CN109518297B - 一种中空涤纶长丝及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种中空涤纶长丝及其制备方法，制备方法为：采用中空喷丝板按FDY工艺由改性聚酯熔体制得中空改性聚酯FDY丝，即为中空涤纶长丝；改性聚酯的制备方法为：将对苯二甲酸、乙二醇和2,5,6,6‑四甲基‑2,5‑庚二醇混合均匀后先后进行酯化反应和缩聚反应。制得的中空涤纶长丝在120℃的温度条件下的上染率为85.3～89.2％，K/S值为22.35～25.43，耐皂洗色牢度达到5级，干摩擦牢度达到5级，湿摩擦牢度大于4级。本发明的制备方法简单，成本低廉，通过引入2,5,6,6‑四甲基‑2,5‑庚二醇对聚酯进行改性，降低染色的温度，缩短染色的时间，提高上染率；制得的产品染色性能优良，机械性能好。

Description

一种中空涤纶长丝及其制备方法
技术领域
本发明属于聚酯纤维技术领域，涉及一种中空涤纶长丝及其制备方法。
背景技术
涤纶是我国聚酯纤维的商品名称，是合成纤维中的一个重要品种，中空涤纶纤维被称为新一代的合成纤维，具有保暖、轻盈、透气、贴身、舒适以及柔软等特点，在服装面料领域，取得了其他纤维难以取得的成效。目前用中空涤纶纤维开发的主流品种中，以中空涤纶仿真丝针织物最为引人注目。它既具有真丝吸湿透气，穿着舒适等优点，又克服了真丝面料易皱、粘身以及牢度差等缺点，特别在针织物组织结构中，更加赋予织物良好的延伸性、悬垂性和透气性，是高附加值、高技术的产品，有着广阔的市场前景和良好的经济效益。
然而由于涤纶属于疏水性纤维，分子上不含有亲水性基团，其分子结构中也缺少能与染料发生结合的活性基团，涤纶纤维的染色性能不佳。另外，涤纶纤维成品为部分结晶的超分子结构，其结晶部分分子链相互平行，大多呈反式构象，而无定形区则多呈顺式构象，且其分子排列相当紧密，这进一步增大了涤纶纤维的上染难度。常规PET纤维的染色一般采用分散染料染色，通常需要在高温(大于130℃)高压下进行染色，此法除了增加工艺上的复杂度之外，对设备要求较高，生产成本高，染色性能差，而且对于中空涤纶纤维，纤维上染速率又与纤维横截面积大小有一定的关系，比表面积大的纤维(较细)与比表面积小的纤维(较粗)相比，其上染速率较快，上染率高，这就会导致上染不匀，在实际应用中通过光的折射及干涉，人眼更容易分辨出染色不匀。
因此，研究一种能耗低、生产工艺简单且染色性能优异的中空涤纶长丝成为目前亟待需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的缺陷，提供一种能耗低、生产工艺简单且染色性能优异的中空涤纶长丝及其制备方法。本发明通过在聚酯中引入2,5,6,6-四甲基-2,5-庚二醇对聚酯进行改性，使得聚酯的空间自由体积增大，使染料等更容易渗透到改性聚酯大分子内部，降低了染色的温度，提高了纤维的上染率，极大地改善了染色性能。
为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：
中空涤纶长丝的制备方法，采用中空喷丝板按FDY工艺由改性聚酯熔体制得中空改性聚酯FDY丝，即得中空涤纶长丝；
所述改性聚酯的制备方法为：将对苯二甲酸、乙二醇和2,5,6,6-四甲基-2,5-庚二醇混合均匀后先后进行酯化反应和缩聚反应；
2,5,6,6-四甲基-2,5-庚二醇的结构式如下：
Figure BDA0001925433880000021
本发明使用2,5,6,6-四甲基-2,5-庚二醇对聚酯进行改性，2,5,6,6-四甲基-2,5-庚二醇能够显著增大改性聚酯的空间自由体积，特别是2,5,6,6-四甲基-2,5-庚二醇中叔丁基的存在会引起主链活动性的变化，从而改变了链单元间的相互作用力，分子链单元间的距离亦会发生相应的改变，增大改性聚酯空洞自由体积。由于在温度作用下，聚酯大分子链中侧基先于分子链开始运动，侧基运动的剧烈程度大于分子链的，对于颗粒状染料而言，空洞自由体积相比于狭缝自由体积更利于其扩散到纤维内部，能够降低染料分子渗透进入改性聚酯内部的难度，提高改性聚酯的染色性能，降低染色温度，缩短染色的时间，减少能耗，显著提高改性聚酯的上染率。
作为优选的技术方案：
如上所述的中空涤纶长丝的制备方法，所述改性聚酯的制备方法为：将对苯二甲酸、乙二醇和2,5,6,6-四甲基-2,5-庚二醇混合均匀后先后进行酯化反应和缩聚反应得到改性聚酯。
如上所述的方法，所述2,5,6,6-四甲基-2,5-庚二醇的合成步骤如下：
(1)按1～1.2:1:1.2～1.3:2.0～3.0的摩尔比将KOH粉末、3-甲基-3-羟基丁炔、3,3-二甲基-2-丁酮和异丙醚混合，在冰浴条件下反应2～4h，反应结束后进行冷却结晶、离心分离、洗涤、精制和干燥得到辛炔二醇；
(2)按2～3:10:0.01～0.03的重量比将辛炔二醇、乙醇和钯催化剂混合，在40～50℃的温度条件下反应50～60min，反应过程中持续通入氢气，反应结束后进行分离和提纯得到2,5,6,6-四甲基-2,5-庚二醇。
如上所述的中空涤纶长丝的制备方法，所述改性聚酯的制备步骤如下：
(1)酯化反应；
将对苯二甲酸、乙二醇和2,5,6,6-四甲基-2,5-庚二醇配成浆料，加入催化剂、消光剂和稳定剂混合均匀后，在氮气氛围中加压进行酯化反应，加压压力为常压～0.3MPa，酯化反应的温度为250～260℃，当酯化反应中的水馏出量达到理论值的90％以上时为酯化反应终点；
(2)缩聚反应；
酯化反应结束后，在负压条件下开始低真空阶段的缩聚反应，该阶段压力在30～50min内由常压平稳抽至绝对压力500Pa以下，反应温度为250～260℃，反应时间为30～50min，然后继续抽真空，进行高真空阶段的缩聚反应，使反应压力进一步降至绝对压力100Pa以下，反应温度为270～280℃，反应时间为50～90min，制得改性聚酯。
如上所述的中空涤纶长丝的制备方法，所述对苯二甲酸、乙二醇和2,5,6,6-四甲基-2,5-庚二醇的摩尔比为1:1.2～2.0:0.03～0.05，所述催化剂、消光剂和稳定剂的加入量分别为对苯二甲酸加入量的0.03～0.05wt％、0.20～0.25wt％和0.01～0.05wt％(质量百分比)。2,5,6,6-四甲基-2,5-庚二醇的添加量过多(如大于0.1)，对聚酯大分子结构的规整性破坏太大，对纤维的结晶度以及力学性能(刚性)影响过大，不利于纤维的生产和应用；添加量过少(如小于0.01)，对聚酯空洞自由体积的增大不明显，难以显著提升聚酯的染色性能。
如上所述的中空涤纶长丝的制备方法，所述催化剂为三氧化二锑、乙二醇锑或醋酸锑，所述消光剂为二氧化钛，所述稳定剂为磷酸三苯酯、磷酸三甲酯或亚磷酸三甲酯。
如上所述的中空涤纶长丝的制备方法，改性聚酯的数均分子量为25000～30000，分子量分布指数为1.8～2.2。
如上所述的中空涤纶长丝的制备方法，所述FDY工艺的流程为：计量、喷丝板挤出、冷却、上油、拉伸、热定型和卷绕；
所述FDY工艺的参数为：纺丝温度285～300℃，冷却温度20～25℃，网络压力0.20～0.30MPa，一辊速度2200～2600m/min，一辊温度75～90℃，二辊速度3600～3900m/min，二辊温度115～135℃，卷绕速度3550～3835m/min。本发明的FDY工艺的具体参数并不仅限于此，此处仅给出一可行的工艺参数。
本发明还提供一种采用如上所述的中空涤纶长丝的制备方法制得的中空涤纶长丝，具有中空结构，材质为改性聚酯；
所述改性聚酯的分子链包括对苯二甲酸链段、乙二醇链段和2,5,6,6-四甲基-2,5-庚二醇链段。
作为优选的技术方案：
如上所述的中空涤纶长丝，中空涤纶长丝的单丝纤度为0.7～1.2dtex，断裂强度≥3.5cN/dtex，断裂伸长率为40.0±2.0％，网络度为12±4个/m，线密度偏差率≤0.8％，断裂强度CV值≤5.0％，断裂伸长CV值≤8.0％，沸水收缩率为6.0±0.5％，中空度为25.3～33.1％；本发明制得的中空涤纶长丝的机械性能与现有技术制得的中空涤纶长丝相当，并未因提高染色性能而降低其机械性能。
如上所述的中空涤纶长丝，中空涤纶长丝在120℃的温度条件下的上染率为85.3～89.2％，K/S值为22.35～25.43，耐皂洗色牢度(涤沾色和棉沾色)达到5级，干摩擦牢度达到5级，湿摩擦牢度大于4级；在其他测试条件相同的情况下，对比样在130℃的温度条件下的上染率为83.8％，K/S值为21.27，耐皂洗色牢度小于5级，涤沾色为4～5级，棉沾色为4级，干摩擦牢度为4～5级，湿摩擦牢度为3～4级，对比样与本发明的中空涤纶长丝的区别仅在于其材质为普通聚酯。
发明机理：
聚合物中的大分子链不是完全紧密的堆砌，在大分子链之间总是有空隙存在，这部分空隙体积即为自由体积。要使小分子渗透到高分子内部，高分子内或高分子间要有足够大的空隙，所以小分子的渗透率和扩散性与高分子结构中的空隙大小(即自由体积的尺寸)有关，在一定范围内，自由体积的尺寸越大，小分子的渗透率越高，扩散性越好。自由体积又分为空洞自由体积和狭缝自由体积，空洞自由体较狭缝自由体积具更大的空间尺寸，对于小分子的渗透率的提升，空洞自由体积较狭缝自由体积效果更加明显。
自由体积的尺寸和类型主要取决于聚合物的结构，影响聚合物结构的主要因素为立体阻碍、侧基大小、侧基结构等。当聚合物主链上某一位置被侧基取代时，必然引起主链活动性的变化，从而改变了链与链间的相互作用力，链与链间的距离亦会发生相应的改变，结果导致内聚能和自由体积的变化，高分子侧链上的取代基的极性、大小、长短等对分子链的刚性、分子间的相互作用乃至聚合物结构的自由体积分数都有一定的影响，因此，取代基不同产生的效应不同，往往导致聚合物的渗透分离性能也各不相同。
对于乙二醇、丁二醇等二元醇直链分子，主链上的C原子处于一上一下呈锯齿形排列，当主链上某个亚甲基上的两个H原子被甲基(-CH3)取代时，这两个侧基上的C原子与主链C原子不在同一平面内，于是，中心C上的四个sp3杂化轨道分别与周围四个C原子上的空轨道重叠，形成四个完全相同的σ键，呈正四面体排列，四个碳原子分别位于正四面体的四个顶点，当甲基的三个氢进一步被甲基取代时，这时就相当于叔丁基取代，形成一个更大的四面体结构，这种呈正四面体形排列的分子链相对于呈锯齿形排列的分子链，空洞自由体积明显增大了很多，能够显著提高小分子的渗透率和扩散性；而当主链上某个亚甲基上的两个H原子被长支链取代基取代时，主要增大的是狭缝自由体积，增大幅度较小，对小分子的渗透率和扩散性的提升效果有限，同时由于长支链取代基的刚性较小，分子链之间容易发生缠结，不利于自由体积的增大。
本发明通过在聚酯分子链中引入2,5,6,6-四甲基-2,5-庚二醇显著提升了中空涤纶长丝的染色性能，2,5,6,6-四甲基-2,5-庚二醇的结构式如下：
Figure BDA0001925433880000051
2,5,6,6-四甲基-2,5-庚二醇中叔丁基的存在会引起主链活动性的变化，从而改变了链单元间的相互作用力，分子链单元间的距离亦会发生相应的改变，导致改性聚酯的空洞自由体积增大。与短支链取代基(如甲基、乙基等基团)相比，叔丁基占据了较大的空间位置，在分子链排列的方式上将获得更大的自由体积；与长支链取代基相比，一方面叔丁基增大的是空洞自由体积，而长支链取代基增大的是狭缝自由体积，另一方面叔丁基的刚性大于长支链取代基，减少了分子链之间的缠结，因而叔丁基较长支链取代基在分子链排列的方式上具有更多的自由体积。此外，空洞自由体积对染色性能的提高相比于窄缝自由体积更大，这是因为分散染料是一类分子比较小且结构上不带水溶性基团的染料，大多以颗粒形式存在，其粒径为几百纳米到一微米之间，其在100℃以内上染速率很慢，即使在沸腾的染浴中染色，上染速率和上染百分率也不高。但是在温度作用下，聚酯大分子链中侧基先于分子链开始运动，侧基运动的剧烈程度大于分子链的，因此对于颗粒状染料向纤维内部的扩散而言，空洞自由体积比狭缝自由体积的提高更佳。本发明通过增大空洞自由体积，使得水或其它分子如染料等更容易渗透到改性聚酯大分子内部，对改性聚酯的染色等产生积极的影响，可降低染色温度，缩短染色的时间，减少能耗，同时也提高了纤维的上染率。
有益效果：
(1)本发明的一种中空涤纶长丝的制备方法，工艺简单，成本低廉，通过在聚酯中引入2,5,6,6-四甲基-2,5-庚二醇对聚酯进行改性，降低了染色的温度，缩短了染色的时间，提高了纤维的上染率，显著改善了染色性能；
(2)本发明的一种中空涤纶长丝，染色性能优良，机械性能好，应用前景广阔。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
Figure BDA0001925433880000061
实施例1
中空涤纶长丝的制备方法，步骤如下：
(1)改性聚酯的制备；
(1.1)2,5,6,6-四甲基-2,5-庚二醇的合成步骤如下：
(a)按1:1:1.2:2.0的摩尔比将KOH粉末、3-甲基-3-羟基丁炔、3,3-二甲基-2-丁酮和异丙醚混合，在冰浴条件下反应2h，反应结束后进行冷却结晶、离心分离、洗涤、精制和干燥得到辛炔二醇；
(b)按2:10:0.01的重量比将辛炔二醇、乙醇和钯催化剂混合，在40℃的温度条件下反应50min，反应过程中持续通入氢气，反应结束后进行分离和提纯得到2,5,6,6-四甲基-2,5-庚二醇，2,5,6,6-四甲基-2,5-庚二醇的结构式如式(Ⅰ)所示；
(1.2)酯化反应；
将摩尔比为1:1.2:0.03的对苯二甲酸、乙二醇和2,5,6,6-四甲基-2,5-庚二醇配成浆料，加入三氧化二锑、二氧化钛和磷酸三苯酯混合均匀后，在氮气氛围中加压进行酯化反应，加压压力为0.1MPa，酯化反应的温度为260℃，当酯化反应中的水馏出量达到理论值的90％时为酯化反应终点，其中三氧化二锑、二氧化钛和磷酸三苯酯的加入量分别为对苯二甲酸加入量的0.03wt％、0.22wt％和0.01wt％；
(1.3)缩聚反应；
酯化反应结束后，在负压条件下开始低真空阶段的缩聚反应，该阶段压力在30min内由常压平稳抽至绝对压力为500，反应温度为260℃，反应时间为30min，然后继续抽真空，进行高真空阶段的缩聚反应，使反应压力进一步降至绝对压力为60Pa，反应温度为280℃，反应时间为50min，制得的改性聚酯的数均分子量为26000，分子量分布指数为1.8；
(2)采用中空喷丝板按FDY工艺由改性聚酯熔体制得中空改性聚酯FDY丝，即为中空涤纶长丝，其中FDY工艺的流程为：计量、喷丝板挤出、冷却、上油、拉伸、热定型和卷绕；FDY工艺的参数为：纺丝温度285℃，冷却温度22℃，网络压力0.25MPa，一辊速度2500m/min，一辊温度80℃，二辊速度3600m/min，二辊温度115℃，卷绕速度3740m/min。
最终制得的中空涤纶长丝，具有中空结构，材质为改性聚酯；中空涤纶长丝的单丝纤度为1.0dtex，断裂强度为4.0cN/dtex，断裂伸长率为38.0％，网络度为10个/m，线密度偏差率为0.8％，断裂强度CV值为4.2％，断裂伸长CV值为7.2％，沸水收缩率为6.0％，中空度为28.9％；
中空涤纶长丝在120℃的温度条件下的上染率为86.9％，K/S值为22.35，耐皂洗色牢度达到5级，干摩擦牢度达到5级，湿摩擦牢度为5级。
对比例1
一种中空涤纶长丝的制备方法，制备步骤与实施例1基本一致，不同之处在于，步骤(1)中不进行聚酯改性，将普通聚酯熔体采用中空喷丝板按FDY工艺制得中空聚酯FDY丝，FDY工艺的流程和工艺参数与实施例1保持一致。
最终制得的中空涤纶长丝的单丝纤度为1.0dtex，断裂强度为3.6cN/dtex，断裂伸长率为41％，网络度为12个/m，线密度偏差率为0.7％，断裂强度CV值为4.5％，断裂伸长CV值为7.2％，沸水收缩率为6.1％，中空度为26.1％。
在与实施例1其他测试条件相同的情况下，中空涤纶长丝在130℃的温度条件下的上染率为83.8％，K/S值为21.27，耐皂洗色牢度小于5级，涤沾色为4～5级，棉沾色为4级，干摩擦牢度为4～5级，湿摩擦牢度为3～4级。两者对比可知，本发明通过对聚酯进行改性，大大提高了涤纶纤维的染色性能且力学性能不受影响。
对比例2
一种中空涤纶长丝的制备方法，制备步骤与实施例1基本一致，不同之处在于，步骤(1)中采用1,2十二烷基二醇替代2,5,6,6-四甲基-2,5-庚二醇，将改性后的聚酯熔体采用中空喷丝板按FDY工艺制得中空聚酯FDY丝，FDY工艺的流程和工艺参数与实施例1保持一致。
最终制得的中空涤纶长丝的单丝纤度为1.0dtex，断裂强度为3.8cN/dtex，断裂伸长率为40.0％，网络度为10个/m，线密度偏差率为0.8％，断裂强度CV值为4.0％，断裂伸长CV值为7.1％，沸水收缩率为6.1％，中空度为27.6％，在与实施例1其他测试条件相同的情况下，其在130℃的温度条件下的上染率为85.8％，K/S值为21.87，耐皂洗色牢度小于5级，涤沾色为4级，棉沾色为4级，干摩擦牢度为5级，湿摩擦牢度为4级，均低于本发明制备的中空涤纶长丝。
与实施例1对比可以发现，2,5,6,6-四甲基-2,5-庚二醇相对于含长支链取代基的1,2十二烷基二醇更有利于提升纤维的染色性能，这主要是因为一方面2,5,6,6-四甲基-2,5-庚二醇中的叔丁基增大的自由体积更多的是空洞自由体积，而1,2十二烷基二醇中的长支链取代基增大的自由体积更多的是狭缝自由体积，另一方面2,5,6,6-四甲基-2,5-庚二醇中的叔丁基的刚性大于1,2十二烷基二醇中的长支链取代基，减少了分子链之间的缠结，因而2,5,6,6-四甲基-2,5-庚二醇较1,2十二烷基二醇在聚酯分子链排列的方式上具有更多的自由体积，进而更有利于提升纤维的染色性能。
实施例2
中空涤纶长丝的制备方法，步骤如下：
(1)改性聚酯的制备；
(1.1)2,5,6,6-四甲基-2,5-庚二醇的合成步骤如下：
(a)按1.1:1:1.2:2.3的摩尔比将KOH粉末、3-甲基-3-羟基丁炔、3,3-二甲基-2-丁酮和异丙醚混合，在冰浴条件下反应2h，反应结束后进行冷却结晶、离心分离、洗涤、精制和干燥得到辛炔二醇；
(b)按2:10:0.01的重量比将辛炔二醇、乙醇和钯催化剂混合，在45℃的温度条件下反应50min，反应过程中持续通入氢气，反应结束后进行分离和提纯得到2,5,6,6-四甲基-2,5-庚二醇，2,5,6,6-四甲基-2,5-庚二醇的结构式如式(Ⅰ)所示；
(1.2)酯化反应；
将摩尔比为1:1.5:0.03的对苯二甲酸、乙二醇和2,5,6,6-四甲基-2,5-庚二醇配成浆料，加入三氧化二锑、二氧化钛和磷酸三甲酯混合均匀后，在氮气氛围中加压进行酯化反应，加压压力为常压，酯化反应的温度为250℃，当酯化反应中的水馏出量达到理论值的96％时为酯化反应终点，其中三氧化二锑、二氧化钛和磷酸三甲酯的加入量分别为对苯二甲酸加入量的0.04wt％、0.20wt％和0.04wt％；
(1.3)缩聚反应；
酯化反应结束后，在负压条件下开始低真空阶段的缩聚反应，该阶段压力在35min内由常压平稳抽至绝对压力为450Pa，反应温度为255℃，反应时间为40min，然后继续抽真空，进行高真空阶段的缩聚反应，使反应压力进一步降至绝对压力为100Pa，反应温度为270℃，反应时间为60min，制得的改性聚酯的数均分子量为29000，分子量分布指数为1.8；
(2)采用中空喷丝板按FDY工艺由改性聚酯熔体制得中空改性聚酯FDY丝，即为中空涤纶长丝，其中FDY工艺的流程为：计量、喷丝板挤出、冷却、上油、拉伸、热定型和卷绕；FDY工艺的参数为：纺丝温度290℃，冷却温度20℃，网络压力0.22MPa，一辊速度2600m/min，一辊温度90℃，二辊速度3800m/min，二辊温度135℃，卷绕速度3800m/min。
最终制得的中空涤纶长丝，具有中空结构，材质为改性聚酯；中空涤纶长丝的单丝纤度为0.8tex，断裂强度为3.7cN/dtex，断裂伸长率为39.0％，网络度为8个/m，线密度偏差率为0.75％，断裂强度CV值为4.0％，断裂伸长CV值为7.7％，沸水收缩率为6.0％，中空度为30.5％；
中空涤纶长丝在120℃的温度条件下的上染率为85.3％，K/S值为23.80，耐皂洗色牢度达到5级，干摩擦牢度达到5级，湿摩擦牢度为6级。
实施例3
中空涤纶长丝的制备方法，步骤如下：
(1)改性聚酯的制备；
(1.1)2,5,6,6-四甲基-2,5-庚二醇的合成步骤如下：
(a)按1.2:1:1.25:2.0的摩尔比将KOH粉末、3-甲基-3-羟基丁炔、3,3-二甲基-2-丁酮和异丙醚混合，在冰浴条件下反应3h，反应结束后进行冷却结晶、离心分离、洗涤、精制和干燥得到辛炔二醇；
(b)按3:10:0.03的重量比将辛炔二醇、乙醇和钯催化剂混合，在40℃的温度条件下反应50min，反应过程中持续通入氢气，反应结束后进行分离和提纯得到2,5,6,6-四甲基-2,5-庚二醇，2,5,6,6-四甲基-2,5-庚二醇的结构式如式(Ⅰ)所示；
(1.2)酯化反应；
将摩尔比为1:1.8:0.04的对苯二甲酸、乙二醇和2,5,6,6-四甲基-2,5-庚二醇配成浆料，加入乙二醇锑、二氧化钛和亚磷酸三甲酯混合均匀后，在氮气氛围中加压进行酯化反应，加压压力为0.3MPa，酯化反应的温度为255℃，当酯化反应中的水馏出量达到理论值的93％时为酯化反应终点，其中乙二醇锑、二氧化钛和亚磷酸三甲酯的加入量分别为对苯二甲酸加入量的0.05wt％、0.24wt％和0.03wt％；
(1.3)缩聚反应；
酯化反应结束后，在负压条件下开始低真空阶段的缩聚反应，该阶段压力在40min内由常压平稳抽至绝对压力为460Pa，反应温度为256℃，反应时间为50min，然后继续抽真空，进行高真空阶段的缩聚反应，使反应压力进一步降至绝对压力为90Pa，反应温度为280℃，反应时间为70min，制得的改性聚酯的数均分子量为30000，分子量分布指数为2.0；
(2)采用中空喷丝板按FDY工艺由改性聚酯熔体制得中空改性聚酯FDY丝，即为中空涤纶长丝，其中FDY工艺的流程为：计量、喷丝板挤出、冷却、上油、拉伸、热定型和卷绕；FDY工艺的参数为：纺丝温度295℃，冷却温度24℃，网络压力0.20MPa，一辊速度2500m/min，一辊温度75℃，二辊速度3700m/min，二辊温度135℃，卷绕速度3835m/min。
最终制得的中空涤纶长丝，具有中空结构，材质为改性聚酯；中空涤纶长丝的单丝纤度为0.7dtex，断裂强度为3.5cN/dtex，断裂伸长率为40.0％，网络度为12个/m，线密度偏差率为0.7％，断裂强度CV值为5.0％，断裂伸长CV值为7.0％，沸水收缩率为5.5％，中空度为25.3％；
中空涤纶长丝在120℃的温度条件下的上染率为88.2％，K/S值为24.12，耐皂洗色牢度达到5级，干摩擦牢度达到5级，湿摩擦牢度为5级。
实施例4
中空涤纶长丝的制备方法，步骤如下：
(1)改性聚酯的制备；
(1.1)2,5,6,6-四甲基-2,5-庚二醇的合成步骤如下：
(a)按1.2:1:1.3:2.5的摩尔比将KOH粉末、3-甲基-3-羟基丁炔、3,3-二甲基-2-丁酮和异丙醚混合，在冰浴条件下反应3h，反应结束后进行冷却结晶、离心分离、洗涤、精制和干燥得到辛炔二醇；
(b)按2.5:10:0.02的重量比将辛炔二醇、乙醇和钯催化剂混合，在45℃的温度条件下反应60min，反应过程中持续通入氢气，反应结束后进行分离和提纯得到2,5,6,6-四甲基-2,5-庚二醇，2,5,6,6-四甲基-2,5-庚二醇的结构式如式(Ⅰ)所示；
(1.2)酯化反应；
将摩尔比为1:2.0:0.05的对苯二甲酸、乙二醇和2,5,6,6-四甲基-2,5-庚二醇配成浆料，加入乙二醇锑、二氧化钛和磷酸三苯酯混合均匀后，在氮气氛围中加压进行酯化反应，加压压力为0.2MPa，酯化反应的温度为250℃，当酯化反应中的水馏出量达到理论值的91％时为酯化反应终点，其中乙二醇锑、二氧化钛和磷酸三苯酯的加入量分别为对苯二甲酸加入量的0.05wt％、0.25wt％和0.05wt％；
(1.3)缩聚反应；
酯化反应结束后，在负压条件下开始低真空阶段的缩聚反应，该阶段压力在45min内由常压平稳抽至绝对压力为470Pa，反应温度为250℃，反应时间为50min，然后继续抽真空，进行高真空阶段的缩聚反应，使反应压力进一步降至绝对压力为80Pa，反应温度为275℃，反应时间为80min，制得的改性聚酯的数均分子量为28000，分子量分布指数为2.1；
(2)采用中空喷丝板按FDY工艺由改性聚酯熔体制得中空改性聚酯FDY丝，即为中空涤纶长丝，其中FDY工艺的流程为：计量、喷丝板挤出、冷却、上油、拉伸、热定型和卷绕；FDY工艺的参数为：纺丝温度300℃，冷却温度23℃，网络压力0.28MPa，一辊速度2400m/min，一辊温度85℃，二辊速度3900m/min，二辊温度125℃，卷绕速度3660m/min。
最终制得的中空涤纶长丝，具有中空结构，材质为改性聚酯；中空涤纶长丝的单丝纤度为1.1dtex，断裂强度为3.8cN/dtex，断裂伸长率为42.0％，网络度为11个/m，线密度偏差率为0.65％，断裂强度CV值为4.0％，断裂伸长CV值为7.5％，沸水收缩率为5.5％，中空度为29.1％；
中空涤纶长丝在120℃的温度条件下的上染率为86.0％，K/S值为23.55，耐皂洗色牢度达到5级，干摩擦牢度达到5级，湿摩擦牢度为5级。
实施例5
中空涤纶长丝的制备方法，步骤如下：
(1)改性聚酯的制备；
(1.1)2,5,6,6-四甲基-2,5-庚二醇的合成步骤如下：
(a)按1:1:1.3:3.0的摩尔比将KOH粉末、3-甲基-3-羟基丁炔、3,3-二甲基-2-丁酮和异丙醚混合，在冰浴条件下反应4h，反应结束后进行冷却结晶、离心分离、洗涤、精制和干燥得到辛炔二醇；
(b)按2.5:10:0.02的重量比将辛炔二醇、乙醇和钯催化剂混合，在50℃的温度条件下反应55min，反应过程中持续通入氢气，反应结束后进行分离和提纯得到2,5,6,6-四甲基-2,5-庚二醇，2,5,6,6-四甲基-2,5-庚二醇的结构式如式(Ⅰ)所示；
(1.2)酯化反应；
将摩尔比为1:2.0:0.03的对苯二甲酸、乙二醇和2,5,6,6-四甲基-2,5-庚二醇配成浆料，加入醋酸锑、二氧化钛和磷酸三甲酯混合均匀后，在氮气氛围中加压进行酯化反应，加压压力为常压，酯化反应的温度为258℃，当酯化反应中的水馏出量达到理论值的95％时为酯化反应终点，其中醋酸锑、二氧化钛和磷酸三甲酯的加入量分别为对苯二甲酸加入量的0.04wt％、0.23wt％和0.04wt％；
(1.3)缩聚反应；
酯化反应结束后，在负压条件下开始低真空阶段的缩聚反应，该阶段压力在50min内由常压平稳抽至绝对压力为410Pa，反应温度为257℃，反应时间为38min，然后继续抽真空，进行高真空阶段的缩聚反应，使反应压力进一步降至绝对压力为85Pa，反应温度为277℃，反应时间为90min，制得的改性聚酯的数均分子量为25000，分子量分布指数为1.9；
(2)采用中空喷丝板按FDY工艺由改性聚酯熔体制得中空改性聚酯FDY丝，即为中空涤纶长丝，其中FDY工艺的流程为：计量、喷丝板挤出、冷却、上油、拉伸、热定型和卷绕；FDY工艺的参数为：纺丝温度290℃，冷却温度20℃，网络压力0.30MPa，一辊速度2300m/min，一辊温度80℃，二辊速度3800m/min，二辊温度120℃，卷绕速度3550m/min。
最终制得的中空涤纶长丝，具有中空结构，材质为改性聚酯；中空涤纶长丝的单丝纤度为1.2dtex，断裂强度为3.6cN/dtex，断裂伸长率为41.5％，网络度为16个/m，线密度偏差率为0.8％，断裂强度CV值为4.4％，断裂伸长CV值为8.0％，沸水收缩率为6.5％，中空度为32.1％；
中空涤纶长丝在120℃的温度条件下的上染率为89.2％，K/S值为22.82，耐皂洗色牢度达到5级，干摩擦牢度达到5级，湿摩擦牢度为6级。
实施例6
中空涤纶长丝的制备方法，步骤如下：
(1)改性聚酯的制备；
(1.1)2,5,6,6-四甲基-2,5-庚二醇的合成步骤如下：
(a)按1.1:1:1.2:3.0的摩尔比将KOH粉末、3-甲基-3-羟基丁炔、3,3-二甲基-2-丁酮和异丙醚混合，在冰浴条件下反应4h，反应结束后进行冷却结晶、离心分离、洗涤、精制和干燥得到辛炔二醇；
(b)按3:10:0.03的重量比将辛炔二醇、乙醇和钯催化剂混合，在50℃的温度条件下反应60min，反应过程中持续通入氢气，反应结束后进行分离和提纯得到2,5,6,6-四甲基-2,5-庚二醇，2,5,6,6-四甲基-2,5-庚二醇的结构式如式(Ⅰ)所示；
(1.2)酯化反应；
将摩尔比为1:1.6:0.04的对苯二甲酸、乙二醇和2,5,6,6-四甲基-2,5-庚二醇配成浆料，加入醋酸锑、二氧化钛和亚磷酸三甲酯混合均匀后，在氮气氛围中加压进行酯化反应，加压压力为0.3MPa，酯化反应的温度为260℃，当酯化反应中的水馏出量达到理论值的90％时为酯化反应终点，其中醋酸锑、二氧化钛和亚磷酸三甲酯的加入量分别为对苯二甲酸加入量的0.03wt％、0.25wt％和0.01wt％；
(1.3)缩聚反应；
酯化反应结束后，在负压条件下开始低真空阶段的缩聚反应，该阶段压力在35min内由常压平稳抽至绝对压力为400Pa，反应温度为253℃，反应时间为30min，然后继续抽真空，进行高真空阶段的缩聚反应，使反应压力进一步降至绝对压力为100Pa，反应温度为270℃，反应时间为65min，制得的改性聚酯的数均分子量为27000，分子量分布指数为2.2；
(2)采用中空喷丝板按FDY工艺由改性聚酯熔体制得中空改性聚酯FDY丝，即为中空涤纶长丝，其中FDY工艺的流程为：计量、喷丝板挤出、冷却、上油、拉伸、热定型和卷绕；FDY工艺的参数为：纺丝温度285℃，冷却温度25℃，网络压力0.30MPa，一辊速度2200m/min，一辊温度75℃，二辊速度3600m/min，二辊温度130℃，卷绕速度3600m/min。
最终制得的中空涤纶长丝，具有中空结构，材质为改性聚酯；中空涤纶长丝的单丝纤度为0.7dtex，断裂强度为4.0cN/dtex，断裂伸长率为39.5％，网络度为15个/m，线密度偏差率为0.7％，断裂强度CV值为4.8％，断裂伸长CV值为7.4％，沸水收缩率为6.0％，中空度为33.1％；
中空涤纶长丝在120℃的温度条件下的上染率为87.6％，K/S值为25.43，耐皂洗色牢度达到5级，干摩擦牢度达到5级，湿摩擦牢度为6级。
实施例7
中空涤纶长丝的制备方法，步骤如下：
(1)改性聚酯的制备；
(1.1)2,5,6,6-四甲基-2,5-庚二醇的合成步骤如下：
(a)按1.2:1:1.2:3.0的摩尔比将KOH粉末、3-甲基-3-羟基丁炔、3,3-二甲基-2-丁酮和异丙醚混合，在冰浴条件下反应3h，反应结束后进行冷却结晶、离心分离、洗涤、精制和干燥得到辛炔二醇；
(b)按3:10:0.02的重量比将辛炔二醇、乙醇和钯催化剂混合，在42℃的温度条件下反应55min，反应过程中持续通入氢气，反应结束后进行分离和提纯得到2,5,6,6-四甲基-2,5-庚二醇，2,5,6,6-四甲基-2,5-庚二醇的结构式如式(Ⅰ)所示；
(1.2)酯化反应；
将摩尔比为1:1.5:0.04的对苯二甲酸、乙二醇和2,5,6,6-四甲基-2,5-庚二醇配成浆料，加入三氧化二锑、二氧化钛和磷酸三甲酯混合均匀后，在氮气氛围中加压进行酯化反应，加压压力为常压，酯化反应的温度为258℃，当酯化反应中的水馏出量达到理论值的95％时为酯化反应终点，其中三氧化二锑、二氧化钛和磷酸三甲酯的加入量分别为对苯二甲酸加入量的0.04wt％、0.20wt％和0.04wt％；
(1.3)缩聚反应；
酯化反应结束后，在负压条件下开始低真空阶段的缩聚反应，该阶段压力在50min内由常压平稳抽至绝对压力为410Pa，反应温度为257℃，反应时间为38min，然后继续抽真空，进行高真空阶段的缩聚反应，使反应压力进一步降至绝对压力为85Pa，反应温度为277℃，反应时间为90min，制得的改性聚酯的数均分子量为26600，分子量分布指数为2.2；
(2)采用中空喷丝板按FDY工艺由改性聚酯熔体制得中空改性聚酯FDY丝，即为中空涤纶长丝，其中FDY工艺的流程为：计量、喷丝板挤出、冷却、上油、拉伸、热定型和卷绕；FDY工艺的参数为：纺丝温度300℃，冷却温度22℃，网络压力0.30MPa，一辊速度2400m/min，一辊温度80℃，二辊速度3770m/min，二辊温度120℃，卷绕速度3550m/min。
最终制得的中空涤纶长丝，具有中空结构，材质为改性聚酯；中空涤纶长丝的单丝纤度为1.0dtex，断裂强度为3.6cN/dtex，断裂伸长率为42.0％，网络度为10个/m，线密度偏差率为0.8％，断裂强度CV值为4.9％，断裂伸长CV值为7.2％，沸水收缩率为6.5％，中空度为28.9％；
中空涤纶长丝在120℃的温度条件下的上染率为87.7％，K/S值为23.33，耐皂洗色牢度达到5级，干摩擦牢度达到5级，湿摩擦牢度为6级。

Claims (9)

1.中空涤纶长丝的制备方法，其特征是：采用中空喷丝板按FDY工艺由改性聚酯熔体制得中空改性聚酯FDY丝，即得中空涤纶长丝；
所述改性聚酯的制备方法为：将对苯二甲酸、乙二醇和2,5,6,6-四甲基-2,5-庚二醇混合均匀后先后进行酯化反应和缩聚反应；所述对苯二甲酸、乙二醇和2,5,6,6-四甲基-2,5-庚二醇的摩尔比为1:1.2～2.0:0.03～0.05；
2,5,6,6-四甲基-2,5-庚二醇的结构式如下：
Figure FDA0002570152360000011
中空涤纶长丝在120℃的温度条件下的上染率为85.3～89.2％，K/S值为22.35～25.43，耐皂洗色牢度达到5级，干摩擦牢度达到5级，湿摩擦牢度大于4级。
2.根据权利要求1所述的中空涤纶长丝的制备方法，其特征在于，所述2,5,6,6-四甲基-2,5-庚二醇的合成步骤如下：
(1)按1～1.2:1:1.2～1.3:2.0～3.0的摩尔比将KOH粉末、3-甲基-3-羟基丁炔、3,3-二甲基-2-丁酮和异丙醚混合，在冰浴条件下反应2～4h，反应结束后进行冷却结晶、离心分离、洗涤、精制和干燥得到庚炔二醇；
(2)按2～3:10:0.01～0.03的重量比将庚炔二醇、乙醇和钯催化剂混合，在40～50℃的温度条件下反应50～60min，反应过程中持续通入氢气，反应结束后进行分离和提纯得到2,5,6,6-四甲基-2,5-庚二醇。
3.根据权利要求2所述的中空涤纶长丝的制备方法，其特征在于，所述改性聚酯的制备步骤如下：
(1)酯化反应；
将对苯二甲酸、乙二醇和2,5,6,6-四甲基-2,5-庚二醇配成浆料，加入催化剂、消光剂和稳定剂混合均匀后，在氮气氛围中加压进行酯化反应，加压压力为常压～0.3MPa，酯化反应的温度为250～260℃，当酯化反应中的水馏出量达到理论值的90％以上时为酯化反应终点；
(2)缩聚反应；
酯化反应结束后，在负压条件下开始低真空阶段的缩聚反应，该阶段压力在30～50min内由常压平稳抽至绝对压力500Pa以下，反应温度为250～260℃，反应时间为30～50min，然后继续抽真空，进行高真空阶段的缩聚反应，使反应压力进一步降至绝对压力100Pa以下，反应温度为270～280℃，反应时间为50～90min。
4.根据权利要求3所述的中空涤纶长丝的制备方法，其特征在于，所述催化剂、消光剂和稳定剂的加入量分别为对苯二甲酸加入量的0.03～0.05wt％、0.20～0.25wt％和0.01～0.05wt％。
5.根据权利要求4所述的中空涤纶长丝的制备方法，其特征在于，所述催化剂为三氧化二锑、乙二醇锑或醋酸锑，所述消光剂为二氧化钛，所述稳定剂为磷酸三苯酯、磷酸三甲酯或亚磷酸三甲酯。
6.根据权利要求5所述的中空涤纶长丝的制备方法，其特征在于，改性聚酯的数均分子量为25000～30000，分子量分布指数为1.8～2.2。
7.根据权利要求1所述的中空涤纶长丝的制备方法，其特征在于，所述FDY工艺的流程为：计量、喷丝板挤出、冷却、上油、拉伸、热定型和卷绕；
所述FDY工艺的参数为：纺丝温度285～300℃，冷却温度20～25℃，网络压力0.20～0.30MPa，一辊速度2200～2600m/min，一辊温度75～90℃，二辊速度3600～3900m/min，二辊温度115～135℃，卷绕速度3550～3835m/min。
8.采用如权利要求1～7任一项所述的中空涤纶长丝的制备方法制得的中空涤纶长丝，其特征是：具有中空结构，材质为改性聚酯；
所述改性聚酯的分子链包括对苯二甲酸链段、乙二醇链段和2,5,6,6-四甲基-2,5-庚二醇链段。
9.根据权利要求8所述的中空涤纶长丝，其特征在于，中空涤纶长丝的单丝纤度为0.7～1.2dtex，断裂强度≥3.5cN/dtex，断裂伸长率为40.0±2.0％，网络度为12±4个/m，线密度偏差率≤0.8％，断裂强度CV值≤5.0％，断裂伸长CV值≤8.0％，沸水收缩率为6.0±0.5％，中空度为25.3～33.1％。
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