CN108017779A - 一种易染色性聚酯及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种易染色性聚酯及其制备方法。本发明采用连续聚酯装置制备易染色性聚酯，其首先将对苯二甲酸、乙二醇混合搅拌进行浆料调制，再进行第一次酯化；然后加入第三单体进行第二次酯化；接着，依次进行预缩聚、缩聚和终缩聚反应，得到易染色性聚酯产品。本发明所制得的聚酯纤维具有阳离子染料可染、高收缩性、织物手感柔软、抗起毛球等特性，并具有环境安全性，能够有效地大批量生产，可广泛用于纯纺或与丝、绢、棉、毛、麻等天然纤维混纺，以获得风格多样的服用面料。

Description

一种易染色性聚酯及其制备方法

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，具体地说，本发明涉及一种易染色性聚酯及其制备方法。

背景技术

聚酯(聚对苯二甲酸乙二醇酯，PET)由对苯二甲酸(PTA)和乙二醇(EG)聚合而成，虽然其具有优良的加工性能和机械性能、化学性能等，用途在不断扩张，但是聚酯分子链紧密敛集，结晶度和取向度高，极性较小，缺乏亲水性，吸湿性能很差，限制了其在对吸湿性或吸水性要求较高的领域中的应用。同时，其分子链上缺少能与染料发生键合的活性基团，造成染色困难。

以涤纶纤维为例，作为国内外产量最大的化学纤维，具有易洗、快干、挺括的服用性能，但涤纶纤维吸湿性差，穿着涤纶织物时不吸汗，有闷热感。近几年随着物质生活水平的提高，人们不再追求纤维的经久耐用，越来越注重舒适性，因此涤纶纤维不再受到人们青睐。

此外涤纶作为大众化纤维已广泛应用于各种服装面料中，不能沸染，染色困难，涤纶产品染色选择范围窄，一般使用分散染料或在高温高压条件下染色。由于这些原因，涤纶染色一直存在色彩少、色牢度低、染色不均匀的问题；而涤纶传统的染色工艺还需要耗费大量水量，需进行污水处理，同时由于染浴中只有85％左右的染料可被纤维吸收，染浴中仍留有部分分散染料，会造成环境污染，对环境不友好，耗能量高。

聚酯薄膜作为包装材料，虽然具有机械强度大，耐热性、耐寒性好，耐油性、耐药品性好，不易溶解，水蒸气、水和气体透过度极小，透明度好等特点，但聚酯薄膜由于其疏水的特点，具有带静电高，易附着灰尘的缺点。

为了改善聚酯性能，使其拥有亲水、抗静电、易染等特性，从而拓宽其使用性能，国内外做了很多工作。

中国专利CN1370858A公开了一种新型的分散染料易染聚酯纤维的制备方法，具体将对二甲苯和乙二醇进行酯化反应，在酯化反应中加入脂肪二羧酸，加入量为占所有二羧酸摩尔数的(1-15)％，酯化反应完成后加入聚乙二醇、催化剂和稳定剂进行缩聚反应，最后进行铸条、造粒、纺丝制得分散染料易染聚酯纤维。该制备方法生产操作容易，上染率高，得到的聚酯纤维二元共聚物高。

中国专利CN103789865B公开了一种高亲水易染聚酯纤维的制备方法。其将二元醇、多羟基与聚乙二醇大分子按照一定的摩尔比混合，利用分阶段酯化，第一酯化阶段酸微过量，保证多元醇中参加酯化反应能力较低的部分充分反应，接入到聚酯分子链中。在第二酯化阶段补充二元醇对共聚酯的端羧基进行调控，再经缩聚反应制备多羟基柔性聚酯。多羟基柔性聚酯纤维具有良好的吸湿性能与柔软性，改善纤维的舒适性；多羟基官能团可以对引入的无机功能粉体起到包裹作用，提高颗粒的分散均匀性；多羟基活性位点与柔性链聚乙二醇中的醚键，可以赋予纤维在温和条件下进行染色并具有良好的染色性能。

中国专利CN101857671A公开了一种高收缩阳离子常压易染聚酯切片及其制备方法，其将精对苯二甲酸66-68％，乙二醇23-21％，间苯二甲酸二乙二醇酯-5-磺酸钠3.2-5.5％，聚乙二醇2.1-3.3％，间苯二甲酸0.5-0.7％，精己二酸3.1-4％，醋酸锑0.012-0.036％，抗氧化剂0.005-0.055％；酯化反应：压力0.25-0.3MPa，温度250-260℃，缩聚反应：温度为230-270℃，真空度为0.08-0.098MPa，温度达到272-278℃后，保持恒温，在常温常压下上染率和染料吸尽率高，色泽鲜艳，具有良好的高收缩和抗起球性能，可纺性和牵伸性，纤维的物理性能和后加工性良好。该发明专利仅描述高收缩易染聚酯切片为间歇式制备。

中国专利CN103710782A公开了一种高吸湿易染仿棉聚酯短纤维及其制备方法，其原料组成的质量百分数包括：精对苯二甲酸38～69％、乙二醇21～36％、2,2-二羟甲基丙酸3～10％、聚乙二醇4～7％、间苯二甲酸二乙二醇酯-5-磺酸钠2.7～7％、二氧化钛0.3～2.5％；通过酯化缩聚反应制得高吸湿易染聚酯切片，经过设计加工纺丝专用组件和喷丝板，开发纺丝、后处理工艺，调控纤维的表面和截面形态、结晶和取向结构，得到一种高吸湿易染仿棉聚酯纤维。该纤维具有高吸湿性、自然柔软、回弹性好和低温染色的特性，可在常压下进行沸染，上染率和染料吸尽率高，可应用于高档仿棉织物。但该发明专利要求中未明确该高吸湿易染仿棉聚酯为连续式制备方法。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种易染色性聚酯及其制备方法。本发明采用连续聚酯装置制备易染色性聚酯，通过添加第三单体(间苯二甲酸二甲酯-5-磺酸钠或间苯二甲酸二乙二醇酯-5-磺酸钠)与对苯二甲酸和乙二醇共聚，由于第三单体加入，破坏了大分子链的规整性；同时第三单体的空间位阻效应及极性使共聚酯的玻璃化温度下降；同时由于大分子链中嵌入第三单体，导致分子链活动能力提高，结晶速率下降，无定形区域增大，有利于染料分子的扩散与吸收，能有效提高聚酯纤维的染色性能。

本发明提供一种易染色性聚酯的制备方法，其采用连续聚酯装置制备易染色性聚酯，具体步骤如下：

(1)将对苯二甲酸、乙二醇混合搅拌进行浆料调制；

(2)将调配好的浆料置于第一酯化反应器中，在温度为250～280℃，相对压力为0.05～0.10MPa条件下进行酯化反应，生成对苯二甲酸双羟乙酯，反应至酯化率至少为92％；

(3)将第三单体、防醚剂、锑系催化剂溶液、热稳定剂与对苯二甲酸双羟乙酯混合，输入到第二酯化反应器中，在温度为220～250℃，反应压力为常压的条件下进一步酯化，反应至酯化率至少为95％；其中：所述第三单体为间苯二甲酸二甲酯-5-磺酸钠或间苯二甲酸二乙二醇酯-5-磺酸钠；

(4)将第二酯化反应器生成物输入到第一缩聚釜进行预缩聚，反应温度为260～280℃，真空度为10～25mmHg；

(5)将预聚物输入到第二缩聚釜，反应温度为260～280℃，真空度为5～20mmHg；

(6)最后将第二缩聚釜生成物输入到第三缩聚反应器中进行缩聚反应，得到易染色性聚酯产品，缩聚反应温度为260～280℃,真空度为1～5mmHg。

上述步骤(1)中，对苯二甲酸和乙二醇的摩尔比为1∶1.0～1：2.0；优选的，对苯二甲酸和乙二醇的摩尔比为1∶(1.0～1.6)。

上述步骤(2)中，所述的酯化反应温度为250～270℃、反应压力为0.06～0.08Mpa，酯化率为92％。酯化反应过程中生成的副产物水需要及时排出，但是直接排出会带走乙二醇，因此在排出水分同时，需要将乙二醇回收。优选地，步骤(2)中酯化反应过程中生成的副产物水经由酯化分离塔移走；更优选，精馏后的水纯度达到95～99.9％；最优选，精馏后的水纯度达到95～99.9％，且99wt％的EG回流。

上述步骤(3)中，以聚酯产品重量计第三单体的加入量为2.0～4.0wt％，优选的，加入量为2.2～3.4wt％。

上述步骤(3)中，锑系催化剂选自乙二醇锑，三氧化二锑和醋酸锑中的至少一种。

上述步骤(3)中，以聚酯理论重量计算，锑系催化剂的锑原子含量为80～200ppm。更优选为150～200ppm。

上述步骤(3)中，防醚剂为醋酸钠；以聚酯产品重量计，醋酸钠的加入量为0.0001～0.0003wt％。优选的，醋酸钠的加入量为0.00015～0.00025wt％。

上述步骤(3)中，所述的第三单体和防醚剂和乙二醇中形成浓度为30～60wt％的溶液。

上述步骤(3)中，热稳定剂选自磷酸、亚磷酸、磷酸三甲酯、亚磷酸三苯酯或亚磷酸铵中任一种；以聚酯产品重量计，热稳定剂的加入量为0.0015～0.0050wt％；优选的，热稳定剂的加入量为0.0020～0.0045wt％。

本发明中，步骤(1)中，将对苯二甲酸、乙二醇进浆料混合槽进行浆料调制；步骤(2)中，所述的第一酯化反应器可为立式带搅拌酯化反应釜；步骤(3)中，所述的第二酯化反应器可为卧式带搅拌酯化反应釜；步骤(4)中，的第一缩聚釜为带搅拌立式反应釜；步骤(5)中，所述的第二缩聚釜为卧式单轴搅拌反应釜；步骤(6)中，所述的第三缩聚釜为卧式双轴拉开表面式反应釜。

本发明还提供一种上述制备方法得到的易染色性聚酯，聚酯的特性粘度为0.580～0.610dl/g，熔点为245～258℃，端羧基含量为24～34mol/t，甘二醇DEG残余的含量为2.6～3.6wt％。选地，所述聚酯的特性粘度为0.585～0.600dl/g，熔点为245～255℃，端羧基含量为28～32mol/t，甘二醇(DEG)残余的含量为2.8～3.4wt％。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明采用的是一种在连续聚酯流程生产线上，规模化生产一种可易染色聚酯的制备方法及其技术，与目前现有国内外采用间歇装置制备类似聚酯熔体技术相比，具有生产成本低、功能多、功效高、产品质量好以及性价比优势明显的特点。

2、采用第三单体(间苯二甲酸二甲酯-5-磺酸钠或间苯二甲酸二乙二醇酯-5-磺酸钠)进行共聚改性制得的聚酯，在制成纤维后，具有阳离子染料可染、高收缩性、织物手感柔软、抗起毛球等特性，并具有环境安全性，能够有效地大批量生产，可广泛用于纯纺或与丝、绢、棉、毛、麻等天然纤维混纺，以获得风格多样的服用面料。

具体实施方式

下面根据具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明。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

特性粘度、熔点、端羧基、色相以及DEG残余含量等性能根据国标GB/T 14190-2008纤维级聚酯切片(PET)试验方法测试。

阳离子染料可染聚酯切片染色试验按照FZ/T 51003-2011标准进行。

以下实施例中的原材料，如没有特别说明，均为市售。

实施例

将对苯二甲酸、乙二醇按比例添加进浆料槽D13进行浆料调制，并通过计量后注入第一酯化反应器，在250～280℃，0.05～0.10Mpa进行酯化反应，生成对苯二甲酸双羟乙酯，反应至酯化率至少为92％，反应过程生产的水通过精馏塔分离脱除；

由第一酯化反应器来的齐聚物进入第二酯化反应器；同时将调配好的间苯二甲酸二乙二醇酯-5-磺酸钠和醋酸钠乙二醇溶液、锑系催化剂乙二醇溶液由添加剂管线经流量计定量加入第二酯化反应器，进一步酯化反应。酯化反应温度为250～270℃、反应压力为0.06～0.08Mpa，酯化率为96％。

由第二酯化反应器来的齐聚物进入第一缩聚釜中进行缩聚，缩聚反应温度为260～280℃,真空度为10～25mmHg。

经过第一缩聚后的齐聚物由齿轮泵恒定控制送至第二缩聚釜，进行第二次缩聚，反应温度为260～280℃，真空度为5～20mmHg。

反应好的物料再由熔体齿轮泵输出进入第三缩聚釜进行终缩聚，反应温度为260～280℃，真空度为1～5mmHg。缩聚后的熔体由齿轮泵连续排出，经熔体过滤器送至铸带头造粒得到聚酯。

聚酯制备的工艺配方参加表1，聚酯相关性能指标参见表2。

表1实施例1-5的工艺配方

表2实施例1-5的质量指标

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。

Claims (8)

1.一种易染色性聚酯的制备方法，其特征在于，其采用连续聚酯装置制备易染色性聚酯，具体步骤如下：

(1)将对苯二甲酸、乙二醇混合搅拌进行浆料调制；

(2)将调配好的浆料置于第一酯化反应器中，在温度为250～280℃，相对压力为0.05～0.10MPa的条件下进行酯化反应，生成对苯二甲酸双羟乙酯，反应至酯化率至少为92％；

(3)将第三单体、防醚剂、锑系催化剂溶液、热稳定剂与对苯二甲酸双羟乙酯混合，输入到第二酯化反应器中，在温度为220～250℃，反应压力为常压的条件下进一步酯化，反应至酯化率至少为95％；其中：所述第三单体为间苯二甲酸二甲酯-5-磺酸钠或间苯二甲酸二乙二醇酯-5-磺酸钠；

(4)将第二酯化反应器生成物输入到第一缩聚釜进行预缩聚，反应温度为260～280℃，真空度为10～25mmHg；

(5)将预聚物输入到第二缩聚釜缩聚，反应温度为260～280℃，真空度为5～20mmHg；

(6)最后将第二缩聚釜生成物输入到第三缩聚反应器中进行缩聚反应，得到易染色性聚酯产品，缩聚反应温度为260～280℃,真空度为1～5mmHg。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，对苯二甲酸和乙二醇的摩尔比为1∶1.0～1：2.0。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，以聚酯产品重量计第三单体的加入量为2.0～4.0wt％。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，锑系催化剂选自乙二醇锑，三氧化二锑和醋酸锑中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，以聚酯理论重量计算，锑系催化剂的锑原子含量为80～200ppm。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，防醚剂为醋酸钠；以聚酯产品重量计，醋酸钠的加入量为0.0001～0.0003wt％。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，热稳定剂选自磷酸、亚磷酸、磷酸三甲酯、亚磷酸三苯酯或亚磷酸铵中任一种；以聚酯产品重量计，热稳定剂的加入量为0.0015～0.0050wt％。

8.根据权利要求1-7之一所述的制备方法得到的易染色性聚酯，其特征在于，聚酯的特性粘度为0.580～0.610dl/g，熔点为245～258℃，端羧基含量为24～34mol/t，甘二醇DEG残余的含量为2.6～3.6wt％。