CN104271644B

CN104271644B - 浓缩聚合物组合物(“母料”)、其制造方法和将其添加到聚酯纤维和长丝的用途

Info

Publication number: CN104271644B
Application number: CN201380014197.8A
Authority: CN
Inventors: J·卡斯塔涅·科尔勒; M·埃斯帕纳·普兰斯
Original assignee: IQAP Masterbatch Group SL
Current assignee: IQAP Masterbatch Group SL
Priority date: 2012-03-12
Filing date: 2013-01-30
Publication date: 2016-08-24
Anticipated expiration: 2033-01-30
Also published as: IN2014DN07564A; ES2425471B1; HK1200858A1; ES2425471A1; EP2826808B1; EP2826808A4; ES2699816T3; CN104271644A; WO2013135926A1; EP2826808A1; US20150025175A1

Abstract

本发明属于纺织工业的合成纤维制造领域，并且涉及设计和使用一种浓缩的聚合物组合物(“母料”)，其包含：来自甲基丙烯酸酯族的聚合物作为支持体聚合物，占聚合物组合物的30重量％～99重量％；和至少一种添加剂和/或颜料，占所述组合物的1重量％～70重量％。在挤出过程中，将本发明的组合物加入到熔融的形成纤维和长丝的聚酯聚合物中，从而提高纺丝过程的速度(生产率)。

Description

浓缩聚合物组合物(“母料”)、其制造方法和将其添加到聚酯纤维和长丝的用途

发明目的：

本发明属于合成纤维制造领域，主要针对纺织工业，并且涉及到使用熔融纺丝工序由聚酯聚合物制造合成纱和纤维。

具体而言，本发明涉及设计和使用一种浓缩的聚合物组合物(“母料”)，并在挤出过程中使其结合到熔融的形成纤维和长丝的聚酯聚合物中，以提高纺丝过程的速度(生产率)。

具体而言，本发明的聚合物组合物优选应用到预取向纱中，目的是在较快的速度下纺制它们，而且具有与在不包含“母料”的情况下以较慢的速度纺制时相似的流变行为(负荷-伸长曲线)。

背景技术：

聚合物支持体，在本领域中被称为“载体”，是分散有浓缩的有色颜料或者其他添加剂的介质，被称为“母料”，其被定量加入到主体聚合物中以改变纤维和长丝的性能，制造对于其被设计针对的应用具有不同技术特性和专门改善的产品。

市场上有许多各种不同的“母料”，它们的组成取决于它们将被使用的用途。然而，迄今为止并不知道使用聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)作为“母料”中的添加剂的支持体或者载体，目的是在熔融纺丝过程中提高生产率。

在熔融纺丝工序中，PMMA被用作添加剂来降低取向，如西班牙专利ES2210929中的情况那样，其涉及包含相对于形成线的聚合物以0.1重量％～4重量％的量添加的PMMA的聚酯纤维和长丝。PMMA被注入到聚酯的主熔融体的流中；其在熔融聚合物中分散并均化，导致在高纺丝速度下提高的断裂伸长率(伸长率)。

其在美国专利US2004076823和日本专利JP11350277中用于同样的用途。专利US2004076823涉及添加有PMMA树脂的PTT聚酯纤维(聚对苯二甲酸丙二醇酯)的共挤出组合物，其中，纤维的断裂伸长率提高30％，使得纺丝速度得以提高。专利JP11350277涉及在PMMA作为添加剂用于聚酯纱或者长丝的组合物时其作为结晶取向的限制剂的作用，其提高纤维的断裂伸长率，目的是通过混合具有不同收缩能力(差异收缩)的纱制备膨体纱(HB)。

工业需要在不影响制造的产品的质量的情况下提高生产率，这是众所周知的事实。在纺织工业中制造纤维的情况中，这个需求尤其迫切。本发明提供了使用“母料”来解决这个问题的解决方案。

已知包含特定“母料”能够在颜色、特性和纺丝工艺的成本方面有重大的影响。正确的选择和设计将调节添加剂的有效性和它与纤维的聚合物成分的相容性。

因此，需要制备支持体聚合物达到高浓度添加剂的分散而在分散过程中和之后不改变其特性，并且在聚酯纤维和长丝的纺丝过程中能够获得提高的生产率的“母料”。

发明内容

本发明的主要目的是混配和使用下述聚合物组合物(“母料”)，其包含甲基丙烯酸酯族的聚合物作为用于分散在其中的颜料和/或添加剂的支持体(“载体”)聚合物，用于在挤出过程中加入到熔融的形成纤维的聚酯聚合物中，其目的是在纺丝过程中实现提高的生产率。

这个目的由于甲基丙烯酸酯族的聚合物在作为载体用于“母料”(其中分散有至少一种颜料和/或添加剂)时提供的最优的特性而达到。

优选的是，在“母料”中用作支持体聚合物“载体”的所述族的成分是聚甲基丙烯酸酯(PMMA)。

在“母料”中用作支持体聚合物的这种聚甲基丙烯酸酯聚合物，以及由其使用获得的结果，此后将用来便利地解释本发明。

然而，这个解释不应该被理解为局限于使用PMMA作为支持体聚合物，因为当使用甲基丙烯酸酯族的其他聚合物作为PMMA的替代物时，可以获得类似的结果。

因此，在下文中，在认识到对该聚合物的任何提及也可以适用于甲基丙烯酸酯族的其他成员的情况下，将使用PMMA作为聚合物支持体。

有利地，包含PMMA作为载体的“母料”的使用没有引起由于在挤出机中与将此聚合物定量加入的聚合物混合的过程中这种聚合物的降解所致的加工问题。

PMMA是一种惰性材料，其与形成纤维的热塑性聚合物是不相容(互溶)。其是无定形塑料，并且其对这些聚合物的影响局限于它的流变特性，不会制造任何结构的改变，因此可以将其用作“母料”中的“载体”。

有时，该支持体聚合物可以由PMMA与下述聚合物中的一种或者至少两种的组合构成：聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)或者聚乳酸(PLA)，其目的是优化“母料”的最佳性质。

正如已提到的，本发明的聚合物组合物在挤出过程中添加到形成纤维的熔融聚酯聚合物中。名称“聚酯”包括其链由单体通过酯功能团结合而形成的聚合物族的所有成员，如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)或者聚乳酸(PLA)。

在连续地研究和测试之后，已定义为，为了在纺丝过程中达到所希望的提高的生产率的目的，本发明涉及的“母料”的组成将优选包含聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，其分子量为10,000-500,000g/mol，并且将以所述浓缩的聚合物组合物或者“母料”的30重量％～99重量％的量存在。

同样，已确定，将被挤出的形成纤维的聚合物中PMMA的最终浓度优选达到最终混合物(即熔融聚合物)的至多10重量％，因此在纺丝过程中实现生产率的非常重要的提高。

本发明的聚合物组合物，除了PMMA之外，还包含1重量％～70重量％的颜料和/或添加剂和可选的其他聚合物和分散剂。其中，颜料和/或添加剂的百分比取决于所述颜料和添加剂的类型和特性，以及将被添加的聚合物。

“母料”中使用的颜料选自有机颜料、无机颜料或者它们的混合物。

本发明的聚合物组合物“母料”中优选使用的颜料是炭黑或二氧化钛(TiO₂)。就这一点而言，本发明记载了源自于PMMA与这些颜料各自的组合的令人惊讶并且预料不到的协同效应的存在。这种组合加强了取向降低，在不必达到过高水平的用量的情况下能够获得增长的生产率。

此外，制造聚合物组合物使用的添加剂选自：润滑剂、抗静电剂、塑化剂、稳定剂、抗氧化剂、增容剂和阻燃剂，以及这些产品的混合物或者组合。

如果支持体聚合物由PMMA与其他聚合物(如PBT、PET、PTT和PLA)的混合物组成，为了优化“母料”的最终性质，这些聚合物将以聚合物组合物的50重量％～70重量％的量存在。

分散剂的有无与制造工艺有关。如本发明所述，有时在分散剂存在下的聚合物和颜料和/或添加剂的预混阶段对于在挤出后阶段获得颜料和/或添加剂的充足的分散是必要的。

本发明的浓缩的聚合物组合物将在形成纤维的熔融聚酯聚合物的挤出过程中定量加入。

所述熔融体中聚合物组合物的添加(添加剂)的流变学影响体现为添加添加剂的聚合物的取向度降低，该降低取决于采用的用量。

用于由添加有本发明的“母料”的熔融材料获得纱或者纤维所使用的纺丝***是熔融纺丝***，因为它们是合成纤维和热塑性聚合物，特别是聚酯聚合物。

纱或者初纺纤维通常来自预取向纱(POY)家族，主要用来制造变形纱。

本发明的聚合物组合物可以应用到这种预取向纱(POY)的制造，目的是在更高的速度下纺制它们，但具有与在不添加“母料”的情况下以较慢速度纺制时相似的流变行为(负荷-伸长曲线)。

预取向纱是在500m/min～4500m/min的速度下收集的线。这种纱具有良好的双相结构(微观结构)，具有取向的无定形相或者介晶嵌入相或者整合在非取向基质中，并且当纺丝速度不高于3500m/min时，几乎完全没有结晶区。

在随后的加工中，完成POY纱的取向，如在变形中。POY纱的制造使得生产率能够提高大约30％，在变形操作中也有优异的加工。POY纱具有大约18CN/tex的韧度和大约150％的断裂伸长率。POY纱的负荷-伸长曲线全局上显示了最初的弹性行为(初始模块区域)，接着是宽影响区域(在几乎没有任何负荷增加的情况下的伸长率增加)；该影响区域之后是加强区域，其具有线性部分，直至断裂。POY纱的负荷-伸长曲线的令人关注的参数涉及到与100％伸长相对应的负荷或者力。对应于这些坐标的点习惯性地位于加强区域。导致100％伸长的该负荷可以被认为是全局取向参数(取向指数，I₁₀₀)。其值越低，纱的精细结构会取向越低，并且将会有越多的变形性(延展性/拉伸性)，并且其刚性越低。本文中将其称为取向指数或者I₁₀₀。

当纺丝速度提高时，POY纱的断裂伸长率降低并且I₁₀₀增加。为变形工艺确定的POY纱的纺丝速度受到它们必须有一定的断裂伸长率或者在POY纱中产生100％伸长(I₁₀₀)你必须要施加的力或者负荷的限制。

如果通过添加到待挤出的聚合物的熔融体中可以增加POY纱的断裂伸长率，其也会呈现出I₁₀₀的降低。这导致如果I₁₀₀不高于在涉及到熔融的未添加的聚合物时与纺丝速度对应的I₁₀₀，则有提高纺丝速度的可能性。

通过应用本发明的聚合物组合物所获得的结果清楚地证明了其克服在纺丝过程中提高性能时出现的技术问题的有效性。

通过定量加入含有PMMA作为“载体”聚合物和如上述那些等颜料和/或添加剂的聚合物组合物“母料”，获得的结果证明，给予这些纤维的伸长率或者变形品质高于含有另一种载体和相同的颜料或者添加剂的“母料”的那些性质，以及在相同挤出条件下与其本身具有的性质相比更高的伸长能力(延展性)。

除了在纺丝期间挤出过程中更高的规整性，采用具有PMMA作为支持体聚合物和如上述那些等添加剂和/或颜料的“母料”获得的纱，具有取向度更低的精细结构，使得能够提高线收集的速度，产生比用其他聚合物作为载体时高得多的生产率(纺丝速度)。关于此点，结果显示可以获得超过20％的纺丝速度提升。

添加本发明的聚合物组合物“母料”的功效被以下事实所确认：当制造的形成纤维的聚合物的熔融体中聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)浓度提高时，获得的效果也提高了，维持纺丝速度恒定。

在本发明的可能的实施方式之一中，浓缩的聚合物组合物包含30重量％～50重量％的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)作为支持体聚合物，50重量％～70重量％的PBT，和1重量％～5重量％的添加剂和/或颜料。

这种聚合物组合物以4重量％～8重量％的量添加到形成纤维和长丝的聚合物中，并且聚甲基丙烯酸甲酯在聚合物中的存在量为1.6重量％～3.2重量％。

如所述某种等组合物的应用，当在2000m/min～4500m/min速度下纺丝时，使预取向POY 290/48dtex聚酯纱的取向指数降低到15.4(cN/tex)～11.8(cN/tex)的值。

本发明的优选实施方式是下述浓缩的聚合物组合物，其包含60重量％～90重量％的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)作为支持体聚合物，和占所述聚合物组合物的10重量％～40重量％的至少添加剂和/或颜料。

本发明的另一优选实施方式是下述浓缩的聚合物组合物，其优选包含60重量％～80重量％的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)作为支持体聚合物，和20重量％～40重量％的炭黑作为颜料。

在挤出过程中，将这种浓缩的聚合物组合物以2重量％～8重量％的量添加到熔融的形成纤维和长丝的聚酯聚合物中，以使聚甲基丙烯酸甲酯在所述形成纤维和长丝的聚合物的熔融体中的存在量为1.4重量％～5.6重量％。

当在2000m/min～4500m/min速度下纺丝时，这种第二优选的组合物使预取向POY290dtex聚酯纱的取向指数降低到11.7(cN/tex)～8.1(cN/tex)的值，并且使其断裂伸长率提高到152％～186％的值。

前述“母料”的配制使得两种主要成分(即颜料和PMMA)能够结合并且浓缩到最大值，能够获得在完全可行的用量提供最佳的希望的功能的最终产品。

已知的获得相同的功能的替代方案将包括添加2种不同的母料：一种提高生产率而另一种修改颜色。在此情况下，两种母料的总花费将会高得多，并且总用量水平将会如此之高，以致将会影响加工性和纱的最终性质。

添加到这种“母料”的POY纱随后进行变形工艺，使得获得的变形纱能够呈现出15％％～35％的断裂伸长率的值的提高，因此比没有添加的变形聚酯纱的纺丝生产率提高多达22.3％。

本发明的另一优选实施方式是下述浓缩的聚合物组合物，其包含50重量％～95重量％的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)作为支持体聚合物和5重量％～50重量％的二氧化钛(TiO₂)作为颜料。

所述聚合物组合物以熔融体的2重量％～8重量％的量添加到聚酯聚合物熔融体中，并且聚甲基丙烯酸甲酯在熔融体中的存在量为1.7重量％～6.8重量％。

当纱在2000m/min～4500m/min的速度下纺丝时，这种第三组合物使得预取向纱POY的取向指数能够降低到12.1(cN/tex)～7.9(cN/tex)的值，并且断裂伸长率提高到152％～185％的值。

添加到这种“母料”的POY纱随后进行变形工艺，这使得获得的双倍的变形纱的断裂伸长率能够提高22％～37.2％，因此比没有添加的变形聚酯纱的纺丝生产率提高多达22.3％。

“母料”的制造方法：

本发明的另一个目的是如本发明中所定义的“母料”的制造方法，其包含挤出阶段和可选的在先预混阶段。

有时这种第一预混阶段对某些聚合物、颜料和添加剂是不必要的，并且它们可以在挤出阶段直接定量加入。

预混阶段：

该第一阶段发生在被称为涡轮混合器的设备或类似设备中，在其中颜料和/或添加剂通过使用与基础聚合物相容并且与要制造的纤维的聚合物成分相容的一种或多种分散剂而预分散。为了使预分散最优化，任何团块都必须被涡轮混合器的叶片机械性破碎并且随后浸泡或者浸渍颜料颗粒。团块由于颜料颗粒之间的强相互作用而形成。这种现象尤其存在于高浓度有机颜料的情况中。浸泡被理解为用液体覆盖固体表面：分散剂，例如蜡，在涡轮混合器中达到的温度下融化并且覆盖混合物中的其他成分。

挤出阶段：

这个阶段的主要目标是获得“母料”成分的良好分散(分散的混合物)和均化(散布的混合物)。有各种各样的挤出设备，选择哪一种来使用取决于要挤出的产品的特性和性质。本发明中用来制造基于PMMA的“母料”的设备是反向旋转双螺杆挤出机，其特征在于它的螺杆沿相同的方向旋转。该挤出设备传送大量的机械能(剪切力)到材料，使得大量的颜料和/或添加剂能够被分散。为了保证良好的生产率和最优的产品质量，螺杆的构造是必要的。螺杆由不同装配元件构成，这些元件根据它们的几何形状和位置来分布、分散或者运输材料。材料在其经过挤出设备的过程中的处理取决于螺杆的构造，所使用元件的类型与螺杆的位置同等重要。例如，在螺杆中具有相同元件但具有不同分布的两种构造产生了不同品质(分散、分布、颜色品质)的挤出物。影响挤出的其他外部要素是计量器、浴、干燥***和制粒机(造粒机)。

“母料”的应用方法：

本发明的“母料”聚合物组合物的优选应用方法使用以下程序进行：

熔融纺丝的起始点是碎屑或者丸粒状的热塑性聚合物。它们在挤出机中熔融，形成粘稠流体物。粘稠物通过容积泵定量加入到过滤***和称作喷丝头的具有孔的板。使熔融的聚合物在高压下经过喷丝头的孔，获得一系列的长丝，它们会共同形成纱。粘稠物在喷丝头出头处的冷却通过受控空气流进行，随后长丝用浆纱乳化油润滑，并且最终缠绕在线筒上。

本发明的“母料”聚合物组合物的添加在形成纤维的熔融聚合物的挤出区域进行，通过测重***变成固体或者通过侧向挤出机以粘稠形式进行。

在这一过程中在挤出机中采用的温度范围为290～300℃。这一范围可以根据挤出机的尺寸、熔融体在那里停留的时间和随不同挤出设备而可能变化的其他参数来改变。

附图说明：

图1显示了在相同的纺丝速度下(3000m/min)随着母料(PBT中15％PMMA)在待挤出的聚合物熔融体中的用量而变的纱的断裂伸长率和取向指数的变化。

图2显示了在不同纺丝速度下随着待挤出的聚合物熔融体中PMMA浓度而变的取向指数的变化。

图3显示了对于变形纱的不同断裂伸长率，随着取向指数而变的变形中的拉伸比(残余拉伸)。

图4显示了在两种不同纺丝速度下随着待挤出的聚合物熔融体中的PMMA浓度而变的取向指数的变化。在这种情况下，“母料”是PMMA与PBT的组合。

图5显示了在两种不同纺丝速度下使用炭黑作为添加剂随着待挤出的聚合物熔融体中PMMA的浓度而变的取向指数的变化。

图6显示了在3500m/min速度下使用炭黑作为添加剂并且使用或者不使用PMMA作为载体所获得的纱的负荷/伸长曲线。

图7显示了在两种不同配方的聚合物组合物或者“母料”以及聚合物基质(PETRT-20)中采用相同的PMMA浓度获得的负荷/伸长曲线。

图8显示了以不同用量使用PMMA/TiO₂“母料”时获得的负荷/伸长曲线。

图9显示了随着聚酯熔融体中PMMA的浓度(％)而变的断裂伸长率和取向指数的变化。

图10显示了以不同用量使用PMMA/TiO₂“母料”时获得的变形纱的负荷/伸长曲线。

图11显示了以不同用量使用PMMA/TiO₂“母料”时随着聚酯熔融体中PMMA浓度(％)而变的断裂伸长率的变化。

图12显示了以两种不同用量添加PMMA/炭黑“母料”产生的预取向纱的负荷/伸长曲线。

具体实施方式

根据本发明，用于在挤出过程中添加热塑性聚合物的纤维和/或长丝的浓缩的聚合物组合物(在本领域中也称作“母料”)由以下成分形成：(a)作为支持体(“载体”)聚合物的分子量为100,000g/mol的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，和(b)添加剂和/或颜料。

本发明的聚合物组合物跨越一组PMMA/添加剂和/或颜料组合物(30/70％～99/1％)，获得非常满意的结果，因为它们使得取向指数能够降低并且断裂伸长率能够增加，并且因此能够获得提高的纺丝速度。

待挤出的形成纤维的聚合物中PMMA的最终浓度可以达到最终混合物(即含有热塑性聚合物的纤维和/或长丝的“母料”)的10重量％，这种范围的浓度提供了所希望的结果。

上面提到的结果可以从图1中看到，其中清晰可见的是，对于同样的纺丝速度，随着PMMA(其作为“母料”聚合物组合物中的载体或者支持体)浓度的增加而取向指数降低。结果是较少取向的纱(更可变形)，允许更高的纺丝速度并且同时断裂伸长率像没有添加的纱的特性一样。

断裂伸长率，与取向指数发生的情况相反，以这样的方式变化：如从图1中可以看到的，当增加聚合物中PMMA的浓度时，断裂伸长率也增加，这使得纺丝速度能够提高，产生提高的生产率。

图2涉及对于不同纺丝速度随着熔融体中的PMMA浓度而变的取向指数的变化。在此，可以观察到在3490m/min速度下纺丝时向熔融体添加3.2％PMMA，导致纱的取向指数(I₁₀₀)与在无PMMA的情况下在3000m/min速度下纺丝时相同，产生了提高的生产率。

图3显示了对于具有不同断裂伸长率的变形纱随着POY纱取向指数(I₁₀₀)而变的残余拉伸比(变形操作中的拉伸)。在此，可以观察到，对于变形纱的一定的断裂伸长率，I₁₀₀越低，在变形机中可以施加的拉伸比越大。另一方面，对于一定的I₁₀₀值，变形纱的断裂伸长率越大，残余拉伸比越低。这是合乎逻辑的，因为变形纱的断裂伸长率越大，在变形机中施加的取向(残余拉伸比)越小。

实施例：

实施例1：

依据测重添加程序，在挤出过程中向聚酯熔融体添加丸粒或者碎屑形式的聚合物组合物(“母料”)，获得表1和图4中提供的测试结果。“母料”包含40重量％的PMMA和60重量％的PBT。在添加“母料”后，在290～300℃的挤出机中使混合物熔融并且与熔融的聚合物混合，形成流体粘稠体，使其在高压下经过喷丝头的孔，产生长丝，该长丝在3500m/min速度下被收集形成290/48dtex的POY纱。

表1含有在3000和3500m/min.的速度下纺丝时随添加到待挤出的聚合物中的PMMA的百分比而变的取向指数(I₁₀₀)的值。检查它们显示在3500m/min速度下纺丝时包含3.2％的PMMA(8％的所述“母料”)产生与在没有PMMA的情况下在3000m/min速度下纺丝时相同的I₁₀₀值。

表1

实施例2：

根据测重添加程序，在挤出过程中向聚酯熔融体添加丸粒或者碎屑形式的“母料”聚合物组合物，得到表2中提供的测试结果。聚合物组合物包含70重量％的PMMA和作为添加剂的30重量％的炭黑。用来添加和获得纱或者纤维的程序与实施例1中描述的相同，最终获得POY 290/48dtex聚酯纱。

表2显示了在3000和3500m/min.速度下纺丝时随着由所述“母料”加入到熔融体中的PMMA的百分比而变的取向指数(I₁₀₀)的值。在此，可以观察到在3500m/min.速度下纺丝时存在2.1％PMMA得到与在没有PMMA的情况下在3000m/min.速度下纺丝时相同的I₁₀₀。表2的值以图形表示在图5中。

表2

将实施例1和2一起分析，可以清楚地检测到由于在同一“母料”中组合使用PMMA和颜料(炭黑)所产生的协同效应。比较两个表，可注意到，如果“母料”也包含炭黑，在没有添加剂的情况下在3000m/min.下纺丝时，维持原纱的取向指数所需的PMMA含量从3.2％降低到2.1％。

该“母料”的配制使得两种主要成分(即颜料和PMMA)能够结合并且浓缩到最大值，实现了在完全可行的用量提供所有想要的功能的最终产品。

已知的获得相同的功能的替代方案将包括添加2种不同的母料：一种提高生产率而另一种修改颜色。在此情况下，两种母料的总花费将会高得多，并且总用量水平可以轻易地达到8％或者10％。这些用量水平通常是不可行的，因为它们过分地降低了基质的百分比，损害加工性和最终的性能。

实施例3：

表3和图6所示的结果对应于为确定PMMA对聚酯POY 290/48dtex纱的增加的伸长率的影响进行的测试，在一种情况下使用炭黑作为颜料和PBT作为载体，在另一种情况下使用PMMA。纺丝速度在3500m/min.维持恒定，其他的挤出和纺丝工艺条件也一样。

两种“母料”均包含重量比为70％的支持体聚合物(PMMA或PBT)和30％的炭黑，并且按待挤出的熔融聚合物的4％定量加入。

图6中的曲线1～3对应于含有重量比为70％PBT/30％炭黑的“母料”，曲线4～6对应于包含重量比为70％PMMA/30％炭黑的“母料”。

表3中可以观察到PMMA的存在产生了比PBT用作炭黑颜料支持体时显著更大的断裂伸长率和低得多的取向指数。这突出了PMMA的高得多的降低POY聚酯纱的取向的功效。

表3

实施例4：

POY 210/48dtex聚酯纱在3500m/min.的纺丝速度下制得，其中之一没有添加，而其他的添加具有85重量％的PMMA/15重量％的TiO₂的“母料”，另一种添加具有70重量％PMMA/30重量％的炭黑的“母料”。两种添加过的纱在两种情况下包含相对于形成纤维的聚合物为2.8重量％的PMMA。另一种纱添加重量含量为70重量％PBT/30重量％炭黑的PBT/炭黑。纺丝过程的条件与实施例1中的一样。

从表4中的值，可以再一次推断，使用PMMA作为“母料”的支持体产生了更高的断裂伸长率的值和更低的取向指数。也可以看到在“母料”中炭黑的存在对牵引参数产生了一定影响。

表4

表5中的结果对应于在维持3500m/min.的相同速度下在相同的挤出条件下制得的POY210dtex纱的负荷/伸长曲线的参数。这些结果来自于图7的负荷/伸长曲线，其对应于无添加纱(RT20)(曲线1.1～1.3)，和2种添加70％PMMA/30％颜料“母料”的纱。在一种情况下使用的颜料是二氧化钛(图7，曲线2.1～2.6)，在另一种情况下使用的颜料是炭黑(图7，曲线3.1～3.3)，并且两种添加的纱包含相对于形成纤维的聚合物为2.8％的PMMA。

表5证实当使用PMMA作为“母料”支持体时纤维取向的降低(I₁₀₀降低)，当使用的添加剂是炭黑时和当其为二氧化钛时均是如此。这证明了使用PMMA作为添加剂的支持体的有效性，因为其能够提高聚酯POY纱的断裂伸长率并且因此能够提高纺丝速度，意味着在该操作中提高的性能。

表5

实施例5：

POY PES标准纱(RT20)和添加有重量含量为85％PMMA/15％TiO₂的“母料”的纱的比较研究。

聚酯POY 290dtex在3500m/min.的纺丝速度下添加不同用量的85％PMMA/15％TiO₂的“母料”制得。

图8包含获得的POY纱的负荷-伸长曲线，其中曲线1.1和1.2对应的是PES标准(RT20)的POY纱，曲线2.1和2.2对应的是重量含量为85％PMMA/15％TiO₂的“母料”的2％用量，曲线3.1和3.2对应的是相同“母料”的3％用量，曲线4.1和4.2对应的是相同“母料”的4％用量。

表6表示施加到待挤出的熔融聚酯体的用量和这些曲线的参数。图9表现随熔融聚合物中的母料用量而变的这些POY纱的断裂伸长率和取向指数。在此可以清楚地看到，随着PMMA在熔融体中的浓度增加，断裂伸长率提高并且取向指数降低。

表6

制备的POY纱采用1.8的拉伸来变形，获得340dtex的双倍变形纱。进行牵引测试获得这些变形纱的负荷-伸长曲线，示于图10中，其中曲线1～3对应的是添加2％用量的上述“母料”(重量含量为85％PMMA/15％TiO₂)的纱，曲线4～6对应的是3％用量的所述“母料”，和曲线7～9对应的是4％用量的这种“母料”。由此，计算韧度和断裂伸长率，显示在表7中。

表7

母料用量	平均韧度(cN/tex)	平均断裂伸长率(％)
			0％	----	12.3
2％	35.9	22.3
			3％	33.7	28.6
4％	28.6	37.2

图11显示随熔融体中母料的用量而变的变形纱的断裂伸长率，揭示了伸长率随着用量的增加而增加。

可以看出，在采用1.8的拉伸比进行变形后的无添加聚酯纱的断裂伸长率为12.3％，如果该纱具有2.5％(3％“母料”)PMMA，其断裂伸长率为28.6％，这在变形聚酯纱中被认为是正常值。为了使无添加变形纱显示出28.6％的断裂伸长率，需要使该纱以1.57的拉伸比进行变形，这将导致最终390dtex。在变形中采用1.8的拉伸比替代1.57的可能性意味着生产率提高15％。

采用下式获得计算结果：

DR×BREAKAGE LENGTH＝cte.

％△_PROD.＝(DR₁-DR₂)/DR₂×100

其中：

DR：拉伸比

BREAKAGE LENGTH＝100+断裂伸长率

％△_PROD.＝提高的生产率

因此：

1.8×112.3＝DR₂×128.6；DR₂＝1.57

(1.8-1.57)/1.57×100＝15％

如果在形成纱的聚合物中的PMMA的浓度是3.6％(4％“母料”)，断裂伸长率将是37.2％，要在无添加纱中达到这样，将必须以1.47的拉伸比进行变形，获得416dtex纱。在这种情况下(PMMA的3.6％添加)，这将会是生产率提高22.3％。

实施例6：

两种POY聚酯纱(一种为无添加聚合物(标准RT20)和另一种为添加4％的重量含量为70％PBT/30％炭黑的“母料”的聚合物)的比较。

两种POY聚酯290dtex纱在3500m/min.纺丝速度下制备。其中一种由标准聚合物(RT20)制造，另一种由添加4％的重量含量为70％PBT/30％炭黑的“母料”的聚合物制造。表8中包含这些POY纱的负荷/伸长曲线的参数。如上所述(表4)，添加重量含量为70％PBT/30％炭黑的“母料”产生了一定的断裂伸长率(更高的可变形性和拉伸性)，也降低了聚酯POY纱的取向指数。应注意，在这种情况下，在形成纱的聚合物中炭黑的比例是1.2％。

表8

POY纱	平均断裂伸长率(％)	I₁₀₀(cN/tex)
			无添加的PET RT20	134.2	17.0
添加4％母料	139.7	14.3

为了了解在相应的变形纱的性质中如何可以看到可以看到这些效果(提高的断裂伸长率和降低的取向指数)，采用1.7的拉伸比变形得到两种POY纱，由其获得360dtex的变形纱，其韧度和断裂伸长率示于表9。表9中的结果显示降低了添加过的POY纱的降低的取向指数导致了对应的变形纱的略微更高的断裂伸长率。

表9

前体POY纱	平均韧度(cN/tex)	断裂伸长率(％)
			无添加的PET RT20	37.1	21.7
添加有4％母料	34.4	23.6

为了区分添加“母料”PMMA/炭黑的效果和产生PBT/炭黑“母料”的那些效果，由添加不同浓度的含量为70％PMMA/30％炭黑的“母料”的聚合物制造聚酯POY纤维。使用3000和3500m/min.的纺丝速度制造POY纱，熔融体添加3％和5％的该“母料”并且获得的POY纱具有290dtex。图12显示了由在3500m/min.速度下纺丝获得的POY纱的负荷/伸长曲线。在此，曲线1～3对应于添加有含量为70重量％PMMA/30重量％炭黑并且在形成纱的聚合物中以3重量％定量加入的“母料”的纱，曲线4～6对应于添加有相同的“母料”但是在形成纱的聚合物中以5％定量加入的纱。牵引参数总结在表10中。

从该表中的值(其也包含在3000m/min.下纺丝时获得的那些值)，可以推断，对熔融聚合物添加包含70重量％PMMA/30重量％炭黑的“母料”产生了对应的POY纱的较高的断裂伸长率和较低的取向指数。添加的百分比越高，断裂伸长率越高并且取向指数越低。此外，在维持添加百分比恒定的情况下纺丝速度的提高意味着，正如可以预料到的，断裂伸长率减低并且取向指数提高。

表10

考虑到4％添加70％PBT/30％炭黑“母料”，在3500m/min.纺丝速度下纺丝，导致了断裂伸长率为139.7％，取向指数为14.3CN/tex，显然使用PMMA作为炭黑的支持体产生了比使用PBT作为支持体时更好的结果(参见表4)。

实施例7：

定量加入不同百分比的重量含量为70％PMMA/30％炭黑的“母料”的影响的比较研究。

在3500m/min.的纺丝速度下制备五种POY聚酯290dtex纱。挤出的用于制造这些纱的熔融体的特征在于，其中某些没有添加，另一种具有4％添加的重量含量为70％PBT/30％炭黑的“母料”，其他三种分别地添加3％、4％和5％的重量含量为70％PMMA/30％炭黑的“母料”。表11包含最重要的牵引参数，这些参数是从对应的负荷-伸长曲线(没有显示)推出的。这个表中的值确认了存在或添加炭黑并以PBT作为载体在断裂伸长率(提高)和取向指数(降低)上产生了某些有利的效果。在这个实施例中最重要的是，在表11中也可以看到熔融体中“母料”的浓度越大，对应的POY纱的断裂伸长率越大并且取向指数越低。也可以说，对于相同浓度的炭黑(1.2％)，当炭黑的存在与PMMA的存在(2.8)一致时，存在伸长率的增加和取向指数的降低。

表11

使用添加有5％“母料”的聚酯POY纱，采用1.95的拉伸比制备变形纱，获得韧度为30CN/tex、断裂伸长率为25％的纱。

通过考虑这些值，与添加有5％“母料”并采用1.8的拉伸比的POY纱对应的断裂长度将是：

(125×1.95)/1.8＝135％

考虑到在3500m/min.速度下纺丝并且随后采用1.8的拉伸比变形得到的标准PES的POY纱呈现出12％的断裂伸长率，对于具有135％的断裂长度的标准PES，拉伸比将必须为：

(112×1.8)/135＝1.49

所以，通过添加5％的70％PMMA/30％炭黑的“母料”获得的提高的生产率将是：

(1.80-1.49)×100/1.49＝20.8％

综上所述，在描述了进行的测试之后，可以突出，应用重量含量为PMMA/TiO₂(TiO₂消光颜料)的“母料”使得性能提高22.3％，在使用PMMA/炭黑“母料”时提高20.8％。

已利用附图对本发明进行了充分的说明，容易理解的是，可以进行任何视为合适的变化，只要这些变化没有改变在下述权利要求中概括的本发明的实质。

Claims

1.一种作为“母料”的浓缩的聚合物组合物，其用于在挤出过程中加入到熔融的形成纤维和长丝的聚酯聚合物中，其特征在于，所述聚合物组合物包含：

-作为“载体”的支持体聚合物，其中，所述支持体聚合物至少包含来自分子量为10000g/mol～500000g/mol的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的聚合物，占所述聚合物组合物的大于60重量％～99重量％；和

-至少一种添加剂和/或颜料，占所述聚合物组合物的1重量％～小于40重量％。

2.根据权利要求1所述的浓缩的聚合物组合物，其特征在于，所述颜料选自有机颜料、无机颜料或者它们的混合物。

3.根据权利要求2所述的浓缩的聚合物组合物，其特征在于，选择的颜料为炭黑。

4.根据权利要求2所述的浓缩的聚合物组合物，其特征在于，选择的颜料为二氧化钛(TiO₂)。

5.根据权利要求1所述的浓缩的聚合物组合物，其特征在于，除了聚甲基丙烯酸甲酯之外，所述支持体聚合物还包含下述聚合物中的一种或者至少两种的组合：聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)或者聚乳酸(PLA)。

6.根据权利要求1所述的浓缩的聚合物组合物，其特征在于，该添加剂选自由润滑剂、抗静电剂、塑化剂、稳定剂、抗氧化剂、增容剂和阻燃剂以及它们的混合物构成的组。

7.根据权利要求1～3中任一项所述的浓缩的聚合物组合物，其特征在于，所述聚合物组合物包含大于60重量％～80重量％的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)作为支持体聚合物和20重量％～小于40重量％的炭黑作为颜料。

8.根据权利要求1～3中任一项所述的浓缩的聚合物组合物，其特征在于，所述聚合物组合物包含大于60重量％～95重量％的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)作为支持体聚合物和5重量％～小于40重量％的二氧化钛(TiO₂)作为颜料。

9.根据权利要求1～6中任一项所述的浓缩的聚合物组合物，其特征在于，所述组合物还包含分散剂。

10.权利要求1～9中任一项所述的作为“母料”的浓缩的聚合物组合物的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括挤出阶段和可选的在先预混阶段。

11.根据权利要求10所述的制造方法，其特征在于，所述挤出阶段使用挤出混合机来获得“母料”成分的良好的分散和均化，所述挤出混合机优选反向旋转双螺杆挤出机，其传送大量的机械能并且使得大量的颜料和/或添加剂能够分散，其中，所述螺杆由不同的装配元件组成，这些元件根据其几何形状和位置来分布、分散或者输送材料。

12.根据权利要求10所述的制造方法，其特征在于，在可选的预混阶段，通过使用一种或多种分散剂将所述颜料和/或添加剂预分散，所述分散剂与基础聚合物和要制造的纤维的聚合物成分相容，其中，通过涡轮混合器的叶片和随后的颜料颗粒的浸泡或者浸渍，将所有团块机械性破碎。

13.权利要求1～9中任一项所述的浓缩的聚合物组合物的应用，其特征在于，将该组合物添加到熔融的聚酯聚合物中，其中，所述聚酯选自由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)或者聚乳酸(PLA)构成的组，并且所述浓缩的聚合物组合物按照使得所述聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)在熔融体中的最终浓度为至多10重量％的比例添加到所述熔融体中。

14.根据权利要求13所述的浓缩的聚合物组合物的应用，其特征在于，添加该浓缩的聚合的组合物使得在纺丝时断裂伸长率提高40％+/-10％，当在2000m/min.～4000m/min.的速度下纺丝时取向指数I₁₀₀降低10cN/tex+/-5cN/tex，纺丝过程的投梭速度和效能提高超过20％。

15.权利要求1～9中任一项所述的浓缩的聚合物组合物用于制造在500m/min.～4500m/min.的速度下纺丝的取向纱的应用。

16.根据权利要求15所述的浓缩的聚合物组合物的应用，其用于制造在2000m/min.～4000m/min.的速度下纺丝的取向纱。

17.权利要求7所述的浓缩的聚合物组合物的应用，其特征在于，该聚合物组合物以2重量％～8重量％的量添加到形成纤维和长丝的聚酯聚合物的熔融体中，并且聚甲基丙烯酸甲酯以所述熔融体的1.4重量％～5.6重量％的量存在。

18.根据权利要求17所述的浓缩的聚合物组合物的应用，其特征在于，当在2000m/min.～4500m/min.的速度下纺丝时，该组合物将预取向聚酯纱的取向指数降低到11.7(cN/tex)～8.1(cN/tex)的值。

19.权利要求8所述的浓缩的聚合物组合物的应用，其特征在于，所述聚合物组合物以2重量％～8重量％的量添加到形成纤维和长丝的聚酯聚合物的熔融体中，并且聚甲基丙烯酸甲酯以该熔融体的1.7重量％～6.8重量％的量存在。

20.权利要求19所述的浓缩的聚合物组合物的应用，其特征在于，当在2000m/min.～4000m/min.的速度下纺丝时，该组合物将预取向聚酯纱的取向指数降低到12.1(cN/tex)～7.9(cN/tex)的值。

21.权利要求1～9中任一项所述的浓缩的聚合物组合物的应用，其特征在于，在形成纤维的熔融聚合物的挤出区域将该组合物以固体丸粒的形式通过具有或不具有混合器的测重***添加。

22.权利要求1～9中任一项所述的浓缩的聚合物组合物的应用，其特征在于，在形成纤维的熔融聚合物的挤出区域将该组合物以熔融形式通过侧向挤出机添加。