CN105586659A - 一种用于直接纺亲水导湿聚酯短纤维的生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于直接纺亲水导湿聚酯短纤维的生产方法，包括：(1)将对苯二甲酸与乙二醇进行混合，进行预聚反应，所得预聚物经终聚釜缩聚后，得到亲水改性共聚酯熔体；(2)将熔体直接输送至纺丝箱体，经异形喷丝板挤出后，制得亲水导湿聚酯短纤维。本发明通过将具有吸湿性的反应官能团引入到以PET为主体结构的聚酯体系中，过程采用钛催化剂和复合炕氧化热稳定剂，同时将聚醚类亲水改性剂在预缩聚阶段加入，减少了聚醚在釜内的停留时间，避免聚醚发生降解，并减少了聚酯切片干燥的步骤，进一步降低聚醚键断裂，聚酯降解的可能性，可以以较低的特性粘数制备得到力学性能优异的纤维。

Description

一种用于直接纺亲水导湿聚酯短纤维的生产方法

技术领域

本发明涉及一种聚酯短纤维的制备方法，特别涉及亲水导湿聚酯短纤维的制备方法。

背景技术

近年来，人们对服装面料的舒适性、健康性、安全性和环保性等要求越来越高，随着人们在户外活动时间的增加，休闲服与运动服相互渗透和融为一体的趋势也日益受到广大消费者的青睐，这类服装的面料，既要求有良好的舒适性，又要求在尽情活动时，一旦出现汗流浃背情况，服装不会粘贴皮肤而产生冷湿感。于是对面料的纤维提出了亲水导湿、吸湿速干的功能新要求。众所周知，棉纤维其吸湿性能好，穿着舒适，但当人的出汗量稍大时，棉纤维会因吸湿膨胀，其透气性下降并粘贴在皮肤上，同时，水分发散速度也较慢，从而给人体造成一种冷湿感；聚酯纤维其吸水性小，透湿性能差，由于其静电积累而容易引起穿着时产生纠缠的麻烦，尤其在活动时容易产生闷热感。近几年的国内纺织品市场上，对亲水导湿、吸湿速干纺织品需求呼声逐渐高涨，已引起业界人士的关注。

通过现有对聚酯纤维的表面粗糙化，或者是常规聚酯中添加亲水聚酯或水溶性聚酯后进行共混纺丝，均可达到一定的吸湿排汗效果，但在实际应用中仍存在一定的技术不足或缺陷，如表面物理刻蚀纤维的生产和使用过程中，有时会吸附灰尘、其他助剂，影响导湿效果；而通过添加水溶性聚酯形成微孔达到聚酯纤维导湿性能的应用，从客观上讲，给聚酯织物在生产和工艺上带来诸多不便和成本负担，因为聚酯纯纺织物的酸性染色环境无法溶出水溶性聚酯，必须增加一道碱处理工序，另外水溶性聚酯的添加影响了聚酯纤维的可纺性，因而在实际应用中的添加比例受限，纤维的亲水导湿性能也很难有所突破。

中国专利CN102926023A采用山梨醇和聚乙二醇为改性剂，在添加量为120-500ppm锑系催化剂催化剂、二氧化钛或钛酸四丁酯类钛系催化剂中的一种或两种复合催化剂制得抗静电亲水型聚酯经融入纺纱后得到抗静电亲水聚酯纤维。但该发明权利要求中所使用的催化剂添加量为120-500ppm，，容易造成聚酯熔体中杂质过多，且锑系催化剂为重金属，容易对环境或人体造成伤害，其纤维织物并不能直接用于内衣或与人体直接接触的服装面料中。且该专利未明确亲水性聚酯为连续式制备方法，聚酯纤维并未体现导湿排干这一功能。

中国专利CN1135494A专利采用氧化聚烯烃化合物作为亲水改性剂，并添加交联剂提高其接枝共聚的聚合度，再与其他聚酯进行复合纺丝从而达到吸湿效果，添加交联剂的聚合物会造成可纺性差，纤维成型性差等缺点。

发明内容

本发明的目的是通过对聚酯体系大分子结构进行分子设计，将具有吸湿性的反应官能团引入到以PET为主体结构的聚酯体系中，过程采用非重金属钛催化剂和复合抗氧化热稳定剂，使聚酯熔体由疏水性变为亲水性，熔体更加洁净、环保、稳定，再经异形截面纺丝，使织物具有永久吸湿快干性能。

本发明人惊讶的发现，通过添加亲水改性剂和特定的抗氧化热稳定剂，不仅可以将具有吸湿性的官能团引入到聚酯链段中，有效提高聚酯的亲水性，而且可以防止聚酯在后加工过程中的热降解和氧化降解，从而得到高耐热性聚酯熔体，有效降低纺丝过程中的热降解；由于添加少量钛系催化剂，确保其聚酯及其纤维环保无害；经过异形截面纺纱，增加纤维表面的毛细管虹吸效应，提高其导湿快干性能，使织物具有永久吸湿快干性能；将聚醚类亲水改性剂在预缩聚阶段加入，减少了聚醚在釜内的停留时间，避免聚醚发生降解，同时减少了聚酯切片干燥的步骤，进一步降低聚醚键断裂，聚酯降解的可能性，可以以较低的特性粘数制备得到力学性能优异的纤维。

具体来说，本发明提供了一种用于直接纺亲水导湿聚酯短纤维的生产方法，包括：

(1)聚酯原料包括对苯二甲酸，乙二醇，1～12wt％亲水改性剂，0.0001～0.0005wt％的抗氧化热稳定剂，钛原子含量为0.0002～0.006wt％的钛系催化剂，以聚酯理论重量计；将上述的对苯二甲酸与乙二醇按照1∶1.0～2.2的摩尔比进行混合，再投入钛系催化剂的乙二醇溶液，配置浆料；将配置好的浆料注入酯化反应釜进行酯化反应，得到中间体对苯二甲酸双羟乙酯，酯化率达到90％以上；将调配好的亲水改性剂乙二醇溶液和抗氧化热稳定剂与上述中间体混合均匀后输入预缩聚反应釜进行预缩聚，所得预聚物经终聚釜缩聚后，得到亲水改性共聚酯熔体；

(2)将亲水改性共聚酯熔体直接输送至纺丝箱体，经异形喷丝板挤出后，冷却固化成型并二次上油后制得原丝，再经后处理加工及表面处理后，制得亲水导湿聚酯短纤维。

本发明中，步骤(1)中所述的钛系催化剂没有特别的限制，可以为本领域常用的钛系催化剂，包括但不限于，乙二醇钛，钛酸四丁酯，钛酸四异丙酯。在本发明的实施例中，所述的钛系催化剂为乙二醇钛。优选，所述的钛系催化剂中钛原子含量为聚酯理论重量的0.0004～0.005wt％。

步骤(1)中亲水改性剂为直链脂肪族聚醚，例如聚乙二醇、聚丙二醇、聚四氢呋喃，乙酸丁酸纤维素，羧基烯烃及其衍生物，例如丙烯酸，甲基丙烯酸，丙烯酰胺，醋酸乙烯酯中任一种，优选数均分子量范围为500～2500的聚乙二醇。优选，亲水改性剂添加量为4～8wt％，以聚酯理论重量计算。在本发明中，亲水改性剂以乙二醇溶液的形式添加到反应体系中，亲水改性剂的浓度为5～30wt％。在本发明的实施例中，乙二醇溶液中亲水改性剂的浓度为5～30wt％。

步骤(1)中的抗氧化热稳定剂可以为抗氧剂和热稳定剂的混合物，混合比例任意。所述的抗氧剂为氢给予体型酚类抗氧剂，包括但不限于，汽巴公司的Irganox1010,Irganox1072,Irganox259。所述的抗氧剂也可以为过氧化物分解型亚磷酸类抗氧化剂，包括但不限于，汽巴公司的Irgafos168,Irgafos126。所述的热稳定剂可以为磷酸，多磷酸及其衍生物，包括但不限于，磷酸三甲酯(TMP)，磷酸三乙酯(TPP)和磷酰基乙酸三乙酯(TEPA)。所述的抗氧化热稳定剂还可以为可替代抗氧剂和热稳定剂的复合型抗氧化热稳定剂，例如，双(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基膦酸单乙酯)钙盐(CASNO.65140-91-2，又称抗氧剂1425)。添加抗氧化热稳定剂可以防止聚酯生产过程热降解和后加工过程中的热氧化降解反应。在本发明的一些实施例中，抗氧化热稳定剂为双(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基膦酸单乙酯)钙盐。优选，抗氧化热稳定剂的投入量为0.0003～0.0004wt％。

优选地，步骤(1)中所述的酯化反应温度为250～270℃，反应压力为0.08～0.12Mpa(表压)，酯化率为92～95％；预缩聚反应温度为265～285℃，压力为2000～5000Pa，反应时间为0.5～1.5小时，预缩聚反应釜为上流式预缩聚反应釜；终缩聚反应温度为275～288℃，压力为10～2000Pa，反应时间2～3小时，终缩聚反应釜为卧式带鼠笼式搅拌终缩聚反应釜。

优选，步骤(1)中酯化过程生成的水随乙二醇蒸出，经分馏塔分出水后，99wt％的乙二醇回流釜内。

上述方法步骤(1)制备的共聚酯特性粘度为0.65～0.75dl/g，端羧基含量为1～30mol/t。优选，共聚酯特性粘度为0.67～0.70dl/g，共聚酯端羧基含量为8～30mol/t。

本发明中，将步骤(1)所述的亲水改性共聚酯熔体制备到亲水导湿聚酯短纤维的方法，可以采用任一现有熔体纺异形纤维的方法。

步骤(2)中所述亲水改性共聚酯熔体经增压后从输送管道连续输送分配至纺丝箱体，优选的，在熔体输送管道中增设了熔体冷却器，以消除熔体管道径向温度梯度。同时，由于聚酯熔体在管道中的径向流动速度造成了管道中心与管壁熔体质量的差异，为确保熔体进入箱体时质量均匀，故优选，在管道中设置了静态混合器。

步骤(2)中，输送亲水改性共聚酯熔体至纺丝箱体的熔体输送管路温度260～290℃，优选的，熔体输送管道温度265～280℃。

步骤(2)中，优选采用低温熔体纺丝的方法纺丝，其中纺丝箱体温度为260～290℃；优选的，纺丝箱体温度265～280℃。

步骤(2)中，异形喷丝板截面可以是“十”字形，“H”形，“C”形，“L”形，“Y”形，“工”形中的任一种。

步骤(2)中，冷却固化的方式没有特别的限制，例如纺丝吹风冷却的方法。纺丝吹风冷却形式为侧吹风、中心环吹、内环吹中的任一种，优选的，纺丝吹风冷却形式为低阻尼中心环吹形式；环吹温度20～25℃，压力3.5～5.5kPa。

步骤(2)中纺丝二次上油使用的油剂及表面处理的油剂为润滑剂、抗静电剂、乳化剂的混合物，本发明对润滑剂、抗静电剂、乳化剂的选择没有特别的限制，本领域技术人员可以根据需要，确定具体的种类和添加量。

本发明对步骤(2)中原丝制备成品纤维的工艺没有特别的限制，本领域技术人员可以根据需要设定相应的参数。在本发明的一些实施例中，将原丝经集束，两级牵伸：一级牵伸(牵伸温度60～80℃，牵伸倍率3.0～3.4)，二级牵伸(牵伸温度90～120℃，牵伸倍率1.1～1.3)，再经紧张热定型(紧张温度170～210℃)、卷曲、松弛热定型(松弛温度60～90℃)，然后切断、打包，最终制得亲水导湿聚酯短纤维。

本发明的关键在于在连续式聚酯反应流程中，通过对催化剂体系和抗氧化热稳定剂的改进以及亲水改性剂的添加方式的改进，聚酯切片步骤的省略，提高酯化、缩聚反应速率，有效降低降解反应，有利于后加工温度的降低，以较低的特性粘度获得优异的力学性能，提高聚酯的亲水性；同时通过在熔体输送管道上增设熔体热交换器和静态混合器，消除熔体在输送过程中产生的径向温度梯度，有效降低由于温升而带来的聚酯降解。

与现有技术相比，本发明的有益效果有：

1、本发明采用的是一种在连续式聚酯流程生产线及直接纺熔体纺丝生产线上，规模化生产一种亲水导湿聚酯短纤维的生产方法，与目前现有国内外采用间歇装置制备切片再将切片熔融纺丝生产类似聚酯短纤维技术相比，具有反应温度低、副反应少、分子量稳定、产品性能高、能源消耗低等特点。

2、本发明采用钛系催化剂替代常规锑系催化剂进行聚酯生产，在确保催化效果的同时，大大降低添加量，有效降低了聚酯体系中的金属杂质，提高聚酯在后道加工过程中的可纺性。

3、本发明通过在PET大分子结构中引入亲水基团，制得的亲水导湿型聚酯短纤维由于在聚酯生产中增加了亲水性能，从而使得在纤维表面形成大量亲水基团，具有主动吸附潮湿的功效，与异形纤维的芯吸沟槽共同作用，可显著提高纤维织物的亲水导湿效果。

4、本发明共聚改性制得的共聚酯中亲水改性剂分布均匀、分子量稳定，力学性能优异；在直接纺过程中，熔体冷却器对熔体温度的调节，熔体热降解小，与切片纺丝比较，纺丝过程中，聚醚裂解气少，达到清洁生产过程的目的。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步详细的说明。本发明的保护范围不限于以下实施例，列举这些实例仅出于示例性目的而不以任何方式限制本发明。

性能测试方法

(1)聚酯树脂特性粘度、端羧基性能

根据国标GB/T14190-2008纤维级聚酯切片(PET)试验方法测试。

(2)聚酯纤维纤度

根据国标GB/T1798-2008生丝试验方法测试。

(3)聚酯纤维断裂强度、断裂伸长率

根据国标GB/T14337-2008聚酯纤维试验方法测试。

(4)聚酯纤维比电阻

根据国标GB/T14342-1993合成短纤维比电阻试验方法测试。

(5)聚酯纤维吸水率、蒸发速率

根据国标GB/T21655.1-2008纺织品吸湿速干性的评定方法测试。

如没特别说明，实施例中所有原料均为市售。

实施例

原料对苯二甲酸(PTA)和乙二醇(EG)，按配比进行打浆；调配浓度为0.04wt％的乙二醇钛乙二醇溶液，并参与浆料调制。

浆料以齿轮泵定量连续送入卧式带搅拌酯化反应釜，在表压0.08～0.15MPa、温度255～265℃下搅拌进行酯化，生成中间体对苯二甲酸双羟乙酯，反应至酯化率92～93％，酯化过程生成的水随乙二醇蒸出，经分馏塔分出水后，99wt％的乙二醇回流釜内，中间体对苯二甲酸双羟乙酯通过中间体管线进入预缩聚反应釜。

分子量为2000聚乙二醇进入调制区后，补加乙二醇调制得到聚乙二醇浓度为30wt％的乙二醇溶液，混合均匀后添加双(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基膦酸单乙酯)钙盐，再次搅拌0.5h后输送至中间体管线，与上述的中间体混合均匀后，以齿轮泵送入上流式预缩聚釜，在温度270～275℃，绝对压力4000～5000pa下进行预缩聚反应，反应时间1.0～1.5小时，得到预缩聚产物。

将预缩聚产物通过压差输送至卧式带鼠笼式搅拌终缩聚反应釜，在绝对压力10～2000Pa、温度278～283℃下不断搅拌，进行缩聚反应，反应时间2～3小时，得到聚醚改性共聚酯熔体。

聚醚改性的亲水性共聚酯熔体经增压泵增压后，直接通过装有熔体热交换器和静态混合器的熔体管道连续输送至纺丝箱体，经异形喷丝板挤出后经中心环吹冷却固化成型，并经二次上油牵伸后制得原丝，原丝经集束，两级牵伸：一级牵伸(牵伸温度60～80℃,牵伸倍率3.0～3.4)，二级牵伸(牵伸温度90～120℃,牵伸倍率1.1～1.3)，再经紧张热定型(紧张温度170～210℃)、卷曲、松弛热定型(松弛温度60～90℃)，然后切断、打包，最终制得亲水导湿聚酯短纤维。在牵伸过程中，通过三道上油对纤维表面进行处理，确保纤维的集束性、平滑性、抱合性、抗静电性。

实施例1-11所使用的原料聚醚、钛系催化剂、聚酯产品的主要质量指标及亲水导湿聚酯短纤维主要质量指标见表1和表2。

对比实施例连续法制备聚酯切片纺丝

将原料PTA、EG和催化剂乙二醇钛一同加入到酯化反应釜，开启搅拌打成浆料，其中PTA、EG摩尔比为1：1.7，在表压0.08MPa、温度260℃下进行酯化，生成中间体对苯二甲酸双羟乙酯，反应至酯化率为92～93％，然后加入聚醚溶液，两者混合后通过中间体管线进入预缩聚反应釜缩聚，反应温度270～275℃，绝对压力4000～5000pa，反应时间1.5～2.5小时；将预缩聚产物输入终缩聚釜，在反应温度278～282℃，绝对压力2000pa条件下反应3～4小时，进行缩聚反应得到聚醚改性共聚酯熔体，熔体经过滤器过滤后或冷却切粒。

聚酯切片在150℃温度下进行干燥15小时，在275℃温度下，经异形喷丝板熔融纺丝经中心环吹冷却固化成型，并经二次上油牵伸后制得原丝，原丝经集束，两级牵伸：一级牵伸(牵伸温度60～80℃,牵伸倍率3.0～3.4)，二级牵伸(牵伸温度90～120℃,牵伸倍率1.1～1.3)，再经紧张热定型(紧张温度170～210℃)、卷曲、松弛热定型(松弛温度60～90℃)，然后切断、打包，制备亲水导湿聚酯短纤维。

对比实施例1-3所使用的聚醚、钛系催化剂、聚酯产品的主要质量指标及亲水导湿聚酯短纤维主要质量指标见表3。

本发明实施例1-11制备得到的聚酯短纤维样品的吸水率均在250％以上体现了纤维的亲水吸湿性；纤维断裂强度均在4.0cN/dtex以上，断裂伸长率26％左右，完全满足纺纱织造要求；纤维比电阻均低于10⁷Ω·cm，具有良好的抗静电性能，蒸发速率≥018g/hr，保留了纤维优异的速干特性。

从对比实施例1-3结果数据可以看出，实施例1-11制备得到聚酯短纤维酯比切片熔融法所制得的聚酯短纤维，断裂强度要高，断裂伸长比较适中，质量控制比较稳定，异形截面喷丝板比圆形截面喷丝板所生产的聚酯短纤维吸水性和导湿性要更优异。

本领域技术人员应当注意的是，本发明所描述的实施方式仅仅是示范性的，可在本发明的范围内作出各种其他替换、改变和改进。因而，本发明不限于上述实施方式，而仅由权利要求限定。

表1实施例原料添加量

表2实施例制得聚酯树脂性能和聚酯短纤维性能

表3对比例

Claims (15)

1.一种用于直接纺亲水导湿聚酯短纤维的生产方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)聚酯原料包括对苯二甲酸，乙二醇和改性剂，1～12wt％亲水改性剂，0.0001～0.0005wt％的抗氧化热稳定剂，钛原子含量为0.0002～0.006wt％的钛系催化剂，以聚酯理论重量计，将对苯二甲酸与乙二醇按照1∶1.0～2.2的摩尔比进行混合，再投入钛系催化剂的乙二醇溶液，配置浆料；将配置好的浆料注入酯化反应釜进行酯化反应，得到中间体对苯二甲酸双羟乙酯，酯化率达到90％以上；将调配好的亲水改性剂乙二醇溶液、抗氧化热稳定剂与中间体对苯二甲酸双羟乙酯混合后进入预缩聚反应釜，进行预聚反应，所得预聚物经终聚釜缩聚后，得到亲水改性共聚酯熔体；

(2)将所述亲水改性共聚酯熔体直接输送至纺丝箱体，经异形喷丝板挤出后，冷却固化成型并二次上油后制得原丝，再经后处理加工及表面处理后，制得亲水导湿聚酯短纤维。

2.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所述步骤(1)中钛系催化剂为乙二醇钛，钛酸四丁酯，钛酸四异丙酯中至少一种，所述的钛系催化剂中钛原子含量为聚酯理论重量的0.0004～0.005wt％。

3.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所述步骤(1)中亲水改性剂为直链脂肪族聚醚，乙酸丁酸纤维素，羟基烯烃及其衍生物任一种。

4.根据权利要求3所述的生产方法，其特征在于，所述步骤(1)中，直链脂肪族聚醚为聚乙二醇、聚丙二醇、聚四氢呋喃；羧基烯烃及其衍生物为丙烯酸，甲基丙烯酸，丙烯酰胺，醋酸乙烯酯。

5.根据权利要求3所述的生产方法，其特征在于，所述步骤(1)中，聚乙二醇的数均分子量范围为500～2500。

6.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所述步骤(1)中亲水改性剂的添加量为4～8wt％，以聚酯理论重量计算；亲水改性剂的乙二醇溶液浓度为5～30wt％。(权利要求1亲水改性剂的添加量为1～12wt％，此处应为优化的数值范围)

7.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所述步骤(1)中抗氧化热稳定剂为抗氧剂和热稳定剂的混合物，所述的抗氧剂为氢给予体型酚类抗氧剂，过氧化物分解型亚磷酸类抗氧化剂中任一种，所述的热稳定剂可以为磷酸，多磷酸及其衍生物中任一种；抗氧化热稳定剂为复合型抗氧化热稳定剂，抗氧化热稳定剂的投入量为0.0003～0.0004wt％。

8.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所述步骤(1)所述的酯化反应温度为250～270℃、表压为0.08～0.12MPa，酯化率为92～95％；所述预缩聚反应温度为265～285℃，绝对压力为2000～5000Pa，时间为0.5～1.5小时；所述终缩聚反应温度为275～288℃，绝对压力为10～2000Pa，时间为2～3小时。

9.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，步骤(1)制备的共聚酯特性粘度为0.65～0.75dl/g，端羧基含量为1～30mol/t。

10.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，步骤(2)中所述亲水改性共聚酯熔体经增压后从输送管道连续输送分配至纺丝箱体，输送管路温度260～290℃，纺丝箱体温度为260～290℃。

11.根据权利要求10所述的生产方法，其特征在于，步骤(2)中所述熔体输送总管设有熔体冷却器和/或静态混和器。

12.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所述步骤(2)中异形喷丝板截面为字形，“H”形，“C”形，“L”形，“Y”形，“工”形任一种。

13.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所述步骤(2)纺丝冷却固化的方式为吹风冷却法。

14.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所述步骤(2)中纺丝二次上油使用的油剂及表面处理的油剂为润滑剂、抗静电剂、乳化剂的混合物。

15.根据权利要求1所述的生产方法，其特征在于，所述步骤(2)中原丝制备成品纤维的工艺为将原丝经集束，两级牵伸，再经紧张热定型、卷曲、松弛热定型，然后切断、打包，最终制得亲水导湿聚酯短纤维，其中：一级牵伸的牵伸温度60～80℃,牵伸倍率3.0～3.4，二级牵伸的牵伸温度90～120℃,牵伸倍率1.1～1.3；紧张温度为170～210℃；松弛温度为60～90℃。