TWI454601B

TWI454601B - A dyed-core type composite fiber, a method for producing the same, and a garment made using the same

Info

Publication number: TWI454601B
Application number: TW100113191A
Authority: TW
Inventors: Kuo Chung Wu
Original assignee: Shinkong Synthetic Fibers Corp
Priority date: 2011-04-15
Filing date: 2011-04-15
Publication date: 2014-10-01
Also published as: TW201241251A

Description

具染色性之皮芯型複合纖維、其製造方法及利用該纖維製造之衣類

本發明係關於一種皮芯型複合纖維，尤其關於一種兼具紡絲性和優異染色堅牢性之皮芯型複合纖維。另外，本發明亦提供一種關於該複合纖維之製造方法以及以該纖維製造之衣類。

由於聚烯烴系纖維具有優異輕量性、強度、耐藥品性，故廣用於繩索類、成束絲、濾材類、雨刷類、尿片類、生理用品類之製品等。然而，聚烯烴系纖維雖輕量，具有優異耐藥品性，卻得不到充分染色性。另外，當適用於紙、不織布等非衣料用材料之情況，也因染色性不足，在要求微妙配色的領域便無法應用。其中聚丙烯結構由於高度規整，又不含極性基團，因而難以上色。單純以著色為目的而採用色母粒添加方式的聚烯烴纖維，其顏色無法多樣化，雖可藉由混合顏料來獲得原絲，但難以形成微妙配色，由於利用染料加以染色之方法，對顏色之多樣化有益，故向來有許多對聚烯烴系纖維賦予染色性的研究提案。

例如習知技術提出了將具有染色性的聚酯或聚醯胺，與聚烯烴聚合物混合或複合，再加以纖維化之方法。此時，確實可改善染色性，但因聚烯烴不相容於聚酯或聚醯胺，因此在界面會發生剝離或染色斑剝且熔點差異大，導致紡絲性差，故而未達實用化。

本國發明專利公告第561208號中提到利用由烯烴系單體單位之聚合物嵌段(A)與(甲基)丙烯酸系單體單位之聚合物嵌段(B)所構成之嵌段共聚物來改善染色性，但卻存有製造成本太高、未達實用化之問題。另外日本特表平10-501309號公報中提議將乙烯/丙烯酸烷酯之共聚物，混拌或接枝於聚丙烯之方法，惟其染色性仍未達充分滿足的地步。紡織綜合研究期刊(2010年第二十卷第四期)提到聚丙烯與聚酯聚掺合的染色性研究，係添加第三成份聚丙烯接枝馬來酸酐當相容劑，來提高聚丙烯與聚酯掺合物之相容性，雖然聚酯纖維對分散染料之染色性良好，但因比重達1.38，故與聚丙烯般比重0.9的纖維材料相較，仍有製品過重、無法訴求輕量化的問題待解決。

以上解決聚丙烯染色性問題，主要方法有聚合物表面改質(光、輻射、藥劑處理)、共聚合改質和共混改質，其中表面改質由於經濟考量、環保性等，故目前無大規模應用。共聚合改質方法由於聚丙烯對聚合用催化劑的特殊要求，共聚物單體的加入容易導致催化劑失效且製造成本高，故尚未有工業化製程的發展。

而本發明的目的是提供一種具染色性之聚丙烯纖維製造方法，係採用共混之改質手法，並可免去相分離所導致之纖維可紡性及集束性差之問題點，所得的纖維具有良好紡絲性、輕量及優異染色堅牢性。

本發明人有鑑於現有聚烯烴纖維產品之缺失，乃積極進行研究，發展出具商業價值且具有良好紡絲性及優異的染色性之輕量纖維。

依據本發明，係提供一種具可染性之皮芯型複合纖維，纖維比重小於1.0g/cm³；其特徵在於，該纖維係由皮層與芯層所複合而成，該皮層係由聚丙烯所構成，該芯層係由當中分散有奈米微球粉體的聚丙烯所構成，該奈米微球粉體於該聚丙烯之平均粒徑為大於0.3μm小於50μm。

此外，依據本發明，係提供一種具可染性之皮芯型複合纖維之製造方法；其係以下述步驟所製得者：(1).將50~95重量份之聚丙烯與5~50重量份之奈米微球粉體均勻混合後，於共混溫度180~250℃進行螺桿共混後擠出、切粒製得具有奈米微球粉體均勻分散的聚丙烯(A)；以及(2).使得聚丙烯(B)與上述聚丙烯(A)，以熔融擠出之方式在180~260℃之紡絲溫度下，從具有皮芯型斷面紡嘴之擠出機以聚丙烯(B)為皮層、聚丙烯(A)為芯層且複合比例為80：20~20：80進行擠出，經紡絲速度2000~4000m/min捲取而得到皮芯型複合纖維。

此外，依據本發明，係提供一種具可染性之皮芯型複合纖維之製造方法；其係以下述步驟所製得者：(1).將50~95重量份之聚丙烯與5~50重量份之奈米微球粉體均勻混合後，於共混溫度180~250℃進行螺桿共混後擠出、切粒製得具有奈米微球粉體均勻分散的聚丙烯(A)；以及(2).使得聚丙烯(B)與上述聚丙烯(A)，以熔融擠出之方式在180~260℃之紡絲溫度下，從具有皮芯型斷面紡嘴之擠出機以聚丙烯(B)為皮層、聚丙烯(A)為芯層且複合比例為80：20~20：80進行擠出，然後以紡絲速度2000~3500m/min捲取，得到作為未拉伸絲之皮芯型複合纖維，再以例如熱板溫度100~200℃進行假撚加工，得到作為假撚加工絲之皮芯型複合纖維。

此外，上述兩種皮芯型複合纖維之製造方法，亦可於步驟(1)使得聚丙烯、奈米微球粉體與進一步適量添加(例如添加後相對於混合物全量佔5重量%以下)之馬來酸酐接枝聚丙烯相容劑均勻混合後，然後進行共混、擠出、切粒等後續製程。

又，依據本發明，係可提供一種利用上述皮芯型複合纖維來製造輕量且染色性良好之衣類。

藉由上述製造方法，本發明能夠提供一種具有皮層及芯層之皮芯型複合纖維，以本發明皮芯型複合斷面進行紡絲時，由於皮芯層均為聚丙烯，可改善皮芯之間聚合物界面因相分離導致紡絲性及集束性差的問題，且本發明之染色性極佳，可解決傳統聚烯烴系纖維無法染色之問題。

本發明之具可染性之皮芯型複合纖維，纖維比重小於1.0g/cm³；其特徵在於，該纖維係由皮層與芯層所複合而成，該皮層係由聚丙烯(B)所構成，該芯層係由當中分散有奈米微球粉體的聚丙烯(A)所構成，該奈米微球粉體於該聚丙烯之平均粒徑為大於0.3μm小於50μm。

本發明所稱「皮芯型複合纖維」，係由作為被包覆層之芯層纖維與作為包覆層之皮層纖維經具有特定斷面紡嘴之擠出機擠出所複合而成者；此處所稱之「皮芯型」，除了有芯層纖維以單束方式位於內層圓心，其外包覆皮層纖維之同心圓結構概念(如圖1)外，尚包含芯層纖維係以複束方式分散於皮層纖維當中者(如圖2)。另外，本發明之複合纖維橫斷面形狀除了一般之圓形外，也可選用三角形、多葉形、四角形、十字形等皮芯型斷面(參見圖3所舉之數例)。

前述複合纖維之比重小於1.0g/cm³，以低於0.99g/cm³以下為佳，而以纖維比重低於0.97更佳。

本發明之複合纖維，其中構成芯層之奈米微球粉體，除了可為聚甲基丙烯酸甲酯外，也可選用聚苯乙烯或二種合併使用。本發明之特徵在於，聚甲基丙烯酸甲酯等奈米微球粉體是以分散相均勻地分散於聚丙烯連續相中而構成為圓球體，其平均粒徑較佳係小於50μm，當分散相平均粒徑大於50μm時，會影響紡絲性且在後段加工易造成毛羽，導致生產品質不易控制。最好是其平均粒徑係小於20μm。另一方面，平均粒徑建議大於0.3μm。其理由在於，若平均粒徑小於0.3μm，奈米微球粉體在混掺過程中容易發生凝集而產生大尺寸之團塊狀物，此對於後續之紡絲性會造成不良影響。分散相之奈米微球粒徑測量，可將由擠出機所擠出之熔融聚合物加以切粒，而透過電子顯微鏡來觀察測定粒徑大小。

本發明之皮層與芯層中所使用之聚丙烯之熔融指數(以下簡稱MFR)介於10~60g/10min。當聚丙烯熔融指數低於10g/10min時，奈米微球粉體容易分散不均，當聚丙烯熔融指數高於60g/10min時，則因流動性高，使得黏彈性不足，而容易斷絲導致紡絲性差。聚丙烯熔融指數介於20~40g/10min最佳。MFR檢測方法為以ASTM D-1238測試方法，係以測定溫度230℃、荷重為2.16kg條件進行檢測。又皮層與芯層所採用之MFR值，可在上述範圍內視需要任意調整，並無特別限定。

本發明之複合纖維之芯層中所含有奈米微球粉體，當其含量超過50重量%時，則以分散相形式存在於聚丙烯中之奈米微球粉體的平均粒徑會加大且有凝集現象，故分散效果不理想，進而影響整體聚合物之相容性。另一方面，當奈米微球粉體於芯層中之含量小於5重量%，再經過複合紡絲而於複合纖維整體之含量降低到3重量%以下的情況，則染色性能會降低，而無法達到人造纖維在商業化所需深染程度。亦即，奈米微球粉體相對於複合纖維整體之含量對於複合纖維的染色性能會有直接影響，當奈米微球粉體相對於複合纖維整體之含量小於3重量%時，則複合纖維染色性能會明顯下降，導致編織物染色過淺。隨著奈米微球粉體含量增加，其染色上色性能提高。但當奈米微球粉體相對於複合纖維整體之含量大於20重量%時，則該複合纖維會有物性強度下降且紡絲性變差之趨勢。而較佳之奈米微球粉體含量係占複合纖維整體之5~17重量%，最佳之奈米微球粉體含量則占複合纖維整體之5~15重量%。

本發明之複合纖維，其皮層與芯層之複合比例在80/20~20/80之間。皮層比例若小於20%，皮層無法完全包覆芯層，易有破損現象，影響紡絲作業性。另一方面，若芯層比例小於20%，相對需提高奈米微球粉體之含量，也不利於紡絲作業性。又前述複合比例以65/35~30/70較佳，以45/55~35/65為最佳。

本發明中，作為皮芯層之聚丙烯複合纖維可為長纖維或短纖維。

在本發明中，於不影響其目的或效果之範圍內，可在共混時或其後步驟中，添加安定劑、紫外線吸收劑、光安定劑、抗氧化劑、抗靜電劑、難燃劑、可塑劑、潤滑劑、熱安定劑等，以增加其特殊機能性。皮層之聚丙烯與芯層之聚丙烯也可添加至少一種以上之下述微粒0.05~3重量%，例如二氧化矽、氧化鋁、二氧化鈦、碳酸鈣、硫酸鋇等惰性微粒。

本發明之複合纖維用於衣著方面，其單根(※簡稱dpf，丹尼除以根數，如75/36dpf=2.08)纖維丹尼數宜在 5d以下，以3d以下為佳，而以2d以下更佳。

以聚丙烯作為基底材料之本發明複合纖維，除了保持聚丙烯纖維原有輕量性，並可另外賦予聚丙烯纖維可染效果。

以下，詳述本發明皮芯型複合纖維之製造方法。

本發明具可染性之皮芯型複合纖維之製造方法(以下也稱為本發明之第一製造方法)；其係以下述步驟所製得者：(1).將50~95重量份之聚丙烯與5~50重量份之奈米微球粉體均勻混合後，於共混溫度180~250℃進行螺桿共混後擠出、切粒製得具有奈米微球粉體均勻分散的聚丙烯(A)；以及(2).使得聚丙烯(B)與上述聚丙烯(A)，以熔融擠出之方式在180~260℃之紡絲溫度下從具有皮芯型斷面紡嘴之擠出機以聚丙烯(B)為皮層、聚丙烯(A)為芯層且複合比例為80：20~20：80進行擠出，經紡絲速度2000~4000m/min捲取而得到皮芯型複合纖維。

製造上述聚丙烯(A)所使用之聚丙烯可以為粒狀、粉碎狀或研磨成粉狀，此等形狀之物可單獨使用也可二種以上併用，而與聚甲基丙烯酸甲酯等奈米微球粉體以及視情況進一步適量添加之相容劑(例如馬來酸酐接枝聚丙烯相容劑)先預混後，再進行共混掺合，以雙螺桿混練機、單螺桿混練機、雙螺桿擠出機或單螺桿擠出機，將共混溫度控制在180~250℃之間，最佳在 200~240℃之間進行擠出、切粒，得到具有奈米微球粉體之聚丙烯(A)。

依上述本發明之第一製造方法所製造之作為芯層之具有奈米微球粉體之聚丙烯(A)，在與作為皮層之聚丙烯(B)進行複合紡絲之過程中，可用已知之熔紡裝置製造。具體而言，是將聚丙烯(B)與具有奈米微球粉體的具染色性之聚丙烯(A)，以具有皮芯型複合紡嘴之擠出機熔融擠出，而組成皮芯型纖維。以皮芯型複合斷面進行紡絲，可改善聚合物界面因相分離導致紡絲性及集束性差的問題。複合纖維從紡嘴噴出之絲條可不經拉伸、定型，即以高速捲取後，進行加工。必要時可先加以拉伸、定型、高速捲取後，再進行加工或直接使用。

其中，所述熔融紡絲方法，依設備不同可生產出聚丙烯紡拉伸絲或以聚丙烯未拉伸絲再經假撚加工得到聚丙烯假撚加工絲，也可將聚丙烯紡拉伸絲再進行空氣假撚加工而得到聚丙烯假撚加工絲。

具體而言，本發明之第一製造方法之複合纖維生產步驟為使得聚丙烯(B)與具有奈米微球粉體的聚丙烯(A)以達成80：20~20：80之複合比例的方式進行計量、聚合物導流而分別經具有皮芯型斷面紡嘴之擠出機熔融擠出，此時紡絲溫度係控制在180~260℃，後經氣冷而冷卻固化、上油，再以紡絲速度2000~4000m/min捲取而得到所需複合纖維。此外，針對此複合纖維，可再經拉伸溫度50~110℃、拉伸倍率4.5~1.5倍進行拉伸後，於定型溫度80~150℃進行定型，再以紡絲速度2000~4000m/min捲取而得到奈米微球粉體相對於複合纖維整體之含量為5~20重量%的聚丙烯紡拉伸絲。此紡拉伸絲可進一步進行空氣假撚加工而得到假撚加工絲。

在本發明中，共混溫度控制在180~250℃之間。其理由在於，若共混溫度小於180℃，則微球粉體於聚丙烯中之分散性不佳，易發生凝集而形成大尺寸團狀物，影響紡絲。另一方面，若共混溫度大於250℃，需增加能源成本，與現今節能之趨勢相違背。又共混溫度最佳在200~240℃。

如上所述，在本發明中，亦可於聚丙烯與微球粉體進行混合之同時添加適量(例如添加後相對於混合物全量佔5重量%以下)之相容劑(例如馬來酸酐接枝聚丙烯相容劑)，以適當提高聚丙烯與奈米微球粉體之相容性，更有利於紡絲作業性與加工作業性。

此外，在本發明中，紡絲溫度係控制在180~260℃。其理由在於，若紡絲溫度低於180℃，聚合物流動性不足，紡絲容易斷絲；另一方面，若紡絲溫度高於260℃，聚合物黏彈性不足，而容易斷絲導致紡絲性差，且增加能源成本。又紡絲溫度較佳為200~250℃，最佳為210~240℃。

在本發明中，拉伸溫度係控制在50~110℃。其理由在於，當溫度低於50℃，拉伸過程中單絲容易斷裂；另一方面，當拉伸溫度高於110℃，容易產生絲搖，影響紡絲性。

在本發明中，拉伸倍率係控制在4.5~1.5倍，主要依複合纖維所需之斷裂伸度進行調整。

在本發明中，定型溫度係控制在80~150℃。其理由在於，當定型溫度低於80℃，單絲容易斷裂，毛絲多；另一方面，當定型溫度高於150℃，纖維容易在熱輥上產生熔著，造成斷絲。總體來說，過高或過低的定型溫度均對製造管理不利，影響紡絲性。

在本發明中，紡絲速度係控制在2000~4000m/min。其理由在於，若紡絲速度小於2000m/min，製造成本高；另一方面，若紡絲速度大於4000m/min，則斷絲率提高，紡絲性變差。又紡絲速度較佳控制在2500~3500m/min，最佳控制在2600~3300m/min。

本發明之又一具可染性之皮芯型複合纖維之製造方法(以下也稱為本發明之第二製造方法)；其係以下述步驟所製得者：(1).將50~95重量份之聚丙烯與5~50重量份之奈米微球粉體均勻混合後，於共混溫度180~250℃進行螺桿共混後擠出、切粒製得具有奈米微球粉體均勻分散的聚丙烯(A)；以及(2).使得聚丙烯(B)與上述聚丙烯(A)以熔融擠出之方式在180~260℃之紡絲溫度下從具有皮芯型斷面紡嘴之擠出機以聚丙烯(B)為皮層、聚丙烯(A)為芯層且複合比例為80：20~20：80進行擠出，然後以紡絲速度2500~3300m/min捲取，得到作為未拉伸絲之皮芯型複合纖維，再以熱板溫度100~230℃進行假撚加工，得到作為假撚加工絲之皮芯型複合纖維。

此處本發明之第二製造方法中有關步驟(1)之相關製程條件係與上述本發明之第一製造方法所述者相同，於此不再贅述。

本發明之第二製造方法之步驟(2)，係使得聚丙烯(B)與具有奈米微球粉體的聚丙烯(A)以達成80：20~20：80之複合比例的方式進行計量、聚合物導流而分別經具有皮芯型斷面紡嘴之擠出機熔融擠出，此時紡絲溫度控制在180~260℃，後經氣冷而冷卻固化、上油，再以紡絲速度2000~3500m/min捲取而得到作為未拉伸絲之皮芯型複合纖維，再經過例如100~200℃熱拉伸及假撚加工得到假撚加工絲。

本發明之第二製造方法中紡絲速度係控制在2000~3500m/min，其理由在於，若紡絲速度小於2000m/min，製造成本高；另一方面，若紡絲速度大於3500m/min，絲餅成型外觀不佳，加工製程容易發生出紗不良，影響加工性。又紡絲速度較佳控制在2500~3300m/min，最佳控制在2600~3000m/min。

本發明不論於第一製造方法或是第二製造方法中採行拉伸之情況下，其拉伸皆可以在從紡嘴擠出後立即拉伸，或隨後實施拉伸，本發明適用於上述任何方式。該拉伸可按通常熱拉伸、熱板拉伸、熱輥拉伸等方式進行之。

以下舉出具體之實施例說明本發明，惟本發明並不受限於此等實施例。另外，於本發明中，針對所製得的產物之物理性質係依照下列方法進行測定及評估：

1.紡絲性

以24小時連續進行紡絲，紡絲期間斷絲次數分下列3階段評價

○：0~3次

△：4~8次

×：8次以上

2.分散相粒徑測量

對作為芯層之含有奈米微球粉體的聚丙烯顆粒進行切片並使用電子顯微鏡放大1000倍，測量其中之奈米微球粉體之平均粒徑。

3.纖維比重

將非纖維物質與水分充分去除後，再將纖維靜置放入已知比重之適當溶液中24小時，依其呈現之比重，分別測試纖維比重。

4.染色性

將所得之紡拉伸絲或假撚絲以襪帶機，以分散性染料，在130℃、40分進行染色，再進行還原洗、水洗、乾燥，以目視法評價染色性。以下列4階段進行染色目視評價判定。

×：染色淺且有條狀

△：染色淺

○：預期之染色效果

◎：深染效果

5.染色牢度

以ASTM AATCC 61-2006 2A法測試

參考例1

取50重量份聚丙烯與48重量份聚甲基丙烯酸甲酯微粉粒子並添加2重量份聚丙烯接枝馬來酸酐進行預先混合後，於擠出機中以共混溫度210℃進行共混，然後擠出、切粒，以製得含聚甲基丙烯酸甲酯48重量%之具染色性之聚丙烯粒(A)。

實施例1

(一).具染色特性聚丙烯粒(A)的製造方法：

取81重量份聚丙烯與19重量份聚甲基丙烯酸甲酯微粉球體進行預先混合後，於擠出機中以共混溫度210℃進行共混，然後擠出、切粒，以製得含聚甲基丙烯酸甲酯19重量%之具染色性之聚丙烯粒(A)，其中奈米微粉球體平均粒徑為15μm。

(二).具染色特性的聚丙烯複合纖維的製造方法：

將聚丙烯(B)與含有聚甲基丙烯酸甲酯奈米微球粉體之聚丙烯粒(A)，以擠出機分別熔融後，將聚合物導流至紡絲頭，以複合比例50：50由皮芯型斷面噴嘴於250℃噴出，經0.5m/s冷卻風而冷卻固化上油，形成聚丙烯絲條，再於拉伸溫度70℃、拉伸倍率2.6倍進行拉伸後，以定型溫度130℃加以定型，再以3500m/min捲取，得到所含聚甲基丙烯酸甲酯奈米微球粉體相對於複合纖維整體之含量為9.5重量%之75d/36f聚丙烯紡拉伸絲(SDY)。將所得之具染色性的聚丙烯複合纖維再以襪帶機編織作為編織基材，以染色條件130℃*40分鐘，使用分散染料進行染色。染色過的編織基材呈深濃色，染色堅牢度達4~5級以上(如表1)。

實施例2

(一).具染色性之聚丙烯粒(A)的製造方法：

取80重量份聚丙烯與19重量份聚甲基丙烯酸甲酯微粉球體並添加1重量份聚丙烯接枝馬來酸酐進行預先混合後，於擠出機中以共混溫度210℃進行共混，然後擠出、切粒，以製得含聚甲基丙烯酸甲酯19重量%之具染色性之聚丙烯粒(A)，其中奈米微粉球體平均粒徑為13μm。

(二).具染色性之聚丙烯複合纖維的製造方法：

將聚丙烯(B)與含有聚甲基丙烯酸甲酯奈米微球粉體之聚丙烯粒(A)，以擠出機分別熔融後，將聚合物導流至紡絲頭，以複合比例50：50由皮芯型斷面噴嘴於250℃噴出，經0.5m/s冷卻風而冷卻固化上油，形成聚丙烯絲條，再於拉伸溫度70℃、拉伸倍率2.56倍進行拉伸後，以定型溫度130℃加以定型，再以3500m/min捲取，得到所含聚甲基丙烯酸甲酯奈米微球粉體相對於複合纖維整體之含量為9.5重量%之75d/36f聚丙烯紡拉伸絲(SDY)。將所得之具染色性的聚丙烯複合纖維再以襪帶機編織作為編織基材，以染色條件130℃*40分鐘，使用分散染料進行染色。染色過的編織基材呈深濃色，染色堅牢度達4~5級以上(如表1)。

實施例3

依實施例1之具染色性之聚丙烯粒製造方法，調整聚丙烯與聚甲基丙烯酸甲酯微粉球體比例並添加聚丙烯接枝馬來酸酐，以製得含聚甲基丙烯酸甲酯26重量%之具染色性之聚丙烯粒(A)，其中奈米微粉球體平均粒徑為15μm。將聚丙烯(B)與具染色性之聚丙烯粒(A)以擠出機分別熔融後，以複合比例50：50由皮芯型斷面噴嘴於250℃噴出，經0.5m/s冷卻風而冷卻固化上油，形成聚丙烯絲條，再於拉伸溫度70℃、拉伸倍率2.34倍進行拉伸後，以定型溫度130℃加以定型，再以3500m/min捲取，得到所含聚甲基丙烯酸甲酯奈米微球粉體相對於複合纖維整體之含量為13重量%之75d/36f聚丙烯紡拉伸絲(SDY)。將所得之具染色性的聚丙烯複合纖維再以襪帶機編織作為編織基材，以染色條件130℃*40分鐘，使用分散染料進行染色。染色過的編織基材呈深濃色，染色堅牢度達4~5級以上。

比較例1

依實施例1之具染色性之聚丙烯粒製造方法，調整聚丙烯與聚甲基丙烯酸甲酯微粉球體比例並添加聚丙烯接枝馬來酸酐，以製得含聚甲基丙烯酸甲酯5.6重量%之具染色性之聚丙烯粒(A)，其中奈米微粉球體平均粒徑為13μm。將聚丙烯(B)與該聚丙烯粒(A)，以擠出機分別熔融後，以複合比例50：50由皮芯型斷面噴嘴於250℃噴出，經0.5m/s冷卻風而冷卻固化上油，以形成聚丙烯絲條，再於拉伸溫度70℃、拉伸倍率2.74倍進行拉伸後，以定型溫度130℃加以定型，再以3500m/min捲取，得到所含聚甲基丙烯酸甲酯奈米微球粉體相對於複合纖維整體之含量為2.8重量%之75d/36f之聚丙烯紡拉伸絲。將所得之具有染色性的聚丙烯複合纖維再以襪帶機編織作為編織基材，以染色條件130℃*40分鐘，使用分散染料進行染色。染色過的編織基材呈淺色，上色性能不佳。

比較例2

依實施例1之具染色性之聚丙烯粒製造方法，調整聚丙烯與聚甲基丙烯酸甲酯微粉球體比例並添加聚丙烯接枝馬來酸酐，以製得含聚甲基丙烯酸甲酯42重量%之具染色性之聚丙烯粒(A)，其中奈米微粉球體平均粒徑為22μm。將聚丙烯(B)與該具染色性之聚丙烯粒(A)，以擠出機分別熔融後，以複合比例50：50由皮芯型斷面噴嘴於250℃噴出，經0.5m/s冷卻風而冷卻固化上油，以形成聚丙烯絲條，再於拉伸溫度70℃、拉伸倍率2.14倍進行拉伸後，以定型溫度130℃加以定型，再以3500m/min捲取，得到含聚甲基丙烯酸甲酯奈米微球粉體相對於複合纖維整體之含量為21重量%之75d/36f聚丙烯紡拉伸絲。將所得之具有染色性的聚丙烯複合纖維再以襪帶機編織作為編織基材，以染色條件130℃*40分鐘，使用分散染料染色進行染色。染色過的編織基材呈深濃色，但紡絲性勉強尚可。

比較例3

製備含有奈米微粉球體(平均粒徑為約22μm)之具染色性之聚丙烯(A)。將聚丙烯(B)與該具染色性之聚丙烯(A)，以擠出機分別熔融後，以複合比例50：50由皮芯型斷面噴嘴於250℃噴出，經0.5m/s冷卻風而冷卻固化上油，以形成聚丙烯絲條，再以拉伸溫度70℃、拉伸倍率2.34倍進行拉伸後，以定型溫度130℃加以定型，再以3500m/min捲取，得到含聚甲基丙烯酸甲酯奈米微球粉體相對於複合纖維整體之含量為9.5重量%之75d/36f聚丙烯紡拉伸絲。將所得之具有染色性的聚丙烯複合纖維再以襪帶機編織作為編織基材，以染色條件130℃*40分鐘，使用分散染料進行染色。染色過的編織基材呈深濃色，但紡絲性勉強尚可。

比較例4

製備含有奈米微粉球體(平均粒徑為約65μm)之具染色性之聚丙烯(A)。將聚丙烯(B)與該具染色性之聚丙烯(A)，以擠出機分別熔融後，以複合比例50：50由皮芯型斷面噴嘴於250℃噴出，以得到含聚甲基丙烯酸甲酯奈米微球粉體相對於複合纖維整體之含量為9.5重量%之75d/36f聚丙烯紡拉伸絲。於紡絲過程中發現其紡絲性甚差。

實施例4~6、比較例5~6

分別取聚丙烯(B)(皮層)與含聚甲基丙烯酸甲酯19重量%之具染色性之聚丙烯粒(A)(芯層)，依表3所示之不同複合比例，以擠出機分別熔融後，由皮芯型斷面噴嘴於250℃噴出，經0.5m/s冷卻風冷卻固化上油，形成聚丙烯絲條，再以拉伸溫度70℃、拉伸倍率2.34倍進行拉伸後，以定型溫度130℃加以定型，再以3500m/min捲取，以得到75d/36f聚丙烯紡拉伸絲(SDY)。再以襪帶機編織作為編織基材，以染色條件130℃*40分鐘，使用分散染料進行染色。其纖維特性如表3。

比較例7~9

將聚丙烯(B)與表4所示之聚酯粒以擠出機分別熔融後，以複合比例50：50由皮芯型斷面噴嘴於280℃噴出，經0.5m/s冷卻風而冷卻固化上油，形成聚丙烯絲條，再以拉伸溫度85℃、拉伸倍率2.0倍進行拉伸，以定型溫度150℃加以定型，再以3500m/min捲取，以得到75d/36f聚丙烯紡拉伸絲(SDY)。再以襪帶機編織作為編織基材，以染色條件130℃*40分鐘，使用分散染料進行染色。其纖維特性如表4。

實施例7

(一).具染色性之聚丙烯粒(A)的製造方法：

取61重量份聚丙烯與38重量份聚甲基丙烯酸甲酯微粉球體及1重量份聚丙烯接枝馬來酸酐進行混合後，於擠出機中以共混溫度220℃進行共混，然後擠出、切粒，以製得含聚甲基丙烯酸甲酯38重量%之具染色性之聚丙烯粒(A)，其中奈米微粉球體平均粒徑為13μm。

(二).具染色性之聚丙烯複合纖維的製造方法：

先將聚丙烯(B)與含有聚甲基丙烯酸甲酯奈米微球粉體之聚丙烯粒(A)以重量比50：50經過混料機計量混合成含聚甲基丙烯酸甲酯19重量%之具染色性之聚丙烯粒(A-1)。

再將聚丙烯(B)與含有聚甲基丙烯酸甲酯奈米微球粉體之聚丙烯粒(A-1)，以擠出機分別熔融後，將聚合物導流至紡絲頭，以複合比例50：50由皮芯型斷面噴嘴於250℃噴出，經0.5m/s冷卻風而冷卻固化上油，形成聚丙烯絲條，再於拉伸溫度70℃、拉伸倍率2.56倍進行拉伸後，以定型溫度130℃加以定型，再以3500m/min捲取，得到所含聚甲基丙烯酸甲酯奈米微球粉體相對於複合纖維整體之含量為9.5重量%之75d/36f聚丙烯紡拉伸絲(SDY)。將所得之具染色性的聚丙烯複合纖維再以襪帶機編織作為編織基材，以染色條件130℃*40分鐘，使用分散染料進行染色。染色過的編織基材呈深濃色，染色堅牢度達4~5級以上。

實施例8

將聚丙烯(B)與實施例1之具染色性之聚丙烯粒(A)，以擠出機分別熔融後，以複合比例50：50由皮芯型斷面噴嘴於250℃噴出，經0.5m/s冷卻風冷卻固化上油，形成聚丙烯絲條，再以拉伸溫度70℃、拉伸倍率2.15倍進行拉伸後，以定型溫度130℃加以定型，再以3500m/min捲取，以得到含聚甲基丙烯酸甲酯奈米微球粉體相對於複合纖維整體之含量為9.5重量%之78d/36f聚丙烯紡拉伸絲。再將該紡拉伸絲以溫度150℃、拉伸倍率1.35倍作拉伸，以定型溫度150℃加以定型，得到50d/36f之聚丙烯假撚絲(DTY)。將所得之具染色性的聚丙烯複合纖維再以襪帶機編織作為編織基材，以染色條件130℃*40分鐘，使用分散染料進行染色。染色過的編織基材呈深濃色，染色堅牢度達4~5級以上。

實施例9

將聚丙烯(B)與以實施例1之製造方法得到之具染色性之聚丙烯粒(A)，以擠出機分別熔融後，以複合比例50：50由皮芯型斷面噴嘴於250℃噴出，經0.5m/s冷卻風而冷卻固化上油，以形成聚丙烯絲條，再以拉伸溫度70℃、拉伸倍率2.56倍進行拉伸後，以定型溫度130℃加以定型，再以3500m/min捲取，以得到含聚甲基丙烯酸甲酯奈米微球粉體相對於複合纖維整體之含量為9.5重量%之78d/36f聚丙烯紡拉伸絲。再將該紡拉伸絲，進行空氣假撚製程，以得到78d/36f之聚丙烯空氣假撚絲(ATY)。將所得之具染色性的聚丙烯複合纖維再以襪帶機編織作為編織基材，以染色條件130℃*40分鐘，使用分散染料進行染色。染色過的編織基材呈深濃色，染色堅牢度達4~5級。

實施例10

將聚丙烯(B)與以實施例1之製造方法得到之具染色性之聚丙烯粒(A)，以擠出機分別熔融後，以複合比例50：50由皮芯型斷面噴嘴於250℃噴出，經0.5m/s冷卻風而冷卻固化上油，以形成聚丙烯絲條，不經加熱拉伸，直接以紡速2800m/min捲取，以得到含聚甲基丙烯酸甲酯奈米微球粉體相對於複合纖維整體之含量為9.5重量%之120d/36f聚丙烯未拉伸絲。再將該未拉伸絲以溫度150℃、拉伸倍率1.7倍作拉伸，以定型溫度150℃加以定型，得到75d/36f之聚丙烯假撚絲(DTY)。將所得之具染色性的聚丙烯複合纖維再以襪帶機編織作為編織基材，以染色條件130℃*40分鐘，使用分散染料進行染色。染色過的編織基材呈深濃色，染色堅牢度達4~5級以上。

由上述表1可知，實施例1~3之複合纖維，由於分散於聚丙烯(A)中之聚甲基丙烯酸甲酯奈米微球粉體的平均粒徑介於約13μm~約15μm之間，且其相對於複合纖維整體之含量介於9.5~13重量%之間，故不論在紡絲性、染色性以及染色牢度上均可達成優異結果。相較於此，比較例1之複合纖維，雖分散於聚丙烯(A)中之聚甲基丙烯酸甲酯奈米微球粉體的平均粒徑與實施例2同樣為13μm，但因相對於複合纖維整體之含量僅達2.8重量%，其結果，雖然在紡絲性與纖維比重上可達到良好結果，但於染色性上並不充分；又比較例2之複合纖維，其分散於聚丙烯(A)中之聚甲基丙烯酸甲酯奈米微球粉體的平均粒徑為22μm，且相對於複合纖維整體之含量卻高達21重量%，其結果，雖染色性良好，但紡絲性勉強尚可。

由表2可知，相較於實施例2之複合纖維在紡絲性、染色性以及染色牢度上均良好，由於比較例3之複合纖維中之聚甲基丙烯酸甲酯奈米微球粉體的平均粒徑為約22μm(大於20μm)，故雖染色性與染色牢度良好，但於紡絲性上則效果勉強尚可；又比較例4之複合纖維中之聚甲基丙烯酸甲酯奈米微球粉體的平均粒徑為約65μm(大於50μm)，故紡絲性甚差。

從表3可知，實施例2、4~6之複合纖維，由於製造過程中所選用的複合比例介於20：80~80：20之間，故不論在紡絲性、染色性以及染色牢度上均良好。相對於此，比較例5為僅由單層聚丙烯所製得之單一纖維，雖紡絲性良好，惟無法染色；而比較例6之複合纖維，由於其複合比例為15：85，故雖紡絲性及纖維比重良好，但聚甲基丙烯酸甲酯奈米微球粉體相對於複合纖維整體之含量僅達2.8重量%，其染色性較差且有皮層包覆不佳的問題。

從表4可知，實施例1因採用芯層與皮層皆為聚丙烯之複合纖維，故不論在紡絲性、染色性以及染色牢度上均良好。相對於此，比較例7~9則採用芯層與皮層為不同材質之物，其結果，紡絲性、纖維比重、染色性以及染色牢度均較差，且皮芯層之間聚合物界面有嚴重相分離。

依上述本發明製造方法所製造之皮芯型複合纖維，可製得輕量且染色性優異之衣類，可解決既有聚烯烴纖維製之衣類雖能保有輕量之特性，但卻無法具有優異染色性之問題。

A‧‧‧聚丙烯(芯層)

B‧‧‧聚丙烯(皮層)

圖1為本發明皮芯型複合纖維之一實施形態之概略剖面圖。

圖2為本發明皮芯型複合纖維另一實施形態之概略剖面圖。

圖3A~圖3C為本發明皮芯型複合纖維之其他實施形態之概略剖面圖。

A‧‧‧聚丙烯(芯層)

B‧‧‧聚丙烯(皮層)

Claims

一種具可染性之皮芯型複合纖維，纖維比重小於1.0g/cm³；其特徵在於，該纖維係由皮層與芯層所複合而成，該皮層係由聚丙烯所構成，該芯層係由當中分散有奈米微球粉體的聚丙烯所構成，該奈米微球粉體於該聚丙烯之平均粒徑為大於0.3μm小於50μm；該奈米微球粉體之材質為選自聚甲基丙烯酸甲酯與聚苯乙烯中之一者以上。
如申請專利範圍第1項之具可染性之皮芯型複合纖維，其中該奈米微球粉體於該聚烯烴之平均粒徑小於20μm。
如申請專利範圍第1或2項之具可染性之皮芯型複合纖維，其中該奈米微球粉體相對於該複合纖維全量佔3~20重量%。
如申請專利範圍第1或2項之具可染性之皮芯型複合纖維，其中該奈米微球粉體相對於該複合纖維全量佔5~15重量%。
如申請專利範圍第1或2項之具可染性之皮芯型複合纖維，其中纖維比重小於0.99g/cm³。
如申請專利範圍第5項之具可染性之皮芯型複合纖維，其中纖維比重小於0.97g/cm³。
如申請專利範圍第1或2項之具可染性之皮芯型複合纖維，其中單根纖維之丹尼數為5d以下。
如申請專利範圍第7項之具可染性之皮芯型複合纖維，其中單根纖維之丹尼數為3d以下。
如申請專利範圍第8項之具可染性之皮芯型複合纖維，其中單根纖維之丹尼數為2d以下。
如申請專利範圍第1或2項之具可染性之皮芯型複合纖維，其中該複合纖維為紡拉伸絲。
如申請專利範圍第1或2項之具可染性之皮芯型複合纖維，其中該複合纖維為假撚加工絲。
如申請專利範圍第1或2項之具可染性之皮芯型複合纖維，其中該芯層中進一步含有馬來酸酐接枝聚丙烯相容劑。
一種衣類，使用有如申請專利範圍第1~12項中任一項之具可染性之皮芯型複合纖維。
一種具可染性之皮芯型複合纖維之製造方法，係用以製造如申請專利範圍第1~9項中任一項之具可染性之皮芯型複合纖維；其包括下述步驟：(1).將50~95重量份之聚丙烯與5~50重量份之奈米微球粉體均勻混合後，於共混溫度180~250℃進行螺桿共混後擠出、切粒製得具有奈米微球粉體均勻分散的聚丙烯(A)；以及(2).使得聚丙烯(B)與上述聚丙烯(A)，以熔融擠出之方式在180~260℃之紡絲溫度下從具有皮芯型斷面紡嘴之擠出機以聚丙烯(B)為皮層、聚丙烯(A)為芯層且複合比例為80：20~20：80進行擠出，經紡絲速度2000~4000m/min捲取而得到皮芯型複合纖維。
如申請專利範圍第14項之具可染性之皮芯型複合纖維之製造方法，其中步驟(1)係使得聚丙烯、奈米微球粉體以及進一步添加之馬來酸酐接枝聚丙烯相容劑均勻混合後，於共混溫度180~250℃進行螺桿共混後擠出、切粒製得具有奈米微球粉體均勻分散的聚丙烯(A)。
如申請專利範圍第14或15項之具可染性之皮芯型複合纖維之製造方法，係對於以步驟(2)所得到之皮芯型複合纖維，進一步以拉伸溫度50~110℃、拉伸倍率4.5~1.5倍進行拉伸，再以定型溫度80~150℃進行定型，之後以紡絲速度2000~4000m/min捲取，得到作為紡拉伸絲之皮芯型複合纖維。
如申請專利範圍第16項之具可染性之皮芯型複合纖維之製造方法，係對作為紡拉伸絲之皮芯型複合纖維進行假撚加工，得到作為假撚加工絲之皮芯型複合纖維。
如申請專利範圍第14或15項之具可染性之皮芯型複合纖維之製造方法，其中，奈米微球粉體之材質為選自聚甲基丙烯酸甲酯與聚苯乙烯中之一者以上。
一種具可染性之皮芯型複合纖維之製造方法，係用以製造如申請專利範圍第11項之具可染性之皮芯型複合纖維；其包括下述步驟：(1).將50~95重量份之聚丙烯與5~50重量份之奈米微球粉體均勻混合後，於共混溫度180~250℃進行螺桿共混後擠出、切粒製得具有奈米微球粉體均勻分散的聚丙烯(A)；以及(2).使得聚丙烯(B)與上述聚丙烯(A)以熔融擠出之方式在180~260℃之紡絲溫度下從具有皮芯型斷面紡嘴之擠出機以聚丙烯(B)為皮層、聚丙烯(A)為芯層且複合比例為80：20~20：80進行擠出，然後以紡絲速度2000~3500m/min捲取，得到作為未拉伸絲之皮芯型複合纖維，再進行假撚加工，得到作為假撚加工絲之皮芯型複合纖維。
如申請專利範圍第19項之具可染性之皮芯型複合纖維之製造方法，其中步驟(1)係使得聚丙烯、奈米微球粉體以及進一步添加之馬來酸酐接枝聚丙烯相容劑均勻混合後，於共混溫度180~250℃進行螺桿共混後擠出、切粒製得具有奈米微球粉體均勻分散的聚丙烯(A)。
如申請專利範圍第19或20項之具可染性之皮芯型複合纖維之製造方法，其中，奈米微球粉體之材質為選自聚甲基丙烯酸甲酯與聚苯乙烯中之一者以上。