CN105970342A - 使用钛系催化剂制造pet聚酯直接纺短纤维的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种使用钛系催化剂制造PET聚酯直接纺短纤维的方法，采用直接纺方法，在酯化反应和预缩聚反应过程中持续加入调配在EG中的钛系催化剂，并加入紫外线转化剂、磷系稳定剂和消光剂，经终缩聚反应、直接纺、后整理步骤而成。本发明采用直接纺工艺，在酯化和缩聚工序添加同时添加钛系催化剂，并加入不参与聚酯合成反应，但可以有效将紫外线转化为蓝色可见光的双苯乙烯杂环类化合物，同时加入磷系稳定剂，本发明的整个反应过程相对锑系催化剂来说，温度要下调1～5℃，且降低催化剂添加的用量，以上改进不但能降低表观色泽b值，而且能提高短纤维的机械性能。

Description

使用钛系催化剂制造PET聚酯直接纺短纤维的方法
技术领域
本发明专利涉及纺织领域，具体涉及一种使用钛系催化剂制造PET聚酯直接纺短纤维的方法。
背景技术
大型工业化(100吨/天以上)PET聚酯短纤维的合成过程，通常是使用锑(Sb)系催化剂为聚缩催化剂，使用精PTA(PTA)与EG(EG)为原料，经过酯化(Esterification)及聚缩反应(Polycondensation)，在聚缩反应中加入锑(Sb)系催化剂(如三氧化二锑、EG锑或醋酸锑等)，在真空和高温条件下，合成具有相当分子量的熔融聚合物，并通过管道输送至纺丝；通过侧向骤冷风冷却丝束，经过对丝束拉伸、定型、卷曲和切断得到短纤维。
据不完全统计，至2013年底，全球PET聚酯产能为7200万吨，其中聚酯PET纤维为4000万吨(民用长丝、短纤维和高黏度涤纶工业丝，不包括560万吨再生纤维)，占PET聚酯的56％，PET瓶、双向拉伸薄膜(Bo-PET)和热塑性工程塑料占44％。中国大陆PET纤维占总量的88％。在产业化合成PET聚酯过程中，95％以上采用重金属锑系催化剂，在聚酯中至少含有150-300ppm(百万分之一)。年消耗锑系催化剂超过1万吨，全球锑资源应用的70％源自中国大陆，中国聚酯产业在为全球做出重大贡献的同时，也给中国大陆的资源消耗、环境污染带来不可逆转的影响。
1976年和1979年，欧盟和美国分别将锑列为优先关注的污染物，其它国家也纷纷对锑制定了严格的环境标准。
2013年，欧盟对纺织品中的重金属含量提出了新的限制要求。如果产品中不含锑，此产品可以“ECO卷标”区别辨识，即生态纺织品标签Eco-label(生态纺织品技术标准Standard100由国际生态纺织品研究和检验协会制定)。2013年4月1日起执行最新版本。
在北美和欧洲部分食品包装用PET已经产业化实现了不含重金属催化剂的所谓环保、节能和清洁型的产品，包括PET瓶和包装薄膜。
此外，北美、欧盟也已开始禁止或限制在电气电子类高聚物(包括PET工程塑料)上使用锑、锡、铅等重金属催化剂和添加剂。
上世纪90年代起，随着高分子聚合物化学理论及技术的进步，德国Acordis公司研制的C-94催化剂属于TiO2/SiO2复合固体催化剂，克服了锑系催化剂的缺点，催化活性至少为锑系催化剂的6－8倍。
美国伊士曼化工1994年申请一项钛系催化剂发明专利，其技术特征是采用钛酸烷基酯与磷化合物、钴化合物、调色剂组成催化体系，催化活性至少是Sb2O3的6.6倍。日本帝人公司研制的钛磷络合物聚酯催化剂，由钛化合物和磷化合物反应生成，利用磷的强配位改善钛的稳定性和活性。其中钛化合物可以为烷氧基钛、烷氧基钛与羧酸或酸酐反应的产物。
德国Sachtleben公司开发了商品名为HombifastPC的高活性TiO2聚酯催化剂，已应用于纤维级和瓶级切片的生产。该催化剂为固体粉末，由大比表面积的多孔粒子组成，使溶剂分子容易进入孔内，溶解钛酸盐粒子成为TiO2+催化活性体。它的添加量为20－30μg/g，可使产能增加15％。
采用高效、环保的非重金属催化剂取代锑系催化剂成为当今聚酯产业可持续发展的关键。已经成功商业化应用钛系催化剂合成PET的有美国伊士曼化工、威尔曼聚酯、日本帝人、日本东洋纺等。但都局限在非纤聚酯领域，采用直接纺丝工艺生产聚酯PET短纤维尚未见报道。
采用钛系催化剂应用于直接酯化、连续缩聚PET合成工业最显著的优点除了环保、安全、提高效率外，还有可以比较大的幅度降低合成、纺丝过程的温度，降低了能耗；还可以使熔体更为洁净，使纤维的物理机械性能更均匀，生产过程的稳定性大为提高，降低了物料消耗；但同时也存在几项比较难以克服的问题，一是固体PET的b值偏高(观感偏黄)，二是固体PET在干燥熔融纺丝过程中的大分子降解速率比较锑系催化剂高1倍以上，在同样分子量条件下，纤维的物理机械性能相对较低。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种使用钛系催化剂制造PET聚酯直接纺短纤维的方法，该方法制得的PET聚酯短纤维表观色泽b值较低，且物理机械性能更均匀。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种使用钛系催化剂制造PET聚酯直接纺短纤维的方法，其步骤包括：
A、酯化反应：以PTA与EG为原料进行酯化反应，获得酯化齐聚物，酯化反应过程中持续加入调配在EG中的钛系催化剂；
B、预缩聚反应：酯化齐聚物进入预缩聚釜中进行预缩聚反应获得低聚合物，预缩聚过程中持续加入调配在EG中的紫外线转化剂、磷系稳定剂和消光剂，并加入调配在EG中的钛系催化剂；
C、终缩聚反应：低聚合物进入终缩聚釜中进行预缩聚反应，获得熔融体；
D、直接纺：熔融体经热交换升温后进入纺丝箱，经喷出、骤冷、牵引、卷绕，成初生纤维；
E、后整理：对初生纤维进行后整理，成短纤维；
其中钛系催化剂中的钛含量占聚酯总量的6～60ppm，其在酯化反应和预缩聚反应添加的比例为1:9～7:3；
紫外线转化剂占聚酯中总量的2～5ppm，磷系稳定剂占聚酯中总量的10～30ppm；
EG/PTA的摩尔比介于1.05～1.25。
进一步的，所述钛系催化剂为钛酸酯类化合物。
进一步的，所述紫外线转化剂为2,2-(4,4-二苯乙烯基双苯并噁唑)，磷系稳定剂为磷酸三甲酯。
进一步的，所述步骤A中将PTA与EG混合调制成浆体，加热后再进入酯化釜中进行酯化反应，酯化温度为260～270℃，酯化反应的压力小于0.07Mpa。
进一步的，所述步骤B中预缩聚釜为上流式预缩聚釜，预缩聚反应的温度为265～275℃；预缩聚反应的压力为1～30Kpa。
进一步的，所述步骤C中终缩聚釜为卧式终缩聚釜，终缩聚反应的温度为270～284℃；终缩聚反应的压力低于200Pa，终缩聚反应至熔融体特性黏度达到0.60～0.75dl/g。
进一步的，所述步骤D中热交换使熔体进入纺丝箱体前的温度为282～285℃，将熔体从喷丝板微孔挤出，形成熔体细流，由环状空气流设施对熔体细流进行骤冷，骤冷风的风温为26～30℃，经过牵引辊将丝条引至卷绕辊，并通过喂入轮将丝条送至水平方向可规律移动的盛丝筒，牵引速度和卷绕速度控制在1000米/分～1300米/分。
进一步的，所述步骤E中，将多个盛丝筒列排，并列引出丝束组成丝片进行第一次拉伸，由第一拉伸机和第二拉伸机组成对丝片的速度差，由此形成对丝片的机械拉伸，拉伸介质为温度控制的水浴，由第三拉伸机和第二拉伸机组成对丝片的速度差，形成对丝片的第二次拉伸，拉伸介质为蒸汽，第一拉伸比为3.22～3.28，第二拉伸比为1.12～1.16，水浴温度为55～60℃，蒸汽浴温度为110～130℃；经过拉伸后的丝片在有张力热定型辊设施进行热定型，热定型温度为190～205℃，丝片再经过冷却，对丝片表面上油，然后通过张力调节器和蒸汽加热，使丝片进入卷曲机，对丝片进行机械卷曲，机械卷曲的温度为90～110℃，再经过无张力热定型机对丝片进行松弛定型，温度为70～90℃。然后丝片被引入切断机，将丝片切成所需要的短纤维。
本发明中，在酯化和缩聚工序添加同时添加钛系催化剂，并加入不参与聚酯合成反应，但可以有效将紫外线转化为蓝色可见光的双苯乙烯杂环类化合物，同时加入磷系稳定剂，本发明的整个反应过程相对锑系催化剂来说，温度要下调1～5℃，且降低催化剂添加的用量，以上改进不但能降低表观色泽b值，而且能提高短纤维的机械性能。通过直接纺生产工艺，避免了熔融体冷却成为固体，再加热成为熔融体纺丝所造成的热降解，同时，在熔体输送过程中，通过管线上的具有混合功能的熔体冷却器，降低熔体温度；采用相对较低的纺丝温度，减少在高温条件下高聚物逆向反应，可以使同样特性黏度的PET聚酯得到物理机械性能更均匀的PET短纤维。
附图说明
图1为本发明使用的直接纺系统的聚合部分的结构示意图。图1中M表示机械动力，例如电动机加减速箱。
图2为本发明使用的直接纺系统的纺丝及后整理部分的结构示意图。
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。
具体实施方式
实施例1：1.30dtex半消光高强低伸水刺非织造布直接纺短纤维
目标为无重金属，相对低的纤密度，相对较高的纤维断裂强度和180℃干热收缩率，即相对较高的织物热稳定性，纤维的物理机械性能均匀性高，疵点含量低。因此，设置聚酯工艺的目标是相对较高的特性黏度0.680dl/g，相对较低的聚合反应温度，相对较低的熔体温度，以其给纺丝更多的可调节手段。一套聚酯系列分别对应4条纺丝线和一套切粒设施。
聚酯日产量340吨/日，采用国内自主创新的三釜流程工艺，采用EG钛为催化剂(选泽淄博晓光化工材料有限公司产品)，将钛系催化剂与EG调配成稀溶液1，进入催化剂储槽2，便于计量精确，由连续计量的注射泵4、8将钛系催化剂分别计量注射到酯化釜热交换器9和预缩聚釜13前，钛系催化剂中的钛含量占聚酯总量的6ppm，其中在酯化步骤添加量为3ppm。
紫外线转化剂(选择美国伊士曼化工的EASTOBRITE)、消光剂由EG调配后进入储槽2a并有计量控制阀3和计量注射泵8进入上流式预缩聚釜。添加调配在EG内的二氧化钛消光剂，添加量为0.3％wt成品，紫外线转化剂为2ppm，采用磷酸三甲酯作为磷系稳定剂，磷含量为聚酯的15ppm。钛系催化剂添加量为3ppm。EG、PTA按摩尔比1:1.05调配后进入浆料调配储槽5，由浆料输送泵定量输送至酯化外循化换热器9的底部，浆料被加热后进入酯化釜10，并不断利用压力差进行循环，酯化温度为265℃，酯化率大于96％，酯化压力小于0.07Mpa，酯化副反应水以及部分EG和其它分解物从釜顶排出，约总酯化液循环量的10％经过阀门11由输送泵提供上流式预聚釜13，酯化液进入后被换热器进一步加热，进行预缩聚，控制温度为270℃，预缩聚反应的压力为30Kpa，塔顶排出水以及部分EG，预缩聚物由位差进入终缩聚釜14，由缓慢旋转的网盘对缩聚物进行搅拌并形成薄膜，进一步排出小分子，反应温度为282℃，终缩聚反应的压力低于200Pa，将特性黏度提高至目标值0.680dl/g，由终缩聚釜底部的出料泵15将熔体输送至纺丝工序，熔体管线上设置的熔体冷却器16类似静态混合器，将由于高压输送和高黏度熔融体摩擦产生的热量尽可能由热交换方式降低，使进入纺丝箱的熔体温度为282℃，纺丝箱体设置的温度为286℃。
采用由内向外吹风的骤冷风设施，吹风温度控制在26℃，并喷涂抗静电和润滑成分组成的油剂，经过纺丝19、牵引20以及喂入轮21，将丝条引入盛丝筒22。纺丝速度为1300m/min。盛丝筒内的丝条含油水率约为20％，丝的大分子结构很不稳定，需要后整理进行再加工。
后整理采用辊式拉伸机和夹套热辊式紧张热定型设施，第一拉伸机23第二拉伸机25之间采用控制水温的浴槽24，第一拉伸比为3.22，水浴温度为60℃，第三拉伸机27与第二拉伸机之间采用蒸汽浴26，第二拉伸比为1.12，蒸汽浴温度控制为130℃。丝片经过18个辊筒组成的紧张热定型设备28，设定温度为190℃。丝条再经过冷却29，对丝片表面上油30，然后通过张力调节器31和蒸汽加热32，使丝片进入卷曲机33，对纤维进行机械卷曲，机械卷曲的温度为105℃，卷曲后的丝片再经过无张力热定型机34(热空气)对丝片进行松弛定型，温度为70℃。然后丝片被引入切断机35，将丝片切成所需要的短纤维，然后由包装机36对短纤维加压包装成为短纤维产品包37。
对短纤维产品进行测试，制备条件及测试结果见表1。
实施例2：1.25dtex半消光高强低伸水刺非织造布直接纺短纤维
目标为无重金属，相对低的纤密度，相对较高的纤维断裂强度和180℃干热收缩率，即相对较高的织物热稳定性，纤维的物理机械性能均匀性高，疵点含量低。因此，设置聚酯工艺的目标是相对较高的特性黏度0.60dl/g，相对较低的聚合反应温度，相对较低的熔体温度，以其给纺丝更多的可调节手段。一套聚酯系列分别对应4条纺丝线和一套切粒设施。
聚酯日产量300吨/日，采用国内自主创新的三釜流程工艺，采用EG钛为催化剂(选泽淄博晓光化工材料有限公司产品)，将钛系催化剂与EG调配成稀溶液1，进入催化剂储槽2，便于计量精确，由连续计量的注射泵4、8将钛系催化剂分别计量注射到酯化釜热交换器9和预缩聚釜13前，钛系催化剂中的钛含量占聚酯总量的30ppm，其在酯化添加量为9ppm。
紫外线转化剂(选择美国伊斯曼化工的EASTOBRITE)、消光剂、热稳定剂(磷酸三甲酯)由EG调配后进入储槽2a并有计量控制阀3和计量注射泵8进入上流式预缩聚釜。添加调配在EG内的二氧化钛消光剂，添加量为0.3％wt成品，紫外线转化剂为4ppm，磷酸三甲酯为10ppm，钛系催化剂添加量为21ppm。
EG、PTA按摩尔比1:1.25比例调配后进入浆料调配储槽5，由浆料输送泵定量输送至酯化外循化换热器9的底部，浆料被加热后进入酯化釜10，并不断利用压力差进行循环，酯化温度为260℃，酯化率大于96％，酯化压力小于0.07Mpa，酯化副反应水以及部分EG和其它分解物从釜顶排出，约总酯化液循环量的10％经过阀门11由输送泵提供上流式预聚釜13，酯化液进入后被换热器进一步加热，进行预缩聚，控制温度为275℃，预缩聚反应的压力为15Kpa，塔顶排出水以及部分EG，预缩聚物由位差进入终缩聚釜14，由缓慢旋转的网盘对缩聚物进行搅拌并形成薄膜，进一步排出小分子，反应温度为284℃，反应压力低于200Pa，将特性黏度提高至目标值0.60dl/g，由终缩聚釜底部的出料泵15将熔体输送至纺丝工序，熔体管线上设置的熔体冷却器16类似静态混合器，将由于高压输送和高黏度熔融体摩擦产生的热量尽可能由热交换方式降低，使进入纺丝箱的熔体温度为285℃，纺丝箱体设置的温度为286℃。
采用由内向外吹风的骤冷风设施，吹风温度控制在28℃，并喷涂抗静电和润滑成分组成的油剂，经过纺丝19、牵引20以及喂入轮21，将丝条引入盛丝筒22。纺丝速度为1200m/min。盛丝筒内的丝条含油水率约为20％，丝的大分子结构很不稳定，需要后整理进行再加工。
后整理采用辊式拉伸机和夹套热辊式紧张热定型设施，第一拉伸机23第二拉伸机25之间采用控制水温的浴槽24，第一拉伸比为3.26，水浴温度为60℃，第三拉伸机27与第二拉伸机之间采用蒸汽浴26，第二拉伸比为1.14，蒸汽浴温度控制为120℃。丝片经过18个辊筒组成的紧张热定型设备28，设定温度为200℃。丝条再经过冷却29，对丝片表面上油30，水刺非织造布专用油剂(选择苏州竹本油剂)，然后通过张力调节器31和蒸汽加热32，使丝片进入卷曲机33，对纤维进行机械卷曲，机械卷曲的温度为90℃，卷曲后的丝片再经过无张力热定型机34(热空气)对丝片进行松弛定型，温度为90℃。然后丝片被引入切断机35，将丝片切成所需要的短纤维，然后由包装机36对短纤维加压包装成为短纤维产品包37。
对短纤维产品进行测试，制备条件及测试结果见表1。
实施例3：1.11dtex全消光超细水刺非织造布直接纺短纤维
目标值为无重金属，相对低的纤密度，相对较高的纤维断裂强度和180℃干热收缩率，即相对较高的织物热稳定性，纤维的物理机械性能均匀性高，疵点含量低。因此，设置聚酯工艺的目标是相对较高的特性黏度0.75dl/g，相对较低的聚合反应温度，较高的消光剂含量，相对较低的熔体温度，以其给纺丝更多的可调节手段。一套聚酯系列分别对应4条纺丝线和一套切粒设施。
聚酯日产量300吨/日，采用国内自主创新的三釜流程工艺，采用EG钛为催化剂(选泽淄博晓光化工材料有限公司产品)，将钛系催化剂与EG调配成稀溶液1，进入催化剂储槽2，便于计量精确，由连续计量的注射泵4、8将钛系催化剂分别计量注射到酯化釜热交换器9和预缩聚釜13前，钛系催化剂中的钛含量占聚酯总量的60ppm，其在酯化添加为42ppm。
紫外线转化剂(选择美国伊斯曼化工的EASTOBRITE)、消光剂、热稳定剂(磷酸三甲酯)由EG调配后进入储槽2a并有计量控制阀3和计量注射泵8进入上流式预缩聚釜。添加调配在EG内的二氧化钛消光剂，添加量为2.0％wt成品，紫外线转化剂为5ppm，磷酸三甲酯为30ppm，钛系催化剂添加量为18ppm。
EG、PTA按摩尔比1:1.15比例调配后进入浆料调配储槽5，由浆料输送泵定量输送至酯化外循化换热器9的底部，浆料被加热后进入酯化釜10，并不断利用压力差进行循环，酯化温度为270℃，酯化率大于96％，酯化副反应水以及部分EG和其它分解物从釜顶排出，约总酯化液循环量的10％经过阀门11由输送泵提供上流式预聚釜13，酯化液进入后被换热器进一步加热，进行预缩聚，控制温度为265℃，预缩聚反应的压力为1Kpa，塔顶排出水以及部分EG，预缩聚物由位差进入终缩聚釜14，由缓慢旋转的网盘对缩聚物进行搅拌并形成薄膜，进一步排出小分子，反应温度为270℃，反应压力低于200Pa，将特性黏度提高至目标值0.75dl/g，由终缩聚釜底部的出料泵15将熔体输送至纺丝工序，熔体管线上设置的熔体冷却器16类似静态混合器，将由于高压输送和高黏度熔融体摩擦产生的热量尽可能由热交换方式降低，使进入纺丝箱的熔体温度为283℃，纺丝箱体设置的温度为286℃。
采用由内向外吹风的骤冷风设施，吹风温度控制在30℃，并喷涂抗静电和润滑成分组成的油剂，经过纺丝19、牵引20以及喂入轮21，将丝条引入盛丝筒22。纺丝速度为1000m/min。盛丝筒内的丝条含油水率约为20％，丝的大分子结构很不稳定，需要后整理进行再加工。
后整理采用辊式拉伸机和夹套热辊式紧张热定型设施，第一拉伸机23第二拉伸机25之间采用控制水温的浴槽24，第一拉伸比为3.28，水浴温度为60℃，第三拉伸机27与第二拉伸机之间采用蒸汽浴26，第二拉伸比为1.16，蒸汽浴温度控制为110℃。丝片经过18个辊筒组成的紧张热定型设备28，设定温度为205℃。丝条再经过冷却29，对丝片表面上油30，水刺非织造布专用油剂(选择苏州竹本油剂)，然后通过张力调节器31和蒸汽加热32，使丝片进入卷曲机33，对纤维进行机械卷曲，机械卷曲的温度为100℃，卷曲后的丝片再经过无张力热定型机34(热空气)对丝片进行松弛定型，温度为85℃。然后丝片被引入切断机35，将丝片切成所需要的短纤维，然后由包装机36对短纤维加压包装成为短纤维产品包37。
对短纤维产品进行测试，制备条件及测试结果见表1。
对比例1：1.33dtex半消光高强低伸棉型直接纺短纤维
目标为无重金属，相对较高的纤维断裂强度和180℃干热收缩率，即相对较高的织物热稳定性，纤维的物理机械性能均匀性高，疵点含量低。因此，设置聚酯工艺的目标是相对较高的特性黏度0.680dl/g，相对较低的聚合反应温度，相对较低的熔体温度，以其给纺丝更多的可调节手段。一套聚酯系统分别对应4条纺丝线和一套切粒设施。
聚酯日产量340吨/日，采用国内自主创新的三釜流程工艺，采用淄博晓光化工材料有限公司生产的EG钛为催化剂，由EG调配至催化剂储槽2a，按目标5ppm钛元素最终产品添加量。同时添加调配在EG内的二氧化钛消光剂，添加量为0.3％wt成品。参考图1，由注射泵8连续注射至上流式预缩聚釜。
EG、PTA按比例调配后进入浆料调配储槽5，由浆料输送泵定量输送至酯化外循化换热器9的底部，浆料被加热后进入酯化釜10，并不断利用压力差进行循环，酯化温度为270℃，酯化率大于96％，酯化副反应水以及部分EG和其它分解物从釜顶排出，约总酯化液循环量的10％经过阀门11由输送泵提供上流式预聚釜13，酯化液进入后被换热器进一步加热，进行预缩聚，控制温度为272℃，塔顶排出水以及部分EG，预缩聚物由位差进入终缩聚釜14，由缓慢旋转的网盘对缩聚物进行搅拌并形成薄膜，进一步排出小分子，反应温度为282℃，将特性黏度提高至目标值0.680dl/g，由终缩聚釜底部的出料泵15将熔体输送至纺丝工序，熔体管线上设置的熔体冷却器16类似静态混合器，将由于高压输送和高黏度熔融体摩擦产生的热量尽可能由热交换方式降低，纺丝箱体设置的温度为285℃。
采用由内向外吹风的骤冷风设施，吹风温度控制在26℃，并喷涂抗静电和润滑成分组成的油剂，经过纺丝19、牵引20以及喂入轮21，将丝条引入盛丝筒22。纺丝速度为1250m/min。盛丝筒内的丝条含油水率约为20％，丝的大分子结构很不稳定，需要后整理进行再加工。
后整理采用辊式拉伸机和夹套热辊式紧张热定型设施，第一拉伸机23第二拉伸机25之间采用控制水温的浴槽24，第一拉伸比为3.22，水浴温度为60℃，第三拉伸机27与第二拉伸机之间采用蒸汽浴26，第二拉伸比为1.12，蒸汽浴温度控制为130℃。丝片经过18个辊筒组成的紧张热定型设备28，设定温度为195℃。丝条再经过冷却29，对丝片表面上油30，然后通过张力调节器31和蒸汽加热32，使丝片进入卷曲机33，对纤维进行机械卷曲，机械卷曲的温度为105℃，卷曲后的丝片再经过无张力热定型机34(热空气)对丝片进行松弛定型，温度为90℃。然后丝片被引入切断机35，将丝片切成所需要的短纤维，然后由包装机36对短纤维加压包装成为短纤维产品包37。
对短纤维产品进行测试，制备条件及测试结果见表1。
对比例2：1.38dtex半消光高强低伸水刺非织造布直接纺短纤维
聚合工艺同实施例1，由聚酯工序侧线切粒产出钛系聚酯切片。经过初步干燥后进入切片储料仓，切片的含水率控制在小于0.4％wt。
采用切片纺丝工艺，来自切片储料仓的切片，由罗茨风机输送至连续式干燥设备，预结晶温度135℃，干燥温度155℃，干燥时间为14小时。切片含水率为50ppm。特性黏度为0.65dl/g。
螺杆各段挤出温度分别为266℃，270℃，275℃，285℃，285℃，纺丝温度为285℃，采用由内向外吹风的骤冷风设施，吹风温度控制在30℃，并喷涂抗静电和润滑成分组成的油剂，经过纺丝19、牵引20以及喂入轮21，将丝条引入盛丝筒22。纺丝速度为1100m/min。盛丝筒内的丝条含油水率约为20％，丝的大分子结构很不稳定，需要后整理进行再加工。
后整理采用辊式拉伸机和夹套热辊式紧张热定型设施，第一拉伸机23第二拉伸机25之间采用控制水温的浴槽24，第一拉伸比为3.04，水浴温度为65℃，第三拉伸机27与第二拉伸机之间采用蒸汽浴26，第二拉伸比为1.05，蒸汽浴温度控制为130℃。丝片经过18个辊筒组成的紧张热定型设备28，设定温度为200℃。丝条再经过冷却29，对丝片表面上油30，水刺非织造布专用油剂(选择苏州竹本油剂)，然后通过张力调节器31和蒸汽加热32，使丝片进入卷曲机33，对纤维进行机械卷曲，机械卷曲的温度为105℃，卷曲后的丝片再经过无张力热定型机34(热空气)对丝片进行松弛定型，温度为90℃。然后丝片被引入切断机35，将丝片切成所需要的短纤维，然后由包装机36对短纤维加压包装成为短纤维产品包37。
对短纤维产品进行测试，制备条件及测试结果见表1。
对比例3：1.33dtex半消光高强低伸棉型直接纺短纤维
目标特性黏度0.640dl/g，一套聚酯系列分别对应4条纺丝线和一套切粒设施。
聚酯日产量340吨/日，采用国内自主创新的三釜流程工艺，采用EG锑为催化剂，由EG调配至催化剂储槽2，按目标270ppm梯元素最终产品添加量。同时添加调配在EG内的二氧化钛消光剂，添加量为0.3％wt成品和热稳定剂磷酸三甲酯，30ppm。参考图1，由注射泵8连续注射至上流式预缩聚釜。
EG、PTA按比例调配后进入浆料调配储槽5，由浆料输送泵定量输送至酯化外循化换热器9的底部，浆料被加热后进入酯化釜10，并不断利用压力差进行循环，酯化温度为272℃，酯化率大于96％，酯化副反应水以及部分EG和其它分解物从釜顶排出，约总酯化液循环量的10％经过阀门11由输送泵提供上流式预聚釜13，酯化液进入后被换热器进一步加热，进行预缩聚，控制温度为275℃，塔顶排出水以及部分EG，预缩聚物由位差进入终缩聚釜14，由缓慢旋转的网盘对缩聚物进行搅拌并形成薄膜，进一步排出小分子，反应温度为285℃，将特性黏度提高至目标值0.640dl/g，由终缩聚釜底部的出料泵15将熔体输送至纺丝工序，熔体管线上设置的熔体冷却器16类似静态混合器，将由于高压输送和高黏度熔融体摩擦产生的热量尽可能由热交换方式降低，纺丝箱体设置的温度为285℃。
采用由内向外吹风的骤冷风设施，吹风温度控制在24℃，并喷涂抗静电和润滑成分组成的油剂，经过纺丝19、牵引20以及喂入轮21，将丝条引入盛丝筒22。纺丝速度为1200m/min。盛丝筒内的丝条含油水率约为20％，丝的大分子结构很不稳定，需要后整理进行再加工。
后整理采用辊式拉伸机和夹套热辊式紧张热定型设施，第一拉伸机23第二拉伸机25之间采用控制水温的浴槽24，第一拉伸比为3.22，水浴温度为60℃，第三拉伸机27与第二拉伸机之间采用蒸汽浴26，第二拉伸比为1.12，蒸汽浴温度控制为130℃。丝片经过18个辊筒组成的紧张热定型设备28，设定温度为195℃。丝条再经过冷却29，对丝片表面上油30，然后通过张力调节器31和蒸汽加热32，使丝片进入卷曲机33，对纤维进行机械卷曲，机械卷曲的温度为105℃，卷曲后的丝片再经过无张力热定型机34(热空气)对丝片进行松弛定型，温度为90℃。然后丝片被引入切断机35，将丝片切成所需要的短纤维，然后由包装机36对短纤维加压包装成为短纤维产品包37。
对短纤维产品进行测试，制备条件及测试结果见表1。
经过比较表1所示的实施例1-3及对比例1-3的结果后，可以得到以下结论：
1、实施例1至3、对比例1-2的PET聚酯合成，都有可能让聚合反应的温度下降，在酯化添加部分催化剂的降温效果更好。聚酯节能效果明显。且为低温(相对)纺丝，减少热降解，提高纤维得物理机械性能和热稳定性有正向作用。
2、添加紫外线转化剂对降低b值的作用明显。
3、根据对比例1，在酯化和预缩聚过程中同时加入EG钛对色相b值的降低有帮助。
4、根据对比例2，直接纺丝工艺能解决钛系催化剂生产的聚酯易降解的弊端，因此，纤维产品质量均匀性和热稳定性能够维持并优于锑系催化剂所生产的纤维。
5、钛系催化剂的使用，为直接纺丝的纺丝温度降低提供良好基础，大幅度降低了熔融体内的杂质，更容易使得纤维质量均匀，尤其是生产低线密度产品。纤维的疵点含量相对降低了一个数量级。纤维生产运行效率提高。扩大了后整理加工窗口，为生产多品种柔性化创造了条件。
表1：短纤维产品性能测试结果图
注：涤纶短纤维采用国家标准和相应的分析检验标准GB/T14464-2008涤纶短纤维中具体的分析、取样、测试国标。
聚酯的特征值以及分析方法采用GB/T14189-2008纤维级聚酯切片(PET)
GB/T14190-2008纤维级聚酯切片(PET)试验方法

Claims (8)

1.一种使用钛系催化剂制造PET聚酯直接纺短纤维的方法，其步骤包括：
A、酯化反应：以PTA与EG为原料进行酯化反应，获得酯化齐聚物，酯化反应过程中持续加入调配在EG中的钛系催化剂；
B、预缩聚反应：酯化齐聚物进入预缩聚釜中进行预缩聚反应获得低聚合物，预缩聚过程中持续加入调配在EG中的紫外线转化剂、磷系稳定剂和消光剂，并加入调配在EG中的钛系催化剂；
C、终缩聚反应：低聚合物进入终缩聚釜中进行预缩聚反应，获得熔融体；
D、直接纺：熔融体经热交换升温后进入纺丝箱，经喷出、骤冷、牵引、卷绕，成初生纤维；
E、后整理：对初生纤维进行后整理，成短纤维；其中钛系催化剂中的钛含量占聚酯总量的6～60ppm，其在酯化反应和预缩聚反应添加的比例为1:9～7:3；紫外线转化剂占聚酯中总量的2～5ppm，磷系稳定剂占聚酯中总量的10～30ppm；EG/PTA的摩尔比介于1.05～1.25。
2.根据权利要求1所述的使用钛系催化剂制造PET聚酯直接纺短纤维的方法，其特征在于：所述钛系催化剂为钛酸酯类化合物。
3.根据权利要求2所述的使用钛系催化剂制造PET聚酯直接纺短纤维的方法，其特征在于：所述紫外线转化剂为2,2-(4,4-二苯乙烯基双苯并噁唑)，磷系稳定剂为磷酸三甲酯。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的使用钛系催化剂制造PET聚酯直接纺短纤维的方法，其特征在于：所述步骤A中将PTA与EG混合调制成浆体，加热后再进入酯化釜中进行酯化反应，酯化温度为260～270℃，酯化反应的压力小于0.07Mpa。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的使用钛系催化剂制造PET聚酯直接纺短纤维的方法，其特征在于：所述步骤B中预缩聚釜为上流式预缩聚釜，预缩聚反应的温度为265～275℃；预缩聚反应的压力为1～30Kpa。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的使用钛系催化剂制造PET聚酯直接纺短纤维的方法，其特征在于：所述步骤C中终缩聚釜为卧式终缩聚釜，终缩聚反应的温度为270～284℃；终缩聚反应的压力低于200Pa，终缩聚反应至熔融体特性黏度达到0.60～0.75dl/g。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的使用钛系催化剂制造PET聚酯直接纺短纤维的方法，其特征在于：所述步骤D中热交换使熔体进入纺丝箱体前的温度为282～285℃，将熔体从喷丝板微孔挤出，形成熔体细流，由环状空气流设施对熔体细流进行骤冷，骤冷风的风温为26～30℃，经过牵引辊将丝条引至卷绕辊，并通过喂入轮将丝条送至水平方向可规律移动的盛丝筒，牵引速度和卷绕速度控制在1000米/分～1300米/分。
8.根据权利要求1-3中任一项所述的使用钛系催化剂制造PET聚酯直接纺短纤维的方法，其特征在于：所述步骤E中，将多个盛丝筒列排，并列引出丝束组成丝片进行第一次拉伸，由第一拉伸机和第二拉伸机组成对丝片的速度差，由此形成对丝片的机械拉伸，拉伸介质为温度控制的水浴，由第三拉伸机和第二拉伸机组成对丝片的速度差，形成对丝片的第二次拉伸，拉伸介质为蒸汽，第一拉伸比为3.22～3.28，第二拉伸比为1.12～1.16，水浴温度为55～60℃，蒸汽浴温度为110～130℃；经过拉伸后的丝片在有张力热定型辊设施进行热定型，热定型温度为190～205℃，丝片再经过冷却，对丝片表面上油，然后通过张力调节器和蒸汽加热，使丝片进入卷曲机，对丝片进行机械卷曲，机械卷曲的温度为90～110℃，再经过无张力热定型机对丝片进行松弛定型，温度为70～90℃。然后丝片被引入切断机，将丝片切成所需要的短纤维。
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