專利名稱：物理性能改進的炭黑著色紗線的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種著色的聚酰胺纖維及其生產方法。更具體的說，本發(fā)明涉及一種含炭黑的尼龍6 6纖維。
背景技術：
尼龍纖維廣泛應用在紡織品材料、地毯紗線和服裝產品的制造上。為了美觀和實用，人們用各種方法把尼龍纖維著色。方法之一就是在用于尼龍纖維拉絲的聚合物熔體中加入顏料。熔融的聚合物從噴絲頭的毛細孔中擠出。熔融的聚合物凝固后形成纖維。如果需要黑色纖維，可以在色母料中加入炭黑。
隨著聚酰胺纖維中炭黑含量的增加，纖維的一些物理性能，例如斷裂強度發(fā)生明顯的變化，紗線的紡絲性能也隨之發(fā)生變化。本領域技術人員認為這是因為色母料降低了紗線的相對粘度(RV)，并且在紗線導致成核現象。產生這一問題的根源可能是炭黑顆粒在纖維中分布不當，聚酰胺為尼龍6 6時尤其明顯。
核化的紗線的特點在于伸長率增大，斷裂強度降低，典型表現在炭黑含量較高的尼龍6 6中。本領域技術人員認為如果小部分的聚合物鏈段在其他聚合物鏈段之前結晶，先結晶的鏈段將阻止其他的聚合物鏈段移動而結晶。這將增加無定型材料的量，從而使紗線的伸長率增高，斷裂強度降低。對于尼龍6和聚酯纖維上述現象就不易發(fā)生，因為尼龍6 6的結晶速度比尼龍6大約快10倍，比聚酯快大約100倍。
有人試圖通過改進過濾以除去顏料濃縮物中集聚的炭黑、降低炭黑含量以及使用聚酯(PET)或尼龍6替代尼龍6 6的方法消除紗線成核的問題。
美國專利4518728公開了使用銅酞菁顏料和炭黑顏料作為聚酰胺成型組合物中顏料的方法。該成型組合物的剛性有所提高。非常典型地，在成型組合物中，聚合物具有低取向度。就用于紗線的纖維來說，聚合物的取向度會更高一些。由于成型部件的取向度低，而纖維的取向度高，所以提高其中一個的性能并不能使另一個的性能也隨之提高。如果纖維的取向因為炭黑的核化而破壞，紡成紗線的物理性能，例如斷裂強度可能就不盡人意了。在紡成紗線時，高炭黑濃度的尼龍6 6纖維至今也沒有表現出良好的可紡性，并且也沒有產生具有優(yōu)異物理性能，如伸長性和軔度的紗線。
因此，人們需要一種高炭黑濃度的尼龍6 6纖維組合物，其在紡成紗線時具有改進的物理性能。
發(fā)明概述木發(fā)明涉及一種包含尼龍6 6、炭黑和銅酞菁顏料的纖維。炭黑濃度最高可達纖維重量的約2％，銅酞菁濃度最高可達纖維重量的約4％。該纖維紡成紗線時紡絲性能得到改善，例如牽伸力增大，軔度提高，長絲斷裂次數降低。該紗線的物理性能超過了其他高炭黑濃度的紗線性能。本發(fā)明另外還包含一種共聚物，選自含2％尼龍6的尼龍6 6，尼龍6 I，尼龍6，磺化IA，尼龍6 9，尼龍6 10，尼龍6 T，尼龍6/12，尼龍11，尼龍12及其混合物。本領域普通技術人員公知如何制備上述尼龍共聚物，或者從市面上許多生產該類共聚物的公司直接購買，包括Solutia Inc.of St.Louis.Mo。
本發(fā)明還涉及制造上述纖維的方法。
發(fā)明詳述下列術語和詞組在本文中表示如下含義“纖維”指的是聚酰胺聚合物形成的連續(xù)長絲或短纖維，可以用來紡紗，針織，機織，壓模，簇絨并另外加工成地毯或其他紡織品材料。
“紗線”指的是由天然纖維或合成纖維或其混合物紡紗得到的紡制品。
“銅酞菁顏料”指的是各種多晶形的銅酞菁，以及混合晶形的銅酞菁。對于銅酞菁顏料的完整描述參見《合成染料分析化學》，1977年由K.Van Kataraman，J.Wiley & Sons編寫，書中的內容在此作為參考。
本發(fā)明一方面涉及一鐘含炭黑、銅酞菁顏料的尼龍6 6纖維。
人們發(fā)現由高炭黑濃度的尼龍6 6纖維紡成的紗線存在紡紗問題后，開始對炭黑顆粒大小，在纖維中的分散情況以及顏料濃度進行顯微測試。紗線縱向視圖發(fā)現炭黑沿著紡絲的方向有結塊。差示掃描量熱法(DSC)重結晶測試，相對粘度(RV)的測試結果以及拉伸性能表明炭黑使得尼龍6 6核化，導致過快結晶。
本領域技術人員知道重結晶溫度較高的聚合物結晶較快，會高出紡絲通道。相對粘度(RV)較低的聚合物結晶較慢，并且可以抵消由炭黑引起的結晶問題。
解決紡絲問題的可能辦法有降低RV，改進工藝條件，或改變聚合物。RV值降低，聚合物會結晶較慢，從而抵消炭黑引起的問題。使用較高的熔融溫度和慢速淬火可以控制結晶過快。改變聚合物成分也可以減慢結晶速度，比如使用更高含量的尼龍6纖維，但同時會導致高收縮率。上述方法相互作用，有可能在改變某一參數的同時會引起其他的問題。
往炭黑含量最高可達2重量％的尼龍6 6纖維中加入銅酞菁顏料時，核化現象就不再明顯了。該纖維紡成紗線時，炭黑分散均勻，紗線伸長率較低，斷裂強度較高。銅酞菁顏料占最終纖維組合物重量的0.0001％-4％，優(yōu)選0.005％-0.2％。
本發(fā)明的另一實施方案，除了在尼龍6 6中添加炭黑和銅酞菁顏料形成著色聚合物外，還添加了尼龍6以形成共聚物。共聚物中尼龍6 6約占共聚物重量的95％-99.5％，優(yōu)選96-99％，更優(yōu)選97-98％。共聚物的余量中尼龍6約占共聚物重量的0.5-5.0％，優(yōu)選1-4％，更優(yōu)選2-3％。著色的聚合物中炭黑含量最高可達到2％重量(優(yōu)選0.5-2.0％)，銅酞菁含量最高可達到4重量％(優(yōu)選0.005-0.3％)。如果顏料以色母料的形式加入色母料占著色聚合物約1-10％重量，優(yōu)選2-7％，更優(yōu)選3-5％，其余成分為該共聚物。色母料中含有需要的顏料量，以達到上述占著色聚合物的重量范圍。最好色母料中含尼龍6聚合物。加入色母料得到的纖維，其物理性能有所提高。紡成的紗線手感也更為柔軟、光滑。牽伸力降低5-15cN，軔度提高0.4-0.8g/旦，長絲在淬火室中的斷頭率降低50-75％。典型的部分取向紗(POY)的牽伸力為85-90cN，伸長率大約70％，軔度大約4.5g/旦。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，通過采用著色的聚合物并按照標準工藝制紗，可以獲得本發(fā)明的紗線。顏料可以簡單地直接添加到共聚物中，也可以先將含聚合物(優(yōu)選尼龍6)的顏料混合物制成色母料，再將色母料加入到共聚物中。例如，按需要的比例混合炭黑和銅酞菁，再混合尼龍6制得色母料。色母料可以和適合的共聚物混合，比如聚合了尼龍6的尼龍6 6，然后混合的著色聚合物再熔融紡成纖維或紗線。
以下用實施例進一步說明本發(fā)明的優(yōu)選實施方案。本領域技術人員應當明白在下面實施例中公開的技術是本發(fā)明人在實施本發(fā)明的過程中取得良好技術效果的技術，因此可以認為他們構成了本發(fā)明優(yōu)選的實施方案。然而，本領域技術人員可以依據本發(fā)明，對本發(fā)明公開的具體實施方式
做些變化，仍達到與本發(fā)明相同或近似的技術效果，這類的變化沒有超出本發(fā)明所要求的范圍。
關于實施例的一般性說明以下用下列術語描述實施例“1stand 2ndREXC”指的是重結晶溫度“DEN”指的是旦尼爾“RV”指的是相對粘度“BS”指的是斷裂強度，單位 克/旦，g/d“EL”指的是伸長率“TEN”指的是軔度，單位 克力/旦“MODSTF”指的是伸長率為1％時的模數硬度“LOD/X”指的是伸長率為57.0％時的負載，單位 克“ELG/GM”指的是負載110.0克時的伸長率所有測試均在Perkin Elmer DSC以及Instron Tensile Tester上進行。
實施例1用一根未著色紗線與3根黑色紗線做對比。對于3根黑色尼龍6 6紗線和未著色的尼龍6 6紗線的物理性能測試結果示于下面的表1和2中。試樣均為95旦/34絲的部分取向紗。試樣1-3紡絲速度為4500米/分，試樣4紡絲速度為4800米/分。試樣1含97.975％的尼龍6 6，2％的尼龍6，0.0125％的二氧化鈦做增光劑，其相對粘度RV為41，端基胺47.5，還含有9ppm的錳。試樣2是由試樣1中添加4％的PAF-50著色得到，PAF-50是一種市售的炭黑色母料，來自Magenta Master Fibers。試樣3和4由試樣1中添加色母料而形成。色母料由20％的炭黑，0.4％的銅酞菁藍和79.6％的尼龍6組成。在顏料與共聚物混合前，炭黑和銅酞菁混合形成色母料。約4％的色母料添加到試樣1使用的共聚物中，形成了試樣3和4。
表1
表2
從測試結果來看，按照本發(fā)明制得的試樣3和4與不加銅酞菁藍的黑色紗線比較，斷裂強度、伸長率和軔度都有所改善。
本發(fā)明所述的所有組成以及制備方法都可以依據本發(fā)明所公開的內容，無需過量實驗即可完成。雖然本發(fā)明的組成及方法是根據優(yōu)選實施方案進行描述的，但本領域技術人員可以在不超出本發(fā)明概念、精神及要求保護的范圍基礎上對組成或制備方法或制備的步驟順序加以改變。所有對本領域技術人員來說顯而易見的替換或變更均被認為是落在所附權利要求限定的本發(fā)明的概念、精神及保護范圍內。
權利要求
1.一種黑色纖維包含(1)尼龍66；(2)小于約2重量％的炭黑；(3)小于約4重量％的銅酞菁顏料。
2.如權利要求1所述的纖維，其中炭黑的重量濃度為約0.02-2％。
3.如權利要求1所述的纖維，其中銅酞菁顏料的重量濃度為約0.0001-4％。
4.如權利要求1所述的纖維，其中還包含一種共聚物。
5.如權利要求4所述的纖維，共聚物為含2％尼龍6的尼龍66。
6.如權利要求4所述的纖維，共聚物的重量濃度為約0.5-5％。
7.如權利要求1或4所述的纖維，該纖維可紡成紗線。
8.一種黑色纖維的生產方法，包括將尼龍66、小于約2重量％的炭黑和小于約4重量％的銅酞菁顏料混合，然后擠出所述混合物形成纖維。
9.如權利要求8所述的方法，其中炭黑的重量濃度為約0.02-2％。
10.如權利要求8所述的方法，其中銅酞菁顏料的重量濃度為約0.0001-4％。
11.如權利要求8所述的方法，其中還包括添加一種共聚物。
12.如權利要求11所述的方法，其中共聚物為含2％尼龍6的尼龍66。
13.如權利要求11所述的方法，其中共聚物的重量濃度為約0.5-5％。
14.如權利要求8或11所述的方法，其中該纖維被紡成紗線。
全文摘要
一種纖維及其生產方法，包括將尼龍6 6、炭黑、銅酞菁顏料紡成物理性能改善的紗線。炭黑含量可以達到纖維重量的2％，銅酞菁含量可以達到纖維重量的4％。所述纖維可以選擇包含一種共聚物。
文檔編號C08K3/00GK1735656SQ02808486
公開日2006年2月15日 申請日期2002年4月22日 優(yōu)先權日2001年4月20日
發(fā)明者J·D·佩斯, S·E·奧斯博恩 申請人:索羅蒂亞公司