阻光性聚酯纤维制造技术

为改善传统聚酯纤维对紫外线的遮蔽效果，于聚合时添加反应型且具紫外线吸收特性之共聚单体，以取代紫外线吸收剂或高浓度无机粒子，其是以对苯二甲酸或对苯二甲酸二甲酯与乙二醇、或丙二醇、或丁二醇为原料，并配合双官能基多芳香环衍生物为共聚单体改质剂，以及少量的无机粒子制备的。该共聚酯对紫外线的吸收与阻隔的特性好，而又不影响对纺丝的作业性与加工性，且能使由此聚酯纤维织得的织物具有高紫外线保护系数之特性。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术为关于一种具有阻隔紫外线功能的聚酯纤维。一般紫外线(UV)的波长范围在50～400nm，又可分为UV—C(100～290nm)、UV-B(290～320nm)、及UV-A(320～400nm)，其中UV-C大部分被大气中的臭氧层所吸收，仅UV-B、UV-A能达地表；由于紫外线的高能量与高穿透性，不仅对有机分子中的键结可造成破坏，对人体的危害亦不容忽视。经由阳光所照射至地表的UV-B、UV-A，可使人体皮肤产生灼烫感、红斑及引发黑色素、黑班。长期的曝晒更会破坏皮肤细胞组织，甚至有造成皮肤癌的危险。是故，在阳光照射下应避免紫外线直接接触皮肤，有效的方式则可以具有紫外线吸收与阻隔的纤维所织成的高紫外线保护系数(UPF)之衣物，来达到防止紫外线对人体伤害的效果。合成聚酯纤维，受限于其共聚单体本身的特性，对紫外线仅能吸收部份特定波长范围，而且吸收的程序有限，如PET、PTT、PBT等聚酯，虽具有芳环状结构，但由于皆为仅含单一芳香环的聚合单体长链，对紫外线的吸收皆在320nm以下，UV-A部份则无法被吸收。当聚酯纤维形成织物后对紫外线的阻隔效果，则受织物的编织密度、厚度、染色、及染色的深度所影响，一般以编织越密、越厚重、且深色的衣物其紫外线的阻隔效果最佳。然而紫外线最强的季节皆属夏季，以此方式来达到抗紫外线的功用并不实际；是故，抗紫外线聚酯纤维的发展实属迫切需要的。目前抗紫外线聚酯纤维的发展方向主要有两种一种是以大量的无机粒子散射及吸收剂(一般为陶瓷粉末，陶瓷填料)添加于聚酯中，藉由这些无机粒子的散射及吸收、反射作用来达到遮蔽紫外线的功能，但前提必须是含有足够量的无机粒子添加量(通常是数个重量百分比到十个重量百分比)；另一方法是以大量的有机紫外线吸收剂，于后加工阶段以浸染或涂布等方式，使紫外线吸收剂吸附于织物纤维表面；另亦可同时兼具以上两种方式进行。然而以上述抗紫外线聚酯纤维的制造，有其进行上的困难与缺点存在。当以大量无机粒子于聚合阶段添加时，易有无机粒子凝集的问题，且在纺丝过程由于聚酯中大量无机粒子的存在，对纺丝背压与可纺性将有显著的影响，而且由于陶瓷填料的高硬度，将无法避免对纺丝机台丝道所经之组件造成磨损；若紫外线吸收剂以后加工添加附着方式制造，则其耐水洗性及持久性差，及对织物手感有负面影响。虽然此两种发展的方向的缺点可藉由如台湾专利224495号所申请的含无机微细粉末的复合纤维一文中，将大量无机微细粉末置于鞘一芯型复合纤维的芯部份而得以克服，但需使用复杂的复合纺丝制程及使用高浓度的无机添加粒子，在成本上较不经济。本专利技术的目的是提供一种简单可行的聚酯纤维制造的方法，此方法制得的聚酯纤维织物具有良好的抗紫外线功能，其UPF(UltravioletProtection Factors)值可达20以上。其优点有仅需一般传统的纺丝设备即可纺得，不需使用价格昂贵的复合纺丝设备；纺丝作业性与一般正常聚酯的纺丝相同；且本方法所得的聚酯纤维或织物具有永久性的紫外线阻隔效果。本专利技术中共聚酯部份，系以对苯二甲酸(TPA)或对苯二甲酸二甲酯(DMT)与乙二醇、或丙二醇、或丁二醇为主原料，并配合双官能基多芳香衍生物作为第三共聚单体，由于此类型共聚单体本身对紫外线的优越吸收特性，当与对苯二甲酸二醇酯形成共聚酯时，另添加少量的无机粒子，即可使共聚酯具良好的紫外线阻隔效果。其中，第三共聚单体如式(1)所示，R随着苯环数目的增加，对紫外线的吸收波长范围可相对加大。一般考量成本与市场原料来源，以环的衍生物较适合。R1OOC-R-COOR2(1)其中，R可以为萘、蒽、菲芳香环；R1、R2可同时为H，或为其他碳数1～4的烷基，或可为不同碳数1～4的烷基。本专利技术中第三共聚单体(1)的添加量为0.1～20摩尔％，其中又以1.0～10摩尔％较佳。添加第三共聚单体量少于0.1摩尔％时，对波长330～370nm紫外线的吸收不明显，而超过20mol％时对紫外线吸收程度的帮助有限，且所得共聚酯的物性为非晶态的，此将使得干燥与纺丝过程更为困难。前述第三共聚单体于共聚酯制造过程的添加时期，包括TPA与二醇的酯化反应时，或DMT与二醇的酯交换时或聚合时期皆可，视此第三共聚单体为酸或酯类衍生物而定。但基于原料取得的纯度与方便性，在大量生产时以酯类衍生物于TPA与二醇酯化完成后及聚合前添加较为可行。特开平10-53696提出以萘系共聚酯用于制造中空成形容器，萘系共聚单体含量在0.001至10重量％而可使容器具紫外线遮断性，由于其系应用于透明容器中，无法藉添加无机粒子的散射、反射作用达到全面降低各波长范围紫外线的穿透效果，仅能依萘系共聚单体的添加量多寡来吸收有限范围波长(360nm以下)的紫外线，以达到其紫外线遮断性的效果。本专利技术的制造方法除以第三共聚单体(1)形成共聚酯外，需于聚酯合成阶段添加适量的无机粒子。本专利技术中无机粒子具有波长350nm以上良好的散射效果，其添加量0～3.0重量％，其中又以0.5～1.7重量％较佳。不添加无机粒子时，紫外线阻隔效果完全依赖第三共聚单体对紫外线的吸收，而波长大于360nm的阻隔效果差，当添加量超过3.0重量％时，无机粒子在聚酯中凝集现象严重，并造成纺丝过程纺丝背压上升且易断丝。如上述，在本专利技术的共聚酯合成所添加的无机粒子，此无机粒子的应用是为了得到紫外线阻隔纤维，使用能反射或吸收紫外线，即实质上不会透射紫外线的微细粉末。该无机粒子的代表例如二氧化钛、氧化锌、氧化铝、氧化镁、二氧化硅、硫酸钡、滑石粉、硅藻土、高岭土等，这些无机粒子可单独或合并使用。上述当中考虑无机粒子的散射效果与无机粒子的硬度，较佳系二氧化钛、氧化铝、及氧化锌，其中又以二氧化钛最佳，而二氧化钛的晶形则以锐钛矿或其同类型的结构为适合。所使用的无机粒子的平均粒径在0.01μ～2.0μ，而以0.15μ～0.5μ较适合，粒径太大会造成过滤器阻塞、纺丝期间长丝易断裂、及延伸时长丝亦会断裂等问题，且UV波长散射强度会随粒径增加而降低，粒径太小则易产生二次凝集，且成本相对较高。另外，为避免无机粒子在形成纤维过程对纺丝机台造成磨损，无机粒子的莫氏硬度以小于5.5较佳。本专利技术中具有紫外线阻隔性共聚酯的制造方法主要系衍袭过去习知聚酯合成的方法，即以二羧酸与二醇或二羧酸酯与二醇于150℃～250℃进行酯化或酯交换反应，待转化率达95％以上时，于所得聚酯预聚物中加入前述式(1)的第三共聚单体，若此第三共聚单体为酸，则可在基于TPA的酯化阶段即加入参与反应，若此第三共聚单体为酯类，则亦可在基于DMT的酯交换阶段即参与反应，待此共聚酯预聚物反应完成后，添加商业上最常使用的锑系聚合催化剂，如三氧化二锑、醋酸锑；或钛系聚合催化剂，如四乙基钛、草酸钛钾、六氟钛钠等，及前述的无机粒子，于60分钟内将压力逐步降至1mmHg以下，并升温至250℃～300℃以进行聚合反应，即可制得具紫外线阻隔性佳的共聚酯。本专利技术主要构成共聚酯的重复单位为80摩尔％以上的对苯二甲酸亚烷基二醇酯(alkylene terephthalate)，及20摩尔％以下的多芳香环二酸二醇酯。在对苯二甲酸亚烷基二醇酯中之二醇部份以乙二醇、丙二醇、及丁二醇为主，而其他可依产品要求的特性有其他种类二酸如IPA及己二酸本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种阻光性聚酯级合物，其系由８０摩尔％以上的聚酯预聚物与０．１～２０摩尔％具紫外线吸收特性的共聚单体（１）所形成的共聚酯，以及０～３．０重量％的无机粒子所组成。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：唐崇鑫，安大中，
申请(专利权)人：新光合成纤维股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]