聚酯短纤维及其制备方法技术

聚酯短纤维是由聚酯、０．１－２．０ｗｔ％的玻璃化转变温度为９０－１７０℃的不相容、热塑性、无定形的聚合添加剂、和０－５．０ｗｔ％的常规添加剂组成，并且聚合添加剂的熔体粘度与聚酯组分的熔体粘度之比为１∶１－１０∶１。在短纤维中聚合添加剂是以平均直径≤８０ｎｍ的原纤维的形式存在的。本发明专利技术还涉及制备短纤维的方法，包括在剪切下混合聚酯和聚合添加剂以及任选的常规添加剂，于小于２５００ｍ／ｍｉｎ的纺丝引出速度下纺丝得到纺制长丝，将所述长丝集束形成丝束并在独立的纺丝拉伸阶段中拉伸，卷曲，干燥并切成短纤维。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及聚酯短纤维和制备这些短纤维的方法。由聚对苯二甲酸乙二醇酯制成的短纤维及其制备方法有时是公知的(F.Fourne，Synthetische Fasern，Hanser Verlag，Munich91-94和462-486)。除了短纤维的质量，在此纺丝系数SF即单位纺丝板现场面积(cm2)的通过量(g/min)是重要的，其中SF＝HD·d·DR·v·10-4·KHD表示孔密度(n/cm2)，等于单位纺丝板现场面积上的喷丝孔个数，d表示短纤维的纤度(dtex)，d0表示纺制长丝的纤度(dtex)，DR表示整个拉伸比，等于1……，v表示纺丝引出速度(m/min)，K表示与聚酯有关的常数，在此 例如，对于PET大约为0.92，对于PTT大约为0.73。目标是最高可能的纺丝系数，优选为2.9-10.0。孔密度HD是根据可得到的纺丝机确定的，即使是几何学原因也不能按照需要而增加。纺丝引出速度(take-off speed)由于纺制长丝的丝束打包系统和它们进一步变成短纤维而限定为低于2500m/min。对于第一个近似值，拉伸比与纺制长丝的断裂伸长成比例，具体聚合物的纺丝引出速度越高，断裂伸长越低。低纤度特别是小于1dpf的微纤或充分冷却也会降低断裂伸长，以及拉伸比和纺丝系数结果是降低了其生产能力。因此对于具体的纺丝引出速度，纺丝系数能够通过选择更高断裂伸长的聚合物而增加。另一方面，聚合物决定了短纤维的质量，因此仅仅能够极小地改变或者根本就不能改变。WO99/07927A1公开了在至少2500m/min、优选3000-6000m/min的引出速度下纺制的预取向聚酯纱线(POY)的断裂伸长，其与相同条件下不添加下述共聚物而纺制的聚酯长丝的断裂伸长相比，能够通过添加基于苯乙烯、丙烯酸和/或马来酸或它们的衍生物的无定形、热塑性共聚物而增加。然而，该方法不能应用于引出速度低于2500m/min制成的纺制长丝，这是由于，与POY纤维相比，这些长丝结晶度低(＜12％)，且沸水中收缩高(＞40％)，断裂伸长高(＞225％)。在EP0080274B和EP0154425B中，通过向聚对苯二甲酸乙二醇酯中加入聚烯烃或PA-66得到了同样的效果。根据EP0080274B，该效果随着纺丝引出速度的增加而增加，其中卷绕速度必须至少为2000m/min。根据EP0154425B，如果聚对苯二甲酸乙二醇酯的特性粘度大于0.70dl/g，该效果也可以在更低的卷绕速度下达到(虽然程度较小)。EP0631638B描述了由含有亚胺化的聚甲基丙烯酸烷基酯的聚对苯二甲酸乙二醇酯制成的长丝，其中该长丝随后进行了最后拉伸。尽管于510m/min纺制的工业纱的断裂伸长增加，但是拉伸没有改进，换句话说，纱线比没有添加剂的长丝性能更差。此外，可以纺制聚对苯二甲酸丙二醇酯(EP745711A，WO96/00808A)和聚对苯二甲酸丁二醇酯(US4,877,572)得到连续的长丝，这也是公知的。然而，没有提及它们制备短纤维的适用性。本专利技术的目的是在制备聚酯短纤维中最大化纺丝系数，其中的短纤维必须比公知方法制备的短纤维具有相同或更好的性能值。根据本专利技术，该目的是通过专利权利要求书中描述的实现的。本文中术语“聚酯”是指聚对苯二甲酸(C2-4-亚烷基)酯，其可含有高达15mol％的其它二羧酸和/或二醇，举例说明例如间苯二酸、己二酸、二甘醇、聚乙二醇、1，4-环己烷-二甲醇，或其它C2-4-亚烷基二醇。优选的是特性粘度(I.V.)为0.5-0.7dl/g的聚对苯二甲酸乙二醇酯，IV为0.6-1.2dl/g的聚对苯二甲酸丙二醇酯和IV为0.6-1.2dl/g的聚对苯二甲酸丁二醇酯。可以向聚酯或聚酯/添加剂混合物中加入0-5.0wt％的常规添加剂，例如染料、消光剂、稳定剂、抗静电剂、润滑剂和支化剂，而不会产生任何缺陷。根据本专利技术，向聚酯中加入0.1-2.0wt％的共聚物，其中该共聚物必须是无定形的并且基本上不溶于聚酯基体中。这两种聚合物基本上彼此不相容，且形成可微观分辨的两相。此外，该共聚物的玻璃化转变温度(用DSC在10℃/min加热速率下测定)为90-170℃，并且必须是热塑性的。在此共聚物的熔体粘度应当选择，以使被外推到测定时间为0时的熔体粘度(在2.4Hz振动速率和比聚酯熔点(对于聚对苯二甲酸乙二醇酯为290℃)高34.0℃的温度下测定的)与相同条件下测定的聚酯的熔体粘度之比为1∶1-10∶1，即共聚物的熔体粘度至少等于或优选高于聚酯的熔体粘度。最佳效果仅仅是通过选择添加剂与聚酯的具体粘度比得到。在该种方法优化的粘度比下，有可能将添加剂的用量减到最小，使得该方法的经济效率特别高并且意味着得到了非常有利的加工性能。令人惊奇的是，根据本专利技术用于制备短纤维的聚合物混合物确定的理想粘度比高于文献中混合两种聚合物的有利范围。与现有技术相比，含有高分子量共聚物的聚合物混合物特别适合纺丝。我们惊奇地发现，混合物的熔体粘度在本专利技术条件下没有显著增加。其正面效果是避免了熔融线中压降的增加。由于添加剂聚合物的高流动活化能，离开纺丝板的聚合物混合物的粘度比在长丝形成区急剧增加。通过选择有利的粘度比，聚酯基体中添加剂颗粒的大小分布特别窄，并且通过将粘度比与远远大于聚酯(PET大约为60kJ/mol)的流动活化能即大于80kJ/mol相结合，在纺制长丝中就得到了添加剂的原纤维结构。与聚酯相比，高的玻璃化转变温度确保了该原纤维结构在纺制长丝中的快速固化。在此，离开纺丝板瞬间添加剂聚合物的最大颗粒大小大约为1000nm，而平均颗粒大小为400nm或更小。在纺丝板下面的牵伸后，形成的原纤维的平均直径≤80nm。在上述条件下，共聚物的熔体粘度与聚酯的熔体粘度之比优选为1.5∶1-7∶1。在这些条件下，离开纺丝板瞬间添加剂聚合物的平均颗粒大小为120-300nm，形成的原纤维的平均直径大约为40nm。根据本专利技术加入到聚酯中的添加剂聚合物只要具有上述性能就可以具有不同的化学组成。三种不同的共聚物是优选的，即1.含有下述单体单元的共聚物A＝丙烯酸、甲基丙烯酸或CH2＝CR-COOR1，其中R是氢原子或CH3基团，R1是C1-15-烷基或C5-12-环烷基或C6-14-芳基，B＝苯乙烯或C1-3-烷基取代的苯乙烯，其中该共聚物是由60-98wt％的A和2-40wt％的B组成，优选由83-98wt％的A和2-17wt％的B组成，特别优选由90-98wt％的A和2-10wt％的B组成(总量等于100wt％)。2.含有下述单体单元的共聚物C＝苯乙烯或C1-3-烷基取代的苯乙烯，D＝通式I、II或III的一种或多种单体 其中R1、R2和R3分别是氢原子或C1-15-烷基或C5-12-环烷基或C6-14-芳基，其中该共聚物是由15-95wt％的C和5-85wt％的D组成，优选由50-90wt％的C和10-50wt％的D组成，特别优选由70-85wt％的C和15-30wt％的D组成，其中C和D的总量为100％。3.含有下述单体单元的共聚物E＝丙烯酸、甲基丙烯酸或CH2＝CR-COOR1，其中R是氢原子或CH3基团，R1是C1-15-烷基或C5-12-环烷基或C6-14-芳基，F＝苯乙烯或C1-3-本文档来自技高网...

【技术保护点】
聚酯短纤维，其特征在于它由下述组分组成：α）含有至少８５ｍｏｌ％聚对苯二甲酸（Ｃ↓［２－４］－亚烷基）酯的聚酯，β）０．１－２．０ｗｔ％的玻璃化转变温度为９０－１７０℃的不相容、热塑性、无定形的聚合添加剂，和γ）０－５．０ｗｔ％ 的常规添加剂，其中α）、β）和γ）之和等于１００％，聚合添加剂β）的熔体粘度与聚酯组分α）的熔体粘度之比为１∶１－１０∶１，聚合添加剂β）以平均直径≤８０ｎｍ的原纤维的形式存在于短纤维中，所述原纤维分布在聚酯组分α）中。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：I科迪斯，D万戴尔，H施温德，W加纳斯，W尤德，
申请(专利权)人：齐默尔股份公司，罗姆两合公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]