CN105088761A

CN105088761A - 一种双亲三嗪类单体对涤纶纤维亲水改性的方法

Info

Publication number: CN105088761A
Application number: CN201510590085.8A
Authority: CN
Inventors: 陈庆华; 叶海华; 肖荔人; 曹长林; 许兢; 钱庆荣; 黄宝铨; 夏新曙
Original assignee: Quangang Petrochemical Research Institute of Fujian Normal University
Current assignee: Quangang Petrochemical Research Institute of Fujian Normal University
Priority date: 2015-09-17
Filing date: 2015-09-17
Publication date: 2015-11-25
Anticipated expiration: 2035-09-17
Also published as: CN105088761B

Abstract

本发明公开一种双亲三嗪类单体对涤纶纤维亲水改性的方法，包括如下步骤：将100质量份的干燥后的PET、1~3质量份干燥后的含有GMA侧基的长链烷烃扩链剂和0.1~0.5质量份的抗氧剂在高速混合机中混合；将混合均匀好的物料在双螺杆挤出机中进行熔融挤出造粒，制备改性亲水聚酯粒料；将改性后的亲水聚酯粒料熔融纺丝，制备出表面含有GMA基团和少量羟基的改性涤纶纤维；将预反应后的涤纶纤维放入配制好的双亲三嗪类单体反应溶液中，在微波条件下进行接枝反应，即制备得到强亲水的涤纶纤维。采用微波法使接枝反应速度比常规方法迅速且效率高，微波穿透能力强，不需要搅拌，达到准确的温度和反应过程控制效果。

Description

一种双亲三嗪类单体对涤纶纤维亲水改性的方法

技术领域

本发明涉及一种纺丝改性的亲水聚酯切片，以及涉及一种双亲三嗪类单体（BEATs）整理改性的亲水纤维的制备方法。

背景技术

聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）的分子为高度对称芳环结构，线性好且分子链结构立体规整，易于取向和结晶，使其具有较高的强度和良好的成纤性及成膜性，并且具有优良的耐热性、尺寸稳定性、耐化学药品性、电绝缘性等特性，价格便宜，所以广泛用做纤维、薄膜、聚酯瓶、工程塑料等。涤纶是聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）纤维的商品名称，因其良好的特性成为了合成纤维中的三大主力之一。但是由于涤纶纤维不具有亲水基团，加上其紧密的大分子链结构，结晶度高，吸湿能力差，在标准状态下（20℃和相对湿度65%）涤纶的回潮率仅为0.4%，而棉在相同的温度和湿度下回潮率高达7%，导致涤纶织物穿着时排汗困难，有闷湿感，这使其在舒适性方面要比棉等天然纤维差得多，因此限制了其在更大范围内的应用。

随着科学技术的发展和人们物质生活水平的提高，越来越多的消费者更加关注自身的健康，人们对所穿着服装的功能性和舒适性要求越来越高。对于夏季穿着的服装，尤其是运动服装，吸湿排汗性能越来越受到快节奏生活的消费者的喜爱。因此，改变涤纶纤维的疏水性，提高其吸湿性，改善穿着舒适性，使其满足生产高品质服装的要求，这样有利于拓宽涤纶纤维的应用领域，提高涤纶织物的应用价值，开辟新的经济增长点。

目前对改善涤纶纤维的亲水性已进行过较多探索，从文献报导看，赋予涤纶纤维或织物亲水性主要有两种方法：一是纺丝改性：在纤维的纺丝过程中利用纤维的合成技术对涤纶纤维结构进行改性，使涤纶纤维本身具有亲水性能，从而改善涤纶的穿用性能；二是整理改性：大多在纤维表面改性，利用涤纶织物后整理技术而达到改性目的。即在涤纶大分子链上引入亲水基团，使织物表面形成亲水层，从而改变纤维表面亲水性能。

本发明提供的是一种将纺丝改性和整理改性相结合的方法，实现涤纶纤维改性达到“一步改性弱亲水、二步改性强亲水”的目标。第一步是纺丝改性：以HY-3525G（含有GMA侧基的长链烷烃扩链剂）为弱亲水剂对回收PET进行熔融改性，使聚酯切片含有亲水性的GMA环氧基团和少量羟基，当聚酯切片纺成纤维后使其具有弱亲水性，HY-3525G是GMA(甲基丙烯酸缩水甘油酯）烷烃的共聚物，为杭州海一高分子材料有限公司出品的，它是一种环氧官能化的助剂，在聚合物材料的加工中是性能优秀的加工助剂和改性助剂，基本结构是在长链的烷烃侧链聚合了GMA官能单体；第二步是整理改性：经过第一步改性后，改性涤纶纤维表面含有GMA基团，再以我们课题组自制的双亲三嗪类单体（BEATs）为强亲水剂与改性涤纶纤维表面的环氧官能团GMA发生接枝反应，在改性涤纶大分子链上引入BEATs，从而使涤纶纤维表面含有大量的羟基来改善其亲水性能。之所以选用BEATs作为强亲水剂是因为其具有大量的端羟基、高溶解性、高化学反应活性、合成简单等性质，是一种理想的绿色环保无污染的强亲水整理剂。传统工艺采用碱减量联合亲水剂工艺处理涤纶纤维使其获得亲水性，其产生的废水极难处理，废水COD高达数万以上，生物处理困难，造成严重的环境污染和资源浪费。本发明提供的对涤纶纤维进行“两步走”改性的新型方法，能快速、高效、无污染地改善涤纶纤维的表面亲水性能，并且可根据涤纶织物的亲水要求进行分步亲水改性，满足不同的应用需求，具有更大的性能优越性和市场竞争力。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种端羟基双亲三嗪类单体（BEATs）改性涤纶纤维制备强亲水涤纶纤维的方法。主要是通过在聚酯切片中先引入反应活性基团，在聚酯切片纺成纤维后通过双亲三嗪类单体（BEATs）进行亲水整理，使具备强亲水性能。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：所述的一种双亲三嗪类单体对涤纶纤维亲水改性的方法，包括如下步骤：

1）将PET和含有GMA侧基的长链烷烃扩链剂干燥；

2）将步骤1）100质量份的干燥后的PET、1~3质量份干燥后的含有GMA侧基的长链烷烃扩链剂和0.1~0.5质量份的抗氧剂在高速混合机中混合5-10min；

3）将步骤2）混合均匀好的物料在双螺杆挤出机中进行熔融挤出造粒，制备改性亲水聚酯粒料；其中双螺杆挤出机各段反应温度分别为170、210、230、240、250、260、260、260、260℃，模头温度为255℃，主机转速160r/min；

4）将经过步骤3）改性后的亲水聚酯粒料熔融纺丝，制备出表面含有GMA基团和少量羟基的改性涤纶纤维，改性涤纶纤维呈现弱亲水性；熔融纺丝步骤的熔融纺丝温度为250~300℃，纺丝速度为800~3000m/min，拉伸温度为60~90℃，总拉伸倍率为3~5倍；

5）将步骤4）纺出的改性涤纶纤维浸入DCP引发剂溶液中，在微波条件下预反应20~30min，预反应温度为60~80℃，微波功率为300~500W；

6）将步骤5）预反应后的涤纶纤维放入配制好的双亲三嗪类单体反应溶液中，在微波条件下进行接枝反应，一段时间后，取出，水洗，在烘箱中烘干至恒重，即制备得到强亲水的涤纶纤维；所述双亲三嗪类单体溶液的质量分数为5~30%，反应温度为90~110℃，接枝反应时间为60~90min，微波功率为300~500W。

所述PET采用PET原生料或回收的PET瓶片。

所述含有GMA侧基的长链烷烃扩链剂采用HY-3525G。

所述DCP引发剂溶液采用浓度为0.5wt%~2wt%的DCP引发剂溶液。

上述任一所述的方法制得的双亲三嗪类单体对涤纶纤维。

具体地说，本发明所述的一种双亲三嗪类单体对涤纶纤维亲水改性的方法，包括如下步骤：

1）将PET在120℃鼓风干燥箱中干燥12h，HY-3525G（含有GMA侧基的长链烷烃扩链剂）在60℃真空干燥箱中干燥8h。

2）将100质量份干燥后的PET、1~3质量份干燥后的HY-3525G和0.1~0.5质量份抗氧剂在高速混合机中混合5-10min。

3）将步骤2）混合均匀好的物料在双螺杆挤出机中进行熔融挤出造粒，制备改性的亲水聚酯粒料；其中双螺杆挤出机各段反应温度分别为170、210、230、240、250、260、260、260、260℃，模头温度为255℃，主机转速160r/min。

4）将经过步骤3）改性后的亲水聚酯粒料熔融纺丝，制备出表面含有GMA基团和少量羟基的涤纶纤维，改性涤纶纤维呈现弱亲水性；熔融纺丝步骤的熔融纺丝温度为250~300℃，纺丝速度为800~3000m/min，拉伸温度为60~90℃，总拉伸倍率为3~5倍。

5）将步骤4）纺出的涤纶纤维浸入0.5~2wt%的DCP引发剂溶液中，在微波条件下预反应20~30min，预反应温度为60~80℃，微波功率为300~500W。

6）将步骤5）预反应后的涤纶纤维放入配制好的双亲三嗪类单体反应溶液中，在微波条件下进行接枝反应一段时间后，取出，水洗，在烘箱中烘干至恒重，即制备得到强亲水的涤纶纤维；所述双亲三嗪类单体溶液的质量分数为5~30%，反应温度为90~110℃，接枝反应时间为60~90min，微波功率为300~500W。

由于采用以上技术方案，与现有涤纶纤维亲水改性的方法比较，本发明具有以下优点：

1）本发明采用纺丝改性和整理改性相结合的方法，可根据涤纶织物的亲水要求进行分步亲水改性，满足不同的应用需求。

2）本发明选用HY-3525G作为扩链剂，在提高R-PET分子量和熔体强度的同时，又引入了GMA环氧基团，使涤纶纤维具备弱亲水性，并且为下步强亲水改性提供了可能。

3）本发明采用接枝双亲三嗪类单体（BEATs）来改善涤纶纤维的亲水性能，因BEATs含有多个羟基，羟基的可及度比较高，使得改性涤纶纤维具有强亲水能力；双亲三嗪类单体（BEATs）通过接枝的方式分布在聚酯基体中，在保证改善亲水效果的同时又不影响涤纶纤维原有的性能。

4）采用微波法使接枝反应速度比常规方法迅速且效率高，微波穿透能力强，不需要搅拌，达到准确的温度和反应过程控制效果，确保接枝反应的均匀性和一致性。

具体实施方式

下面的实施例是对本发明的进一步详细描述。

本发明所用的双亲三嗪类单体的制备方法详见：李丹.双亲三嗪类磷衍生物及其膨胀阻燃性能[D].福建师范大学,2013，其合成方程式如下：

实施例1

将购于福州隆诚实业有限公司的回收PET瓶片在120℃鼓风干燥箱中干燥12h，从杭州海一高分子材料有限公司获得的HY-3525G在60℃真空干燥箱中干燥8h；然后，将100质量份干燥后的回收PET瓶片、1质量份干燥后的HY-3525G和0.5质量份抗氧剂168/1010在高速混合机中混合8min；把混合均匀好的物料在双螺杆挤出机中进行熔融挤出造粒，制备R-PET/HY-3525G共混物，其中双螺杆挤出机各段反应温度分别为170、210、230、240、250、260、260、260、260℃，模头温度为255℃，主机转速160r/min；将改性后的亲水聚酯粒料（即：R-PET/HY-3525G共混物）熔融纺丝，制备出表面含有GMA基团和少量羟基的涤纶纤维，其平均水接触角为73°，而在相同的加工情况下，普通涤纶纤维平均水接触角为95°，因此改性涤纶纤维呈现弱亲水性，其中熔融纺丝温度为260℃，纺丝速度为1000m/min，拉伸温度为60℃，总拉伸倍率为4.5倍；然后将纺出的涤纶纤维浸入质量百分比浓度为0.5%的过氧化二异丙苯(DCP)引发剂溶液中，在微波条件下预反应30min，预反应温度为60℃，微波功率为300W；最后将预反应后的涤纶纤维放入配制好的质量分数为10%的双亲三嗪类单体（BEATs）反应溶液中，在微波条件下进行接枝反应60min，反应温度为90℃，微波功率为300W；然后取出，水洗，在烘箱中烘干至恒重，经双亲三嗪类单体（BEATs）改性后的涤纶纤维平均水接触角为35°，即制备得到强亲水的涤纶纤维。

实施例2

将购于福州隆诚实业有限公司的回收PET瓶片在120℃鼓风干燥箱中干燥12h，从杭州海一高分子材料有限公司获得的HY-3525G在60℃真空干燥箱中干燥8h；然后，将100质量份干燥后的回收PET瓶片、3质量份干燥后的HY-3525G和0.5质量份抗氧剂168/1010在高速混合机中混合8min；把混合均匀好的物料在双螺杆挤出机中进行熔融挤出造粒，制备R-PET/HY-3525G共混物，其中双螺杆挤出机各段反应温度分别为170、210、230、240、250、260、260、260、260℃，模头温度为255℃，主机转速160r/min；将改性后的亲水聚酯粒料（即：R-PET/HY-3525G共混物）熔融纺丝，制备出表面含有GMA基团和少量羟基的涤纶纤维，其平均水接触角为61°，而在相同的加工情况下，普通涤纶纤维平均水接触角为95°，因此改性涤纶纤维呈现弱亲水性，其中熔融纺丝温度为280℃，纺丝速度为3000m/min，拉伸温度为70℃，总拉伸倍率为3倍；然后将纺出的涤纶纤维浸入质量百分比浓度为0.5%的过氧化二异丙苯(DCP)引发剂溶液中，在微波条件下预反应30min，预反应温度为60℃，微波功率为300W；最后将预反应后的涤纶纤维放入配制好的质量分数为30%的双亲三嗪类单体（BEATs）反应溶液中，在微波条件下进行接枝反应90min，反应温度为90℃，微波功率为300W；然后取出，水洗，在烘箱中烘干至恒重，经双亲三嗪类单体（BEATs）改性后的涤纶纤维平均水接触角为23°，即制备得到强亲水的涤纶纤维。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种双亲三嗪类单体对涤纶纤维亲水改性的方法，包括如下步骤：

1）将PET和含有GMA侧基的长链烷烃扩链剂干燥；

2.根据权利要求1所述的一种双亲三嗪类单体对涤纶纤维亲水改性的方法，其特征在于：所述PET采用PET原生料或回收的PET瓶片。

3.根据权利要求1所述的一种双亲三嗪类单体对涤纶纤维亲水改性的方法，其特征在于：所述含有GMA侧基的长链烷烃扩链剂采用HY-3525G。

4.根据权利要求1或2或3所述的一种双亲三嗪类单体对涤纶纤维亲水改性的方法，其特征在于：所述DCP引发剂溶液采用浓度为0.5wt%~2wt%的DCP引发剂溶液。

5.权利要求1-4任一所述的方法制得的双亲三嗪类单体对涤纶纤维。