CN101041712A - 连续生产吸湿性聚酯的方法和设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种连续生产吸湿性聚酯的方法和设备，包括将聚合设备中聚合成的聚酯熔体通过主管道输入共混合装置、将吸湿性功能粒子先加入助剂在气流粉粉碎机中进行粉碎和分散处理，然后与聚酯在混合器中混合、将得到的混合物加入共混合装置中共混处理，得吸湿性聚酯。设备有粒子微加工设备与混合器连接，混合器和共混合装置连接，混合器通过主管道与连续聚合设备连接。本发明方法简单，易操作，分散剂分散均一，品种稳定，生产的聚酯质量好，生产成本低。
Description
技术领域：
本发明涉及一种吸湿性聚酯的生产方法。
背景技术：
以聚对苯二甲酸乙二醇酯(下面有时简称PET)为代表的聚酯具有优良的物理化学特性，广泛地做成纤维、薄膜、其他的成型品使用。但是由于聚对苯二甲酸乙二醇酯具有疏水性，所以吸放湿性差，做成衣服时，高温时产生“闷热感”，冬季湿度低时产生静电，可以说不是优选的穿着舒适的原材料。另外在用作树脂及薄膜时，由于低的吸湿性有时存在带电的问题。
为了解决这些问题，提出的方法是在聚酯中共聚合和添加具有吸湿性的化合物。例如公开的方法有：使在侧链上具有羟基亚烷基二醇的二醇共聚、使含有磺酸金属盐的二羧酸共聚。但是，在共聚合这样的吸湿成分的方法中，存在强度及耐候性低下的问题。
另外在改性上述聚酯的方法之外，还提出使聚酯纤维附着吸湿性化合物的方法。例如公开的方法有在聚酯纤维上接枝聚合丙烯酸或甲基丙烯酸，利用碱金属取代其中的羧基，提高吸湿性。但是由于吸湿性化合物附着在纤维表面上，所以存在产生光滑以及随时间强度低下，而且耐光性低下的问题。
为了解决所述的问题，在纤维使用方面提出，将具有高吸湿性的吸湿性树脂做成芯部，利用聚酯的外皮包覆的芯鞘型复合纤维。但是这些芯鞘型复合纤维的情况，在进行精炼以及染色等热水处理时，芯部的吸水性树脂由于含水而溶胀，存在的问题有纤维表面发生裂痕(鞘裂)向吸湿性树脂的外部流出、染色稳定性不够、布匹质量降低。
为了解决所述问题，提出各种使用含有吸湿性的无机粒子取代使用吸湿性有机化合物及树脂的方法。但是在使通常的聚酯含有吸湿性无机粒子的情况，由于吸湿性无机拉子的活性基包理在聚合物中，所以没有足够的吸湿性。
而作为聚酯生产方法有两种：一种是釜式聚合，另外一种是连续聚合。釜式聚合可以生产出多品种聚酯品，但是成本比较高并且聚合物品质不稳定。为了降低生产成本稳定聚合物品质，越来越多的厂家采用连续聚合的制造方法。但是，连续聚合方法所得聚酯品种比较单一，这样大大限制了聚酯品种多样性的开发。
为了得到吸湿性聚酯，人们采用了聚酯共混技术。现有生产聚酯共混物的技术中，聚酯都是以固体形式送到生产共混物的现场。在所述送料之前该聚酯的生产一般发生在距共混物生产现场很远的地方，过程涉及将单体结构单元以化学键连接成一体。以固体形式将聚酯送到共混物生产现场要求聚酯在生产装置中冷却，随后任选地造粒已达到固化，此种常用的传统方式带来以下缺点：冷却，固化、造粒、储藏、运输和熔融等所述步骤，成本高昂，手续繁多。况且，所要求的能耗必然导致对环境的影响。共混组分在混炼设备中的熔融构成该聚酯在高温下的额外暴露，这会造成降解以及因此生产的共混物品质的恶化。这对于热敏性聚酯来说尤其严重。最后，对共混物生产现场使用的聚酯在熔融前进行干燥可能证明是必须的，倘若运输和储藏期间所吸收的任何湿气都会造成熔体中的聚酯降解。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种方法简单、易操作、连续生产质量好的吸湿性聚酯的方法和设备。
本发明的技术解决方案是：
一种连续生产吸湿性聚酯的方法，其特征是：包括下列步骤：
①将聚合设备中聚合成的聚酯熔体通过主管道输入共混合装置；
②将吸湿性功能粒子先加入分散剂在气流粉粉碎机中进行粉碎和分散处理，然后与聚酯在混合器中混合；
③将步骤②得到的混合物加入步骤①中的共混合装置中共混处理，得吸湿性聚酯。
步骤②中的聚酯是直接加入混合器中的聚酯切片或是从聚合设备经过支管进入混合器中的熔融态聚酯。
聚酯、吸湿性功能粒子和助剂三种组份的原料用量按重量百分比计为：聚酯78％～99.4％，吸湿性功能粒子0.5％～20％，助剂0.1％～2％；聚酯为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸1，3-丙二醇酯或聚对苯二甲酸丁二醇酯；助剂为分散剂聚乙二醇、三羟甲基乙烷、硬脂酸金属盐、聚乙烯吡咯烷酮或铝钛复合型偶联剂。在步骤②混合器中，还加有抗氧剂，是受阻酚类抗氧剂(如抗氧剂IR1010、抗氧剂1076)和亚磷酸酯类抗氧剂(如抗氧剂TNP、168)，抗氧剂的用量为聚酯总重量的0.01～0.5％。
吸湿性功能粒子是多孔质二氧化硅——Silysia 640(富士硅FujiSilysia化学有限公司)含硅吸湿剂。
熔融态聚酯是聚对苯二甲酸烷烃二醇酯，优选聚对苯二甲酸烷烃二醇酯、聚对苯二甲酸丁二酯或聚对苯二甲酸1，3-丙二醇酯，尤其优选聚对苯二甲酸乙二酯。熔融态聚酯的温度为220～320℃。吸湿性功能粒子与聚酯的混合器为螺杆式混合器。共混合装置及吸湿性功能粒子与聚酯的混合器，它们的混合长度与混合直径的比值为20～60∶1。
一种连续生产吸湿性聚酯的专用设备，其特征是：有与连续聚合设备连接的主管道，主管道与共混合装置连接，一个吸湿剂与聚酯的混合器和共混合装置连接。吸湿剂与聚酯的混合器为螺杆式混合器。一个和吸湿剂与聚酯的混合器输入端连接的支管与主管连接。有多余聚酯输出管与主管连接。共混合装置及吸湿剂与聚酯的混合器，它们的混合长度与混合直径的比值均为20～60，其中直径为20～100厘米，优选30～70厘米。
本发明方法简单，设备结构合理，易操作，吸湿剂分散均一，品种稳定，生产的聚酯质量好，生产成本低。
附图说明：
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是本发明实施例1～7的设备结构示图。
图2是本发明实施例8的设备结构示图。
图3是本发明实施例9的设备结构示图。
具体实施方式：
实施例1
以对苯二甲酸和乙二醇为原料在200～260℃温度下进行酯化反应，然后在280～300℃温度、低于300Pa真空下进行重缩聚反应，连续生产粘度达到0.655的聚对苯二甲酸乙二醇酯(简写为：PET)(或聚对苯二甲酸-1，3-丙二醇酯或聚对苯二甲酸丁二醇酯)熔体。连续聚合设备1中的聚对苯二甲酸乙二醇酯熔体在温度为220～300℃(例220℃、240℃、280℃、300℃)下，以1000kg/h速度通过主管道2输入共混合装置3，同时支管4将聚对苯二甲酸乙二醇酯输入螺杆式混合器5，供给量为12kg/h；Silysia 640含硅吸湿粉体先加入分散剂聚乙二醇(或三羟甲基乙烷或硬脂酸金属盐或聚乙烯吡咯烷酮或铝钛复合型偶联剂)在扁平式气流粉粉碎机12中进行粉碎和分散处理，然后加入到螺杆式混合器5中混合，供给量是12kg/h。再将得到的混合物加入共混合装置3中共混处理，得吸湿性聚酯。共混合装置3中的共混温度为290℃。Silysia 640含硅吸湿粉体在制得的吸湿性聚对苯二甲酸乙二醇酯中含量为1.2％。助剂的用量为聚酯、吸湿粉体和助剂三种原料总用量的0.1～5％。然后采用普通纺丝机进行常规纺丝及牵伸工艺制成吸湿纤维。纤维吸湿参数ΔMR为0.72％。上述共混合装置3及Silysia 640吸湿性粉体与聚酯的螺杆式混合器5，它们的混合长度与混合直径的比值均为20～60∶1，其中直径为20～100厘米。
实施例2～6的制备工艺如同实施例1。其试验结果如下所示：
| 试验No. | PET供给量(kg/h) | 支管PET供给量含量(kg/h) | 硅吸湿粉体供给量(kg/h) | 硅吸湿粉体含量(wt％) | 吸湿参数ΔMR(％) | 断裂强度(cN/dtex) |
| 实施例1 | 1000 | 12 | 12 | 1.2 | 0.72 | 3.9 |
| 实施例2 | 1000 | 20 | 20 | 2 | 1.2 | 3.8 |
| 实施例3 | 1000 | 42 | 42 | 4 | 2.4 | 3.7 |
| 实施例4 | 1000 | 87 | 87 | 8 | 4.8 | 3.4 |
| 实施例5 | 1000 | 136 | 136 | 12 | 7.2 | 3.2 |
| 实施例6 | 1000 | 163 | 163 | 14 | 9 | 3.1 |
实施例7
以对苯二甲酸和乙二醇为原料在200～260℃温度下进行酯化反应，然后在280～300℃温度、低于300Pa真空下进行重缩聚反应，连续生产粘度达到0.655的聚对苯二甲酸乙二醇酯(简写为：PET)熔体。连续聚合设备1中的聚对苯二甲酸乙二醇酯熔体在温度为220～300℃(例220℃、240℃、280℃、300℃)下，以1000kg/h速度通过主管道2输入共混合装置3，同时支管4将聚对苯二甲酸乙二醇酯输入螺杆式混合器5，供给量为12kg/h；Silysia 640含硅吸湿粉体先加入分散剂聚乙二醇(或三羟甲基乙烷或硬脂酸金属盐或聚乙烯吡咯烷酮或铝钛复合型偶联剂)在扁平式气流粉粉碎机12中进行粉碎和分散处理，与抗氧剂IR1010混合后加入到螺杆式混合器5中，供给量是12kg/h。抗氧剂IR1010用量为聚酯、吸湿粉体和抗氧剂、分散剂几种原料总用量的0.1～2％。分散剂的用量为吸湿粉体和抗氧剂、分散剂几种原料总用量的0.1～2％。再将得到的混合物加入共混合装置3中共混处理，得吸湿性聚酯。共混合装置3中的共混温度为290℃。Silysia 640含硅吸湿粉体在制得吸湿性聚对苯二甲酸乙二醇酯中含量为1.2％。然后采用普通纺丝机进行常规纺丝及牵伸工艺制成吸湿纤维。纤维吸湿参数ΔMR为0.72％。上述共混合装置3及Silysia 640吸湿性粉体与聚酯的螺杆式混合器5，它们的混合长度与混合直径的比值均为20～60，其中直径为20～100厘米。
实施例8
以对苯二甲酸和乙二醇为原料在200～260℃温度下进行酯化反应，然后在280～300℃温度、低于300Pa真空下进行重缩聚反应，连续生产粘度达到0.655的聚对苯二甲酸乙二醇酯(简写为：PET)熔体。连续聚合设备6中的聚对苯二甲酸乙二醇酯熔体在温度为220～300℃(例220℃、240℃、280℃、300℃)下，以1000kg/h速度通过主管道7输入共混合装置8，同时将聚对苯二甲酸乙二醇酯切片输入螺杆式混合器9，供给量为12kg/h；Silysia 640含硅吸湿粉体先加入分散剂聚乙二醇(或三羟甲基乙烷或硬脂酸金属盐或聚乙烯吡咯烷酮或铝钛复合型偶联剂)在扁平式气流粉粉碎机13中进行粉碎和分散处理，然后加入到螺杆式混合器9中，供给量是12kg/h。再将得到的混合物加入共混合装置8中共混处理，得吸湿性聚酯。共混合装置8中的共混温度为290℃。Silysia 640含硅吸湿粉体在制得吸湿性聚对苯二甲酸乙二醇酯中含量为1.2％。然后采用普通纺丝机进行常规纺丝及牵伸工艺制成吸湿纤维。纤维吸湿参数ΔMR为0.8％。上述共混合装置8及Silysia 640吸湿性粉体与聚酯的螺杆式混合器9，它们的混合长度与混合直径的比值均为20～60，其中直径为20～100厘米。
实施例9：
有多余聚酯输出管10、11与主管连接，其余同实施例1。这些分流出的多余聚酯，可以直接用于纺丝、成膜加工或制成聚酯切片。
实施例10：
螺杆式混炼器5中聚酯、吸湿性粉体和分散剂三种组份的原料总用量按重量计为聚酯48％～99.4％(例48％、70％、99％)，吸湿性功能粒子0.5％～50％(例50％、29％、0.7％)，其他助剂0.1％～2％(例2％、1％、0.3％)。其余同实施例1。
比较例1
釜式聚合的粘度为0.655聚对苯二甲酸乙二醇酯切片和Silysia 640含硅吸湿粉体在L/D为44的2轴挤出机共混制造母粒，共混温度为290℃。母粒中Silysia 640含硅吸湿粉体的重量份为50％。然后母粒和上述的聚对苯二甲酸乙二醇酯切片在上述的条件下再次混合制造切片粒子，此切片粒子中Silysia 640含硅吸湿粉体的重量份为2％。然后采用普通纺丝机进行常规纺丝及牵伸工艺制成纤维。纤维的吸湿参数ΔMR为1.0～1.3，断裂强度2.9～3.2cN/dtex。
比较例2
釜式聚合的粘度为0.655聚对苯二甲酸乙二醇酯切片和Silysia 640含硅吸湿粉体在L/D为44的2轴挤出机共混制造母粒，共混温度为290℃。母粒中Silysia 640含硅吸湿粉体的重量份为50％。然后母粒和上述的聚对苯二甲酸乙二醇酯切片在上述的条件下再次混合制造切片粒子，此切片粒子中Silysia 640含硅吸湿粉体的重量份为5％。然后采用普通纺丝机进行常规纺丝及牵伸工艺制成纤维。纤维吸湿参数ΔMR为2.5％～2.9％，断裂强度3.1～3.4cN/dtex。
比较例3
连续聚合的粘度为0.655聚对苯二甲酸乙二醇酯切片和Silysia 640含硅吸湿粉体在L/D为44的2轴挤出机共混制造母粒，共混温度为290℃。母粒中Silysia 640含硅吸湿粉体的重量份为50％。然后母粒和上述的聚对苯二甲酸乙二醇酯切片在上述的条件下再次混合制造切片粒子，此切片粒子中Silysia 640含硅吸湿粉体的重量份为2％。然后采用普通纺丝机进行常规纺丝及牵伸工艺制成纤维。纤维吸湿参数ΔMR为1.2％，断裂强度3.8cN/dtex。
比较例4
连续聚合的粘度为0.655聚对苯二甲酸乙二醇酯切片和Silysia 640含硅吸湿粉体在L/D为44的2轴挤出机共混制造母粒，共混温度为290℃。母粒中Silysia 640含硅吸湿粉体的重量份为50％。然后母粒和上述的聚对苯二甲酸乙二醇酯切片在上述的条件下再次混合制造切片粒子，此切片粒子中Silysia 640含硅吸湿粉体的重量份为5％。然后采用普通纺丝机进行常规纺丝及牵伸工艺制成纤维。纤维的吸湿参数ΔMR为2.9％，断裂强度3.6cN/dtex。
测试方法
使用吸湿参数ΔMR作为评价吸湿性的尺度，其测试方法如下：这里ΔMR是从30℃，90％RH的吸湿率(MR2)减去20℃，65％RH的吸湿率(MR1)得到的差值(ΔMR(％)＝MR2-MR1)。这里ΔMR是通过将衣服穿着时的衣服内的湿气放出到外界大气，用于得到舒适性的驱动力，以30℃，90％RH代表在进行轻一中度的操作或轻一中度的运动时的衣服内温度，20℃，65％RH代表外界大气的温度，得到两者之差。ΔMR越大吸放湿能力越强，相应的穿着时的舒适性越好。上限没有特别限定，实用上大约为20％。
断裂强度测试方法按照GB/T3923.2-1998纺织品织物拉伸性能第2部分：断裂强力的测定抓样法。
Claims (9)
1、一种连续生产吸湿性聚酯的方法，其特征是：包括下列步骤：
①将聚合设备中聚合成的聚酯熔体通过主管道输入共混合装置；
②将吸湿性功能粒子先加入分散剂在气流粉粉碎机中进行粉碎和分散处理，然后与聚酯在混合器中混合；
③将步骤②得到的混合物加入步骤①中的共混合装置中共混处理，得吸湿性聚酯。
2、根据权利要求1所述的连续生产吸湿性聚酯的方法，其特征是：步骤②中的聚酯是直接加入混合器中的聚酯切片或是从聚合设备经过支管进入混合器中的熔融态聚酯。
3、根据权利要求1或2所述的连续生产吸湿性聚酯的方法，其特征是：聚酯、吸湿性功能粒子和助剂三种组份的原料用量按重量百分比计为：聚酯78％～99.4％，吸湿性功能粒子0.5％～20％，助剂0.1％～2％；聚酯为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸1，3-丙二醇酯或聚对苯二甲酸丁二醇酯；助剂为分散剂聚乙二醇、三羟甲基乙烷、硬脂酸金属盐、聚乙烯吡咯烷酮或铝钛复合型偶联剂。
4、根据权利要求3所述的连续生产吸湿性聚酯的方法，其特征是：吸湿性功能粒子是多孔质SiO2。
5、一种连续生产功能性聚酯的设备，其特征是：有粒子微加工设备与混合器连接，混合器和共混合装置连接，混合器通过主管道与连续聚合设备连接。
6、根据权利要求5所述的连续生产功能性聚酯的设备，其特征是：混合器通过支管与连续聚合设备相连接。
7、根据权利要求5或6所述的连续生产功能性聚酯的设备，其特征是：有多余聚酯输出管与主管连接。
8、根据权利要求5或6所述的连续生产功能性聚酯的设备，其特征是：功能粒子与聚酯的混合器为螺杆式混合器。
9、根据权利要求5或6所述的连续生产功能性聚酯的设备，其特征是：共混合装置及功能粒子与聚酯的混合器，它们的混合长度与混合直径的比值为20～60∶1。
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