CN102433601B - 常压阳离子可染共聚酯长丝束的生产方法、短纤维及毛条 - Google Patents

Abstract

本发明涉及常压阳离子可染共聚酯长丝束的生产方法、短纤维及毛条。由常压阳离子可染共聚酯纺丝得到常压阳离子可染共聚酯长丝束，所述常压阳离子可染共聚酯的制备方法包括：(1)乙二醇、对苯二甲酸、间苯二甲酸进行酯化反应；(2)加入乙二醇，混合后加入SIPE溶液，进行酯交换反应；(3)酯交换反应所得混合物加入二元脂肪酸，混合均匀后进行缩聚反应，制得常压阳离子可染共聚酯，其中，对苯二甲酸与间苯二甲酸的摩尔比为50∶1～90∶1，步骤(2)中加入的乙二醇的摩尔数与对苯二甲酸和间苯二甲酸摩尔数之和的比值为0.1∶1～0.5∶1，对苯二甲酸、间苯二甲酸和二元脂肪酸的摩尔数之和与SIPE溶液中的磺酸基团的摩尔数之比为9∶1～28∶1。

Description

常压阳离子可染共聚酯长丝束的生产方法、短纤维及毛条

本申请是2009年5月13日提出的发明名称为“常压阳离子可染共聚酯的制备方法”的专利申请的分案申请，原申请的申请号为200910027928.8。

技术领域

本发明涉及一种常压阳离子可染共聚酯长丝束的生产方法、短纤维及毛条。

背景技术

聚酯纤维是一种常见的化纤面料纤维，普通聚酯由于其分子链的规整性好，没有着色基团，因此难以染色，需要在其中添加第三单体进行改性，制备而得阳离子可染共聚酯。第三单体为间苯二甲酸二羟乙酯-5-磺酸钠（以下简称SIPE），由间苯二甲酸二甲酯-5-磺酸钠（以下简称SIPM）与乙二醇酯交换得到，因酯交换为平衡可逆反应，因此所得的SIPE溶液实际为SIPE、SIPM和间苯二甲酸甲酯羟乙酯-5-磺酸钠的混合溶液，计量时以溶液中总的磺酸基团摩尔数计。但是上述阳离子可染共聚酯虽然染色性能大大提高，染色温度仍然要在100℃以上，而且无法进行常压染色。CN200810093836.5公开了一种可在大气压力下用阳离子染料染色的共聚酯聚合物，采用SIPE和二元脂肪酸共聚改性，由于制备方法的限制，虽然所得共聚酯聚合物纺得的纤维可以在大气压力下染色，但是染色温度仍高达95℃。

发明内容

本发明提供一种常压阳离子可染共聚酯的制备方法，所得产品纺丝后，可大大降低其常压下的染色温度。

本发明还提供常压阳离子可染共聚酯长丝束的生产方法，可大大降低所得产品常压下的染色温度，所述常压阳离子可染共聚酯长丝束由上述常压阳离子可染共聚酯纺丝得到。

本发明还提供由上述生产方法所得长丝束制得的短纤维及毛条。

所述常压阳离子可染共聚酯的制备方法，包括以下步骤：

（1）乙二醇（以下简称EG）、对苯二甲酸（以下简称PTA）、间苯二甲酸（以下简称IPA）进行酯化反应；

（2）酯化反应所得混合物中加入乙二醇，混合均匀后加入SIPE溶液，进行酯交换反应；

（3）酯交换反应所得混合物加入二元脂肪酸，混合均匀后进行缩聚反应，制得常压阳离子可染共聚酯，

其中，对苯二甲酸与间苯二甲酸的摩尔比为50：1～90：1，所述二元脂肪酸的碳原子数为4-6，二元脂肪酸的摩尔数与对苯二甲酸、间苯二甲酸的摩尔数之和的比值为0.05：1～0.15：1，步骤（2）中加入的乙二醇的摩尔数与对苯二甲酸和间苯二甲酸摩尔数之和的比值为0.1：1～0.5：1，对苯二甲酸、间苯二甲酸和二元脂肪酸的摩尔数之和与SIPE溶液中的磺酸基团的摩尔数之比为9：1～28：1。

所述二元脂肪酸优选为己二酸或丁二酸，最优选为己二酸。

本领域的技术人员可以根据现有技术，确定所述常压阳离子可染共聚酯的制备方法中的工艺条件和原料配比。

酯化率为90～98%。

作为优选，步骤（1）中乙二醇与对苯二甲酸、间苯二甲酸的摩尔数之和的比值为1.1：1～1.5：1。步骤（1）的酯化率为90～98%。

作为优选，步骤（2）中SIPE溶液由28%～36%的间苯二甲酸二甲酯-5-磺酸钠、60%～80%的乙二醇、0.8%～1.5%的醋酸钠和0.01%～0.02%的醋酸钙反应得到，上述百分比为质量百分比。所述生成SIPE溶液的反应中，反应生成物包括甲醇，甲醇的质量为间苯二甲酸二甲酯-5-磺酸钠的15-25%。所述反应完成后，加EG调整溶液比重至1.237-1.243，得到SIPE溶液。

作为优选，步骤（2）中酯交换反应的温度为230～290℃，反应时间为1～2h。

作为优选，步骤（3）在60Pa以下进行2～3h。

作为本发明的改进，还可以在步骤（1）中加入醋酸钴对产品的色相进行调整，醋酸钴的质量为常压阳离子可染共聚酯的20～40ppm。

在常压阳离子可染共聚酯的制备过程中，添加的SIPE的量越多，纤维的可染性越好，强度越低，可以较好的抗毛抗起球，但是同时因SIPE极易自聚，SIPE加入量较大时，会引起纺丝时断头严重，另外由于SIPE链段水溶性好，纤维在后续程序中容易减量。

申请人发现，在添加SIPE溶液前加入适量的乙二醇，可以稀释酯化反应所得混合物，使之粘度大大降低，随后添加的SIPE溶液轻易地均匀分散在混合物中，从而大大降低了SIPE溶液的自聚倾向，这样一来，可以在SIPE的加入量较高的情况下，使得纤维的可染性、抗毛抗起球性提高的同时，保证了纺丝性能，纺丝时很少出现断头。另外，按照本发明制得的常压阳离子可染共聚酯纺丝后，纤维不会在后续程序中快速减量，有利于产品性能的稳定和控制。

申请人还发现，按照本发明加入小分子量的脂肪二元酸，不但能增加染色性能，使根据本发明获得的共聚酯纺丝后，可以在常压常温下染色，而且有更多选择染料的空间，对染色效果也有较好的稳定性，同时还能提高柔软性和蓬松性。但是，由于二元酸缩聚活性高，因此只能在缩聚阶段加入，否则，会导致二元酸链段无法均匀分散于高分子链段中，使得纤维的可染性和纺丝性都受到严重影响。

按照本发明制得的常压阳离子可染共聚酯，可以按照现有技术纺丝，得到各种产品，如毛条、短纤维等。其中制备毛条、短纤维的关键在于半成品长丝束的纺丝工艺，所述半成品长丝束的纺丝工艺如下：

（1）将常压阳离子可染共聚酯切片在120～145℃下干燥，干燥时间为10～15h，干燥后切片含水率控制在50ppm以下；

（2）干燥后的共聚酯切片经螺杆熔融挤出，螺杆温度为270～310℃，箱体温度：278～295℃；

（3）熔融挤出的熔体经喷丝板喷丝得到UDY未牵伸丝，采用抽风式环吹风，其中吹风温度为28～30℃，纺丝速度为900～1000m/min；

（4）得到的UDY未牵伸丝进行两步式牵伸，即60～70℃下进行第一次水浴牵伸和85～95℃下进行第二次牵伸，第一牵伸比为3.1～3.3，第二牵伸比为1～1.2，第二次牵伸介质可为油浴或蒸汽，牵伸后丝束卷曲上油后，在130～138℃下进行松驰热定型，得到半成品长丝束。因采用本发明所述常压阳离子可染共聚酯切片纺的纤维结构松散，为保证可纺性，含油率比普通聚酯略高，一般控制含油率为0.28%～0.45%。

所得半成品长丝束可以根据客户要求按现有技术制成短纤维或毛条，如将半成品长丝束在成条机上制成纤维条，经针梳机梳理，最后用成球机制成毛条。

所得毛条具有以下优点：

①常温常压下染色性能好、色泽鲜艳、染色牢度高；

②纤维具有导湿性能，透气性能好，混纺的纱线毛型感特强；

③纤维的各项物理指标稳定、均匀、可纺性好；

④纤维强度低，伸长稳定，静电小，抗起球性能好；

⑤耐光照及耐热性能好；

⑥纺织产品具有强度好、蓬松、毛感丰满柔软、光泽柔和等特性。

该纤维染色采用阳离子染料，常压下入染温度45℃左右，染色温度80℃适当的控制好上染速率，效果更好。一般常压染色的工艺条件控制如下：

①起始温度：45℃；

②从45℃-70℃速率为每分钟上升1-2℃；

③到达75℃-80℃后保温15-25分钟；

④70℃时已充分上染。

本发明通过添加一定量的第三单体溶液和二元脂肪酸进行改性，优化制备方法，使改性单体可以充分分散到反应混合物中，尽量减少SIPE的自聚，所得常压阳离子可染共聚酯具有很好的纺丝性能，纺丝过程中断头少，同时纺丝制得的毛条、短纤维可染性好，并具有很好的抗毛抗起球效果，可以替代晴纶，广泛应用于单麦纺或腈纶、羊毛、棉花、麻等原料多麦纺制成各种纱线、毛线、人造毛皮、针织品、毛毯、地毯等化纤产品。所用原料组分简单，操作可行，在保证产品性能的同时降低了成本。

具体实施方式

以下实施例中所述的SIPE溶液是按下述方法配置的：在配制釜中先加入700kg的EG，搅拌下加入300kg的SIPM、3kg醋酸钠和45g醋酸钙，升温，控制塔顶温度在65℃左右接收甲醇65～70kg。加EG调整溶液比重至1.240，得到SIPE溶液900L。降温至50～70℃搅拌储存备用。

实施例1

将3000kg的PTA、50kg的IPA、1369kg的EG、醋酸钴0.09kg、三氧化二锑0.6kg和磷酸三甲酯0.36kg投入第一酯化釜中，在250℃下进行酯化反应，脱水650L后，导入第二酯化釜降温至240℃，搅拌均匀后加入253kg的EG，搅拌5min，使溶液混合均匀后，加入SIPE溶液750L，在240℃下反应90min，收集EG共500kg左右。将反应混合物导入缩聚釜，并向缩聚釜中定量加入己二酸150kg，升温，当温度达到250℃时，开始抽真空，在60Pa以下进行缩聚反应150min，温度控制在250℃～285℃，出料，切粒，得到共聚酯切片1。

实施例2

将3000kg的PTA、50kg的IPA、1369kg的EG、醋酸钴0.15kg、三氧化二锑0.75kg和磷酸三甲酯0.36kg投入第一酯化釜中，在250℃下进行酯化反应，脱水650L后，导入第二酯化釜降温至240℃，加入167kg的EG，搅拌10min，使溶液混合均匀后，加入SIPE溶液560L，在240℃下反应90min，收集EG共400kg。将反应混合物导入缩聚釜，并向缩聚釜中定量加入己二酸160kg，升温，当温度达到250℃时，开始抽真空，在60Pa以下进行缩聚反应120min，温度控制在250℃～285℃，出料，切粒，得到共聚酯切片2。

实施例3

将2000kg的PTA、25kg的IPA、1002kg的EG、醋酸钴0.1kg、三氧化二锑0.5kg和磷酸三甲酯0.24kg投入第一酯化釜中，在250℃下进行酯化反应，脱水432L后，导入第二酯化釜降温至240℃，加入253kg的EG，搅拌10min，使溶液混合均匀后，加入SIPE溶液1000L，在240℃下反应90min，收集EG共600kg。将反应混合物导入缩聚釜，并向缩聚釜中定量加入丁二酸170kg，升温，当温度达到250℃时，开始抽真空，在60Pa以下进行缩聚反应180min，温度控制在250℃～285℃，出料，切粒，得到共聚酯切片3。

共聚酯切片1～3的物理指标见表1。

表1  共聚酯切片的物理指标

序号	项目	单位	共聚酯切片1	共聚酯切片2	共聚酯切片3
						1	熔点	℃	228～232	247-251	218～222
2	色相	-	0～3	-1～3	1～4
						3	粘度	dl/g	0.485～0.505	0.50-0.52	0.405～0.425
4	含水量	%	≤0.40	≤0.40	≤0.40
						5	异状粒子	%	≤0.50	≤0.50	≤0.50

实施例4

将共聚酯切片1在135～145℃下干燥，干燥时间为12h，干燥后切片含水率控制在50ppm以下；干燥后的共聚酯切片经螺杆熔融挤出，螺杆温度为270～310℃，箱体温度：280～295℃；熔融挤出的熔体经喷丝板喷丝得到UDY未牵伸丝，采用抽风式环吹风，其中吹风温度为28～30℃，纺丝速度为900～1000m/min；得到的UDY未牵伸丝进行两步式牵伸，即60～70℃下进行第一次水浴牵伸和85～95℃下进行第二次牵伸，第一牵伸比为3.1～3.2，第二牵伸比为1～1.1，牵伸后丝束卷曲上油（含油率0.38%）后，在130～138℃下进行松驰热定型，得到半成品长丝束1，单丝纤度1.5dtex。纺丝时断头数量为每个纺位0个/24Hr。将半成品长丝束在成条机上制成纤维条，经针梳机梳理，最后用成球机制成毛条1。其中，在成条机上，喂入轮总旦数150万旦，出条速度：280～300m/min，出条重量16～18g/m。出条定长2500m/桶，切断长度88m，横动距离25mm。前罗拉隔距3～4cm，输入牵伸倍数0.92，预牵伸倍数1.4～1.7，前牵伸倍数5.5～6，总牵伸倍数8～11，螺旋罗拉压力0.3～0.4Mpa，切割刀辊压力0.3～0.4 Mpa，后罗拉压力0.3～0.4 Mpa，前罗拉压力0.3～0.4 MPa；在针梳机上，喂入根数8根，出条速度280～300 m/min，出条重量16～20 g/m，出条定长：2500m/桶，牵伸倍数6～10，前罗拉隔距0.3～0.4cm，前罗拉压力0.3～0.4 MPa；在成球机上：喂入根数8根，出条速度280～300 m/min，出条重量19～21 g/m，出条定长：600 m/条，牵伸倍数5～8，前罗拉隔距0.3～0.4cm，前罗拉压力0.3～0.4 Mpa，横动动程360min。

将所得毛条进行编织并用苏州市东吴染料有限公司SD-型阳离子染料染色，染色在常压下进行，条件为：①起始温度：45℃；②从45℃-70℃速率为每分钟上升1-2℃；③到达75℃-80℃后保温20分钟；④70℃时已充分上染。染色性能出色，表现在：1.染缸剩余溶液清晰、透明，说明上染率好；2.颜色鲜艳，色牢度高。

实施例5

将共聚酯切片2按照实施例4所述方法纺半成品长丝束2，单丝纤度1.5dtex，然后制成毛条2。纺丝时断头数量为每个纺位1个/24Hr。

将所得毛条进行编织并用苏州市东吴染料有限公司SD-型阳离子染料染色，染色在常压下进行，条件为：①起始温度：45℃；②从45℃-70℃速率为每分钟上升1-2℃；③到达75℃-80℃后保温20分钟；④70℃时已充分上染。染色性能出色，表现在：1.染缸剩余溶液清晰、透明，说明上染率好；2.颜色鲜艳，色牢度高。

实施例6

将共聚酯切片3按照实施例4所述方法纺半成品长丝束3，单丝纤度1.5dtex，然后制成毛条3。纺丝时断头数量为每个纺位2个/24Hr。

将所得毛条进行编织并用苏州市东吴染料有限公司SD-型阳离子染料进行染色，染色在常压下进行，条件为：①起始温度：45℃；②从45℃-70℃速率为每分钟上升1-2℃；③到达75℃-80℃后保温25分钟；④70℃时已充分上染。染色性能出色，表现在：1.染缸剩余溶液清晰、透明，说明上染率好；2.颜色鲜艳，色牢度高。

所得半成品长丝束1～3和毛条1～3的性能指标分别见表2和表3。

表2  半成品长丝束的性能指标

项目	单位	半成品长丝束1	半成品长丝束2	半成品长丝束3
					单纤维强力	CN/dtex	2.8～3.2	2.6～3.4	2.4～3.0
断裂伸长率	%	40	42	35

表3  毛条的性能指标

序号	项目	单位	毛条1	毛条2	毛条3
						1	条重中心值	g/m	20	20	20
2	条重偏差	g/m	1	1	1
						3	条重变异系数	%	3.2	3.5	3
4	长度偏差率	%	5	5	5
						5	毛粒	只/g	4	4.5	4.8
6	毛片	只/m	1	1.2	1.1
						7	疵点	mg/100g	5	6	8.5
8	>200mm长纤维	mg/100g	10	10	12
						9	卷曲率	%	17	18	10
10	卷曲数	个/cm	4	3.5	5
						11	140℃干热	≤%	6.5	6.5	6.5
12	回潮	≤%	1	1	1

Claims (9)

1.一种常压阳离子可染共聚酯长丝束的生产方法，其特征在于由常压阳离子可染共聚酯纺丝，得到常压阳离子可染共聚酯长丝束，所述常压阳离子可染共聚酯的制备方法包括以下步骤：

（1）乙二醇、对苯二甲酸、间苯二甲酸进行酯化反应，酯化率为90～98%；

（2）酯化反应所得混合物中加入乙二醇，混合均匀后加入SIPE溶液，进行酯交换反应，酯交换反应的温度为230～290℃，反应时间为1～2h；

（3）酯交换反应所得混合物加入二元脂肪酸，混合均匀后在60Pa以下进行缩聚反应2～3h，制得常压阳离子可染共聚酯，

其中，对苯二甲酸与间苯二甲酸的摩尔比为50：1～90：1，所述二元脂肪酸的碳原子数为4-6，二元脂肪酸的摩尔数与对苯二甲酸、间苯二甲酸的摩尔数之和的比值为0.05：1～0.15：1，步骤（2）中加入的乙二醇的摩尔数与对苯二甲酸和间苯二甲酸摩尔数之和的比值为0.1：1～0.5：1，对苯二甲酸、间苯二甲酸和二元脂肪酸的摩尔数之和与SIPE溶液中的磺酸基团的摩尔数之比为9：1～28：1，SIPE溶液由28%～36%的间苯二甲酸二甲酯-5-磺酸钠、60%～80%的乙二醇、0.8%～1.5%的醋酸钠和0.01%～0.02%的醋酸钙反应后用乙二醇调整溶液比重得到，上述百分比为质量百分比。

2.如权利要求1所述的常压阳离子可染共聚酯长丝束的生产方法，其特征在于所述二元脂肪酸为己二酸或丁二酸。

3.如权利要求2所述的常压阳离子可染共聚酯长丝束的生产方法，其特征在于所述二元脂肪酸为己二酸。

4.如权利要求1所述的常压阳离子可染共聚酯长丝束的生产方法，其特征在于步骤（1）中还加入醋酸钴，醋酸钴的质量为常压阳离子可染共聚酯的20～40ppm。

5.如权利要求1-4中任一项所述的常压阳离子可染共聚酯长丝束的生产方法，其特征在于步骤（1）中乙二醇与对苯二甲酸、间苯二甲酸的摩尔数之和的比值为1.1：1～1.5：1。

6.如权利要求1-4中任一项所述的常压阳离子可染共聚酯长丝束的生产方法，其特征在于SIPE溶液的比重为1.237～1.243。

7.如权利要求1-4中任一项所述的常压阳离子可染共聚酯长丝束的生产方法，其特征在于由常压阳离子可染共聚酯纺丝的方法为：

（4）将常压阳离子可染共聚酯切片在120～145℃下干燥，干燥时间为10～15h，干燥后切片含水率控制在50ppm以下；

（5）干燥后的共聚酯切片经螺杆熔融挤出，螺杆温度为270～310℃，箱体温度：278～295℃；

（6）熔融挤出的熔体经喷丝板喷丝得到UDY未牵伸丝，采用抽风式环吹风，其中吹风温度为28～30℃，纺丝速度为900～1000m/min；

（7）得到的UDY未牵伸丝进行两步式牵伸，即60～70℃下进行第一次水浴牵伸和85～95℃下进行第二次牵伸，第一牵伸比为3.1～3.3，第二牵伸比为1～1.2，第二次牵伸介质可为油浴或蒸汽，牵伸后丝束卷曲上油后，在130～138℃下进行松驰热定型，得到常压阳离子可染共聚酯长丝束。

8.如权利要求7所述的常压阳离子可染共聚酯长丝束的生产方法，其特征在于步骤（7）中牵伸后丝束卷曲上油时含油率为0.28%～0.45%。

9.由权利要求1-8中任一项所述生产方法所得常压阳离子可染共聚酯长丝束制得的短纤维或毛条。