CN102965976B - 一种生物可降解共聚酯聚合长丝成品面料的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种生物可降解共聚酯聚合长丝成品面料制造方法，其特征在于包括以下步骤：（1）以PBST为经线或者纬线，按照传统的方法获得织物；（2）将织物精炼、水洗、染色、脱水、拉幅，获得成品；其中，染色过程的温度控制为三个阶段，首先开始温度是10℃，以1.5℃/min的升温速度升温到70℃后；在70℃保温60min，然后降温至10℃；燃料溶液：采用低温型分散染料、扩散剂是1g/LMF，并用弱酸调溶液pH至5~7；浴比：1:50；还原清洗的清洗剂包括：保险粉2g/L、烧碱2g/L 清洗温度60℃、清洗时间10min、浴比1:50。织物面料透气性强，柔软、弹性优良，色彩光鲜饱满，有仿天然和超天然风格，这类面料延伸性能好，穿着舒适，并能改善真丝绸弹性不足，提升产品档次和功能。

Description

一种生物可降解共聚酯聚合长丝成品面料的制造方法

技术领域

本发明涉及生物可降解共聚酯聚合长丝成品面料制造方法，属于纺织技术领域。

背景技术

聚丁二酸-共-对苯二甲酸丁二醇酯(PBST)纤维是生物可降解聚酯纤维，其既具有脂肪族聚酯良好的生物降解性，又具有芳香族聚酯良好的物理加工性能，且可利用现有聚酯合成、纺丝装置进行生产，纤维柔软、弹性优良，常温常压染色，色彩光鲜，生产成本相对较低，因而可作为纺织纤维广泛用于纺织加工。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种生物可降解共聚酯聚合长丝成品面料制造方法，经整经、浆纱、穿筘、织造、烧毛、退浆、漂白、定性、缸染色工艺，其特征在于：(1)整经工序的车速为200m·min^-1；(2)浆纱工序的车速为40-65m·min^-1、上浆率17±1％，回潮率6±0.5％，烘房温度100-110℃；(3)织造工序：上机张力40cN、车速为400m·min^-1，后梁离地高度为100cm；(4)染色过程的温度控制为三个阶段，首先开始温度是10℃，以1.5℃/min的升温速度升温到70℃后；在70℃保温60min，然后降温至10℃；降温过程在玻璃化温度以上时降温速率应慢些，其后可快速降温；

采用的燃料是低温型分散染料，详言之是2％owf.分散红PTN、分散黄PTN、扩散剂是1g/L MF；并采用10％醋酸调pH：5～7；浴比：1∶50；

还原清洗的清洗剂，采用的组份包括：保险粉2g/L、烧碱2g/L清洗温度60C、时间10min、浴比1∶50。

工艺分析如下：

具体说明如下：

本车间相对湿度65％，织造工序把75D/50S、100D/50S单纬纱并合成双纱筒放在织机的筒子架。设置适当的气压值，避免纬纱被吹断而造成纬缩、缺纬疵点。确定合理的经位置线，提高织机效率和外观质量。

调节织造参数后，可织造立体感强、式样新型的泡、绉、缎类织物，经处理后织物手感丰满、悬垂性好，而且有极好的回弹性和超柔软性，产品风格有着真丝般效果及纯羊毛感的亲肤特点，是透气、导湿、保健极高品位的新型纺织面料。

1、整经工序

采用高速分条整经机整经，滚筒摩擦传动整经轴、分段分层配置张力垫圈、分排穿筘法，保证片纱张力均匀。

针对本品种经纱PBST原料的特点，按照低车速、低张力、保伸长的原则，减少对纱线的断裂伸长和毛羽的损失，经轴卷绕平整，保证张力、排列、卷绕三均匀，为浆染打好基础。中部纱线张力x₁-x₂g，边部纱线张力y₁-y₂g，边部张力应较大控制，以便浆染和织造，两边边纱根数分别为z根。在生产过程中，我们发现由于PBST纱较蓬松且支较细，整经机周围毛羽及飞花较正常品种多得多，将整经车速由400m/min调整为200m/min，纱线张力由m₁-m₂g调整为n₁-n₂g，调整后效果明显，毛羽飞花明显减少，保证了整经质量。

2、浆纱工序

PBST原料的特点，确定了织造成功与否关键在于浆纱质量的好坏，因此我们选用了津田驹双桨槽浆纱机。考虑到100D/棉或75D/粘胶等混纺交织产品，PBST原料吸湿后湿伸长较为明显，湿强降低明显，因此上浆既要有较好的浸透以适当增强，又要有良好的被覆以贴伏纤维，形成柔韧光滑的完整浆膜。根据相似相容原理，浆纱配方中有必要配以一定比例的高粘着力的PVA浆料，旨在有效果提高浆纱强力，减少细节或弱环，避免织造中的断头增加。但由于PVA1799聚合度高，容易出现浆纱烘干后浆膜干硬，干分绞困难，产生大量再生毛丝。经过反复试验，最终确定选用荷兰艾维贝的CH 68B浆料。实践证明，此浆料的使用可明显改善浆膜的干硬现象，干分绞阻力减少，并头和绞头减少，毛羽贴伏效果好。采用的浆纱配方为：

根据100D/棉或75D/粘胶特性，考虑到此品种的规格，必须保证经纱上浆后，浆液贴服要好，经纱张力要均匀、伸长要小。故采用了“中速度、小张力、低粘度、低温度、中上浆、保伸长、轻加压、重被覆”的工艺原则，进而达到耐磨、保伸、增强的上浆效果。

合理控制浆纱车速。根据生产情况，我们选用45±5m/min，坚决杜绝浆纱车工“争产量而不顾织疵”的错误做法。

合理控制浆纱回潮率。根据实际情况，把回潮率控制在17％-18％之间，有效减少了浆纱粘并现象。

合理控制浆纱伸长是PBST纤维上浆的一个要点，浆纱湿区伸长应力控制在1％以下，总伸长1.5％以下。合理控制经轴退绕张力和浆槽湿区张力，使纱线在浆槽内处于松弛的状态，更有利于提高上浆效果、减少经纱伸长率。但是，在浆纱过程中纱线张力过小，将导致分绞时断头增加，一定程度上影响了上浆质量。为了保证织轴卷绕硬度卷绕区张力可适当加大。

合理调节浆纱张力。由于该品种强力低的特性，我们采用了小张力的工艺设计思路，减少了纱线在湿态时的意外伸长，保证纱线的弹性良好，确保织机效率的稳定。

合理控制上浆率。预防由于上浆偏大而导致落棉、落浆的形成，进而导致浆纱耐磨性能下降，PBST纤维的上浆率不宜过高但得注意上浆的均匀性，PBST纤维纱吸湿吸浆后会膨胀，吸浆速度快，易于渗透故宜采用轻加压重被覆的措施。合理设定压浆辊压力，我们采用先低后高的工艺思路，即：第一压浆辊设定为a×10kN/50m/min，第二压浆辊设定为b×10kN/50m/min。托纱设定为0.25mpa，通过实践，设定如此压力与托纱复合织造要求，浆纱渗透性较佳，被覆较好。实践证明，PBST纤维上浆率应比纯涤同类产品低12个百分点为佳，浆液粘度宜偏高控制。

由于PBST纤维纱吸湿后，随着温度的上升，PBST纤维纱的强力会明显下降，因此，为更好的保持纱线的强力和弹性，浆槽温度宜控制在90℃左右，同时烘筒温度宜为100℃-110℃，防止过度烘燥而造成浆纱脆断头。

3、织造工序

织造过程中纱线受反复摩擦毛羽互相粘连，造成开口不清，断头严重，容易产生断经、断纬、跳纱、蛛网、松紧经等疵点，不适应高速织机的生产。因此，必须对综框高度、后梁高低及停机架高低等上机工艺参数进行优化筛选，将上机张力由50CN降低为40CN，减少了打纬力，车速由500r/min降低为400r/min，后梁高度由103地标降低为100地标。对开口时间、引纬时间进行调试。为了保证纬纱在梭口中有足够的飞行时间，减少纬纱因受阻而产生的纬缩，可提早开口时间，保证开口清晰。同时纬纱张力、储纬量调节要适当，尽量减少退绕气圈，储纬量的长度以N倍布幅长度为宜。从而使里经纱开口清晰，保证了顺利织造，布面质量明显改善，织机效率由70％提高到93％。

印染后整理工艺：

普通聚酯纤维用分散染料染色过程分为四个阶段，首先染料分子随染液的流动靠近纤维附近的扩散边界层，此时的转移速度决定于染液的运动速度；其次是染料在边界层中扩散，此时染液流动速度很慢，染料主要靠自身的分子运动，即扩散接近表面；第三阶段是染料从染液中被吸附到纤维表面，前提是染料分子和纤维表面分子链段间的距离足够近，它们之间的分子间作用力足够大，此时吸附速度很快；第四阶段前期染料扩散的方向主要是由外向内。随着纤维中染料浓度的增大，由内向外的扩散速度也逐渐增快，最后向内和向外的扩散速度趋于相等，达到平衡。

由于分散染料在水中的溶解度很低，所以在染液中主要借助于分散剂的作用以微小晶粒呈悬浮体存在。此外，少量染料还存在于分散剂等助剂的胶团中，即染料在染液中保持着下式所示的平衡：

染液晶粒←→溶解状染料←→胶团中染料

只有溶解的染料可被纤维表面吸附和扩散到染料内部，这部分染料浓度高低和上染率有关。通常高温高压染色的目的就是通过提高温度，一方面增大染料在水中的溶解度，另一方面，使染浴温度高于聚酯纤维的玻璃化温度。一边增加聚酯非晶区链段的活动能力，并增大其自由体积，使染料分子可以顺利进入纤维内部，即可同时提高上染速度和上染率。

PBST纤维是疏水性聚酯纤维，只能用疏水性染料染色。PBST纤维具有与PTT相似的分散染料的染色性能。只是PBST聚合物的玻璃化温度更低，因此在染色时可以将染色温度的起始点选择地更低。本实验的染色温度从10℃开始，这主要是因为用分散染料染色时，聚酯纤维的染色性主要与纤维的非晶区含量和纤维大分子链段发生运动的温度有关。分散染料分子尺寸通常为1-3nm，而聚酯纤维晶格尺寸通常小于1nm，分散染料不能进入聚酯纤维晶区内，只能进入结构相对松散的非晶区。非晶区含量越高，纤维大分子链段发生运动的温度越低，分子链堆砌密度小的部分就越多，染料就越容易上染。本课题选用低温型PTN分散染料对其染色性能进行研究。

染色温度控制为三个阶段，首先升温阶段应保证染料均匀吸附到纤维上，玻璃化温度附近需严格控制升温速率以保证染料的均匀上染。然后是保温阶段，目的是使染料向纤维内部扩散，并增进染料的移染，保温时间由染料的扩散系数、染料浓度及染料的移染性决定。最后降温阶段应注意在玻璃化温度以上时降温速率应慢些，其后可快速降温。经还原清洗去除浮色，提高染色牢度和染色鲜艳度。

染色效果考察：

①PBST织物的上染率曲线

延长染色时间可以增加纤维对染料的吸附，直至达到染色平衡。在恒定的染色温度下纤维吸附染料的总量是不会下降的。相同温度下，保温时间延长后，染料的吸附趋于平衡，但会有一些染料分子从纤维表面向内部渗透；另一方面由于纤维吸附染料的量远远大于染液中染料的量，于是部分己经进入纤维的染料将重新向染液中扩散，染料在吸附与解吸之间达到新的平衡。

以1/100D/DY×1/100D/DY正反五枚缎组织结构的PBST织物为样品，以分散红PTN染料按上述工艺对其染色，保温时间为60min，上染速率曲线如图1所示。上染时间的长短与染料在溶液中的溶解度、扩散速率、染料分子与纤维分子结合力有关。染料溶解度过大或者过小，都会使染料的上染速率降低；扩散速率越小，上染速率越慢；染料分子与纤维分子结合力弱，也会降低染料的上染速率。

选取12种不同组织规格的PBST面料分别进行染色，测得它们各种的上染率数值如表10所示。可以看出，两种分散染料对PBST织物均具有较好的上染性。

表10各组织结构织物的上染率

②织物K/S值的分析

随着温度的升高，染料的扩散速率升高，所以染料的表观染色深度在刚开始的时候也随之升高。染色温度影响着分散染料对聚酯纤维的可及度、分散染料分子的吸附、解吸、在纤维内部的扩散、染料在染液中溶解和聚集以及分散染料的分散稳定性，它对染色过程和染色所要预期达到的效果至关重要。染色温度对分散染料在聚酯纤维内部的扩散的影响尤其重要。因此，本实验采用两种染料在不同温度条件下染PBST织物，染液pH值为7，比较不同染浴温度下织物的K/S值，分析染色温度对纤维上染的影响，考察PBST纤维的临界染色温度范围，实际生产中在此温度范围内应控制升温速度。实验结果如图2所示。可以看出，随着染浴温度的增加，所染织物的K/S值先缓慢增大继而快速上升直至趋于稳定，这一过程直接反映了织物染色深度与染浴温度的变化关系。PBST织物在10℃时已吸附一定染料，分散黄染织物K/S值为0.7，分散红染织物K/S值为1.5，而在70℃时，分散黄染织物K/S值达到20.8，分散红染织物K/S值达到21.8。但图中可明显看出，分散黄比分散红的最佳染色温度要高。由分散染料染色的扩散机理可知，不同的染料由于结构不同，它的最佳染色温度也不同。在所用染料适当的染色温度下进行染色，不仅可以节约能源减少成本，也能节约时间和减少污染。

当染色温度高于90℃时，分散黄的染色深度有所下降。这是因为在90℃时，PBST纤维大分子链段绕动的空隙正好可以让染料分子扩散到纤维内部，且在这个温度下纤维大分子和纤维中上染的染料分子的运动形成一个相对稳定的体系，继续升高温度会使染料分子和纤维大分子更剧烈的运动，破坏原有稳定体系，而且体系中存在染料浓度差，纤维上的染料浓度己经远远高于残液中染料的浓度，所以纤维上染料又会从纤维上运动到染液中，导致织物K/S值的下降。

染料在纤维中扩散一般有两种模型，一种是孔道模型，用以描述染料在亲水性纤维中的扩散方式；一种是自由容积模型，用以描述染料在疏水性纤维中的扩散方式。由于PBST纤维为疏水性纤维，其玻璃化温度约为10℃，所以当染浴温度低于10℃时，纤维孔道较小，仅有少量水和染料能通过孔道扩散到纤维内部，染料上染量会较少；而当染浴温度大于10℃时，此时染浴温度高于PBST纤维玻璃化温度，纤维大分子链段发生绕动，纤维中原来分散的微小孔穴合并成较大的孔穴，染料分子循着不断变化的孔穴跳跃扩散，因此染料上染量迅速增加，织物染色深度也随之加深，直至某一温度时染料吸附达到饱和。由于PBST的热收缩率较大，70℃以下的染色温度也更有利于保持织物原有的风格。

③染液pH值对染色性能的影响

在温度较高的条件下，染浴pH值改变将引起染料性能变化，甚至染料被破坏，导致上染率降低，色光变化，重现性变差。因此分散染料染色时，染浴pH值需保持稳定。本课题中，在70℃、染浴的pH值范围为3.5-10.5的条件下，分别使用分散红和分散黄对PBST织物染色，观察PBST织物的染色效果，以确定染浴最佳的pH值，实验结果如图3所示。

PBST织物的匀染性分析

选取织物10个不同位置，分别测试其K/S值，根据下式计算测试结果的方差s²，实验与计算结果如表11所示。

$s^2=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{(s_i-\stackrel{\‾}{s})}^2}{n-1}$

式中：s_i为每次测得的K/S值，

为测10次K/S值的平均值，n为测试次数，1≤n≤10。

表11PBST织物不同位置的K/S值

方差s²可表示织物染色的均匀程度，s²越小，表示织物染色越均匀，s²越大，则织物染色越不均匀。根据表11，利用分散黄染色的PBST织物的染色均匀性较分散红好。根据瑞士山德士公司的产品分类，S类分散染料的匀染性比SE类差，本实验证明了这一点，分散红比分散黄的匀染性差；另外，根据前述研究，分散红的上染速率要远高于分散黄，上染速率过快可能也是造成分散红染色不匀的重要原因。因此，在实际生产上需适当降低分散红对PBST织物的上染速率，以提高织物染色的均匀性，并且在选择染料时也应注意各种染料型号的差别。

⑤PBST织物的色牢度分析

染色牢度是衡量染色效果的必要考察因素。若染料对纤维的上染性能优良，但其染色牢度却达不到要求，那么这种染色工艺很难工业化。分散染料上染聚酯纤维时一般都有很高的染色牢度，这一点可从涤纶织物的染色性能中得知。但PBST纤维染色所需温度要比涤纶、PTT低很多，所以其染色牢度有待研究。本次实验分别测试了染样的耐摩擦色牢度和耐洗色牢度。

耐摩擦色牢度和纤维表面染料的多少直接相关，这取决于染料在纤维上的染透性能和还原清洗去除浮色的效果。分别利用两种染料对PBST织物进行染色，染色温度为70℃，分散红染色时间为40min，分散黄染色时间为90min。测试结果如表12所示。可以看出，染色后PBST织物的干、湿摩擦色牢度均为5级，表明用分散染料染色后PBST织物具有较高的摩擦色牢度。

表12两种染料染色后PBST织物的摩擦色牢度

摩擦方式	分散红	分散黄
			干摩	5	5
湿摩	5	5

表13列出了两种染料染色后PBST织物的水洗色牢度评级结果。可以看出，水洗温度为25℃时PBST织物的褪色、沾色色牢度均略高于水温40℃时的色牢度，水温40℃时PBST织物的褪色色牢度均略高于水温60℃时的色牢度，表明在较低水洗温度下有利于减轻PBST织物的褪色、沾色现象，这可能与PBST纤维的玻璃化温度较低有关。此外，水洗温度越高，纤维上的染料越容易发生解析而重新回到溶液中，导致织物的褪色、沾色现象加剧。由该表还可看出，分散黄染色后PBST织物的水洗色牢度略高于分散红，这可能是由于分散黄染料与纤维结合较为紧密的缘故，不过整体上两种染料染色后PBST织物的水洗色牢度均较高，这表明PBST织物具备较好的染色牢度。也表明在70℃的染色条件已经提供染料充分进入纤维并稳定地存在于纤维内部的条件。

表13染色后PBST织物的水洗色牢度

由于PBST纤维对分散染料的吸引力较强，染料的水溶性较差以及在测试时纤维形态相对稳定，所以PBST纤维用分散染料染色后有优异的耐水洗、耐摩擦牢度。PBST纤维染色所需温度较低，这并非是由于染料颗粒小、染料和纤维的亲和力差或者染料的扩散和移染性能好，而是因为在70℃时，纤维处于高弹态，无定形区分子链可发生运动，提供的空隙己经能够让染料渗透到纤维内部，并在纤维内部结晶和聚集，而且纤维对染料的亲和力大，导致染料和纤维结合牢固，所以PBST在低温下染色的染色牢度较高。

有益效果：本专利申请是在现有技术的基础上的改进，采用直接酯化缩聚路线、一次性投料操作方式制备高分子量可降解聚酯；采用熔纺工艺路线，结合纺丝装置适当改造，纺制可降解聚酯纤维，基于可降解聚酯纤维规格和特性，形成了纤维纺织印染加工的全套技术参数，并开发出纺织产品。使可降解聚酯重均分子量≥12万，纤维断裂强度≥2.5cN/dtex，断裂伸长率≥20％，降解性能复合GB/T20197-2006《降解塑料的定义、分类、标识和降解性能要求》要求。

PBST纤维交织类高感性面料开发：

附图说明

图1分散红PTN对PBST织物(正反五枚缎)上染速率曲线；通过图1可以看出，初始阶段染料的上染率随着染色时间延长而快速增大，70℃下保温染色30min即达到平衡上染百分率92％左右。此后，上染率基本不再改变，表明织物上染达到平衡。这表明分散红PTN对PBST织物均具有较好的上染性能。

图2是PBST织物K/S值随温度变化曲线；

图3PBST织物K/S值随染液pH值变化曲线。

具体实施方式

实施例1纯棉/PBST纤维交织织物

工艺路线：

代表产品的规格参数如下：

表1PBST纤维交织织物(正反五枚缎)

原料(经纱/纬纱)	50S棉/75D-DTY	50S棉/100D-DTY
			经密(根/10cm)	850	910
纬密(根/10cm)	600	740
			幅宽(cm)	148	148
克重(g/m2)	209	235

实施例2粘胶/PBST纤维交织织物

工艺路线：

代表产品的规格参数如下：

表2PBST纤维交织织物(平纹)

原料(经纱/纬纱)	75D粘胶/75D-DTY	75D粘胶/100D-DTY
			经密(根/10cm)	610	570
纬密(根/10cm)	445	375
			幅宽(cm)	148	148
克重(g/m2)	116	110

实施例3锦纶/PBST纤维交织织物

工艺路线：

代表产品的规格参数如下：

表3PBST纤维交织织物(平纹)

原料(经纱/纬纱)	20D锦纶/75D-DTY	20D锦纶/100D-DTY
			经密(根/10cm)	740	700
纬密(根/10cm)	430	410
			幅宽(cm)	148	148
克重(g/m2)	92	90

实施例4PBST纯纺织物

工艺路线：

代表产品的规格参数如下：

表4PBST纤维平纹织物

原料(经纱/纬纱)	75D-DTY/75D-DTY	100D-DTY/100D-DTY
			经密(根/10cm)	720	629
纬密(根/10cm)	340	286
			幅宽(cm)	148	148

克重(g/m2)

104

98

表5PBST纤维斜纹织物(3上/2下)

原料(经纱/纬纱)	75D-DTY/75D-DTY	100D-DTY/100D-DTY
			经密(根/10cm)	696	645
纬密(根/10cm)	536	500
			幅宽(cm)	148	148
克重(g/m2)	135	130

表6PBST纤维五枚缎织物

原料(经纱/纬纱)	75D-DTY/75D-DTY	100D-DTY/100D-DTY
			经密(根/10cm)	690	652
纬密(根/10cm)	510	480
			幅宽(cm)	148	148
克重(g/m2)	128	133

表7PBST纤维复合斜纹织物(1/1+3/1)

原料(经纱/纬纱)	100D-FDY/100D-FDY	150D-FDY/150D-FDY
			经密(根/10cm)	660	606
纬密(根/10cm)	430	370
			幅宽(cm)	148	148
克重(g/m2)	117	121

表8PBST纤维凸条组织织物

原料(经纱/纬纱)	75D-DTY/75D-DTY	100D-DTY/100D-DTY
			经密(根/10cm)	762	747
纬密(根/10cm)	650	600
			幅宽(cm)	148	148
克重(g/m2)	189	203

表9PBST纤维正反五枚缎织物

原料(经纱/纬纱)

100D-FDY/100D-FDY

150D-FDY/150D-FDY

经密(根/10cm)	744	726
			纬密(根/10cm)	557	520
幅宽(cm)	148	148
			克重(g/m2)	163	175

Claims (2)

1.一种生物可降解共聚酯聚合长丝成品面料的制造方法，经整经、浆纱、穿筘、织造、烧毛、退浆、漂白、定型、缸染色工艺，其特征在于：

     （1）整经工序的车速为200m·min^-1；

     （2）浆纱工序的车速为40-65m·min^-1、上浆率17±1%，回潮率6±0.5%，烘房温度100-110℃；

     （3）织造工序: PBST与纯棉、粘胶、锦纶混纺时以PBST为纬线，PBST纯纺织物的经线、纬线均为PBST,上机张力40cN、车速为400m·min^-1，后梁离地高度为100cm；

 （4）染色过程的温度控制为三个阶段，首先开始温度是10℃，以1.5℃/min的升温速度升温到70℃后；在70℃保温60min，然后降温至10℃，并且降温过程在玻璃化温度以上时降温速率慢于玻璃化温度以下的降温速度；

染料溶液：采用的染料是低温型分散染料、扩散剂是1g/L MF，并用弱酸调溶液pH至5~7；浴比：1:50，该低温型分散染料是分散红PTN、分散黄PTN，是2% owf.；

还原清洗的清洗剂，采用的组份包括：保险粉2 g/L、烧碱 2 g/L  清洗温度60℃、清洗时间10min、浴比1:50。

2.据权利要求1所述的生物可降解共聚酯聚合长丝成品面料制造方法，其特征在于在染色过程的弱酸是10% 醋酸。

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