CN104448277A - 一种全氟聚醚改性防污防熔滴共聚酯及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种全氟聚醚改性防污防熔滴共聚酯及其制备方法。所述全氟聚醚改性防污防熔滴共聚酯表面能不大于25mJ/cm2，聚酯极限氧指数大于34，特性粘度为0.50～0.65dL/g。制备方法为：采用对苯二甲酸、乙二醇、端羟基全氟聚醚为原料，第一步先是乙二醇与对苯二甲酸按比例进行混合，通过第一步加压条件下对苯二甲酸与乙二醇进行酯化反应，第二步然后再加入端羟基全氟聚醚先在加温常压下进行预缩聚，再在加温和真空条件下进行后缩聚反应，制备得到防污阻燃放熔滴多功能共聚酯。本发明所制备的聚酯具有优异的阻燃性能和防污性能和防熔滴性能，应用于家纺领域具有广阔的前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种全氟聚醚改性防污防熔滴共聚酯及其制备方法，属于聚酯多功能改性领域。
背景技术
聚酯纤维由有机二元酸和二元醇缩聚而成的聚酯，再经熔融纺丝所得的合成纤维。通常聚酯纤维指的是聚对苯二甲酸乙二醇酯纺制的纤维，中国商品名为涤纶，目前是合成纤维的第一大品种。聚酯纤维具有高强、高模、保型性好、尺寸稳定性高等优异性能，被广泛应用于服装、装饰、工农业等各领域。2012年中国聚酯纤维的产量以达3200万吨，但由于产品的同质化现象严重，产品附加值不高，许多企业都面临着开工艰难的困境，因此开发具有高附加值的聚酯纤维对提高企业的市场竞争力，扭转聚酯企业目前艰难的困境具有深远的意义。同时随着生活水平的提高，人们对服用纤维提出更高要求，以从传统的保暖为穿着目的发展到今天的以时尚、健康、安全等为追求。除了在服用领域，在汽车内饰品、家纺领域舒适安全性聚酯产品都具有极为广泛的应用。因此围绕舒适和安全性所开发的聚酯纤维新产品既是聚酯进一步发展的需要也是市场消费者日益增加的需求。
在防污阻燃聚酯的制备研究方面，国内外学者与结构已经展开了相关的研究。McCarthy等利用等离子体聚合的方法，在聚对苯二甲酸乙二醇酯表面上制备七氟丙烯酸酯薄膜(Chen W，Fadeev A Y，McCarthy T J，et al.Langmuir，1999，15：3395-3399)；Young-Yeon Ji等利用等离子体聚合方法，用氩气携带六甲基二甲硅氧烷(HMDSO)涂覆聚酯纤维，获得疏水性表面(Young-Yeon Ji，Yong-CheolHong，Suck-Hyun Lee，Sung-Dae Kim，Sang-SikKim.Surface&Coatings Technology.202(2008)5663-5667)。AshrafM等通过在聚酯织物表面涂覆氧化锌纳米棒来调控织物的亲水性与疏水性。(AshrafM，Campagne C，Perwuelz A，et al.Developmentof superhydrophilic and superhydrophobic polyester fabric by growing Zinc Oxidenanorods[J].Journal ofcolloid and interface science，2013，394：545-553)。中国专利“一种聚酯纤维用抗菌疏水复合剂的制备方法”(申请号CN 201310027956)首先合成了一种聚酯纤维用抗菌疏水复合剂，再将复合剂通过共聚的手段引入到聚酯分子链中，从而赋予共聚酯抗菌疏水性能。“一种强疏水性聚酯的制备方法”(申请号CN 201010611582)涉及一种强疏水性聚酯的制备方法以及制备出的具有类似荷叶的微纳米阶层复合结构的强疏水性聚酯，采用溶解-析出法制备强疏水性聚酯的制备方法。专利“赋予聚酯纤维物疏水性功能的方法”(申请号CN200810208040)在分散染料染色加工时，把聚酯纤维物浸泡于具有亲水性取代基的二卤代三嗪类化合物和多元氨基化合物以及染液的共存溶液中，经过多次的浸渍与高温热处理，最终制备疏水性的聚酯纤维。在阻燃防熔滴聚酯研究方面，同样国内外学者做了大量的工作：
在阻燃聚酯纤维研究方面，目前研究最为广泛且已经工业化的是利用磷系阻燃剂。中国专利“一种阻燃抗熔滴聚酯复合纤维的制备方法”(申请号CN102277653B)将芳香族二元羧酸、二元醇和含磷阻燃剂混合，同时加入催化剂和热稳定剂，反应即得阻燃共聚酯，共聚酯与磷酸盐玻璃共混并经熔融纺丝即得阻燃抗熔滴聚酯复合纤维。“一种阻燃共聚改性聚酯的制备方法”(申请号CN102020766A)将2-羧乙基苯基次膦酸(CEPPA)或羟甲基苯基次磷酸(HMPPA)直接加入聚酯原料对苯二甲酸和乙二醇混合浆料中，进入聚酯生产体系，经酯化、聚合生成改性阻燃聚酯。磷系阻燃剂具有高效无毒，从研究报道中多以CEPPA类为主，但是CEPPA分子两端羟基与羧基的不对称结构，而聚合过程中游离的端羧基难以进一步发生酯化反应，因此添加的CEPPA严重影响聚酯聚合度，难以满足高磷含量熔体直纺聚酯纤维的生产要求。
根据以上围绕防污阻燃防熔滴功能共聚酯的制备相关文献及专利的报道，可以归纳成以下几个方法：(1)在对聚酯熔融纺丝成型的纤维或织物涂覆具有防污、阻燃特性的整理剂。这种方法通过整理剂的涂覆在聚酯织物上从而赋予织物的功能性，从实施工艺上来看，为了提高整理剂在织物表面的负载，需要经过多次的浸渍加热等工艺，操作繁琐，效率低下。同时这种方法使纤维的风格硬化加大，进而由于洗涤等的揉搓作用引起的物理摩擦也容易使树脂皮膜剥离，从而使耐久性仍然受到限制；(2)常规通过与具有防污、阻燃剂进行共混从而实现聚酯的防污阻燃功能。涉及到功能母粒涉及与制备，对母粒的改性高效性、热稳定性、共混相容性及成纤性等方面提出了更高的要求。(3)通过在聚合中引入阻燃或防污改性组分以共聚合的形式制备防污阻燃防熔滴共聚酯，这类方法从聚酯分子化学水平进行设计改性，可以赋予聚酯纤维永久性的疏水、疏油及阻燃特性。同时这种方法尤其适合目前以熔体直纺为主的聚酯加工体系，具有效率高、成本低的特征。共聚合方法制备防污阻燃防熔滴聚酯关键在于引入的改性组分制备得到的共聚酯序列结构可控，具有良好的成纤性。
除此之外在这些报道中以研究防污或阻燃某一项性能为主，对制备的聚酯兼有防污与阻燃抗熔滴特性较少，这主要归结于多组分引入聚酯中，聚酯的成纤性受到较大的影响；引入的改性组分间的协同效应不明确，改性缺乏高效性，易造成改性成本大幅提高。
发明内容
本发明所要解决的问题是提供一种全氟聚醚改性防污防熔滴共聚酯及其制备方法，改善聚酯耐污性、阻燃性。
为了解决上述问题，本发明提供了一种全氟聚醚改性防污防熔滴共聚酯，其特征在于，所述全氟聚醚改性防污防熔滴共聚酯表面能不大于25mJ/cm2，聚酯极限氧指数大于34，特性粘度为0.50～0.65dL/g。
本发明还提供了上述全氟聚醚改性防污防熔滴共聚酯的制备方法，其特征在于，采用对苯二甲酸、乙二醇、端羟基全氟聚醚为原料，第一步先是乙二醇与对苯二甲酸按比例进行混合，通过第一步加压条件下对苯二甲酸与乙二醇进行酯化反应，第二步然后再加入端羟基全氟聚醚先在加温常压下进行预缩聚，再在加温和真空条件下进行后缩聚反应，制备得到防污阻燃放熔滴多功能共聚酯。
优选地，所述中对苯二甲酸与乙二醇的摩尔比为1∶1.25～1.67，且对苯二甲酸与全氟聚醚的摩尔比为1∶0.05～0.20。
优选地，所述全氟聚醚平均质均分子量为3000～20000。
优选地，所述第一步中的酯化反应的反应条件为：在氮气保护下，压强为0.2～0.3MPa，反应温度为220～260℃，反应时间为3～5h。
优选地，所述第二步中预缩聚反应的反应条件为：反应温度为260～280℃，反应时间为4～6h。
优选地，所述第二步中后缩聚反应的反应条件为：真空度低于60Pa，反应温度为270～290℃，反应时间为3～5h。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明提供一种全氟聚醚改性防污防熔滴共聚酯及其制备方法，采用共聚改性的方法，以端羟基改性的全氟聚醚为功能改性单体，通过端羟基在缩聚过程中与聚酯发生的酯交换反应，实现在聚酯分子主链上引入含氟链段，从而达到防污以及防熔滴改性的目的，且含氟链段的序列结构均一可控，赋予聚酯具有疏水、疏油特性，同时引入的含氟基团，改善聚酯耐污性、阻燃性，同时由于柔性链段的阻燃性使共聚酯具有优异的防熔滴性能。本发明赋予聚酯防污阻燃防熔滴性能并不是简单的功能叠加，而是基于功能聚酯分子化学结构设计与市场对此类产品的需求针对性研究开发，采用共聚改性避免了现有技术中氟碳材料以表明涂覆的方法扶着性差，而共混的方法易于发生相分离影响阻燃以及疏水的持久性，常用的化学接枝法制备方法昂贵，且性能稳定性差，阻燃与防污综合性能差的缺点；同时制备的共聚酯分子中含有长链全氟聚醚基团具有较高的柔性和回弹性能。本发明尤其适合熔体直纺制备防污阻燃防熔滴多功能共聚酯纤维，具有生产效率高、成本低、品质稳定的特点，具有良好的市场应用前景。
附图说明
图1为本发明提供的全氟聚醚改性防污防熔滴共聚酯及其制备方法其制备反应方程式；
图2为实施例3制备的全氟聚醚改性防污防熔滴共聚酯母粒的碳核磁共振图谱；
图3为实施例3制备的全氟聚醚改性防污防熔滴共聚酯母粒的氢核磁共振图谱。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
实施例1-5制备的样品的性能测试为其中表面能的测试采用视频接触角仪，以水、乙二醇为表面能测试试剂，测试温度为25℃，聚酯样品为260℃熔融下，制备成80×10×5mm的标准聚酯样条；同时极限氧指数测试按照国标GB/T2406-1993，把制备的标准样条进行测试；特性粘度测定采用质量比为1∶1的苯酚和四氯乙烷溶液，采用全自动粘度测定仪，毛细管直径为1.2mm，对聚酯的特性粘度进行测定。
实施例1
防污防熔滴共聚酯的制备方法以对苯二甲酸、乙二醇、端羟基全氟聚醚为原料，按照对苯二甲酸与乙二醇的摩尔比为1∶1.67，第一步先是乙二醇与对苯二甲酸按比例进行混合，在氮气保护下，压强在0.3MPa条件下，通过第一步加压条件下对苯二甲酸与乙二醇进行酯化反应，酯化反应温度在260℃，反应3h。第二步然后再加入端羟基全氟聚醚先在高温常压下进行预缩聚，对苯二甲酸与全氟聚醚的摩尔比为1∶0.20；所述的全氟聚醚平均质均分子量为3000；控制预缩聚反应反应温度在260℃，保持4h。再在高温和高真空条件下进行后缩聚反应，控制后缩聚反应真空度低于60Pa，反应温度在290℃，反应时间为3h。
反应方程式如图1所示，制备得到防污阻燃放熔滴共聚酯，防污防熔滴共聚酯具有表面能为21.5mJ/cm2，且极限氧指数为38，特性粘度为0.50dL/g。
实施例2
防污防熔滴共聚酯的制备方法以对苯二甲酸、乙二醇、端羟基全氟聚醚为原料，按照对苯二甲酸与乙二醇的摩尔比为1∶1.25，第一步先是乙二醇与对苯二甲酸按比例进行混合，在氮气保护下，压强在0.2MPa条件下，通过第一步加压条件下对苯二甲酸与乙二醇进行酯化反应，酯化反应温度在220℃，反应5h。第二步然后再加入端羟基全氟聚醚先在高温常压下进行预缩聚，对苯二甲酸与全氟聚醚的摩尔比为1∶0.05；所述的全氟聚醚平均质均分子量为20000；控制预缩聚反应反应温度在280℃，保持6h。再在高温和高真空条件下进行后缩聚反应，控制后缩聚反应真空度低于60Pa，反应温度在290℃，反应时间为5h。
反应方程式如图1所示，制备得到防污阻燃放熔滴共聚酯，防污防熔滴共聚酯具有表面能为20.1mJ/cm2，且极限氧指数为39，特性粘度为0.52dL/g。
实施例3
防污防熔滴共聚酯的制备方法以对苯二甲酸、乙二醇、端羟基全氟聚醚为原料，按照对苯二甲酸与二元醇的摩尔比为1∶1.25，第一步先是乙二醇与对苯二甲酸按比例进行混合，在氮气保护下，压强在0.3MPa条件下，通过第一步加压条件下对苯二甲酸与乙二醇进行酯化反应，酯化反应温度在240℃，反应5h。第二步然后再加入端羟基全氟聚醚先在高温常压下进行预缩聚，对苯二甲酸与全氟聚醚的摩尔比为1∶0.20；所述的全氟聚醚平均质均分子量为6000；控制预缩聚反应反应温度在260℃，保持6h。再在高温和高真空条件下进行后缩聚反应，控制后缩聚反应真空度低于60Pa，反应温度在285℃，反应时间为4.5h。
反应方程式如图1所示，制备得到防污阻燃放熔滴共聚酯，防污防熔滴共聚酯具有表面能为22mJ/cm2，且极限氧指数为36，特性粘度为0.635dL/g。
图2为上述制备的全氟聚醚改性防污防熔滴共聚酯母粒的碳核磁共振图谱，所制备的多功能共聚酯其各类碳原子的排列以及原料端羟基含氟聚醚的碳原子的化学位移如图中所示，图谱中D’(δ＝126.5ppm)、E’(δ＝115.8ppm)以及F’(δ＝113.6ppm)对应的化学位移为原料端羟基全氟聚醚的碳原子化学位移，在共聚酯中其化学位移发生了迁移，其中D’和E’碳原子经反应后接枝在聚酯链段中，其化学位移向高化学位移方向迁移，分别由原来的126.5ppm和115.8ppm提高到129.8ppm和119.7ppm，因此说明端羟基全氟聚醚参与了共聚反应，接枝在聚合物链段中。
图3为上述制备的防污阻燃防熔滴多功能共聚酯母粒的氢核磁共振图谱，所制备的多功能共聚酯其各类氢原子的排列以及原料端羟基全氟聚醚的氢原子的化学位移如图中所示，图谱中原料端羟基全氟聚醚只有一类氢原子，其化学位移为g为2.0ppm，聚合后由于端羟基全氟聚醚中氢与聚酯发生了共聚反应，因此其化学位移难以检测到，同时由于体系为醇过量体系，聚酯聚合后为醇封端，因此在图谱中2.0ppm处出现的化学位移为聚酯中乙二醇封端后的醇的化学位移，同时在d(δ＝4.45ppm)和e(δ＝3.95ppm)对应的化学位移为封端的乙二醇的化学位移，因此也证实了f(δ＝2.0ppm)为乙二醇的化学位移特征峰，据上所述说明端羟基全氟聚醚参与了共聚反应，并接枝在聚酯主链链段中。
实施例4
防污防熔滴共聚酯的制备方法以对苯二甲酸、乙二醇、端羟基全氟聚醚为原料，按照对苯二甲酸与二元醇的摩尔比为1∶1.50，第一步先是乙二醇与对苯二甲酸按比例进行混合，在氮气保护下，压强在0.2MPa条件下，通过第一步加压条件下对苯二甲酸与乙二醇进行酯化反应，酯化反应温度在260℃，反应4h。第二步然后再加入端羟基全氟聚醚先在高温常压下进行预缩聚，对苯二甲酸与全氟聚醚的摩尔比为1∶0.15；所述的全氟聚醚平均质均分子量为10000；控制预缩聚反应反应温度在275℃，保持5h。再在高温和高真空条件下进行后缩聚反应，控制后缩聚反应真空度低于60Pa，反应温度在290℃，反应时间为3.5h。制备得到防污阻燃放熔滴共聚酯，防污防熔滴共聚酯具有表面能为22.5mJ/cm2，且极限氧指数为36，特性粘度为0.65dL/g。
实施例5
防污防熔滴共聚酯的制备方法以对苯二甲酸、乙二醇、端羟基全氟聚醚为原料，按照对苯二甲酸与二元醇的摩尔比为1∶1.25～1.67，第一步先是乙二醇与对苯二甲酸按比例进行混合，在氮气保护下，压强在0.3MPa条件下，通过第一步加压条件下对苯二甲酸与乙二醇进行酯化反应，酯化反应温度在260℃，反应3.5h。第二步然后再加入端羟基全氟聚醚先在高温常压下进行预缩聚，对苯二甲酸与全氟聚醚的摩尔比为1∶0.10；所述的全氟聚醚平均质均分子量为3000；控制预缩聚反应反应温度在260℃，保持4.5h。再在高温和高真空条件下进行后缩聚反应，控制后缩聚反应真空度低于60Pa，反应温度在270℃，反应时间为5h。制备得到防污阻燃放熔滴共聚酯，防污防熔滴共聚酯具有表面能22mJ/cm2，且极限氧指数为36，特性粘度为0.625dL/g。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明采用共聚改性在聚酯链段中引入低表面能、阻燃作用的含氟官能团，以端羟基改性的全氟聚醚为功能改性单体，通过端羟基在缩聚过程中与聚酯发生的酯交换反应，实现在聚酯分子主链上引入含氟链段，从而达到防污以及防熔滴改性的目的；采用共聚改性避免了现有技术中氟碳材料以表面涂覆的方法附着性差，而共混的方法易于发生相分离影响阻燃以及疏水的持久性，常用的化学接枝法制备方法昂贵，且性能稳定性差，阻燃与防污综合性能差的缺点；同时所得到的防污阻燃防熔滴聚酯与常规共混方法得到的功能聚酯通过索氏提取，以三氯乙烷为溶剂，经提取48h后，对样品的阻燃以及表面能进行测试，如下表1所示；表面本发明通过共聚的方法，实现了含氟官能团共聚在聚酯分子主链上，从而避免了共混方法难以与聚酯相容，而在索氏提取中，低分子链的含氟化合物及树脂流失，导致其表面能以及极限氧指数的变化。
表1 经索氏提取后样品性能变化
Claims (7)
1.一种全氟聚醚改性防污防熔滴共聚酯，其特征在于，所述全氟聚醚改性防污防熔滴共聚酯表面能不大于25mJ/cm2，聚酯极限氧指数大于34，特性粘度为0.50～0.65dL/g。
2.一种权利要求1所述的全氟聚醚改性防污防熔滴共聚酯的制备方法，其特征在于，采用对苯二甲酸、乙二醇、端羟基全氟聚醚为原料，第一步先是乙二醇与对苯二甲酸按比例进行混合，通过第一步加压条件下对苯二甲酸与乙二醇进行酯化反应，第二步然后再加入端羟基全氟聚醚先在加温常压下进行预缩聚，再在加温和真空条件下进行后缩聚反应，制备得到防污阻燃放熔滴多功能共聚酯。
3.根据权利要求2所述的全氟聚醚改性防污防熔滴共聚酯的制备方法，其特征在于，所述中对苯二甲酸与二元醇的摩尔比为1∶1.25～1.67，且对苯二甲酸与全氟聚醚的摩尔比为1∶0.05～0.20。
4.根据权利要求2或3所述的全氟聚醚改性防污防熔滴共聚酯的制备方法，其特征在于，所述全氟聚醚平均质均分子量为3000～20000。
5.根据权利要求2所述的全氟聚醚改性防污防熔滴共聚酯的制备方法，其特征在于，所述第一步中的酯化反应的反应条件为：在氮气保护下，压强为0.2～0.3MPa，反应温度为220～260℃，反应时间为3～5h。
6.根据权利要求2所述的全氟聚醚改性防污防熔滴共聚酯的制备方法，其特征在于，所述第二步中预缩聚反应的反应条件为：反应温度为260～280℃，反应时间为4～6h。
7.根据权利要求2所述的全氟聚醚改性防污防熔滴共聚酯的制备方法，其特征在于，所述第二步中后缩聚反应的反应条件为：真空度低于60Pa，反应温度为270～290℃，反应时间为3～5h。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20150325 |
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |