，纖度＝1.1dtex，強度＝4.70cN/dtex，斷裂伸長M±5％，改性聚烯烴平均分散相尺寸90nm，納米級分散相(分散相尺寸＜100nm)為80％。該纖維經分散染料常壓染色可上染為深色。
權利要求
1.一種具有納米級分散相常壓可染細旦聚丙烯纖維的制備方法，其特征在于該方法包括下列步驟(1)按重量比將改性聚烯烴添加劑2～20份、細旦聚丙烯纖維成纖樹脂75～97.5份及助劑0.5～5份，經雙螺桿共混、共混溫度為170～220℃、螺桿轉速為100～200rpm，擠出、切粒制得可染細旦聚丙烯纖維專用樹脂切片；(2)將上述切片經紡絲、牽伸兩步驟制得具有納米級分散相常壓可染細旦聚丙烯纖維。
2.根據權利要求1所述的一種具有納米級分散相常壓可染細旦聚丙烯纖維的制備方法，其特征在于其中所述步驟(1)的聚烯烴添加劑為按照自由基聚合基本方法制備的含有苯環結構單元的聚烯烴及其共聚物以式1表示 式中大分子鏈重復單元-R-為C2至C6各種聚烯烴的重復單元，它們為聚苯乙烯、聚苯乙烯/丙烯酸共聚物或聚苯乙烯/丁二烯共聚物。
3.根據權利要求1所述的一種具有納米級分散相常壓可染細旦聚丙烯纖維的制備方法，其特征在于其中所述步驟(1)的細旦聚丙烯纖維成纖樹脂包括單絲纖度＜1.1dtex、熔融指數MI30～60g/min的樹脂。
4.根據權利1所述的一種具有納米級分散相常壓可染細旦聚丙烯纖維的制備方法，其特征在于其中所述步驟(1)的助劑為馬來酸酐接枝聚丙烯或硬脂酸鹽為硬脂酸鈣或硬脂酸鈉，由它們的一種或幾種進行復配。
5.根據權利要求1所述的一種具有納米級分散相常壓可染細旦聚丙烯纖維的制備方法，其特征在于其中所述的步驟(2)的紡絲條件為紡絲溫度230～270℃，紡絲速度700～1200m/min；牽伸條件為上盤溫度50～80℃，下盤溫度80～120℃，牽伸倍數2～5倍。
全文摘要
本發明屬于纖維成形技術領域。本發明公開了一種具有納米級分散相染座的常壓可染細旦聚丙烯纖維的制備方法。該方法選擇與聚丙烯樹脂有良好復配性能的改性聚烯烴類添加劑MPO，設計共混配比、組分比及纖維成形工藝，經紡絲、牽伸兩步法，制備可染性聚丙烯纖維。本發明的方法使細旦聚丙烯纖維內部的分散相尺寸達到納米級，有效地提高了聚丙烯纖維的可染性，并提高了纖維的剛性及物理機械性能。
文檔編號D01D5/12GK1546756SQ200310109040
公開日2004年11月17日 申請日期2003年12月3日 優先權日2003年12月3日
發明者朱美芳, 陳彥模, 邢強, 張瑜, 吳文華 申請人:東華大學