一种低温染色聚酯纤维、面料及其生产方法
技术领域
本发明涉及服装面料技术领域，尤其涉及一种低温染色聚酯纤维、面料及其生产方法。
背景技术
聚酯纤维是一种常见的化纤面料纤维，主要是由有机二元酸和二元醇缩聚而成的聚酯、经纺丝所得的合成纤维。由于聚对苯二甲酸乙二酯纤维(也称涤纶纤维)是其主要品种，故习称聚酯纤维即指这种纤维。这类纤维具有断裂强度和弹性模量高、回弹性好、热定型性能优异等优点，在鞋服行业得到了广泛的应用。但是，涤纶纤维由于其结构紧密，分子中缺少吸附离子染料的基团，故较难染色，需要在加热加压的条件下染色，且上染率不高。在涤纶染色过程中需要用到大量的水和能源，造成大量的能源和水的浪费，因此，纺织行业也是世界上主要的能源消耗产业之一，而染色则是纺织行业中能耗和污染最严重的环节。
另外，涤纶纤维由于高温高压染色也限制了其很多的应用。例如，涤纶弹力针织面料(含有氨纶)由于其独特的手感、风格、性能等，受到广大消费者的欢迎，而涤纶弹力针织面料在染整阶段的高温会使氨纶纤维受到很大的损伤，导致弹性下降，因此让很多企业望而却步。再比如，由于涤纶和尼龙的上色机理、染色温度不一样，涤纶和尼龙混纺面料一般采用两浴法染色工艺，即先在130℃的高温条件下采用分散染料对涤纶进行染色，然后在100℃的温度下选用酸性染料对尼龙进行染色。这种两浴法染色工艺的染色成本较高，同时面料的色牢度较差；并且，染色过程中稍微控制不当，尼龙就会在高温下氧化变脆，从而导致面料报废。
面对涤纶面料所存在的染色方面的困难，大多数企业把目光投向改善染色工艺或使用新型助剂方面，但是这些方法都没有从根本上解决问题。
发明内容
有鉴于此，本申请提供一种低温染色聚酯纤维、面料及其生产方法，本发明提供的聚酯纤维可在较低的温度下染色，并且纤维的弹性较好。
本发明提供一种低温染色聚酯纤维，其具有包括皮层和芯层的复合结构，所述皮层和芯层的质量比为1：1-1.5：1；所述芯层为聚对苯二甲酸1,3-丙二醇酯层，所述皮层为改性聚酯层；
所述改性聚酯层成分由亲水性聚酯、间苯二甲酸二甲酯磺酸钠、间苯二甲酸二乙二醇酯磺酸盐、脂肪族二元酸和聚醚经反应制得；所述亲水性聚酯、间苯二甲酸二甲酯磺酸钠、间苯二甲酸二乙二醇酯磺酸盐、脂肪族二元酸和聚醚的质量百分数比例为(85-95)：(1-5)：(2-4)：(1-6)：(2-5)。
优选地，所述亲水性聚酯的数均分子量为20000-25000。
本发明提供一种低温染色聚酯纤维的生产方法，包括以下步骤：
将85％-95％亲水性聚酯、1％-5％间苯二甲酸二甲酯磺酸钠、2％-4％间苯二甲酸二乙二醇酯磺酸盐、1％-6％脂肪族二元酸和2％-5％聚醚混合后反应，得到改性聚酯材料；
将所述改性聚酯材料和聚对苯二甲酸1,3-丙二醇酯分别计量后，进行皮芯复合纺丝，得到皮芯初生纤维；
将所述皮芯初生纤维经过牵伸工艺，得到低温染色聚酯纤维；
所述低温染色聚酯纤维包括皮层和芯层，所述皮层和芯层的质量比为1：1-1.5：1；所述芯层为聚对苯二甲酸1,3-丙二醇酯层。
优选地，在制备改性聚酯材料的过程中，先加入亲水性聚酯、间苯二甲酸二甲酯磺酸钠和间苯二甲酸二乙二醇酯磺酸盐进行聚合，在所述聚合完成90％以上后，加入脂肪族二元酸和聚醚进行改性，得到改性聚酯材料。
优选地，所述皮芯复合纺丝的温度为250-270℃。
优选地，将所述皮芯复合纺丝得到的纤维依次经过冷却、上油、牵伸、拉伸、加弹和定型，得到低温染色聚酯纤维长丝。
优选地，还包括：将得到的低温染色聚酯纤维长丝进行切断，得到所需规格的短纤维。
本发明提供一种面料，其包括前文所述的低温染色聚酯纤维。
优选地，所述面料还包括尼龙、羊毛和氨纶中的一种或多种。
优选地，所述面料为经过130℃以下低温染色的染色织物。
与现有技术相比，本发明提供的聚酯纤维为包括皮层和芯层的皮芯型复合纤维，其以聚对苯二甲酸1,3-丙二醇酯(PTT)层为芯层，以改性聚酯层为皮层；所述改性聚酯层成分由特定比例的亲水性聚酯、间苯二甲酸二甲酯磺酸钠、间苯二甲酸二乙二醇酯磺酸盐、脂肪族二元酸和聚醚经反应制得，并且，所述皮层和芯层的质量比为1：1-1.5：1。在本发明皮芯结构纤维中，皮层添加有一些可以和染料分子低温结合的单体，其在纤维染色时能在低温条件下上色，具有优异的色牢度，改善了聚酯纤维的染色性能，使纤维可以在较低的温度下染色；这样可以减少染料和其他水电能源的使用，节约水和能源，并且不影响纤维舒适性，还可以扩大涤纶纤维的应用领域，降低高温对尼龙、羊毛、氨纶等其他纤维的损伤，提高面料的品质。另一方面，由于本发明芯层成分为PTT，其弹性好，模量低，手感柔软，可以提升复合纤维和面料的弹性、手感等。
附图说明
图1为本发明一些实施例中低温染色聚酯纤维的横截面示意图。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种低温染色聚酯纤维，其具有包括皮层和芯层的复合结构，所述皮层和芯层的质量比为1：1-1.5：1；所述芯层为聚对苯二甲酸1,3-丙二醇酯层，所述皮层为改性聚酯层；
所述改性聚酯层成分由亲水性聚酯、间苯二甲酸二甲酯磺酸钠、间苯二甲酸二乙二醇酯磺酸盐、脂肪族二元酸和聚醚经反应制得；所述亲水性聚酯、间苯二甲酸二甲酯磺酸钠、间苯二甲酸二乙二醇酯磺酸盐、脂肪族二元酸和聚醚的质量百分数比例为(85-95)：(1-5)：(2-4)：(1-6)：(2-5)。
本发明提供的聚酯纤维可在较低的温度下染色，并且纤维具有较好的弹性、恢复性以及柔软的手感等特点。
本发明提供的纤维具有包括皮层和芯层的复合结构，即为皮芯型纤维。所述皮芯型纤维一般是两种组分聚合物分别沿纤维纵向连续形成皮层和芯层的复合纤维，可分为同心圆型、偏心圆型、异型截面等数种；在本发明的实施例中，所述的低温染色聚酯纤维为近似同心圆型截面皮芯纤维。并且，所述皮层和芯层的质量比为1：1-1.5：1。
在本发明所述纤维的结构中，芯层为聚对苯二甲酸1,3-丙二醇酯(PTT)层，主要赋予纤维良好的弹性、手感。聚合物PTT一般是以1,3-丙二醇和对苯二甲酸为原料经熔体缩聚制成；PTT纤维通常具有易于染色、手感柔软和富有弹性等特点。
在本发明所述纤维的结构中，皮层为改性聚酯层，其成分由亲水性聚酯、间苯二甲酸二甲酯磺酸钠、间苯二甲酸二乙二醇酯磺酸盐、脂肪族二元酸和聚醚经反应制得。
其中，所述亲水性聚酯是亲水性相对普通聚酯有所改善，主要是改善纤维的回潮率、提升舒适性。所述亲水性聚酯采用市售的切片原料即可，其数均分子量可为20000-25000；公定回潮率为3.0％-3.8％。所述的间苯二甲酸二甲酯磺酸钠、间苯二甲酸二乙二醇酯磺酸盐、脂肪族二元酸(例如己二酸、癸二酸等)和聚醚(包括但不限于聚乙二醇醚，聚丙二醇醚等)，是一些可以和染料分子低温结合的单体，对皮层中亲水性聚酯进行改性反应，利于改善纤维的低温染色性能。本发明皮层采用上述多种单体，可增加和染料结合能力，提升色牢度。
所述的纤维皮层中，所述亲水性聚酯、间苯二甲酸二甲酯磺酸钠、间苯二甲酸二乙二醇酯磺酸盐、脂肪族二元酸和聚醚的质量百分数比例为(85-95)：(1-5)：(2-4)：(1-6)：(2-5)。在本发明的实施例中，所述低温染色聚酯纤维可以是长丝，也可以是短纤。
本发明提供了一种低温染色聚酯纤维的生产方法，包括以下步骤：
将85％-95％亲水性聚酯、1％-5％间苯二甲酸二甲酯磺酸钠、2％-4％间苯二甲酸二乙二醇酯磺酸盐、1％-6％脂肪族二元酸和2％-5％聚醚混合后反应，得到改性聚酯材料；
将所述改性聚酯材料和聚对苯二甲酸1,3-丙二醇酯分别计量后，进行皮芯复合纺丝，得到皮芯初生纤维；
将所述皮芯初生纤维经过牵伸工艺，得到低温染色聚酯纤维；
所述低温染色聚酯纤维包括皮层和芯层，所述皮层和芯层的质量比为1：1-1.5：1；所述芯层为聚对苯二甲酸1,3-丙二醇酯层。
本发明实施例首先制备改性聚酯材料：将85％-95％亲水性聚酯、1％-5％间苯二甲酸二甲酯磺酸钠、2％-4％间苯二甲酸二乙二醇酯磺酸盐、1％-6％脂肪族二元酸和2％-5％聚醚混合，通过发生反应得到改性聚酯材料。
其中，所述亲水性聚酯是亲水性相对普通聚酯有所改善，主要是改善纤维的回潮率、提升舒适性。所述亲水性聚酯采用市售的原料即可，其数均分子量可为20000-25000；公定回潮率为3.0％-3.8％。所述的间苯二甲酸二甲酯磺酸钠、间苯二甲酸二乙二醇酯磺酸盐、脂肪族二元酸和聚醚是一些可以和染料分子低温结合的单体，对皮层中亲水性聚酯进行改性反应。所述的脂肪族二元酸例如己二酸、癸二酸等；所述聚醚包括但不限于聚乙二醇醚，聚丙二醇醚等。
需要说明的是，回潮率(Rate of Moisture Regain)：纤维含水重量占纤维干重的百分比，即：回潮率(纤维湿重-纤维干重)/纤维干重。纺织材料由于具有一定的吸湿能力，这种能力在不同的状态下是不同的，为了使纺织材料的吸湿有一定的可比性，同时便于统一计量纺织材料的重量，一般我们规定标准大气状态，标准状态的规定国际上是统一的，只是允许误差范围略有不同。纺织材料的回潮率不同，其重量也不同。为了消除因回潮率不同而引起的重量不同，满足纺织材料贸易和检验的需要，国家对各种纺织材料的回潮率规定了相应的标准，称为公定回潮率。它在数值上接近标准温湿度条件下测得的平衡回潮率。
并且，所述亲水性聚酯、间苯二甲酸二甲酯磺酸钠、间苯二甲酸二乙二醇酯磺酸盐、脂肪族二元酸和聚醚的质量百分数比例为(85-95)：(1-5)：(2-4)：(1-6)：(2-5)。制备改性聚酯材料的过程中，本发明实施例优选先加入亲水性聚酯、间苯二甲酸二甲酯磺酸钠和间苯二甲酸二乙二醇酯磺酸盐进行聚合，在所述聚合完成90％以上后，加入脂肪族二元酸和聚醚进行改性，得到改性聚酯材料。上述的聚合完成情况，可根据时间和/或单体含量大概判断。本发明实施例通过改性可以增加链段柔性，使得热运动加剧，总体效果使聚酯染色温度大大降低，达到常温常压易染的效果。
按照质量配比，本发明实施例分别称取所制备的改性聚酯材料和聚对苯二甲酸1,3-丙二醇酯。然后，将两者充分干燥，分别经过计量泵进行复合纺丝箱，接着经过皮芯复合喷丝组件，纺丝得到皮芯初生纤维。
其中，所述的聚对苯二甲酸1,3-丙二醇酯为芯层材料，其数均分子量为21000-25000，熔点为240-260℃。本发明对纺丝工艺无需特殊的控制，进行皮芯复合纺丝的温度可为250-270℃。
通过皮芯复合纺丝得到初生纤维后，本发明一些实施例将其依次经过冷却、上油、牵伸、拉伸、加弹和定型等工艺，得到低温染色聚酯纤维长丝。其中，所述牵伸倍数可为2.3～2.5，温度为90℃～100℃。此外，优选采用环吹风冷风进行冷却定型，所述冷风温度可为15℃～25℃，风速0.4-0.6m/s。本发明另一些实施例还包括：将得到的低温染色聚酯纤维长丝进行切断，得到所需规格的短纤维。
本发明生产该皮芯结构的聚酯纤维时，在皮层添加了一些可以和染料分子低温结合的单体，其在纤维染色时能在低温条件下上色，具有优异的色牢度，改善了聚酯纤维的染色性能，使纤维可以在较低的温度下染色；这样可以减少染料和其他水电能源的使用，节约水和能源，并且不影响纤维舒适性，还可以扩大涤纶纤维的应用领域，降低高温对尼龙、羊毛、氨纶等其他纤维的损伤，提高面料的品质。另一方面，由于本发明芯层成分为PTT，其弹性好，模量低，手感柔软，可以提升复合纤维和面料的弹性、手感等。
本发明提供了一种面料，其包括前文所述的低温染色聚酯纤维。本发明所述面料可以在低温下染色，并具有良好的弹性、手感等。
在本发明的一些实施例中，所述面料仅由所述的低温染色聚酯纤维织造而成。另一些实施例中，所述面料还包括尼龙、羊毛和氨纶中的一种或多种。
即可为任意比例的混纺织物。
本发明所述面料可以为针织或梭织织物，可以用作服装等纺织品。具体地，所述面料为经过130℃以下(例如120～100℃)低温染色的染色织物，色牢度优异，其生产过程节约水和能源。
为了进一步理解本申请，下面结合实施例对本申请提供的低温染色聚酯纤维、面料及其生产方法进行具体地描述。但是应当理解，这些实施例是在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制，本发明的保护范围也不限于下述的实施例。
实施例1
将91％亲水性聚酯(仪征化纤FD503亲水聚酯切片)、3％间苯二甲酸二甲酯磺酸钠和2％间苯二甲酸二乙二醇酯磺酸钠先加入反应釜进行聚合，30-45分钟在聚合完成90％后，加入1％己二酸和3％聚乙二醇醚(分子量300-500)进行改性，得到改性聚酯材料(粘稠液体)，其分子结构中含有间苯二甲酸磺酸钠基团、-O-CH2-CH2-、(-CH2-CH2O-)链段等。
分别称取所述改性聚酯材料和聚对苯二甲酸1,3-丙二醇酯(分子量21000-25000，熔点：240-260℃)，将两者充分干燥后，分别经过计量泵后进入复合纺丝箱，之后经过皮芯复合喷丝组件进行纺丝，纺丝温度260-270℃，得到皮芯初生纤维；
将所述皮芯初生纤维依次经过冷风冷却、上油、牵伸、拉伸、加弹、定型，得到低温染色聚酯纤维。其中，牵伸倍数为2.3～2.5，温度为90℃～95℃；采用环吹风冷风进行冷却定型，所述冷风温度为20℃～25℃，风速0.4-0.6m/s。
所述低温染色聚酯纤维包括皮层和芯层，示意结构参见图1。其中，所述皮层和芯层的质量比为1.2：1；所述芯层为聚对苯二甲酸1,3-丙二醇酯层；成品纱线为75D/36F。
将得到的低温染色聚酯纤维(50D/36F DTY纱线)选用平纹组织在喷水织机上交织，形成春亚纺坯布(织物克重80g/m2)，将该坯布经过软化、减量、染色、定型，得到染色织物。
其中，染料为阳离子染料(阳离子蓝X-GRL，用量：2％owf)。染色工艺：0℃入染，2℃/min升温速率，100℃沸染40分钟，染色后降温水洗，然后2g/L皂液皂洗，最后水洗、烘干。
对所得染色织物进行色牢度等测试，结果如下。
表1本发明实施例1中染色织物的色牢度及弹性测试结果
实施例2
将93％亲水性聚酯(仪征化纤FD503亲水聚酯切片)、2％间苯二甲酸二甲酯磺酸钠和2％间苯二甲酸二乙二醇酯磺酸钠先加入反应釜进行聚合，30-45分钟在聚合完成90％后，加入1％己二酸和2％聚乙二醇醚(分子量300-500)进行改性，得到改性聚酯材料(粘稠液体)。
分别称取所述改性聚酯材料和聚对苯二甲酸1,3-丙二醇酯(分子量21000-25000，熔点：240-260℃)，将两者充分干燥后，分别经过计量泵后进入复合纺丝箱，之后经过皮芯复合喷丝组件进行纺丝，纺丝温度250-270℃，得到皮芯初生纤维；
将所述皮芯初生纤维依次经过冷风冷却、上油、牵伸、拉伸、加弹、定型，得到低温染色聚酯纤维。其中，牵伸倍数为2.3～2.5，温度为90℃～95℃；采用环吹风冷风进行冷却定型，所述冷风温度为20℃～25℃，风速0.4-0.6m/s。
所述低温染色聚酯纤维包括皮层和芯层，所述皮层和芯层的质量比为1.4：1；所述芯层为聚对苯二甲酸1,3-丙二醇酯层。
按照60％：40％的混纺质量比，将得到的低温染色聚酯纤维(75D/72F DTY纱线)与锦纶进行织造，得到锦涤弹力坯布(织物克重100g/m2)，将该坯布进行染色，得到染色织物。
其中，染料为阳离子染料(阳离子蓝X-GRL，用量：2％owf)。染色工艺：0℃入染，2℃/min升温速率，100℃沸染40分钟，染色后降温水洗，然后2g/L皂液皂洗，最后水洗、烘干。
对所得染色织物进行色牢度等测试，结果如下。
表2本发明实施例2中染色织物的色牢度及弹性测试结果
由以上实施例可知，本发明纤维可在100℃低温条件下染色，具有优异的色牢度，改善了聚酯纤维的染色性能。本发明可以减少染料和其他水电能源的使用，节约水和能源，并且不影响纤维舒适性，还可以扩大涤纶纤维的应用领域，降低高温对尼龙、羊毛、氨纶等其他纤维的损伤，提高面料的品质。另一方面，由于本发明芯层成分为PTT，其弹性好，模量低，手感柔软，可以提升复合纤维和面料的弹性、手感等。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于使本技术领域的专业技术人员，在不脱离本发明技术原理的前提下，是能够实现对这些实施例的多种修改的，而这些修改也应视为本发明应该保护的范围。
