CN104233500A

CN104233500A - 涡流纺用涤纶短纤维的制备方法

Info

Publication number: CN104233500A
Application number: CN201310235451.9A
Authority: CN
Inventors: 史利梅; 李映
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Yizheng Chemical Fibre Co Ltd
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Sinopec Yizheng Chemical Fibre Co Ltd
Priority date: 2013-06-14
Filing date: 2013-06-14
Publication date: 2014-12-24
Anticipated expiration: 2033-06-14
Also published as: CN104233500B

Abstract

本发明提供一种涡流纺用涤纶短纤维的制备方法，以PTA和IPA为二元酸，以EG为二元醇进行酯化反应，之后加入DEG，在催化剂催化下缩聚制得共聚酯，然后再经过涤纶短纤维纺丝工艺加工，制成涡流纺用涤纶短纤维。由于IPA和内添加DEG共同起作用，共聚酯的结晶性能下降，纤维的模量降低7～50%，断裂强度降低3-10%，手感柔软性得到很大程度的增强，满足了涡流纺的要求。

Description

涡流纺用涤纶短纤维的制备方法

技术领域

本发明涉及一种涡流纺用涤纶短纤维的制备方法，属于聚酯纤维合成加工技术领域。

背景技术

涡流纺是在喷气纺的基础上发展起来的一种新的纺纱方法，主要是利用固定不动的涡流纺纱管来代替高速回转的纺纱杯进行纺纱。近年来，由于涡流纺具有的优异性质，国内涡流纺发展迅速，其在国内纱线市场占据越来越多的份额。涡流纺纱线是一种双重结构纱，具有芯纤维和外包纤维两部分，芯纤维平行排列、无捻度，外包纤维呈规则螺旋包缠在芯纤维表面。涡流纺纱线的外层规则螺旋包缠纤维比重大，以致内部未加捻的纤维完全被覆盖，克服了传统喷气纱的露芯问题，表面纤维排列近似于传统环锭纱，结构较为紧密。虽然涡流纺纱线毛羽大幅度降低，耐磨性和抗起毛起球性能优良，但单线强力较传统环锭纱和紧密纺纱低，且手感相对环锭纱略硬，使得其织物手感较为粗硬。

涡流纺专用纤维主要是短纤维或是中长纤维，该专用短纤维不但对纤维种类、细度及长度、油剂等有一定要求，还要求纤维刚性不易过大、纤维表面有一定的摩擦性能等特点。早期涡流纺专用涤纶短纤维只能从国外进口，近几年来国内已开始着眼于涡流纺专用涤纶短纤维的开发和生产。

目前，国内涡流纺专用涤纶短纤维的生产方法基本为物理改性，通常是以精对苯二甲酸(PTA)和乙二醇(EG)合成得到的常规PET为原料，从纤维的纤度、长度、卷曲性能、油剂性能及上油率等方面进行调整，以此满足涡流纺纱专用涤纶短纤维的要求。由于PET属刚性高聚物，其分子链的链段活动性较差，纤维模量高、柔性较小、手感硬，采用常规PET用做涡流纺原料进一步加深了涡流纱手感较硬的缺点。因此，采用常规PET涤纶短纤维制成涡流纺纱用原料，不可避免带来以下缺点：①接头质量较差；②能耗较高。在涡流纺纱生产中为了保证加捻的效率和成纱强力，使用刚性大的涤纶纤维时，喷嘴气压控制得较高，能源消耗较其它纱线高。

文献“添加二甘醇对改善涤纶染色性及可纺性的作用”（化纤与纺织技术，2006，3,16-17）报道了在涤纶长丝生产中，生产负荷、原料的变化均有可能引起成品中二甘醇含量的波动，进而影响纤维的染色均匀性。通过外添加二甘醇（DEG），可以大大减少因负荷和原料的变化而对后加工变形丝染色的影响。

发明内容

本发明的目的是解决上述技术问题，提供一种新的涡流纺用涤纶短纤维的制备方法，旨在降低普通涤纶短纤维的刚性、提高纤维的手感柔软性，从根本上提升涡流纺用涤纶短纤维的品质。

本发明的技术解决方案是：一种涡流纺用涤纶短纤维的制备方法，以PTA和IPA为二元酸，以EG为二元醇进行酯化反应，之后加入DEG，在催化剂催化下缩聚制得共聚酯，然后再经过涤纶短纤维纺丝工艺加工，制成涡流纺用涤纶短纤维。

进一步地，上述涡流纺用涤纶短纤维的制备方法，包括以下步骤：

酯化步骤，以PTA、IPA、EG为原料，在温度230～270℃、绝对压力0.1～0.3MPa条件下进行酯化反应，反应1～5小时后得到酯化产物；

缩聚步骤，以酯化产物为原料，再加入DEG，在催化剂催化作用下，于240～285℃、绝对压力≤100Pa的条件下，反应1～4小时制得共聚酯；

切片制备步骤，将缩聚步骤得到的共聚酯进行切粒、干燥，制得共聚酯切片；

短纤维制备步骤，以共聚酯切片为原料，经干燥、预结晶、螺杆挤压熔融、喷丝、冷却成形、卷绕、往复、集束、上油、牵伸、卷曲、切断、打包，制成涡流纺用涤纶短纤维。

更进一步地，前述的涡流纺用涤纶短纤维的制备方法，所述酯化步骤的反应原料用量，二元酸总量与二元醇的摩尔比为1：1.3～1.7；IPA的用量为PTA用量的0.5-10%，优选1-4%。

再进一步地，前述的涡流纺用涤纶短纤维的制备方法，所述缩聚步骤当中，DEG的加入量为PTA、IPA和EG原始使用量质量总和的0.1-3.5%，优选0.2-2.0%；加入的催化剂为乙二醇锑，其用量为：以PTA和IPA这两种二元酸的原始使用量之和为基数，每克使用（300±50）*10^-6g乙二醇锑。

本发明的技术效果主要体现在以下几方面：

⑴由于共聚酯中IPA的引入，破坏了常规PET的规整结构，同时也破坏了共聚酯球晶的完整性和有序性，使其结晶速率减慢、结晶度降低，从而引起了涡流纺专用涤纶短纤维结晶度的下降，进一步使其模量降低，提高了涡流纺专用涤纶短纤维的柔软性。

⑵通过内添加DEG，即在缩聚过程中加入DEG，进一步降低了PET的结晶性能，使共聚酯(或纤维)的结构变得疏松，影响热处理时的结晶过程，导致非晶区增多，从而使共聚酯的结晶速率减慢、结晶度降低，玻璃化温度和熔点均有所下降。

⑶本发明工艺运行稳定，得到共聚酯切片之后的纺丝过程可以沿用常规涤纶短纤维的工艺路线，制成的涡流纺专用涤纶短纤维的各项物理指标未见明显劣化，但是在IPA和内添加DEG的共同作用下，纤维的模量降低7～50%，断裂强度降低3-10%，纤维的手感柔软性得到很大程度的增强。

⑷由于上述特性，采用本发明技术方案制成的涤纶短纤维用于纺制“纯涤涡流纱”时，生产过程中“白粉”减少，清洁周期延长，电子清纱器打结失败率降低，打结质量提高，纱线的耐磨性能提高，粗节数、细节数均有降低，纱疵减少，纺制成的“纯涤涡流纱”手感柔软，色泽较深，满足了后道用户的需求。

具体实施方式

本发明提供一种涡流纺用涤纶短纤维的制备方法，以PTA和IPA为二元酸，以EG为二元醇进行酯化反应，之后加入DEG，在催化剂催化下缩聚制得共聚酯，然后再经过涤纶短纤维纺丝工艺加工，制成涡流纺用涤纶短纤维。

本发明所述涡流纺用涤纶短纤维的制备方法包括以下步骤：

采用本发明技术方案，由于IPA的加入改变了分子链的对称性，破坏了PET的规整结构，使链的排列松弛、柔顺性提高，运动能力增强，加快了链段向晶核的扩散和排列，同时也破坏了共聚酯球晶的完整性和有序性，使其结晶速率减慢、结晶度降低。随着IPA用量的增加，共聚酯熔点、结晶速率、结晶度均呈规律性递减的趋势更明显。

DEG是两个乙二醇分子的缩合物，它作为第四组分参与反应，其醚键结构破坏了PET大分子结构的规整性，降低了大分子内部的作用力，增加了柔性脂肪链的含量，影响热处理时的结晶过程，导致非晶区增多，从而降低了PET的结晶性能，使切片或纤维的结构变得疏松。

本发明通过添加一定比例的IPA和DEG，由于DEG和IPA共同起作用，共聚酯的结晶性能下降，使得纤维具有较低的模量、适宜的断裂伸长、良好的后牵伸性能，纤维的手感柔软性增强，同时纤维的伸长增大。

下面结合具体实例对本发明技术方案作进一步说明，所举的实施例仅是对本发明的方法作概括性例示，并不会限制本发明范围。

【实施例1】

300L聚合装置上，聚合釜内加入PTA、IPA和EG，酸与醇的摩尔比为1：1.39，IPA的添加量为PTA的1%（质量比，下同），直接酯化反应于230～270℃下进行，酯化反应的绝对压力为0.1～0.3MPa，副产物水和剩余EG被蒸馏出，2～3hr酯化反应结束。然后，以乙二醇锑为催化剂，其用量为300*10^-6g乙二醇锑/g（PTA+IPA），再加入占PTA、IPA和EG三者总配料量0.2%的DEG，开始抽真空、升温，在绝对压力不大于100Pa、温度270～280℃条件下进行缩聚反应，3～4hr反应结束（控制共聚酯熔体的特性粘度在0.65±0.03dl/g范围内，下同），经切粒和干燥制得共聚酯切片，其常规性能见表1。

【实施例2】

300L聚合装置上，聚合釜内加入PTA、IPA和EG，酸与醇的摩尔比为1：1.39，IPA的添加量为PTA的2%，直接酯化反应于230～270℃下进行，酯化反应的绝对压力为0.1～0.3MPa，副产物水和剩余EG被蒸馏出，2～3hr酯化反应结束。然后，以乙二醇锑为催化剂，其用量为300*10^-6g乙二醇锑/g（PTA+IPA），再加入占PTA、IPA和EG三者总配料量0.5%的DEG，开始抽真空、升温，在绝对压力不大于100Pa、温度270～280℃条件下进行缩聚反应，3～4hr反应结束，经切粒和干燥制得共聚酯切片，其常规性能见表1。

【实施例3】

300L聚合装置上，聚合釜内加入PTA、IPA和EG，酸与醇的摩尔比为1：1.39，IPA的添加量为PTA的3%，直接酯化反应于230～270℃下进行，酯化反应的绝对压力为0.1～0.3MPa，副产物水和剩余EG被蒸馏出，2～3hr酯化反应结束。然后，以乙二醇锑为催化剂，其用量为300*10^-6g乙二醇锑/g（PTA+IPA），再加入占PTA、IPA和EG三者总配料量1.5%的DEG，开始抽真空、升温，在绝对压力不大于100Pa、温度270～280℃条件下进行缩聚反应，3～4hr反应结束，经切粒和干燥制得共聚酯切片，其常规性能见表1。

表1：聚酯切片常规性能

表1中η系指切片的特性粘度，它是通过将苯酚和四氯乙烷（质量比3：2）溶解后，在水浴中(温度25.0±0.05℃)以乌氏粘度计测定获得；表1中的对比空白样，是在同样的300L聚合装置上，不添加IPA和DEG情况下获得的聚酯切片。

采用表1中的空白对比样以及实施例1-3的聚酯切片，分别在相同条件下纺丝、牵伸得到成品牵伸丝（DT丝），其物理性能见表2。

表2：DT丝物理性能

从表2可以看出，相比于对比空白样，实施例1、2、3得到的成品纤维断裂模量均有降低，实施例1的纤维模量降低了7.7%，实施例3的纤维模量降低了26%。

【实施例4】

在半连续聚合装置上，聚合釜内加入PTA、IPA和EG，酸与醇的摩尔比为1：1.7，IPA的添加量为PTA的3%，直接酯化反应于255～260℃下进行，酯化反应的绝对压力为0.1～0.3MPa，副产物水和剩余EG被蒸馏出，2～3hr酯化反应结束。然后，以乙二醇锑为催化剂，其用量为300*10^-6g乙二醇锑/g（PTA+IPA），再加入占PTA、IPA和EG三者总配料量1.5%的DEG，开始抽真空、升温，在绝对压力不大于100Pa、温度270～280℃条件下进行缩聚反应，3～4hr反应结束，经切粒和干燥制得共聚酯切片，其常规性能见表3。

表3：共聚酯切片常规性能

采用表3中的共聚酯切片进行涡流纺专用涤纶短纤维1.33dt×38mm的生产，主要工艺参数见表4。其生产过程稳定正常，纤维的物理性能及纺纱性能良好，具体数值对比见表5。

表4：涡流纺专用涤纶短纤维生产主要工艺参数

表5：本发明和现有产品各项性能指标对比数据

综上所述，采用本发明技术方案制得的涡流纺专用涤纶短纤维，纺纱可纺性良好，纺纱喷嘴压力有所降低，清洁周期延长，运行效率提高，所生产的涡流纱纱线品质优良、手感较软、色泽较深，达到了预期目的。

Claims

1.涡流纺用涤纶短纤维的制备方法，其特征在于：以PTA和IPA为二元酸，以EG为二元醇进行酯化反应，之后加入DEG，在催化剂催化下缩聚制得共聚酯，然后再经过涤纶短纤维纺丝工艺加工，制成涡流纺用涤纶短纤维。

2.根据权利要求1所述的涡流纺用涤纶短纤维的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的涡流纺用涤纶短纤维的制备方法，其特征在于：所述酯化步骤的反应原料用量，二元酸总量与二元醇的摩尔比为1：1.3～1.7。

4.根据权利要求3所述的涡流纺用涤纶短纤维的制备方法，其特征在于：所述酯化步骤的反应原料当中，IPA的用量为PTA用量的0.5-10%。

5.根据权利要求4所述的涡流纺用涤纶短纤维的制备方法，其特征在于：所述酯化步骤的反应原料当中，IPA的用量为PTA用量的1-4%。

6.根据权利要求2所述的涡流纺用涤纶短纤维的制备方法，其特征在于：所述缩聚步骤当中，DEG的加入量为PTA、IPA和EG原始使用量质量总和的0.1-3.5%。

7.根据权利要求6所述的涡流纺用涤纶短纤维的制备方法，其特征在于：所述缩聚步骤当中，DEG的加入量为PTA、IPA和EG原始使用量质量总和的0.2-2.0%。

8.根据权利要求2所述的涡流纺用涤纶短纤维的制备方法，其特征在于：所述缩聚步骤当中加入的催化剂为乙二醇锑，其用量为，以PTA和IPA这两种二元酸的原始使用量之和为基数，每克使用（300±50）*10^-6g乙二醇锑。