CN109338507B - 一种聚酯短纤及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种聚酯短纤及其制备方法，该聚酯短纤制备方法包括：在反应容器中加入PTA、EG乙二醇、勃姆石，通过聚酯反应，反应完毕经熔体泵挤出、切粒、干燥，得到阻燃纤维用聚酯；将阻燃纤维用聚酯与有光聚酯进行共混后，进过处理，得到聚酯短纤产品。本发明的聚酯短纤不仅制备工艺简单方便，同时产量高，生产成本低，制备的得到聚酯短纤，相比常规聚酯薄膜，相比常规有光缝纫线纤维，新型聚酯短纤的常规性能相当，极限氧指数可由21.0提高至26.5以上，具有显著的阻燃效果，勃姆石高温分解产物为水蒸气，对于环境无害。本发明采用原位法生产新型聚酯短纤，具有一定的经济前景和应用前景。

Description

一种聚酯短纤及其制备方法

技术领域

本发明属于高分子化工技术领域，具体涉及一种聚酯短纤及其制备方法。

现有技术

聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维(涤纶)综合性能优异，具有耐磨性好、强度高、弹性好、抗皱性强等优点，广泛应用于工业及民用领域，但聚酯纤维具有易集聚静电、易吸尘、易燃的特点，限制了聚酯纤维的进一步应用，尤其是极限氧指数只有21％左右，燃烧时产生的熔滴具有安全隐患并且容易引起二次火灾。

目前现有技术改进BOPET阻燃主要可通过四种途径：(1)采用原位聚合方式，在聚酯聚合反应过程中加入阻燃剂，原位法阻燃聚酯能够达到长久的阻燃效果，其技术关键点在于寻找合适的阻燃剂，常见的CEPPA、DDP等磷系阻燃剂添加量较高，导致缩聚时间长、产品结晶慢等问题；无机阻燃剂如氢氧化镁、氢氧化铝等易高温分解，导致聚合反应变慢、产品色相变差。(2)采用熔融共混法制备含有阻燃剂的聚酯母粒，如中国专利201210103282.9、201310006948.3、 201310131558.9、201310243974.8、201410291151.7等专利分别采用磷系阻燃剂、含氮膨胀型阻燃剂等制备了共混法阻燃母粒，但熔融共混法的分散均匀性难以保证，且聚酯经熔融挤出后会对其特性粘度、端羧基、色值等指标生产影响。(3) 纺丝过程中采用皮芯型复合材料纺丝，此种方式对于喷丝板的设计要求较高，对于纺丝质量也不能保证均匀稳定。(4)纤维后整理阶段在织物表明涂覆一层阻燃聚酯进行改性，但阻燃剂往往容易渗出或后道处理热分解，产品性能不稳定。从以上四种阻燃纤维的生产方式来看，制备一种既能够阻燃、又不影响纤维性能的原位聚合聚酯，对于拓展聚酯纤维的使用领域具有十分重要的经济意义和社会意义。

发明内容

发明目的：针对现有技术存在的问题，本发明提供一种聚酯短纤及其制备方法，为克服聚酯纤维阻燃效果差、现有阻燃剂存在高温分解产生有毒物质、共混法阻燃聚酯分散不均匀等技术问题，本发明通过原位法制备纤维阻燃聚酯的方法，通过在原位聚合过程中添加勃姆石制备新型聚酯短纤，在其他性能与有光缝纫线纤维相当的前提下，达到提高阻燃性能、高温无有害产物等效果。

技术方案：为了实现上述目的，如本发明所述一种聚酯短纤的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)在反应容器中加入对苯二甲酸(PTA)、乙二醇(EG)、催化剂、勃姆石，进行酯化反应、缩聚反应(在PTA法原位聚合制备PET过程中酯化反应、缩聚反应)，反应完毕经熔体泵挤出、切粒、干燥，得到阻燃纤维用聚酯；

(2)将阻燃纤维用聚酯与有光聚酯进行共混后进过常规的聚酯纤维加工，包括经预结晶、干燥、熔融挤出、纺丝成型、环吹、集束处理、水浴、蒸汽牵伸、紧张热定型、上油、叠丝、卷曲、松弛热定型、切断打包等程序，得到聚酯短纤产品；或者阻燃纤维用聚酯直接经预结晶、干燥、熔融挤出、纺丝成型、环吹、集束处理、水浴、蒸汽牵伸、紧张热定型、上油、叠丝、卷曲、松弛热定型、切断打包得到聚酯短纤产品。

作为优选，步骤(1)所述勃姆石的平均粒径为0.20μm～2μm，勃姆石粒径过小难以在均匀分散在聚酯基体中，从而在后道引起疵点、断头等现象；粒径过大则纺丝过程中的经过喷丝孔时造成成型不畅。

进一步地，步骤(1)所述阻燃聚酯中勃姆石质量分数为0.3％～5％。

其中，步骤(1)所述勃姆石需先在EG中进行预分散，通过球磨、超声两种方式制备成为分散均匀的勃姆石/乙二醇悬浮液，然后加入到聚酯合成体系中，将勃姆石在乙二醇中进行预先分散能使其良好的分散于阻燃聚酯基体中，防止纺丝过程中出现疵点从而导致纤维力学性能的变差。

作为优选，所述勃姆石在悬浮液中的质量浓度为5％-20％。

作为优选，步骤(1)所述催化剂为钛系催化剂或锑系催化剂。

进一步地，步骤(2)所述聚酯短纤中勃姆石的质量含量为0.10％～5.0％。

其中，本发明所述的PTA法原位聚合制备PET过程中酯化缩聚反应，具体过程为：在245℃-260℃、绝对压强0.15Mpa～0.35Mpa条件下进行酯化反应，待出水量达一定时，泄压至常压。在内温278℃～285℃、绝对压强＜100pa条件下进行缩聚反应。反应完毕经熔体泵挤出、切粒、干燥，制备阻燃纤维用聚酯。

本发明所述的聚酯短纤的制备方法所制备的聚酯短纤。

本发明在PTA与EG原位聚合过程中添加勃姆石，按照常规聚酯的合成工艺制备新型纤维用阻燃聚酯，将新型纤维用阻燃聚酯与常规有光聚酯进行共混后，经预结晶、干燥，然后经螺杆熔融挤出得到熔体，熔体依次经熔体过滤器、纺丝箱体，从喷丝板挤出原丝后，环吹后对原丝纤维进行集束处理，再经水浴、蒸汽牵伸、紧张热定型、上油、叠丝、卷曲、松弛热定型、切断打包，得到新型聚酯短纤产品。新型聚酯短纤中勃姆石的质量含量为0.10％～5.0％，勃姆石的平均粒径为0.20μm～2μm。相比常规有光缝纫线纤维，新型聚酯短纤的常规性能相当，极限氧指数可由21.0提高至26.5，具有显著的阻燃效果，勃姆石高温分解产物为水蒸气，对于环境无害。

本发明中使用的勃姆石(Boehmite)又称软水铝石，分子式是γ-AlOOH(水合氧化铝)勃姆石可作为阻燃剂，其不易吸潮，在常温下化学性质稳定，受热到一定温度时开始吸热分解放出结晶水，分解时吸热量大，仅放出水蒸汽，不会产生有毒、可燃气体并能消烟等多重功能。勃姆石在400℃以上分解，而聚酯的加工温度一般在300℃以下，而且勃姆石折射率与PET相近，因此可以制备聚酯短纤。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下优点：

本发明通过PTA法原位聚合制备PET过程中，添加勃姆石，制备新型纤维用阻燃聚酯，再用于新型聚酯短纤。本发明的新型聚酯阻燃短纤不仅制备工艺简单方便，同时产量高，生产成本低，制备得到聚酯短纤，相比常规聚酯薄膜，相比常规有光缝纫线纤维，本发明制备得的新型聚酯短纤的常规性能相当，极限氧指数可由21.0提高至26.5，具有显著的阻燃效果，勃姆石高温分解产物为水蒸气，对于环境无害。本发明采用原位法生产新型聚酯短纤为一种阻燃聚酯短纤，具有一定的经济前景和应用前景

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

将勃姆石粉体与乙二醇经混合、预分散、球磨后，制备质量分数15％的勃姆石/乙二醇悬浮液，所使用的勃姆石粒径中值为1.0μm。

在150L通用聚合反应釜中加入60kg PTA，30kg乙二醇，19.9g乙二醇锑催化剂，1.39kg勃姆石/乙二醇悬浮液，进行酯化缩聚反应，聚酯的酯化反应为吸热反应，缩聚反应为放热反应，因此在反应釜体系中，酯化反应及缩聚反应的温度均呈逐渐上升的趋势。在本实施例中，酯化反应初期的温度为230℃，随着反应程度的增加，温度逐渐上升，在绝对压强为0.35Mpa条件下进行酯化反应 120min，待出水量达13.1kg时泄压至常压，酯化结束时温度为260℃。经预缩聚阶段45min后，反应温度由260℃逐渐升高至278℃，此时进入高真空缩聚阶段，在缩聚反应初期温度为278℃，在绝对压强＜100pa条件下进行缩聚反应160min。反应完毕经熔体泵挤出、切粒、干燥，制备阻燃纤维用聚酯。反应完毕经熔体泵挤出、切粒、干燥，得到阻燃纤维用聚酯。阻燃纤维用聚酯中勃姆石质量含量为0.3％。

取阻燃纤维用聚酯10kg与有光聚酯10kg进行共混，经预结晶、干燥，然后经螺杆熔融挤出得到熔体，熔体依次经熔体过滤器、纺丝箱体，从喷丝板挤出原丝后，环吹后对原丝纤维进行集束处理，再经水浴、蒸汽牵伸、紧张热定型、上油、叠丝、卷曲、松弛热定型、切断打包，得到纤度为1.33dtex的阻燃聚酯短纤产品，其中阻燃聚酯短纤产品中的勃姆石的质量含量为0.15％。测试阻燃聚酯短纤产品的强力值、强度、伸长率、干热收缩率以及极限氧指数。

实施例2

采用与实施例1相同的方法制备阻燃纤维用聚酯，所不同的是勃姆石粒径中值为0.25μm，加入17.35kg勃姆石/乙二醇悬浮液，其中勃姆石质量分数为20％，制备的阻燃纤维用聚酯中勃姆石含量为5.0wt％。

取阻燃纤维用聚酯10kg制备阻燃聚酯短纤产品，其中勃姆石的含量为 5.0wt％。

实施例3

采用与实施例1相同的方法制备阻燃纤维用聚酯，所不同的是勃姆石/乙二醇悬浮液的分散方式为超声处理，勃姆石粒径中值为2μm，加入4.63kg勃姆石/ 乙二醇悬浮液，其中勃姆石质量分数为15％，制备的阻燃纤维用聚酯中勃姆石含量为1.0wt％。

取阻燃纤维用聚酯10kg与有光聚酯10kg制备阻燃聚酯短纤产品，其中勃姆石的含量为0.50wt％。

实施例4

采用与实施例1相同的方法制备阻燃纤维用聚酯，所不同的是勃姆石粒径中值为0.2μm，加入6.94kg勃姆石/乙二醇悬浮液，其中勃姆石质量分数为10％，制备的阻燃纤维用聚酯中勃姆石含量为1.0wt％。

取阻燃纤维用聚酯3.0kg与有光聚酯27.0kg制备阻燃聚酯短纤产品，其中勃姆石的含量为0.1wt％.

实施例5

采用与实施例1相同的方法制备阻燃纤维用聚酯，所不同的是加入4.63kg 勃姆石/乙二醇悬浮液，阻燃纤维用聚酯中勃姆石含量为1.0wt％。

取阻燃纤维用聚酯10kg与有光聚酯23.3kg制备阻燃聚酯短纤产品，其中勃姆石的含量为0.30wt％

实施例6

采用与实施例1相同的方法制备阻燃纤维用聚酯，所不同的是勃姆石粒径中值为2.0μm，加勃姆石/乙二醇悬浮液中勃姆石质量分数为5％。

参照例1

采用与实施例1相同的方法制备常规纤维用聚酯及有光缝纫线型聚酯短纤产品，所不同的是使用硫酸钡代替勃姆石作为添加剂。

参照例2

采用与实施例2相同的方法制备常规纤维用聚酯及有光缝纫线型聚酯短纤产品，所不同的是使用硫酸钡代替勃姆石作为添加剂。

参照例3

采用与实施例1相同的方法制备的阻燃聚酯，所不同的是，加入勃姆石粒径中值为0.08μm。

参照例4

采用与实施例1相同的方法制备的阻燃聚酯，所不同的是，加入勃姆石粒径中值为2.2μm。

测试纤维极限氧指数时采用棉卷法制备纤维样品：随机均匀抽取约20g纤维，用原棉分析机或梳棉机将纤维开松除杂。将开松样品均匀平铺，剪成 (50×100)mm的长方形棉块，质量为(0.20±0.02)g。170℃熨压烫20S,将压烫好的试样对折成(25×100)mm的棉条，再进行压烫。将压烫好的棉条冷却至室温，用棉卷制备工具以45°夹住棉条一角,顺势缠绕(对折的一边朝外),待末端卷入后捻紧,捻数为10-15,卷成直径约(3-4)mm,高度约(80-100)mm直挺的试样棉卷。抽离棉卷制备工具，把棉卷顶端的散纱或毛羽剪去，即为测试样品。按照《纺织品燃烧性能试验方法氧指数法》GB/T5454-1997测试样条的极限氧指数。

将实施例1与参考例1、实施例5与参照例2分别进行对比，在同样工艺条件下，相比常规有光缝纫线纤维，阻燃短纤常规性能相当，极限氧指数可提高2 单位，表明聚酯纤维中勃姆石的加入具有阻燃效果，勃姆石高温分解产物为水蒸气，对于环境无害。

参照例3表明，粉体粒径过小难以在阻燃聚酯中均匀分散从而导致有大尺寸的团聚体存在，因此参照例3在纺丝过程中会导致严重的疵点、断头现象；参照例4粒径过大则纺丝过程中的经过喷丝孔时造成成型不畅。表1实施例及参考例反应参数及聚酯纤维性能

Claims (7)

1.一种聚酯短纤的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）在反应容器中加入对苯二甲酸、乙二醇、催化剂、勃姆石，进行酯化缩聚反应，反应完毕经熔体泵挤出、切粒、干燥，得到阻燃纤维用聚酯；

（2）将阻燃纤维用聚酯与有光聚酯进行共混后，经预结晶、干燥、熔融挤出、纺丝成型、环吹、集束处理、水浴、蒸汽牵伸、紧张热定型、上油、叠丝、卷曲、松弛热定型、切断打包得到聚酯短纤产品；或者阻燃纤维用聚酯直接经预结晶、干燥、熔融挤出、纺丝成型、环吹、集束处理、水浴、蒸汽牵伸、紧张热定型、上油、叠丝、卷曲、松弛热定型、切断打包得到聚酯短纤产品；步骤（1）所述勃姆石的平均粒径为0.2μm～2μm。

2.根据权利要求 1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述阻燃聚酯中勃姆石质量分数为0.3%～5%。

3.根据权利要求 1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述勃姆石需先在EG中进行预分散，通过球磨、超声两种方式制备成为分散均匀的勃姆石/乙二醇悬浮液，然后加入到聚酯合成体系中。

4.根据权利要求 3所述的制备方法，其特征在于，所述勃姆石在悬浮液中的质量浓度为5%-20%。

5.根据权利要求 1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述催化剂为钛系催化剂或锑系催化剂。

6.根据权利要求 1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）聚酯短纤中勃姆石含量为0.10%～5.0wt %。

7.一种权利要求1所述的聚酯短纤的制备方法所制备的聚酯短纤。