專利名稱：一種抗靜電可染多功能聚丙烯纖維的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種聚丙烯纖維，特別涉及一種抗靜電可染聚丙烯纖維。
背景技術(shù)：
丙綸，也稱為聚丙烯纖維，是20世紀(jì)60年代才開始工業(yè)化生產(chǎn)的新纖維品種。等規(guī)聚丙烯是意大利化學(xué)家Giulio Natta等人首先研制成功，聚丙烯纖維是合成纖維中比重最輕的纖維，比棉輕40％，比聚酯纖維輕30％，能浮于水。它具有質(zhì)量輕、保暖性好、抗污、抗霉變、強(qiáng)度高、耐磨性好。而且耐化學(xué)腐蝕等特性，對(duì)于紡織行業(yè)具有很強(qiáng)的吸引力。1957年意大利Montecatini公司采用齊格勒-納塔催化劑實(shí)現(xiàn)了聚丙烯纖維的工業(yè)化生產(chǎn)。由于其原料來源豐富，生產(chǎn)過程簡(jiǎn)單，成本低，且具有優(yōu)良的特性，因此20世紀(jì)70年代以后，聚丙烯纖維生產(chǎn)發(fā)展迅速。
但是聚丙烯是非極性高分子，只有共價(jià)鍵，無離子鍵，抗靜電性差。在其分子中沒有任何可與染料分子相結(jié)合的極性基團(tuán)或反應(yīng)性基團(tuán)存在，并且其結(jié)晶度高、結(jié)構(gòu)緊密、內(nèi)部缺乏孔隙、疏水性較為顯著、缺乏可被染色的條件。因此目前常用的染料，甚至分散染料幾乎不能使聚丙烯纖維染色。聚丙烯纖維的抗靜電性差以及不能染色這兩個(gè)致命的缺點(diǎn)限制了它的應(yīng)用，長(zhǎng)期以來，聚丙烯纖維的應(yīng)用僅限于纜繩、煙過濾嘴、土工布和填料等低檔產(chǎn)品，而在服裝用面料方面無大的發(fā)展。
有關(guān)聚丙烯纖維抗靜電性和染色改性研究的文獻(xiàn)和專利很多，但是雖然世界各地的纖維制造商和研究單位對(duì)聚丙烯纖維的可染改性進(jìn)行了大量的研究，但聚丙烯纖維如要染成深色，添加量在10％以上，添加物與聚丙烯的相容性差，所以，可紡性較差，只能采用短纖維加工或較低速度的紡絲加工，聚丙烯纖維的染色問題至今仍未完全解決，現(xiàn)有纖維仍主要應(yīng)用于地毯業(yè)，也未見有抗靜電可染多功能丙綸的報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是公開一種采用高速紡技術(shù)制得的抗靜電可染多功能聚丙烯纖維，以克服現(xiàn)有技術(shù)存在上染率低、抗靜電性能差和可紡性差的缺陷，以滿足紡織領(lǐng)域的需要。
本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思是這樣的綜合考慮體系相容性、可紡性、染色性能、抗靜電性能和力學(xué)性能，發(fā)明人認(rèn)為，準(zhǔn)確選擇共混體系中各組分的配方并控制共混體系中各組分的含量，對(duì)反應(yīng)性共混體系是十分重要的，為此，發(fā)明人經(jīng)過大量試驗(yàn)，提出了抗靜電性能及染色性能均能達(dá)到合同要求的四元共混體系，可紡性良好，能在3600m/min進(jìn)行高速紡加工。
本發(fā)明所說的抗靜電可染多功能聚丙烯纖維的組分和重量百分比含量包括聚丙烯 80～95％共聚酯 1～10％PP-g-MAH0.5～4％聚酰胺 2～6％優(yōu)選的為聚丙烯 91％共聚酯 3％PP-g-MAH2％聚酰胺 4％所說的共聚酯為含磺酸基團(tuán)的共聚酯是具有多功能的抗靜電劑，同時(shí)也能促進(jìn)染色改性，其結(jié)構(gòu)通式如下
可采用JP11-61558(1999，3，5)、JP9-302526(1997，11，25)專利公開的技術(shù)進(jìn)行制備，三單間苯二甲酸-5-磺酸鈉濃度為4～8％；隨著共聚酯的加入量的增加，抗靜電性能有明顯好轉(zhuǎn)，分散染料染色性也得以提高，說明共聚酯具有雙功能作用，既能提高抗靜電性能，也能促進(jìn)染色改性，添加劑總量增加，對(duì)力學(xué)性能、可紡性并無大的影響，這進(jìn)一步證實(shí)了該體系的反應(yīng)性共混機(jī)理。優(yōu)選的共聚酯加入量為3％。
所說的PP-g-MAH為相容劑，化學(xué)名稱為馬來酸酐接枝聚丙烯，其結(jié)構(gòu)通式如下 采用市售產(chǎn)品，如海爾科化公司生產(chǎn)的牌號(hào)為PP-010的功能PP；按是否與共混組分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，相容劑可分為非反應(yīng)型和反應(yīng)型兩類。非反應(yīng)型相容劑依靠對(duì)共混聚合物的親和力與粘著力增容；反應(yīng)型相容劑則通過自身官能團(tuán)與聚合物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成化學(xué)鍵增容。已經(jīng)證明，反應(yīng)型相容劑是聚合物最有效的相容劑之一。反應(yīng)型相容劑的使用，大大改善了共混體系的相容性，提高了體系的染色性能。PP-g-MAH中酸酐可以與聚酰胺的端氨基生成帶有極性的共價(jià)鍵，抗靜電劑中的磺酸基團(tuán)可以與聚酰胺的端氨基產(chǎn)生離子鍵，屬反應(yīng)性相容作用機(jī)理。PP-g-MAH有現(xiàn)成的市售產(chǎn)品，成本較低，技術(shù)較成熟。隨著相容劑的加入量的增加，共混紡絲后纖維的強(qiáng)度并無明顯的下降，隨著紡速提高，共混紡絲后纖維的強(qiáng)度明顯升高，抗靜電性能有明顯好轉(zhuǎn)，分散染料染色性也得以提高，說明相容劑的有效的增溶作用。但相容劑加入量太大時(shí)，不能等摩爾匹配，可紡性、纖維的力學(xué)性能稍有下降，所以優(yōu)選的相容劑加入量為2％。
所說的聚酰胺為高速紡用PA-6切片，其結(jié)構(gòu)通式如下 聚酰胺的極性大，與聚丙烯相容性很差，但在PP-g-MAH存在的情況下，隨著聚酰胺的加入量的增加，可紡性反而變好，力學(xué)性能得以改善，但當(dāng)聚酰胺的加入量增加到5％時(shí)，反應(yīng)基團(tuán)不能等摩爾匹配，可紡性變差，力學(xué)性能變差。因此優(yōu)選的聚酰胺加入量為4％。
本發(fā)明的抗靜電可染多功能丙綸的制備方法包括如下步驟將PP切片、聚酰胺、共聚酯及PP-g-MAH在雙螺桿擠出機(jī)上共混擠出，并切粒。雙螺桿擠出機(jī)有七個(gè)溫度控制區(qū)，螺桿區(qū)操作溫度180℃，240℃，240℃，240℃，240℃，熔體245℃，機(jī)頭245℃。
所獲得的四元共混切片，MFI＝38。
試驗(yàn)結(jié)果證明，本發(fā)明所說的抗靜電可染多功能丙綸，纖維力學(xué)性能良好，紡絲速度可提高到3600m/min以上，四元共混改性纖維具有較高的上染率和抗靜電性能。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1設(shè)備TE34×34同向嚙合雙螺桿混煉擠出機(jī)，機(jī)械工業(yè)部，擠壓機(jī)械研究所制造，螺桿直徑34mm，長(zhǎng)徑比28L/D，螺桿轉(zhuǎn)速30-300rpm。
將聚丙烯切片、聚酰胺、共聚酯及PP-g-MAH在真空烘箱中80℃保持2h，升溫至120℃保持真空烘燥4h，然后在雙螺桿擠出機(jī)上共混擠出，并切粒。雙螺桿擠出機(jī)有七個(gè)溫度控制區(qū)，螺桿區(qū)操作溫度180℃，240℃，240℃，240℃，240℃，熔體245℃，機(jī)頭245℃。
其中聚丙烯(PP)采用Y2600(MFI＝24.8，Tm＝172℃，上海石化塑料事業(yè)部提供)；聚酰胺切片(Tm＝225℃，工業(yè)級(jí)，高速紡專用料，岳陽石化提供)；共聚酯為含磺酸基團(tuán)的共聚酯切片(特性粘度0.56，工業(yè)級(jí)，)；PP-g-MAH切片(MFI＝45，Tm＝165℃，工業(yè)級(jí)，海爾科化提供)。
聚丙烯91％，聚酰胺4％，共聚酯3％，PP-g-MAH 2％。所獲得的四元共混切片，MFI＝38。
采用EX30/25D單部位高速紡絲機(jī)，(德國(guó)AUTOMATIK公司制造，紡絲螺桿直徑30mm，長(zhǎng)徑比25L/D，噴絲板圓形，48孔，孔徑0.4mm)進(jìn)行紡絲，最高紡速為3600m/min。
采用YG-321型纖維比電阻儀，纖維經(jīng)洗滌、干燥，在測(cè)試環(huán)境下平衡48小時(shí)后測(cè)定，環(huán)境溫度20±2℃，環(huán)境濕度60～65％，體積比電阻為9.6×108(Ω·cm)。
采用瑞士-II Statlmat強(qiáng)力試驗(yàn)儀測(cè)定POY相對(duì)強(qiáng)度為2.25(cN/dtex)。
實(shí)施例2采用實(shí)施例1相同的工業(yè)條件，其中聚丙烯90％，聚酰胺4％，共聚酯3％，PP-g-MAH 3％。體積比電阻為8.8×108(Ω·cm)。相對(duì)強(qiáng)度為1.65(cN/dtex)。最高紡速為3600m/min。
實(shí)施例3染液配方染料2％owf，乙酸5％owf，乙酸銨5％owf，浴比1∶100染液中乙酸/乙酸銨是作為緩沖液來調(diào)節(jié)染液的PH值，染色時(shí)控制染液PH值在4-5左右。
染色的實(shí)驗(yàn)步驟(1)染料先用冷水打漿，然后以熱水或沸水沖化稀釋，攪拌均勻，配成0.2％的水溶液，過濾后待用。
(2)開啟染色小樣機(jī)進(jìn)水閥，將水放到一定液位。開啟電熱開關(guān)，控溫開關(guān)及電動(dòng)攪拌器。將配制成的染液吸入染色管，放在染色機(jī)中。
(3)當(dāng)溫度達(dá)到起染溫度時(shí)，從樣本纖維中隨機(jī)稱取纖維2g，扯松后入染液。
在10min處分別加入染液以及纖維，20分鐘后以1℃/min的速率升溫至80℃并保持15分鐘，然后以1℃/min升溫至95-100℃，保持90-100分鐘，接著以1℃/min降溫至40℃并保持15分鐘，然后停機(jī)及停止加熱。取出，自然冷卻至室溫，最后用洗瓶將纖維沖洗擠干。
用721型分光光度計(jì)測(cè)定染液的光密度，求得上染率。
殘液光密度的測(cè)定染色后的剩余染液與洗液合并得到的殘液移入250ml的容量瓶中，稀釋至刻度。再用吸管從中吸取5ml移入100ml容量瓶中，稀釋至刻度。然后用721型分光光度計(jì)測(cè)定其吸光度。
測(cè)定光密度條件比色皿5mm，以去離子水為空白測(cè)定。
計(jì)算上染率 結(jié)果如下實(shí)施例1的分散染料上染率為88.1。
實(shí)施例2的分散染料上染率為92.1。
權(quán)利要求
1.一種抗靜電可染多功能聚丙烯纖維，其特征在于，組分和重量百分比含量為聚丙烯 80～95％共聚酯 1～10％馬來酸酐接枝聚丙烯 0.5～4％聚酰胺 2～6％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗靜電可染多功能聚丙烯纖維，其特征在于，組分和重量百分比含量為聚丙烯 91％共聚酯 3％馬來酸酐接枝聚丙烯 2％聚酰胺 4％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的抗靜電可染多功能聚丙烯纖維，其特征在于，所說的共聚酯結(jié)構(gòu)通式如下
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的抗靜電可染多功能聚丙烯纖維，其特征在于，所說的馬來酸酐接枝聚丙烯結(jié)構(gòu)通式如下
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的抗靜電可染多功能聚丙烯纖維，其特征在于，聚酰胺為尼龍-6高速紡專用料。
6.根據(jù)權(quán)利要求1～5任一項(xiàng)所述的抗靜電可染多功能聚丙烯纖維的制備方法，其特征在于包括如下步驟將PP切片、聚酰胺、共聚酯及PP-g-MAH在雙螺桿擠出機(jī)上共混擠出，并切粒，螺桿區(qū)操作溫度180℃，240℃，240℃，240℃，240℃，熔體245℃，機(jī)頭245℃。
7.馬來酸酐接枝聚丙烯在制備抗靜電可染多功能聚丙烯纖維中的應(yīng)用。
全文摘要
一種抗靜電可染多功能聚丙烯纖維及其制備方法?？轨o電可染多功能聚丙烯纖維的組分和重量百分比含量包括聚丙烯80～95％，共聚酯1～10％，馬來酸酐接枝聚丙烯0.5～4％，聚酰胺2～6％。本發(fā)明所說的抗靜電可染多功能丙綸，纖維力學(xué)性能良好，紡絲速度可提高到3600m/min以上，該四元共混改性纖維具有較高的上染率和抗靜電性能。
文檔編號(hào)D01F8/06GK1657665SQ200410016368
公開日2005年8月24日 申請(qǐng)日期2004年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月17日
發(fā)明者董擎之, 宗紀(jì)鴻 申請(qǐng)人:中國(guó)石油化工股份有限公司, 華東理工大學(xué)