CN108179499B - 再生聚酯高模低缩纤维制备工艺 - Google Patents

再生聚酯高模低缩纤维制备工艺 Download PDF

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Abstract

一种再生聚酯高模低缩纤维制备工艺，步骤为：S1.将回收PET进行破碎，得到PET碎料，在干燥设备中对PET碎料进行干燥；S2.将干燥后的PET碎料送入分解池浸泡；S3.将浸泡后的回收PET连同浸泡的清水一起投入到反应釜，保持10‑20分钟；S4.将反应釜中的回收PET倒出，并甩干，然后送入干燥设置中进行干燥处理；然后送入圆盘转子式反应器，得到PET熔体，再投入增粘成核剂；S5.将增粘聚合后的回收PET熔体进行造粒，得到再生PET颗粒，在再生PET颗粒中加入占再生PET颗粒重量0.2‑1％的抗静电剂，在搅拌机中混合，得到混合料；S6.将混合料进行加压挤出、过滤，从喷丝头喷出，纺丝细流经过10～50mm的空气层后进入丙酮凝固浴凝固成形，再经过三对热辊拉伸定型，制得高模低缩纤维。

Description

再生聚酯高模低缩纤维制备工艺
技术领域：
本发明涉及资源再生技术领域，具体涉及一种再生聚酯高模低缩纤维制备工艺。
背景技术：
随着全球聚酯产业的迅速发展，聚酯产业面临一个严峻的问题：原料的来源和废料的处理问题。寻找新的可利用的原料资源，同时如何有效的利用聚酯废旧料已成为各国面临的一项战略目标。
利用回收聚酯瓶片生产再生纤维是我国目前聚酯回收再利用的主要途径，然而这些纤维主要是一些低端的棉型、填充型产品，由于产能的扩大以及同质化严重，再生纤维企业处于微利状态。因此再生纤维的高端化、差别化就显得很有必要。目前，国内虽然有许多机构和企业对回收聚酯再生纺丝工艺进行了相关研究，但我国回收聚酯的再生工业长丝的产业化及其差异化与发达国家相比还有较大差距，生产企业的品种开发多以短纤为主，创新能力不强，品种局限性大。对回收聚酯再生工业长丝新产品开发关键技术的研究，还不够深入。
目前国内乘用车年产量达1700万辆以上，若以保有量是产量的6倍计算，乘用车可达10000万辆以上。乘用车基本使用性能优势明显的子午胎，而高模低缩型涤纶工业丝(HMLS)是子午胎的首选帘子布材料，具有伸长变形小、尺寸稳定性好、模量高、热收缩率及滞后损失率小等特点，综合性能优良。用高模低缩涤纶工业丝制成的轮胎耐疲劳、变形小，侧向刚性比锦纶胎高，因而操纵驾驶稳定性好；耐热性、热老化性、热稳定性和平点现象均优于锦纶胎，具有优良的乘用性能。据最新的高模低缩型涤纶工业丝国内产能的状态统计总产能约为10万吨，而国内的需求量超过20万吨；随着汽车行业的发展及未来人们对轮胎性能要求的提高，现行的HMLS生产企业中由于技术装备的落后有一部分将被淘汰。实际缺口将有所放大。
聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)的两大主要应用领域，聚酯瓶和聚酯纤维的年消费量超过2000万吨，使用后产生的废弃物如果不回收再利用，既严重污染环境，也造成资源浪费。近年来，利用废旧PET瓶片纺制再生涤纶短纤的技术已相当成熟，纺制长丝的技术水平也在不断完善，但相关产品主要应用于底端领域，附加值有限，企业处于微利甚至亏损经营状态，生产积极性有限。
本申请以回收聚酯瓶片或回收纯聚酯纤维为原料，制备高模低缩涤纶纤维，其同时具备初始模量高、热收缩率低、耐疲劳、耐水等优异性能。主要应用于子午胎帘子线、V形带、胶管等汽车配件所必需的涤纶工业丝增强骨架材料。产品的技术难度大，但附加值高、市场缺口大。本申请拟开辟一条回收利用废旧聚酯的新途径。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题在于提供一种再生聚酯高模低缩纤维制备工艺，制备的产品同时具备初始模量高、热收缩率低、耐疲劳、耐水等优异性能。
本发明所要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现：
一种再生聚酯高模低缩纤维制备工艺，步骤如下：
S1.将回收PET进行破碎(如PET瓶片或PET纤维)，得到PET碎料，在低温冷风干燥设备中对PET碎料进行干燥处理，温度45-50摄氏度，时间40-55分钟；使回收料表面杂物干燥脱落；
S2.将干燥后的PET碎料送入分解池浸泡，时间控制在1.5-2小时，温度30-38℃；由于回收的PET表面含杂量多，在干燥后进行浸泡除杂，效果更加；而传统通过清洗设备进行清洗，无法清除表面的难溶性杂质，对成品质量的提高不利；
S3.将浸泡后的回收PET连同浸泡的清水一起投入到反应釜，釜内温度控制在60-85℃，釜压3-10MPa，保持10-20分钟；目的是使聚乙烯表面的难溶性物质与聚乙烯脱离，该方法是发明人根据实际的工作经验所得，经过无数次的参数选择和无数次的重量比试验后得到的一组最有效的数据范围，彻底解决了回收PET的污染物问题；
S4.将反应釜中的回收PET倒出，并甩干，然后送入干燥设置中进行干燥处理；然后送入圆盘转子式反应器或笼式反应器，升温使PET碎料熔化，得到PET熔体，再投入增粘成核剂，搅拌均匀，温度240-260摄氏度，充氮气保温增粘40分钟；
其中增粘成核剂是由以下重量百分比的组分制成：乙二醇60％、氧化锑20％、氧化锗20％；其中增粘成核剂的投入量占PET熔体重量的2％-5％；
其中回收PET熔体的增粘配方与工艺是重要技术环节，确定乙二醇等扩链剂的加入量，以及锑系、锗系等催化剂的种类与用量，利用乌氏粘度计、凝胶渗透色谱(GPC)测试增粘PET的分子量与分子量分布，使PET的特性粘数达到1.0dL/g以上。
上述干燥是在真空冷风干燥机中进行，干燥温度45-55℃；传统方法是在甩干后直接造粒，由此会使造粒机产生大量烟气，对车间的环境造成影响；而本申请经过冷风干燥后，解决了造粒过程中烟气弥漫的问题，烟气产生量少，无难闻气味；
S5.将增粘聚合后的回收PET熔体进行造粒，得到再生PET颗粒，在再生PET颗粒中加入占再生PET颗粒重量0.2-1％的抗静电剂，在搅拌机中混合，得到混合料；
S6.将混合料进行加压挤出、过滤，从喷丝头喷出，纺丝细流经过10～50mm的空气层后进入丙酮或磁化水凝固浴凝固成形，再经过三对热辊拉伸定型，制得高模低缩纤维。
产品主要技术指标：
1)PET特性粘度：≥1.0±0.05dL/g；
2)断裂强度：≥7.0CN/dtex
3)断裂强度变异系数：≤1.6％
4)定负荷伸长(4CN/dex)：≤6.0％
5)干热收缩(160℃)：≤3.5％
6)尺寸稳定指数：≤9.0
进一步的，上述步骤S2中浸泡的同时保持搅拌动作。
进一步的，上述S2中搅拌速度为150-300转/分。
进一步的，上述抗静电剂的制备方法为：将40～60重量份的脂肪胺聚氧乙烯醚、10～18重量份的聚乙二醇缩水甘油醚、3～8重量份的十二烷基苯磺酸钠混合均匀，依次缓慢加入2～4重量份的硅烷偶联剂和0.2～0.8重量份的聚氨酯类润湿分散剂，投料完毕后，常温搅拌20～30mi n，得到抗静电剂；
上述抗静电剂成分中，脂肪胺聚氧乙烯醚作为常用的抗静电成分，易溶于水，具有优良的匀染、扩散性能，可提高纺线的强力和耐摩擦力；聚乙二醇缩水甘油醚作为常见的改性剂，可以改善纤维的拉伸强度和断裂伸长率；配合表面活性剂十二烷基苯磺酸钠和性能优异的聚氨酯类润湿分散剂，润湿分散，保证了抗静电性，改善了聚酯纤维的韧性。
进一步的，所述硅烷偶联剂为乙烯基三乙酰氧基硅烷、乙烯基三过氧化叔丁基硅烷、苯胺甲基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧丙基甲基二甲氧基硅烷中的一种或多种的组合。
本发明的有益效果是：本发明以回收聚酯瓶片或回收纯聚酯纤维为原料，经增粘、固相聚合制备高特性粘数的聚酯，经纺丝和捻线工艺优化，以及纤维表面处理的控制，制备高模低缩涤纶工业丝。
具体实施方式：
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。
实施例1
一种再生聚酯高模低缩纤维制备工艺，步骤如下：
S1.将回收的PET瓶片进行破碎，得到PET碎料，在低温冷风干燥设备中对PET碎料进行干燥处理，温度45-50摄氏度，时间40-55分钟；使回收料表面杂物干燥脱落；
S2.将干燥后的PET碎料送入分解池浸泡，时间控制在1.5-2小时，温度30-38℃；由于回收的PET表面含杂量多，在干燥后进行浸泡除杂，效果更加；而传统通过清洗设备进行清洗，无法清除表面的难溶性杂质，对成品质量的提高不利；
S3.将浸泡后的回收PET连同浸泡的清水一起投入到反应釜，釜内温度控制在60-85℃，釜压3-10MPa，保持10-20分钟；目的是使聚乙烯表面的难溶性物质与聚乙烯脱离，该方法是发明人根据实际的工作经验所得，经过无数次的参数选择和无数次的重量比试验后得到的一组最有效的数据范围，彻底解决了回收PET的污染物问题；
S4.将反应釜中的回收PET倒出，并甩干，然后送入干燥设置中进行干燥处理；然后送入圆盘转子式反应器或笼式反应器，升温使PET碎料熔化，得到PET熔体，再投入增粘成核剂，搅拌均匀，温度240-260摄氏度，充氮气保温增粘40分钟；
其中增粘成核剂是由以下重量百分比的组分制成：乙二醇60％、氧化锑20％、氧化锗20％；
其中增粘成核剂的投入量占PET熔体重量的2％；
其中回收PET熔体的增粘配方与工艺是重要技术环节，确定乙二醇等扩链剂的加入量，以及锑系、锗系等催化剂的种类与用量，利用乌氏粘度计、凝胶渗透色谱(GPC)测试增粘PET的分子量与分子量分布，使PET的特性粘数达到1.0dL/g以上。
上述干燥是在真空冷风干燥机中进行，干燥温度45-55℃；传统方法是在甩干后直接造粒，由此会使造粒机产生大量烟气，对车间的环境造成影响；而本申请经过冷风干燥后，解决了造粒过程中烟气弥漫的问题，烟气产生量少，无难闻气味；
S5.将增粘聚合后的回收PET熔体进行造粒，得到再生PET颗粒，在再生PET颗粒中加入占再生PET颗粒重量0.2-1％的抗静电剂，在搅拌机中混合，得到混合料；
S6.将混合料进行加压挤出、过滤，从喷丝头喷出，纺丝细流经过10～50mm的空气层后进入丙酮或磁化水凝固浴凝固成形，再经过三对热辊拉伸定型，制得高模低缩纤维。
进一步的，上述步骤S2中浸泡的同时保持搅拌动作。
进一步的，上述S2中搅拌速度为150-300转/分。
产品主要技术指标：
1)PET特性粘度：≥1.0±0.05dL/g；
2)断裂强度：≥7.0CN/dtex
3)断裂强度变异系数：≤1.6％
4)定负荷伸长(4CN/dex)：≤6.0％
5)干热收缩(160℃)：≤3.5％
6)尺寸稳定指数：≤9.0
实施例2
一种再生聚酯高模低缩纤维制备工艺，步骤如下：
S1.将回收PET进行破碎(如PET瓶片或PET纤维)，得到PET碎料，在低温冷风干燥设备中对PET碎料进行干燥处理，温度45-50摄氏度，时间40-55分钟；使回收料表面杂物干燥脱落；
S2.将干燥后的PET碎料送入分解池浸泡，时间控制在1.5-2小时，温度30-38℃；由于回收的PET表面含杂量多，在干燥后进行浸泡除杂，效果更加；而传统通过清洗设备进行清洗，无法清除表面的难溶性杂质，对成品质量的提高不利；
S3.将浸泡后的回收PET连同浸泡的清水一起投入到反应釜，釜内温度控制在60-85℃，釜压3-10MPa，保持10-20分钟；目的是使聚乙烯表面的难溶性物质与聚乙烯脱离，该方法是发明人根据实际的工作经验所得，经过无数次的参数选择和无数次的重量比试验后得到的一组最有效的数据范围，彻底解决了回收PET的污染物问题；
S4.将反应釜中的回收PET倒出，并甩干，然后送入干燥设置中进行干燥处理；然后送入圆盘转子式反应器或笼式反应器，升温使PET碎料熔化，得到PET熔体，再投入增粘成核剂，搅拌均匀，温度240-260摄氏度，充氮气保温增粘40分钟；
其中增粘成核剂是由以下重量百分比的组分制成：乙二醇60％、氧化锑20％、氧化锗20％；其中增粘成核剂的投入量占PET熔体重量的3％；
其中回收PET熔体的增粘配方与工艺是重要技术环节，确定乙二醇等扩链剂的加入量，以及锑系、锗系等催化剂的种类与用量，利用乌氏粘度计、凝胶渗透色谱(GPC)测试增粘PET的分子量与分子量分布，使PET的特性粘数达到1.0dL/g以上。
上述干燥是在真空冷风干燥机中进行，干燥温度45-55℃；传统方法是在甩干后直接造粒，由此会使造粒机产生大量烟气，对车间的环境造成影响；而本申请经过冷风干燥后，解决了造粒过程中烟气弥漫的问题，烟气产生量少，无难闻气味；
S5.将增粘聚合后的回收PET熔体进行造粒，得到再生PET颗粒，在再生PET颗粒中加入占再生PET颗粒重量0.2-1％的抗静电剂，在搅拌机中混合，得到混合料；
S6.将混合料进行加压挤出、过滤，从喷丝头喷出，纺丝细流经过10～50mm的空气层后进入丙酮或磁化水凝固浴凝固成形，再经过三对热辊拉伸定型，制得高模低缩纤维。
进一步的，上述步骤S2中浸泡的同时保持搅拌动作。
进一步的，上述S2中搅拌速度为150-300转/分。
进一步的，上述抗静电剂的制备方法为：将40～60重量份的脂肪胺聚氧乙烯醚、10～18重量份的聚乙二醇缩水甘油醚、3～8重量份的十二烷基苯磺酸钠混合均匀，依次缓慢加入2～4重量份的硅烷偶联剂和0.2～0.8重量份的聚氨酯类润湿分散剂，投料完毕后，常温搅拌20～30mi n，得到抗静电剂；
上述抗静电剂成分中，脂肪胺聚氧乙烯醚作为常用的抗静电成分，易溶于水，具有优良的匀染、扩散性能，可提高纺线的强力和耐摩擦力；聚乙二醇缩水甘油醚作为常见的改性剂，可以改善纤维的拉伸强度和断裂伸长率；配合表面活性剂十二烷基苯磺酸钠和性能优异的聚氨酯类润湿分散剂，润湿分散，保证了抗静电性，改善了聚酯纤维的韧性。
进一步的，所述硅烷偶联剂为乙烯基三乙酰氧基硅烷、乙烯基三过氧化叔丁基硅烷、苯胺甲基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧丙基甲基二甲氧基硅烷中的一种或多种的组合。
产品主要技术指标：
1)PET特性粘度：≥1.0±0.05dL/g；
2)断裂强度：≥7.0CN/dtex
3)断裂强度变异系数：≤1.6％
4)定负荷伸长(4CN/dex)：≤6.0％
5)干热收缩(160℃)：≤3.5％
6)尺寸稳定指数：≤9.0
7)表面电阻率/Ω：5.17×105
由上表可以看出，本发明聚酯纤维织物表面电阻率较大，抗静电性能持久且优异。具有优良的干断裂强度、湿断裂强度、湿模量、耐热阻燃性能，适合大规模工业化生产。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.一种再生聚酯高模低缩纤维制备工艺，其特征在于步骤如下：
S1.将回收PET进行破碎，得到PET碎料，在低温冷风干燥设备中对PET碎料进行干燥处理，温度45-50摄氏度，时间40-55分钟；
S2.将干燥后的PET碎料送入分解池浸泡，时间控制在1.5-2小时，温度30-38℃；
S3.将浸泡后的回收PET连同浸泡的清水一起投入到反应釜，釜内温度控制在60-85℃，釜压3-10MPa，保持10-20分钟；
S4.将反应釜中的回收PET倒出，并甩干，然后送入干燥设置中进行干燥处理；然后送入圆盘转子式反应器或笼式反应器，升温使PET碎料熔化，得到PET熔体，再投入增粘成核剂，搅拌均匀，温度240-260摄氏度，充氮气保温增粘40分钟；
其中增粘成核剂是由以下重量百分比的组分制成：乙二醇60％、氧化锑20％、氧化锗20％；
其中增粘成核剂的投入量占PET熔体重量的2％-5％；
上述干燥是在真空冷风干燥机中进行，干燥温度45-55℃；
S5.将增粘聚合后的回收PET熔体进行造粒，得到再生PET颗粒，在再生PET颗粒中加入占再生PET颗粒重量0.2-1％的抗静电剂，在搅拌机中混合，得到混合料；
S6.将混合料进行加压挤出、过滤，从喷丝头喷出，纺丝细流经过10～50mm的空气层后进入丙酮或磁化水凝固浴凝固成形，再经过三对热辊拉伸定型，制得高模低缩纤维；
上述抗静电剂的制备方法为：将40～60重量份的脂肪胺聚氧乙烯醚、10～18重量份的聚乙二醇缩水甘油醚、3～8重量份的十二烷基苯磺酸钠混合均匀，依次缓慢加入2～4重量份的硅烷偶联剂和0.2～0.8重量份的聚氨酯类润湿分散剂，投料完毕后，常温搅拌20～30min，得到抗静电剂；
所述硅烷偶联剂为乙烯基三乙酰氧基硅烷、乙烯基三过氧化叔丁基硅烷、苯胺甲基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧丙基甲基二甲氧基硅烷中的一种或多种的组合。
2.根据权利要求1所述的再生聚酯高模低缩纤维制备工艺，其特征在于：上述步骤S2中浸泡的同时保持搅拌动作。
3.根据权利要求2所述的再生聚酯高模低缩纤维制备工艺，其特征在于：上述搅拌速度为150-300转/分。
4.一种权利要求1-3任一项所制得纤维在服装面料中的应用。
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