CN102094256A - 一种改性阳离子聚酯长丝的生产方法及其产品 - Google Patents

Abstract

本发明属于化学纤维制造领域，具体涉及一种仿纤维素纤维的改性阳离子聚酯长丝的生产方法，包括制备出一种改性阳离子聚酯，再针对改性阳离子聚酯的特性，进行熔融纺丝，制备出预取向丝，再在特殊加弹工艺条件下对预取向丝进行假捻。本发明还提供一种由所述生产方法制备的改性阳离子聚酯长丝。本发明的阳离子聚酯长丝具有良好抗起毛起球性能，常压可染，不用高温高压染色，节约染色成本，着色后颜色亮丽，吸湿性优于普通阳离子涤纶长丝，亲肤性好。

Description

一种改性阳离子聚酯长丝的生产方法及其产品

技术领域

本发明属于化学纤维制造领域，具体涉及一种仿纤维素纤维的改性阳离子聚酯长丝的生产方法及由该生产方法获得的产品。

背景技术

纤维素纤维是指棉、麻等天然植物纤维，及由植物纤维经过加工后形成的再生纤维素纤维，如：粘胶、modal纤维、Lyocell纤维等。纤维素纤维具有良好的皮肤接触性、穿着舒适性、生理安全性、吸湿性和易整理性以及易生物分解等一系列合成纤维所无法完全具备的特性，因而以纤维素纤维为原料的纺织面料及非织造布在纺织服装、医疗卫生、家用纺织品等领域有着独特的用途。

随着市场对棉花、粘胶等纤维素纤维的需求日渐增大，价格也水涨船高，众多棉纺企业利润微薄，经营日趋困难。因此开发一种成本低廉的仿纤维素纤维的化学纤维，具有巨大的市场空间。

阳离子涤纶聚酯在国内外多有研究，日本、美国起步较早。常规阳离子聚酯通过在常规聚酯中添加间苯二甲酸-5-磺酸盐或其衍生物得以实现阳离子染料可染。常规阳离子聚酯需在高温高压下进行染色，较为不便，影响其应用，因此需对常规阳离子聚酯进行改性。目前常用的改性剂多为一些柔性链段脂肪族二元醇，脂肪族二元酸，聚醚类化合物或其衍生物，这类化合物有利于改善阳离子涤纶长丝的染色性能。

公开号为CN101377025A的中国发明中提到一种常温常压阳离子可染改性聚酯长丝，其提到聚酯中含有间苯二甲酸-5-磺酸钠、聚乙二醇，但并未明确生产该聚酯长丝所采用的原料特性及其生产方法，原料特性的不同会导致后续产品性能大相径庭。按照该发明所述的生产方法，其预取向丝经后续假捻加工后，所得到的产品是高弹丝或低弹丝。本发明所采用的假捻加工工艺较为特殊与其有很大不同，所制备的改性阳离子聚酯长丝，是一种无卷曲，常压可染，残余扭矩0-2个，低沸水收缩，较低强度的改性阳离子聚酯长丝，不同于普通高弹丝或低弹丝，是一种仿纤维素纤维。也有类似其他文献提到采用间苯二甲酸-5-磺酸纳、聚乙二醇做为第三、第四单体开发一种常压可染的改性阳离子聚酯及长丝，但均未涉及本发明所采用的假捻加工工艺，所采用的改性阳离子聚酯特性也不尽相同，因此所制得的纤维特性也大有不同。

公告号为CN100497772C的中国发明专利提到一种直纺生产的阳离子聚酯长丝，该专利所制备的阳离子聚酯，仅采用了间苯二甲酸乙二醇酯-5-磺酸钠作为改性剂，并非常压可染阳离子聚酯(ECDP），因此该专利所述产品的染色性能、强度、纤维的水解性能上与本发明所述产品会有所不同，该专利的产品仅限于牵伸丝或预取向丝，并未涉及后续假捻加工。

公告号为CN100567600C的中国发明专利提到一种改性的共聚酯切片及纤维，其在共聚酯制备过程中采用了含侧链的脂肪族二元醇或其烷氧化物来改善产品的染色性能，并通过复合纺丝，制备一种多特性的复合纤维。该专利所述的聚合、纤维加工路线与本发明有所不同，因此产品在特性、应用范围上都有所不同。

发明内容

鉴于普通阳离子聚酯长丝在仿纤维素纤维方面还具有较大差距，主要体现在：由于普通阳离子聚酯长丝强度高、水解性能差导致所制面料容易起毛起球，需要高温高压染色，沸水收缩率过高，弹力丝卷曲过大，残余扭矩较大，而牵伸丝表面又过于均匀单一。本发明的目的是提供一种仿纤维素纤维的改性阳离子聚酯长丝的生产方法，第二个目的是提供由该生产方法获得的产品。

为实现本发明的目的，发明人提供如下技术方案：

本发明通过制备出一种改性阳离子聚酯，再针对改性阳离子聚酯的特性，进行熔融纺丝，制备出预取向丝（POY），再在特殊加弹工艺条件下对预取向丝进行假捻，开发出一种仿纤维素纤维的改性阳离子聚酯长丝，使该阳离子聚酯长丝具有良好抗起毛起球性能，常压可染，不用高温高压染色，节约染色成本，着色后颜色亮丽，吸湿性优于普通阳离子涤纶长丝，亲肤性好。同时由于该纤维尽管经过假捻，但并不具有卷曲，残余扭矩0-2个（残余扭矩是本专业领域经常提到的专业术语。参照FZ/T 50011－1999测试，常规弹力丝具有30-40个残余扭矩），且具有较低的沸水收缩，因此能较好的与其他纤维素纤维进行复合加工。由于经过假捻，纤维表面形成了一定的扭曲，因此可对光线进行漫反射，消除了丝条表面光线镜面反射的弱点，提高了产品的仿生性，这也是本发明未采用牵伸路线的主要原因。

具体来说，发明人提供如下的技术方案：

一种改性阳离子聚酯长丝的生产方法，包括下述步骤：

（1）制备改性阳离子聚酯，所述改性阳离子聚酯由下述四种单体共聚获得：

对苯二甲酸，

间苯二甲酸乙二醇酯-5-磺酸钠，相对于对苯二甲酸的摩尔比例为0.02-0.07：1，

乙二醇，相对于对苯二甲酸的摩尔比例为1.18-1.28：1，

聚乙二醇，相对于对苯二甲酸重量的2-8%，

（2）对改性阳离子聚酯进行熔融纺丝，制备预取向丝，其中，所述的熔融纺丝中：熔体温度为275-285℃，纺丝速度为2700-3200m/min，得到断裂伸长率为110-135%和断裂强度为1.4-1.9cN/dtex的预取向丝（POY）；

（3）对预取向丝进行假捻加工，得到改性阳离子聚酯长丝，其中，所述的假捻加工中：D/Y比为1.35-1.55，假捻角为95°-105°，一热箱温度为175-190℃，二热箱温度为190-225℃，加工速度为400-600m/min。

在改性阳离子聚酯制备中，加入的第三单体间苯二甲酸乙二醇酯-5-磺酸钠，可使纤维能采用阳离子染料进行染色；也可有效提高熔体粘度，保证改性聚酯在较低分子量下正常纺丝；同时也有利于降低所得纤维强度，增强其水解性能，从而防止用该纤维所制面料产生毛球、线团等。加入的第四单体聚乙二醇有利于改善纤维的染色性能，使纤维常压可染，而不需进行高温高压染色，从而降低加工成本。聚乙二醇的加入还有利于降低纤维强度，增强其水解性能，从而提高面料的抗起毛起球性能。本发明中常压可染，是指能在常压下染色。高温高压染色，是指加压后在110-135℃染色。为本领域通用的术语。

本发明所采用的熔融纺丝工艺较常规聚酯纤维有所不同，由于发明中涉及的原料是改性阳离子聚酯，且熔点相对较低，因此在纺丝过程中，熔体温度相应较低，在275-285℃之间。纺丝速度控制在2700-3200m/min之间，以制备预取向丝。为便于后续假捻牵伸，预取向丝的断裂伸长率控制在110-135%之间，同时为了控制产品的最终强度，预取向丝的断裂强度应控制在1.4-1.9cN/dtex之间，过高不利于产品的抗起毛起球性能，过低不利于加弹。

本发明可采用村田33H型假捻变形机对预取向丝进行假捻加工，控制较低的D/Y、假捻角及较高的二热箱温度，是为了降低该产品的卷曲，去除其残余扭矩，同时降低产品的沸水收缩率。通过假捻，纤维纵向呈现不均匀状，从而使得纤维表面对光线进行漫反射，因此更具有仿生效果。

作为优选方案，根据本发明所述的改性阳离子聚酯长丝的生产方法，其中，所述的改性阳离子聚酯：特性粘度为0.50-0.60dl/g，熔点为235-250℃。过低的粘度和熔点不利于纺丝顺利进行，而过高一是较难达到，二是提高了纤维强度，反而不利于体现纤维的抗起毛起球效果。

作为优选方案，根据本发明所述的改性阳离子聚酯长丝的生产方法，其中，所述的聚乙二醇的分子量在600-4000之间。过低和过高的分子量，都不利于缩聚反应进行。

作为优选方案，根据本发明所述的改性阳离子聚酯长丝的生产方法，其中，所述的步骤（1）中采用连续聚合设备制备改性阳离子聚酯。采用连续聚合设备可较好实现改性阳离子聚酯的工业化生产，避免间歇式聚合方式产生原料批次之间的不稳定性。

作为优选方案，根据本发明所述的改性阳离子聚酯长丝的生产方法，其中，所述的步骤（1）中的改性阳离子聚酯，其制备工艺步骤为：

（1）将对苯二甲酸、乙二醇按要求比例打浆，并加入催化剂，连续输送至酯化釜I中，进行酯化反应，酯化率达到89-95%后输送至酯化釜Ⅱ，

（2）向酯化釜Ⅱ中连续加入要求比例的间苯二甲酸乙二醇酯-5-磺酸钠和聚乙二醇，并加入稳定剂，控制温度在230-245℃之间，保持30-50min，

（3）最后将混合均匀的酯化物输送至缩聚工段，控制缩聚温度为260-280℃，真空度为0.04-0.13KPa。

本发明中所述的催化剂为乙二醇锑或三氧化二锑，加入量为对苯二甲酸重量的0.03-0.07%。所述的稳定剂为磷酸三甲酯或磷酸三苯酯，加入量为对苯二甲酸重量的0.02-0.06%。

较高的酯化率及较低真空度有利于缩聚反应顺利进行。酯化釜Ⅱ中的温度，不应过高，过高有利于副反应生成，控制过程中应先低温后逐步提高。缩聚温度控制不易过高，过高会加快聚乙二醇的降解。稳定剂的加入有利于抑制降解反应发生，而催化剂有利于加快缩聚反应进程。

本发明还提供了由上面所述的改性阳离子聚酯长丝的生产方法制备的产品。

作为优选，根据本发明所述的改性阳离子聚酯长丝的生产方法制备的产品，其中，所述的产品为改性阳离子聚酯长丝，残余扭矩为0-2个，沸水收缩率为1.5-2.5%，断裂强度为2.0-2.8cN/dtex及断裂伸长率为25-35%，无卷曲，可常压染色。这些指标与采用普通阳离子聚酯及常规加弹工艺生产的阳离子聚酯长丝具有明显的差别。卷曲是指纤维呈三维卷曲状，常规弹力丝具有不规则三维卷曲状，类似于弹簧，而无卷曲，是指其没有产生卷曲，类似于把弹簧拉直了。都是本领域通用术语。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明生产的仿纤维素纤维的改性阳离子聚酯长丝，其仿生特点明显，纵向均匀性通过假捻加以去除，卷曲及残余扭矩通过工艺控制也基本消除，沸水收缩率低，结构性能稳定，便于与纤维素纤维进行复合加工。

该改性阳离子聚酯长丝产品可常压染色，节约染色成本；可采用阳离子或分散染料着色，色泽亮丽；吸湿性比普通阳离子涤纶更佳，亲肤性好；成本低廉，远低于普通粘胶纤维价格；强度较低，且水解性能较好，使纤维具有抗起毛起球性，因此具有较高应用推广前景。

具体实施方式

下面结合实施例，更具体地说明本发明的内容。应当理解，本发明的实施并不局限于下面的实施例，对本发明所做的任何形式上的变通和/或改变都将落入本发明保护范围。

在本发明中，若非特指，所有的设备和原料等均可从市场购得或是本行业常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。

实施例1：

（一）制备改性阳离子聚酯

在连续聚合设备（中纺院生产，下同）上，设定产量为2000kg/h，按摩尔比对苯二甲酸：乙二醇=1:1.18的比例将二者打浆，并加入相对于对苯二甲酸重量为0.03%的催化剂乙二醇锑，连续输送至酯化釜I中，进行酯化反应，测得酯化率为89.1%后输送至酯化釜Ⅱ。

向酯化釜Ⅱ中连续加入相对于对苯二甲酸摩尔量为2%的间苯二甲酸乙二醇酯-5-磺酸钠，及相对于对苯二甲酸重量为8%的聚乙二醇（分子量600），并加入相对于对苯二甲酸重量为0.06%的稳定剂磷酸三甲酯，控制温度在230-245℃，保持30min。

最后将混合均匀的酯化物输送至缩聚工段，控制缩聚温度为260-270℃，真空度为0.04KPa。

所制备的改性阳离子聚酯，特性粘度为0.56dl/g，熔点为243.4℃。

（二）改性阳离子聚酯长丝的制备

（1）对改性阳离子聚酯进行熔融纺丝，熔体温度控制在280℃，纺丝速度为3000m/min，制备的预取向丝(POY)断裂伸长率为121.1%，断裂强度为1.72cN/dtex，规格为265.5dtex/72f，

（2）对上述预取向丝进行假捻加工，加工速度为500m/min，一热箱温度为183℃，二热箱温度为210℃，D/Y比为1.45，假捻角为100.0°。

本实施例所得最终纤维的物性指标如下：

规格为168.9dtex/72f，断裂强度为2.54cN/dtex，断裂伸长率为30.2%，残余扭矩0个，沸水收缩率为2.01%，无卷曲，可常压染色。该纤维仿生性好，所制面料抗起毛起球性能达到3-4级。

实施例2：

（一）制备改性阳离子聚酯

在连续聚合设备上，设定产量为2000kg/h，按摩尔比对苯二甲酸：乙二醇=1:1.23的比例将二者打浆，并加入相对于对苯二甲酸重量为0.05%的催化剂三氧化二锑，连续输送至酯化釜I中，进行酯化反应，测得酯化率为92.1%后输送至酯化釜Ⅱ。

向酯化釜Ⅱ中连续加入相对于对苯二甲酸摩尔量为4%的间苯二甲酸乙二醇酯-5-磺酸钠，及相对于对苯二甲酸重量为5%的聚乙二醇（分子量1000），并加入相对于对苯二甲酸重量为0.04%的稳定剂磷酸三苯酯，控制温度在230-245℃，保持40min。

最后将混合均匀的酯化物输送至缩聚工段，控制缩聚温度为265-275℃，真空度为0.08KPa。

所制备的改性阳离子聚酯，特性粘度为0.6dl/g，熔点为249.7℃。

（二）改性阳离子聚酯长丝的制备

（1）对改性阳离子聚酯进行熔融纺丝，熔体温度控制在285℃，纺丝速度为3200m/min，制备的预取向丝(POY)断裂伸长率为110.5%，断裂强度为1.90cN/dtex，规格为265.7dtex/36f，

（2）对上述预取向丝进行假捻加工，加工速度为600m/min，一热箱温度为190℃，二热箱温度为225℃，D/Y比为1.35，假捻角为105.0°。

本实施例所得最终纤维的物性指标如下：

规格为171.2dtex/36f，断裂强度为2.80cN/dtex，断裂伸长率为25.6%，残余扭矩0个，沸水收缩率为1.51%，无卷曲，可常压染色。该纤维仿生性好，所制面料抗起毛起球性能达到3-4级。

实施例3：

（一）制备改性阳离子聚酯

在连续聚合设备上，设定产量为2000kg/h，按摩尔比对苯二甲酸：乙二醇=1:1.28的比例将二者打浆，并加入相对于对苯二甲酸重量为0.07%的催化剂乙二醇锑，连续输送至酯化釜I中，进行酯化反应，测得酯化率为95.0%后输送至酯化釜Ⅱ。

向酯化釜Ⅱ中连续加入相对于对苯二甲酸摩尔量为7%的间苯二甲酸乙二醇酯-5-磺酸钠，及相对于对苯二甲酸重量为2%的聚乙二醇（分子量4000），并加入相对于对苯二甲酸重量为0.02%的稳定剂磷酸三苯酯，控制温度在230-245℃，保持50min。

最后将混合均匀的酯化物输送至缩聚工段，控制缩聚温度为265-280℃，真空度为0.10KPa。

所制备的改性阳离子聚酯，特性粘度为0.50dl/g，熔点为235.2℃。

（二）改性阳离子聚酯长丝的制备

（1）对改性阳离子聚酯进行熔融纺丝，熔体温度控制在275℃，纺丝速度为2700m/min，制备的预取向丝(POY)断裂伸长率为134.5%，断裂强度为1.43cN/dtex，规格为265.1dtex/48f，

（2）对上述预取向丝进行假捻加工，加工速度为400m/min，一热箱温度为175℃，二热箱温度为190℃，D/Y比为1.55，假捻角为95.0°。

本实施例所得最终纤维的物性指标如下：

规格为158.1dtex/48f，断裂强度为2.04cN/dtex，断裂伸长率为34.6%，残余扭矩2个，沸水收缩率为2.46%，无卷曲，可常压染色。该纤维仿生性好，所制面料抗起毛起球性能达到3-4级。

上述优选实施例只是用于说明和解释本发明的内容，并不构成对本发明内容的限制。尽管发明人已经对本发明做了较为详细地列举，但是，本领域的技术人员根据发明内容部分和实施例所揭示的内容，能对所描述的具体实施例做各种各样的修改或/和补充或采用类似的方式来替代是显然的，并能实现本发明的技术效果，因此，此处不再一一赘述。本发明中出现的术语用于对本发明技术方案的阐述和理解，并不构成对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种改性阳离子聚酯长丝的生产方法，其特征在于，所述的生产方法包括下述步骤：

（1）制备改性阳离子聚酯，所述改性阳离子聚酯由下述四种单体共聚获得：

对苯二甲酸，

间苯二甲酸乙二醇酯-5-磺酸钠，相对于对苯二甲酸的摩尔比例为0.02-0.07：1

乙二醇，相对于对苯二甲酸的摩尔比例为1.18-1.28：1

聚乙二醇，相对于对苯二甲酸重量的2-8%，

（2）对改性阳离子聚酯进行熔融纺丝，制备预取向丝，其中，所述的熔融纺丝中：熔体温度为275-285℃，纺丝速度为2700-3200m/min；

（3）对预取向丝进行假捻加工，得到改性阳离子聚酯长丝，其中，所述的假捻加工中：D/Y比为1.35-1.55，假捻角为95°-105°，一热箱温度为175-190℃，二热箱温度为190-225℃，加工速度为400-600m/min。

2.根据权利要求1所述的改性阳离子聚酯长丝的生产方法，其特征在于，所述的改性阳离子聚酯：特性粘度为0.50-0.60dl/g，熔点为235-250℃。

3.根据权利要求1所述的改性阳离子聚酯长丝的生产方法，其特征在于，所述的聚乙二醇的分子量在600-4000之间。

4.根据权利要求1所述的改性阳离子聚酯长丝的生产方法，其特征在于，所述的步骤（1）中采用连续聚合设备制备改性阳离子聚酯。

5.根据权利要求1所述的改性阳离子聚酯长丝的生产方法，其特征在于，所述的步骤（1）中的改性阳离子聚酯，其制备工艺步骤为：

（1）将对苯二甲酸和乙二醇打浆，并加入催化剂，连续输送至酯化釜I中，进行酯化反应，酯化率达到89-95%后输送至酯化釜Ⅱ，

（2）向酯化釜Ⅱ中连续加入间苯二甲酸乙二醇酯-5-磺酸钠和聚乙二醇，并加入稳定剂，控制温度在230-245℃之间，保持30-50min，

（3）最后将混合均匀的酯化物输送至缩聚工段，控制缩聚温度为260-280℃，真空度为0.04-0.13KPa。

6.根据权利要求5所述的改性阳离子聚酯长丝的生产方法，其特征在于，所述的催化剂为乙二醇锑或三氧化二锑，加入量为对苯二甲酸重量的0.03-0.07%。

7.根据权利要求5所述的改性阳离子聚酯长丝的生产方法，其特征在于，所述的稳定剂为磷酸三甲酯或磷酸三苯酯，加入量为对苯二甲酸重量的0.02-0.06%。

8.一种由权利要求1-7之一所述的改性阳离子聚酯长丝的生产方法制备的产品。

9.根据权利要求8所述的改性阳离子聚酯长丝的生产方法制备的产品，其特征在于，所述的产品为改性阳离子聚酯长丝，残余扭矩为0-2个，沸水收缩率为1.5-2.5%，断裂强度为2.0-2.8cN/dtex及断裂伸长率为25-35%，无卷曲，可常压染色。