含有聚酯双组分纤维的编织物的处理方法 发明背景发明领域
本发明涉及一种含有包括聚(对苯二甲酸乙二酯)和聚(对苯二甲酸丙二酯)的双组分纤维的织物的热定形方法。背景技术的描述
为了稳定含有聚(对苯二甲酸乙二酯)的织物的尺寸，可以将其在例如约350-360°F(177-182℃)下进行热定形，但是这些织物几乎没有或者没有拉伸和复原性能，然而该性能日益成为人们想要的。
具有潜在卷缩的聚酯双组分纤维还可用于制备拉伸织物，例如日本专利JP61-32404和美国专利5,874,372中所述的。然而，这些双组分纤维中并非都具有适宜的拉伸和复原性能，并且由这些纤维制成的织物也会具有不理想的性能如染料耐洗性差和不均匀的表面外观。
日本公布的专利申请JP58-115144、JP11-189923和JP05-295634以及日本专利JP63-42021公开了含有由聚(对苯二甲酸乙二酯)与其它聚酯、共聚酯、或者具有不同分子量的聚(对苯二甲酸乙二酯)制成的双组分纤维的织物的各种处理方法。然而，这些纤维一般具有不适当的卷缩，并且这些方法需要过高的温度、将这些双组分纤维附加缠绕、和/或两步热定形，方可获得所需的平坦却有拉伸性的织物。纤维和/或织物的这种附加加工是低效且成本高的，并且需要一种制备含有聚酯双组分纤维地拉伸织物的改进方法。发明概述
一种含有大量自卷缩性双组分纤维并具有至少约10％的皱缩率值(CCa)的编织物的处理方法，所述纤维包含聚(对苯二甲酸乙二酯)和聚(对苯二甲酸丙二酯)，该方法包括步骤：
a)以织物的干燥宽度为基准将织物横向地拉伸约1-15％；
b)通过在约160-177℃的温度下干燥热定形约20-60秒钟或者在约120-145℃的温度下蒸汽热定形约3-40秒钟将该拉伸过的织物热定形；
c)将织物染色；以及
d)在没有进一步热定形下将织物干燥。发明详述
本文所用的术语“自卷缩”是指某些聚酯双组分纤维在拉伸、热处理并使之松弛时自动形成螺旋卷缩的能力。除了通过拉伸和热处理纤维产生卷缩之外，在热-湿涂饰织物期间，例如在染色期间，可以产生附加的卷缩。这些纤维可以是编织物并经织造产生拉伸织物，例如成为针织物、双面针织物、平纹机织和斜纹结构。
本文所用的术语“双组分纤维”意思是含有一对聚合物的一种纤维，该聚合物沿纤维长度方向彼此相连，以便纤维横截面是一种并列或偏心的鞘-芯横截面。
现已出人意料地发现，在特定温度范围内使用单一热定形步骤，对含有一定自卷缩双组分纤维的机织或编织织物在染色前于低横向张力下进行处理，使得织物具有如下十分理想性能的组合：拉伸(“空载力”)的高复原性、优异的染料耐洗性、以及光滑的外观和手感。
用于制备通过本方法处理的织物的聚酯双组分纤维包括聚(对苯二甲酸乙二酯)和聚(对苯二甲酸丙二酯)，它们可以是一种并列或偏心鞘/芯的关系；对呈现最大卷缩展开而言优选并列。这两种组分的重量比是约70∶30-30∶70。这些双组分纤维具有如本文后面定义的至少约10％的皱缩率值。在这些纤维中，优选聚(对苯二甲酸乙二酯)具有比聚(对苯二甲酸丙二酯)低的特性粘度(IV)。为了制备待处理的织物，不需要将这些双组分纤维缠绕，并且事实上优选不引入这种缠绕，这是由于它需要另一步骤并因此带来附加费用。
任选地，通过本方法处理的织物中这些纤维一种或两种组分可以加入共聚单体，只要其对本发明的有益效果没有负面影响。例如，聚(对苯二甲酸乙二酯)可以加入选自如下的共聚单体：具有4-12个碳原子的直链、环状和支链脂族二羧酸(例如，丁二酸、戊二酸、己二酸、十二烷二酸和1，4-环己二羧酸)；除对苯二甲酸之外并具有8-12个碳原子的芳族二羧酸(例如间苯二甲酸和2，6-萘二羧酸)；具有3-8个碳原子的直链、环状和支链脂族二醇(例如1，3-丙二醇、1，2-丙二醇、1，4-丁二醇、3-甲基-1，5-戊二醇、2，2-二甲基-1，3-丙二醇、2-甲基-1，3-丙二醇和1，4-环己二醇)；以及具有4-10个碳原子的脂族和芳脂族醚二醇(例如氢醌二(2-羟乙基)醚，或者分子量低于约460的聚(亚乙基醚)(poly(ethyleneether))二醇，包括二亚乙基醚二醇)。由于间苯二甲酸、戊二酸、己二酸、1，3-丙二醇和1，4-丁二醇易于商购获得并且价格便宜因此它们是优选的。由于由间苯二甲酸获得的共聚酯的褪色小于用其它一些共聚单体制备的共聚酯，因此更优选间苯二甲酸。该共聚单体可以约0.5-15mol％的量存在于聚(对苯二甲酸乙二酯)中。
而且，本发明的纤维在一种或两种组分中可以含有少量的其它共聚单体，条件是这些共聚单体对纤维卷缩水平或其它性能没有不利影响。这些其它共聚单体包括约0.2-5mol％量的5-磺基间苯二甲酸钠。为了控制粘度，可以加入非常少量的三官能共聚单体，例如1，2，4-苯三酸。
待处理的织物也可以包括羊毛、棉、醋酸酯、人造丝和其它适宜的纤维以及这些聚酯双组分纤维。可以将纬纱(环状和平板)和经编针织织物用于本发明的方法中。
在本发明的方法中，可以干燥或用蒸汽进行热定形。使用约320-355°F(160-179℃)，优选165-175℃的干燥热定形温度，并且该热定形时间是约20-60秒钟。蒸汽热定形是在约248-293°F(120-145℃)，优选120-130℃下进行约3-40秒钟。在每一种情况下，可以在较低温度下使用较长时间，以及在较高温度下使用较短时间。在热定形期间，以织物的干燥宽度为基础，织物在横向方向保持拉伸约1-15％。这样做是为了避免最终织物皱褶。“1％”拉伸意思是防止热定形期间松弛的约束；实际上，其意味着正好足够将织物或衣服保持在该热定形设备上的张力(拉伸)。当该双组分纤维具有低的皱缩率值(如本文下面定义的)时，横向拉伸可以低(但是在所述范围内)，并且当该纤维具有高的皱缩率值时，该拉伸可以更高(还是在所述范围内)。所用的张力(拉伸)可用于调整最终织物重量和拉伸。可以织物或衣服形状并用任何适宜的设备，例如拉幅机框或木板形状。
可以用任何适宜的染料，例如分散液或酸性染料，通过任何适宜的方式，例如绳状染色、桨叶式染色或喷射染色，并在具体染料所用的任何适宜温度下进行热定形过织物的染色。
在足够低的温度(例如低于约145℃)下进行染色织物的干燥，从而避免进一步热定形。
当双组分纤维的皱缩率值低，如实施例3-6中低于30％时，热定形前的蒸汽松弛有益于降低本色织物的清棉(picking)和渗化(running)。这种蒸汽松弛可以通过任何适宜的方式，例如使用开式蒸呢机、挤压式预缩机或管状蒸汽机进行。
双组分纤维的张力性能是按照ASTM D2256使用10-英寸(25.4-cm)规格长度的样品于65％RH和70°F以每分钟60％的拉伸速度测定的。韧性和初始模量以十分之一牛顿/特克斯记载，并且断裂时的伸长率以百分比记载。
纤维的特性粘度(IV)是这样测定的：将聚合物暴露于与聚合物实际纺丝成双组分纤维的相同工艺条件，不同之处是试验聚合物没有纺丝通过抽样喷丝头(没有将两种聚合物混合成单一纤维)，然后收集以便IV测量。
除非另有说明，在这些实施例中制备和使用的双组分纤维的皱缩率值的测定如下。在约0.1克/登尼尔(gpd)(0.09dN/tex)的张力下用摇纱绞机将每一样品形成为总共5000+/-5登尼尔(5550dtex)的绞纱。该绞纱在70+/-2°F(21+/-1℃)和65+/-2％相对湿度下调理16小时。将该绞纱从一个支柱基本上垂直地悬挂，在绞纱的底部悬挂一1.5mg/den(1.35mg/dtex)砝码(例如对5550dtex绞纱而言是7.5g)，加重的绞纱达到一平衡长度，并测定绞纱的长度，精确到1mm并记录为“Cb”。在试验期间该1.35mg/dtex砝码留在绞纱上。接下来，从绞纱的底部悬挂一500-g砝码(100mg/d；90mg/dtex)，并测定绞纱的长度至1mm内并记录为“Lb”。皱缩率值(％)(热定形之前，如本试验下面所述)“CCb”，按照式CCb＝100×(Lb-Cb)/Lb计算。取下该500g-砝码，然后将绞纱悬挂在支架上并在一烘箱中于约225°F(107℃)热定形5分钟，同时1.35-mg/dtex砝码仍然在原处，之后从烘箱中取出支架和绞纱并如上所述调理2小时。将该步骤设计成模拟工业干燥热定形，它是在双组分纤维中呈现最终卷缩的一种方式。如上所述测定绞纱的长度，并将其长度记录为“Ca”。再在绞纱上悬挂该500-g砝码，并如上测定绞纱长度并且记录为“La”。按照式CCa＝100×(La-Ca)/La计算热定形之后的皱缩率值“CCa”。
为了测定染料耐洗性，将通过本发明方法处理过的织物片经过一个标准洗污试验(American Association of Textile Chemists andColorists Test Method 61-1996，″Color Fastness to Laundering，Home and Commercial：Accelerated″；2A vers ion at 122°F(50℃))，打算在从低到适中温度下模拟5个洗涤。在有尼龙6，6编织物的情况下进行该试验，并且肉眼评价尼龙的污染度。
为了测定织物拉伸，将织物切割成3个3in×8in(7.6cm×20.3cm)样品并在中间折叠形成一开环。对每一样品的长尺寸进行尺寸试验。在各个样品上测定织物横向(CD)和纵向(MD)拉伸。在横向样品上测定空载力。将每一开环从其末端约1英寸(2.5cm)缝合在一起并形成圆周为6英寸(15.2cm)的闭环。用具有6-英寸(15.2cm)十字头、充气夹(3C型，具有1in×3in(2.5×7.6cm)平面，80psi(552kPa)气源)和10in/min(25.4cm/min)走纸速度的Instron张力试验仪测定织物环的力学性能。将一个u-型棒以侧面对着方式夹在张力试验仪的夹组之一之间，以便这些棒端[(在两端之间2.78in(7cm)，围绕这些末端3in(7.6cm))]从夹凸出，其凸出远到足以可靠地保持织物环。将该环围绕凸出的棒端放置并拉伸至12-磅(5.4kg)力并松弛；对该循环总共进行3次。在12-磅(5.4kg)力下第3次循环拉伸时测定“织物拉伸”，并在第3次循环松弛剩余30％可获得的拉伸时测定空载力。“剩余30％可获得的拉伸”意思是织物已从12-磅(5.4kg)力松弛30％。为了比较不同基重的织物，通过将测定的值除以织物重量将空载力标准化。
就实施例1和2而言，如下制备149登尼尔(165dTex)、68丝双组分纱线：将聚(对苯二甲酸丙二酯)(60wt％，IV＝1.27dl/g)和聚(对苯二甲酸乙二酯)(40wt％，IV＝0.54dl/g)在独立熔融系统中于约280℃下熔融，将这些聚合物转移到一喷丝头，并将它们并列纺丝成提供有约100cfm(2.8m3/min)空气的横流骤冷(淬火)。每一组分含有0.3wt％TiO2。将有机酯基整理乳液涂敷(5wt％)到纱线上。将纱线围绕进料辊通过，经过蒸汽拉伸喷射流，然后围绕第二个辊提供2.8的拉伸比。然后将该纱线通过含有两个辊的165℃热箱子，从而提供1.3的第二个拉伸比。在热箱子的两个辊之间总共呈现7.5圈。将纱线传送至一拉出辊，通过双重交错喷射流，然后传送至一松弛辊(let down roll)。然后将整理剂(finish)再次涂敷(5wt％)到纱线上。然后将纱线缠绕到纸芯管上。所得纤维具有3.5g/d(3.1dN/tex)的韧性，15％的破裂伸长率和约46-50％的皱缩率(CCa)值。
在实施例1和2中，每一织物是在每转具有255英寸(648cm)井身长度的28号、24位环状针织机上制备且仅含该双组分纱线的单面针织物。实施例1
将该单面针织物纵切开口并在拉幅机框上于330°F(166℃)干燥热定形约30秒钟，对加料横向拉伸约5％(以织物的干燥宽度为基准)并且纵向拉伸约5％。为了冲刷、染色、漂洗和还原冲刷，使用12-升桨染色机(Werner-Mathis JFO型)。将175g热定形织物于160°F(71℃)下在0.5g/l的MerpolLFH(低起泡非离子表面活性剂；E.I.du Pontde Nemours and Company的注册商标)和0.5g/l的磷酸三钠的水溶液中冲刷20分钟。将染色机和织物用新鲜水溢流漂洗。将染色机排干水并用以织物重量为基础1.0wt％的MerpolLFH再次充满，调整至110°F(43℃)，并操作5分钟。然后加入1.5wt％Dispersol RubineXF(BASF；100％型)(以织物的重量为基准)，并用醋酸将其pH调整至4.5。以3°F(1-2℃)/min的速度升高温度，并将染色机于255°F(124℃)下操作30分钟。将染色浴冷却至170°F(77℃)，并将染色机和织物用新鲜水溢流漂洗。然后将染色机排干，再次填满含有4g/l连二亚硫酸钠(Polyclear NPH，Henkel Corp.)和3g/l无水碳酸钠的水溶液，调整至160°F(71℃)并操作20分钟。将织物和染色机用新鲜水溢流漂洗，然后用1.0g/l醋酸的室温溶液操作10分钟，然后再次用新鲜水溢流漂洗。从染色机中取出织物，并通过在真空管的缝隙拉引织物除去过量水。在约250°F(121℃)下以比从染色机中取出时的湿织物的宽度宽1英寸(2.5cm)的宽度将织物干燥。织物的性能汇总于表I；其中CD是横向并且MD是纵向。实施例2(对比)
与实施例1基本相同地对织物进行处理，只是在染色之前没有热定形。如实施例1中干燥之后，于约330°F(166℃)下基本上与实施例1相同地将织物干燥热定形约30秒钟。该处理过的织物的性能也汇总于表I。
表I
实施例1 实施例2(对比)
手感 轻，柔滑 粗糙
外观 平整且光滑 粗糙，橙色皮
染料瞬染 染色浴耗尽 染色浴耗尽
耐洗性 优异 一般
织物重量 4.86oz/yd2 6.20oz/yd2
(165g/m2) (210g/m2)
织物强度，％(CD；MD) 106；81 04；108
空载力 0.113lb-yd2/oz 0.097lb/yd2/oz
(1.51kg-m2/Kg) (1.30kg-m2/Kg)
表I的结果显示了含有聚(对苯二甲酸丙二酯)//聚(对苯二甲酸乙二酯)双组分纤维的织物当在染色之前而不是染色之后进行热定形时其手感、外观和染料耐洗性出人意料地提高了。而且，织物重量是理想地较低并且空载力是理想地较高。在热定形期间减少横向拉伸并增加过度进料能够使得织物具有更对称的拉伸性能，如果该性能是所需的话。
就实施例3-6而言，通过单独地熔融聚(对苯二甲酸丙二酯)，3-GT(IV＝1.27dl/g)(在挤出机中含有0.3wt％TiO2并在约278℃的熔融温度下将其转移到一喷丝头)，以及聚(对苯二甲酸乙二酯)，2-GT(IV＝0.54dl/g)(也含有0.3wt％TiO2，在约290℃下并转移到该喷丝头)，制备71登尼尔(79dTex)、34-丝双组分纱线。这些组分以3-GT∶2-GT＝60/40的重量比通过提供有100cfm(2.8m2/min)空气的横流骤冷纺丝成并列双组分纤维。将有机酯基乳液油(5wt％)涂敷到这些丝上，然后转移至进料辊，穿过于200℃下操作的加热板，然后围绕第二辊以提供2.0的拉伸比。将这些纤维通过含有两个辊的热箱子(chest)以提供1.3的第二拉伸比。在这两个热箱子辊之间呈现总共7.5圈。将这些丝通过拉伸辊和通过围绕另一辊的双重交错喷射流。然后再涂敷(5wt％)整理剂，将这些纤维卷在纸芯管上。该双组分纤维的聚(对苯二甲酸丙二酯)组分的IV是0.96dl/g，并且该双组分纤维的聚(对苯二甲酸乙二酯)组分的IV是0.56dl/g。纤维具有3.3g/d(2.9dN/tex)的韧性，31％的破裂伸长率和10-19％的皱缩率值(CCa)。
在实施例3-6的每一个中，织物是在一具有137英寸(348cm)井身长度的20-号机器上仅用该双组分纱线制备的双面针织物。通过将该织物拉过开式蒸呢机几秒钟将其经蒸汽松弛。实施例3
将该经蒸汽松弛的织物纵切开口并在拉幅机框上于330°F(166℃)下以与用5％-纵向过度进料蒸汽松弛之后大致相同宽度下干燥热定形约45秒钟。为了冲刷、染色、漂洗和还原冲刷，使用12-升桨式染色机(Werner-Mathis JFO型)。将175g热定形织物于160°F(71℃)下在0.5g/l的MerpolLFH和0.5g/l的磷酸三钠的水溶液中冲刷20分钟。将染色机和织物用新鲜水溢流漂洗。将染色机排干，用以织物重量为基准1.0wt％的MerpolLFH再次充满，调整至110°F(43℃)，并操作5分钟。然后加入3.0wt％Terasil Navy GRL 200(Ciba Geigy)(以织物的重量为基准)，并用醋酸将其pH调整至4.5。以3°F(1-2℃)/min的速度升高染色浴温度，并将染色机于255°F(124℃)下操作45分钟。将染色浴冷却至170°F(77℃)，并将染色机和织物用新鲜水溢流漂洗。将染色机排干，再次填满含有4g/l连二亚硫酸钠(J.T.Baker，Inc.)和3g/l无水碳酸钠的水溶液，调整至160°F(71℃)并操作20分钟。然后将染色机和织物用新鲜水溢流漂洗，用1.0g/l醋酸的室温溶液漂洗10分钟，然后再次用新鲜水溢流漂洗。通过在真空管的缝隙拉引织物除去过量水。在约250°F(121℃)下以比湿宽度宽1英寸的宽度将织物干燥。实施例4
重复实施例3的方法。只是织物在约340°F(171℃)下热定形。评价耐洗性并记载于表II。实施例5
重复实施例3的方法。只是织物在约350°F(177℃)下热定形。评价耐洗性并记载于表II。实施例6(对比)
重复实施例3的方法。只是织物在约360°F(182℃)下热定形。评价耐洗性并记载于表II。
在样品3-6的所有织物上的颜色深度基本上都相同。
表II
干燥热定形
实施例 温度 时间 耐洗性
3 330°F(166℃) 45秒钟 优异
4 340°F(171℃) 45秒钟 优异
5 350°F(177℃) 45秒钟 良好
6(对比) 360°F(182℃) 45秒钟 一般
表II中的数据显示了在约320-350°F(160-177℃)的温度下热定形提供了良好至优异的结果，尽管使用较高温度仅获得一般结果。当用Dispersol Rubine XF(具有高升华温度的“高能”染料；以织物重量为基准1.5％)重复实施例6，耐洗性仅保持一般。实施例7
就本实施例而言，使用由聚(对苯二甲酸丙二酯)和聚(对苯二甲酸乙二酯)纺丝并在每一组分中具有0.3wt％TiO2的72-登尼尔(80-dTex)、34-丝、并列60//40聚(对苯二甲酸丙二酯)//聚(对苯二甲酸乙二酯)纱线。纱线具有约45％的皱缩率值(CCa)，3.5g/d(3.1dN/tex)的韧性和14％的破裂伸长率。该双组分纤维的聚(对苯二甲酸丙二酯)组分具有0.94dl/g的IV，并且该双组分纤维的聚(对苯二甲酸乙二酯)具有0.54dl/g的IV。用该纱线在4-位、400针、404 Lonati图案针织机上以700in/rev(17.8米/转)井身长度针织一运动针织袜腿。该袜子于240°F(116℃)(实施例7a；对比)或250°F(121℃)下(实施例7b)下在腿形Fierson定形机上经蒸汽定形(steam-boarded)4秒钟，并在230°F(110℃)下干燥60秒钟。织物外观示于表III。实施例8
重复实施例7，不同之处在于48-登尼尔、34-丝纱线是由聚(对苯二甲酸乙二酯)和聚(对苯二甲酸丙二酯)纺丝的。这些纤维具有40％的皱缩率值(CCa)，4.2g/d(3.7dN/tex)的韧性，和18％的伸长率。该双组分纤维的聚(对苯二甲酸乙二酯)组分具有IV＝0.54dl/g，该双组分纤维的聚(对苯二甲酸丙二酯)组分具有IV＝0.89dl/g。该袜子于250°F(121℃)(实施例8a)和260°F(127℃)下(实施例8b)下经蒸汽定形4秒钟，并在230°F下干燥60秒钟。织物外观示于表III。
表III
定形温度 织物外观
7a(对比) 116℃(240°F) 一般(一些皱缩)
7b 121℃(250°F) 特别好(光滑)
8a 121℃(250°F) 特别好(光滑)
8b 127℃(260°F) 优异(非常光滑)
在实施例7或8中蒸汽热定形之后常压染色或压力染色不改变织物的光滑度。表III的结果显示了在约120℃蒸汽定形温度以下，当在染色之前进行定形时皱缩外观开始明显。在约120℃以上的温度下(高达约145℃，蒸汽定形设备的可行上限)，织物表面理想地光滑。实施例9(对比)
使用与实施例8中相同的织物构造，将本色袜空白样在沸水中浸泡10分钟以模拟定形之前的染色。织物外观特别皱并且“皱缩”。在模拟染色之后织物通过蒸汽定形不能变得光滑。