CN109666982A - 一种吸湿排汗聚酯纤维及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种吸湿排汗聚酯纤维及其制备方法，制备方法为：采用H形喷丝板按FDY工艺由改性聚酯熔体制得改性聚酯FDY丝，即得吸湿排汗聚酯纤维；改性聚酯的制备方法为：将对苯二甲酸、乙二醇、带叔丁基侧基的己二醇和掺杂改性的ZrO₂粉体混合均匀后先后进行酯化反应和缩聚反应；带叔丁基侧基的己二醇的结构式如下：制得的产品在120℃的温度条件下的上染率为86.7～90.2％，K/S值为22.58～25.72；在温度为25℃且相对湿度为65％的条件下放置60个月后，其特性粘度下降14～21％。本发明的制备方法，成本低廉，工艺简单；制得产品，染色性能优良，自然降解速率快，极具应用前景。

Description

一种吸湿排汗聚酯纤维及其制备方法

技术领域

本发明属于聚酯纤维技术领域，涉及一种吸湿排汗聚酯纤维及其制备方法。

背景技术

聚酯纤维的结晶度高、强度好和稳定性好，且耐热、耐光、耐酸碱、耐氧化及耐摩擦等性能优良，早以成为一种常用的天然纤维的替代品，被广泛应用在服装等诸多领域。

随着人们生活水平的提高，服装面料的舒适、健康、安全和环保等性能逐渐成为消费者选购服装的关键因素。随着人们的户外活动需求越来越多，运动休闲服装逐渐成为了市场的主流品类，越来越受广大消费者的欢迎。舒适性是休闲运动服装的一个重要评价指标，这不仅仅对服装面料的柔软性及服帖性有要求，这还对服装面料的吸湿排汗性能提出了较高的要求，需要保证在人体出汗的情况下，服装不会黏贴皮肤而产生湿冷感。

而聚酯(PET)纤维分子主链中没有亲水性基团，属于疏水性纤维，其吸湿排汗性能较差，易产生静电，舒适性一般。因此需对聚酯纤维的物理和化学改性，提高聚酯织物的透气性和吸湿性，减少表面静电，提高穿着的舒适性。其中对纤维进行物理改性是目前最为常见的透气吸湿处理办法，其主要是通过提高纤维的表面吸附来实现的。目前最为常见的纤维物理改性办法是纤维截面异形化，研究表面十字形、H形等异形截面纤维相比于常规的圆形纤维能够得到提高表面吸附性能，纤维愈细，纤维内部缝隙愈多，表面愈呈现微细的凹凸状态，纤维截面异形度愈大，则纤维的比表面积愈大，吸湿能力愈强。

虽然目前的异形截面聚酯纤维的吸湿排汗性能较好，但其仍存在染色性能差和回收处理两大问题。其染色性能差的原因在于，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，导致涤纶纤维的上染难度较大，此外，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。其回收处理困难在于，PET结构致密、结晶度高，其自然降解时间较长(PET的分解周期为16～48年)，耗时耗力，根本满足不了待处理量极其巨大的PET废弃物的处理需求。

因此，开发一种染色性能优良、对染色设备要求低、染色成本低廉且能够高效率降解回收处理的吸湿排汗聚酯纤维具有现实意义。

发明内容

本发明的目的是现有技术染色性能较差、对设备要求高、染色成本高且降解速率慢的缺陷，提供一种染色性能优良、对染色设备要求低、染色成本低廉且自然降解速率快的吸湿排汗聚酯纤维及其制备方法。

为了达到上述目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种吸湿排汗聚酯纤维的制备方法，采用H形喷丝板按FDY工艺由改性聚酯熔体制得改性聚酯FDY丝，即得吸湿排汗聚酯纤维；

所述改性聚酯的制备方法为：将对苯二甲酸、乙二醇、带叔丁基侧基的己二醇和掺杂改性的ZrO₂粉体混合均匀后先后进行酯化反应和缩聚反应

带叔丁基侧基的己二醇的结构式如下：

式中，R为-H、-CH₂CH₃或-C(CH₃)₃；

ZrO₂掺杂改性的过程为：首先将含金属离子M^x+的溶液与含Zr⁴⁺的溶液混合均匀，然后滴加沉淀剂至混合液的pH值为9～10，最后煅烧沉淀产物；金属离子M^x+为Mg²⁺、Li⁺和Zn²⁺中的一种以上。

本发明在改性聚酯分子链中引入带叔丁基侧基的己二醇链段，带叔丁基侧基的己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。空洞自由体积的增大将降低染料、空气或水等分子进入聚酯内部的难度，提高改性聚酯的染色性能(上染率)和自然降解速率，降低染色温度，缩短染色的时间，减少能耗。

本发明还通过先溶液共混再共沉淀再煅烧的方法实现了金属氧化物(氧化镁、氧化锂和氧化锌中的一种以上)与ZrO₂的掺杂，进而对ZrO₂的氧还原催化过程产生影响，提升了聚酯的降解速率。由于本发明选用了离子电导率高的ZrO₂作为氧还原催化剂基材，其通过掺杂低价态的金属离子(Mg²⁺、Li⁺及Zn²⁺)能够获得稳定的立方相，同时在一定程度上，掺杂离子半径越接近被掺杂的离子半径，越有利于氧空位的形成，越有利于氧离子的传导，本发明选择掺杂与Zr⁴⁺离子半径相同的金属离子(Mg²⁺、Li⁺及Zn²⁺，离子半径均为0.103nm)对其进行掺杂，这能够提高氧离子的传导速率，进而提高氧还原反应的程度。

本发明引入的掺杂改性的ZrO₂粉体和带叔丁基侧基的己二醇还能起到协同作用，掺杂改性的ZrO₂粉体，提高了氧离子的传导速率，进而提高氧还原反应的程度，有利于降解反应的进行，聚酯的空洞自由体积的增大，有利于氧和水的渗透，提高了聚酯内部氧原子的浓度，进一步促进了氧还原反应的进行，因而进一步提高了降解速率。

作为优选的技术方案：

如上所述的一种吸湿排汗聚酯纤维的制备方法，所述带叔丁基侧基的己二醇的合成方法为：首先，按原料A与硫酸的摩尔比为1.5～2:1的比例将浓度为300～350g/L的原料A溶液和浓度为200～300g/L的稀硫酸溶液混合加入阴极电解池中，然后，将混合液冷却至10～15℃，接着进行电解还原至原料A的浓度低于10wt％，最后进行冷却结晶、分离和提纯；

R为-H、-CH₂CH₃和-C(CH₃)₃时，原料A分别对应为2,2-甲基丙醛、2,2-二甲基3-戊酮和2,24,4-四甲基3-戊酮。

如上所述的一种吸湿排汗聚酯纤维的制备方法，所述含金属离子M^x+的溶液的浓度为1～2wt％，溶剂为水，溶液中的阴离子为NO₃ ^-；所述含Zr⁴⁺的溶液为浓度20～25wt％的ZrO₂的溶液，溶剂为硝酸；所述沉淀剂为浓度2mol/L的氨水；沉淀开始时，混合液中金属离子M^x+与Zr⁴⁺的摩尔比为5～8:100，本发明金属离子M^x+与Zr⁴⁺的摩尔比并不限于此，本领域技术人员可根据实际情况进行调整，但调整幅度不宜过大，这是因为催化剂中ZrO₂是主体，金属离子M^x+的引入是围绕ZrO₂展开的，目的是提高氧离子的传导速率，进而提高氧还原反应的程度，若摩尔比过大会主次不分，过少则对提高氧离子的传导速率作用不足；

所述煅烧前对沉淀产物进行洗涤和干燥，干燥的温度为105～110℃，时间为2～3h；所述煅烧的过程为：首先升温至400℃后保温2～3h，然后升温至700℃后保温1～2h，最后在空气中冷却；

ZrO₂在掺杂改性后进行粉碎得到平均粒径小于0.5微米的粉体。

如上所述的一种吸湿排汗聚酯纤维的制备方法，所述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；所述改性聚酯的制备步骤如下：

(1)酯化反应；

将对苯二甲酸、乙二醇和带叔丁基侧基的己二醇配成浆料，加入掺杂改性的ZrO₂粉体、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270～275℃，反应时间为50～90min。

如上所述的一种吸湿排汗聚酯纤维的制备方法，所述对苯二甲酸、乙二醇和带叔丁基侧基的己二醇的摩尔比为1:1.2～2.0:0.04～0.06，带叔丁基侧基的己二醇的含量可在适当范围内进行调整，但是不宜过高或过低，过高会对纤维的力学性能产生一定的影响，过低作用(对染色性能及自然降解速率的提升)不明显，所述掺杂改性的ZrO₂粉体、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0.05～0.08wt％、0.03～0.05wt％、0.20～0.25wt％和0.01～0.05wt％，本发明掺杂改性的ZrO₂粉体的加入量并不限于此，本领域技术人员可实际情况进行调整，但调整幅度不宜过大，添加量过大对纤维的光泽以及力学性能等影响较大，不利于纤维的生产和应用，添加量过低，则(对染色性能及自然降解速率的提升)效果不明显。

如上所述的一种吸湿排汗聚酯纤维的制备方法，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。

如上所述的一种吸湿排汗聚酯纤维的制备方法，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280～290℃，冷却温度20～25℃，网络压力0.25～0.40MPa，一辊速度1800～2000m/min，一辊温度80～95℃，二辊速度4300～4700m/min，二辊温度125～140℃，卷绕速度4220～4600m/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。

本发明还提供了采用如上所述的一种吸湿排汗聚酯纤维的制备方法制得的一种吸湿排汗聚酯纤维，其为横截面呈H形的改性聚酯FDY丝；

所述改性聚酯的分子链包括对苯二甲酸链段、乙二醇链段和带叔丁基侧基的己二醇链段；

带叔丁基侧基的己二醇的结构式如下：

式中，R为-H、-CH₂CH₃或-C(CH₃)₃；

所述改性聚酯中分散有所述掺杂改性的ZrO₂粉体。

作为优选的技术方案：

如上所述的一种吸湿排汗聚酯纤维，吸湿排汗聚酯纤维的单丝纤度为1.2～2.0dtex，断裂强度≥3.2cN/dtex，断裂伸长率为36.0±4.0％，网络度为14±4个/m，线密度偏差率≤1.00％，断裂强度CV值≤5.00％，断裂伸长CV值≤8.0％，沸水收缩率为9.0±0.5％，毛细参数≥0.16，本发明的带叔丁基侧基的己二醇和掺杂改性的ZrO₂粉体的添加量较小，其对聚酯纤维的加工及机械性能的影响较小，本发明的聚酯纤维的加工性能及机械性能与普通聚酯纤维(未添加带叔丁基侧基的己二醇和掺杂改性的ZrO₂粉体)相当。

如上所述的一种吸湿排汗聚酯纤维，吸湿排汗聚酯纤维在120℃的温度条件下的上染率为86.7～90.2％，K/S值为22.58～25.72；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84.4％，K/S值为20.68，对比样与本发明的吸湿排汗聚酯纤维的区别仅在于其材质为普通聚酯且未添加掺杂改性的ZrO₂粉体；本发明的吸湿排汗聚酯纤维相比于普通PET纤维大幅提高了纤维上染率，降低染色温度，缩短染色的时间，减少能耗；吸湿排汗聚酯纤维在温度为25℃且相对湿度为65％的条件下放置60个月后，其特性粘度下降14～21％；相同条件下，对比样的特性粘度下降3.8％，对比样与本发明的吸湿排汗聚酯纤维的区别仅在于其材质为普通聚酯且未添加掺杂改性的ZrO₂粉体，本发明的吸湿排汗聚酯纤维相比于常规PET纤维自然降解速率显著增加，带叔丁基侧基的己二醇和掺杂改性的ZrO₂粉体能够显著提升纤维的自然降解速率。

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H原子被甲基(-CH₃)取代时，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(PET)分子链中引入带叔丁基侧基的己二醇显著提升了吸湿排汗聚酯纤维的染色性能及自然降解性能，带叔丁基侧基的己二醇的结构式如下：

式中，R为-H(带叔丁基侧基的己二醇为2,2,5,5-四甲基-3,4-己二醇)、-CH₂CH₃(带叔丁基侧基的己二醇为2,2,5,5-四甲基-3,4-二乙基-3,4-己二醇)或-C(CH₃)₃(带叔丁基侧基的己二醇为2,2,4,4-四甲基-3,4-二叔丁基-3,4-己二醇)；

带叔丁基侧基的己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，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。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。本发明通过增大改性聚酯的空洞自由体积，显著降低了水、空气或其它分子如染料等渗透到改性聚酯大分子内部的难度，对改性聚酯的染色或自然降解速率等产生积极的影响，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。

当聚酯中含有一定量的氧还原催化剂时，由于聚酯长期暴露在空气中，空气中的氧气能够通过聚酯材质中的自由体积(窄缝自由体积和/或空洞自由体积)渗入聚酯内部，氧还原催化剂表面吸附氧气，氧气逐渐迁移到聚酯内部的氧还原催化剂表面，达到一定氧浓度梯度后形成吸附氧，在氧还原催化剂表面发生氧还原反应(氧离子化)，在这一反应过程中，氧气被部分还原为过氧化物，氧还原催化剂吸附后的氧气分子与一个聚酯中的酯键结合并在催化剂表面形成RCOOOR`，后再结合一个质子并断开氧氧键，生成一个RCOOH，使酯键断裂，同时OR`与H⁺结合得到醇HOR`，从而加速了聚酯降解。

本发明通过先溶液共混再共沉淀再煅烧的方法实现了金属氧化物(氧化镁、氧化锂和氧化锌中的一种以上)与ZrO₂的掺杂，进而对ZrO₂的氧还原催化过程产生影响，提升了聚酯的降解速率。由于本发明选用了离子电导率高的ZrO₂作为氧还原催化剂基材，其通过掺杂低价态的金属离子(Mg²⁺、Li⁺及Zn²⁺)能够获得稳定的立方相，同时在一定程度上，掺杂离子半径越接近被掺杂的离子半径，越有利于氧空位的形成，越有利于氧离子的传导，本发明选择掺杂与Zr⁴⁺离子半径相同的金属离子(Mg²⁺、Li⁺及Zn²⁺，离子半径均为0.103nm)对其进行掺杂，这能够提高氧离子的传导速率，进而提高氧还原反应的程度。掺杂对ZrO₂的影响如下：

一方面，采用本发明的掺杂方式能够破坏ZrO₂的晶面结构，增大了其比表面积，进而提高了单位质量ZrO₂的氧气吸附量；

另一方面，采用本发明的掺杂方式能够改变ZrO₂的吸附方式和氧还原反应机制，掺杂改性前，吸附方式为单斜ZrO₂表面的端式吸附，O原子在不同单斜ZrO₂晶面吸附时，都会受到表面Zr原子的“空间位阻效应”影响，O₂分子通过强度较弱的物理吸附或弱化学吸附在Zr原子位吸附，且在不同单斜ZrO₂晶面O₂分子都还原为过氧化物，掺杂改性后，吸附方式为掺杂ZrO₂表面的侧式吸附，其不受“空间位阻效应”影响，增强了O₂分子在Zr原子位的化学吸附，还能促进O₂分子的O-O键断裂，即可以促进O₂分子还原生成过氧化物，提高了氧还原催化效率进而提高了聚酯降解速率。如仅将金属氧化物(氧化镁、氧化锂和氧化锌中的一种以上)与ZrO₂物理共混，金属氧化物不会影响ZrO₂的晶面结构，也会改变其吸附方式和氧还原反应机制，因而不会提高氧还原催化效率，也会不提高聚酯降解速率。

由于聚酯内部氧还原催化剂的存在，氧气能够在聚酯内部长时间的停留，能够对聚酯中最薄弱的酯基进行氧化反应，加速了聚酯降解的程度。现有技术的降解聚酯均是从聚酯表面开始的，而本发明通过将氧还原催化剂混入聚酯，提供了一种从聚酯内部降解的新思路。

本发明引入的掺杂改性的ZrO₂粉体和带叔丁基侧基的己二醇还能起到协同作用，掺杂改性的ZrO₂粉体，提高了氧离子的传导速率，进而提高氧还原反应的程度，有利于降解反应的进行，聚酯的空洞自由体积的增大，有利于氧和水的渗透，提高了聚酯内部氧原子的浓度，进一步促进了氧还原反应的进行，因而进一步提高了降解速率。

有益效果：

(1)本发明的吸湿排汗聚酯纤维的制备方法，通过在聚酯中引入改性组分——带叔丁基侧基的己二醇增大空洞自由体积，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，还一定程度上提高了自然降解速率；

(2)本发明的吸湿排汗聚酯纤维的制备方法，通过在聚酯中引入组分——掺杂改性的ZrO₂粉体，显著提高了吸湿排汗聚酯纤维的自然降解速率；

(3)本发明的吸湿排汗聚酯纤维的制备方法，成本低廉，工艺简单，极具应用前景；

(4)本发明的吸湿排汗聚酯纤维，染色性能优良，自然降解速率快，机械性能好，应用前景广阔。

附图说明

图1为本发明合成带叔丁基侧基的己二醇的反应装置示意图。

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。

实施例1

一种吸湿排汗聚酯纤维的制备方法，步骤如下：

(1)制备改性聚酯；

(1.1)制备掺杂改性的ZrO₂粉体；

(1.1.1)将浓度为1.5wt％的Mg(NO₃)₂水溶液与浓度为22wt％的ZrO₂的溶液混合均匀，ZrO₂的溶液的溶剂为硝酸，混合液中Mg²⁺与Zr⁴⁺的摩尔比为6:100；

(1.1.2)滴加浓度2mol/L的氨水至混合液的pH值为9得到沉淀产物，对沉淀产物进行洗涤和干燥，干燥的温度为108℃，时间为2.5h；

(1.1.3)将干燥产物升温至400℃后保温2.5h，然后升温至700℃后保温1.5h，最后在空气中冷却后粉碎得到粒径为0.4微米的掺杂改性的ZrO₂粉体；

(1.2)制备2,2,5,5-四甲基-3,4-己二醇；

首先，按2,2-甲基丙醛与硫酸的摩尔比为1.5:1的比例将浓度为320g/L的2,2-甲基丙醛溶液和浓度为200g/L的稀硫酸溶液混合加入阴极电解池中，然后，将混合液冷却至12℃，接着进行电解还原至2,2-甲基丙醛的浓度为9.5wt％，最后进行冷却结晶、分离和提纯，合成过程中所采用的反应装置示意图如图1所示，反应化学方程如下：

制得的2,2,5,5-四甲基-3,4-己二醇的结构式如式(Ⅰ)所示，式中，R为-H；

(1.3)酯化反应；

将摩尔比为1:1.2:0.04的对苯二甲酸、乙二醇和2,2,5,5-四甲基-3,4-己二醇配成浆料，加入掺杂改性的ZrO₂粉体、醋酸锑、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260℃，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，其中掺杂改性的ZrO₂粉体、醋酸锑、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0.055wt％、0.04wt％、0.20wt％和0.02wt％；

(1.4)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490Pa，反应温度为260℃，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90Pa，最后在反应温度为275℃的条件下反应90min得到聚酯，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)制备吸湿排汗聚酯纤维；

将改性聚酯熔体经计量、H形喷丝板挤出、冷却、上油、拉伸、热定型和卷绕制得改性聚酯FDY丝，即得吸湿排汗聚酯纤维，FDY工艺的参数为：纺丝温度285℃，冷却温度24℃，网络压力0.3MPa，一辊速度1900m/min，一辊温度90℃，二辊速度4600m/min，二辊温度130℃，卷绕速度4400m/min。

最终制得的吸湿排汗聚酯纤维为横截面呈H形的改性聚酯FDY丝，其单丝纤度为2.0dtex，断裂强度为3.4cN/dtex，断裂伸长率为32.0％，网络度为13个/m，线密度偏差率为1.00％，断裂强度CV值为4.68％，断裂伸长CV值为7.9％，沸水收缩率为9.5％，毛细参数为0.18；

吸湿排汗聚酯纤维在120℃的温度条件下的上染率为90.2％，K/S值为23.65；

吸湿排汗聚酯纤维在温度为25℃且相对湿度为65％的条件下放置60个月后，其特性粘度下降14％。

对比例1

一种聚酯纤维的制备方法，制备步骤与实施例1基本相同，不同之处在于，不添加2,2,5,5-四甲基-3,4-己二醇和掺杂改性的ZrO₂粉体，即不对聚酯进行改性，制得的聚酯纤维的单丝纤度为2.0dtex，断裂强度为3.5cN/dtex，断裂伸长率为31.0％，网络度为13个/m，线密度偏差率为1.00％，断裂强度CV值为4.72％，断裂伸长CV值为7.9％，沸水收缩率为9.5％，毛细参数为0.18，在与实施例1其他测试条件相同的情况下，对比例1的聚酯纤维在130℃的温度条件下的上染率为84.4％，K/S值为20.68，在与实施例1相同测试条件下，对比例1的聚酯纤维的特性粘度下降低3.8％。

将实施例1与对比例1相对比可以发现，2,2,5,5-四甲基-3,4-己二醇和掺杂改性的ZrO₂粉体使得本发明的吸湿排汗涤纶纤维的自然降解速率和染色性能相比于普通聚酯纤维有了极大地提升，同时对纤维其他性能影响较小，并不影响其加工性能及机械性能。

对比例2

一种聚酯纤维的制备方法，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2,2,5,5-四甲基-3,4-己二醇。制得的聚酯纤维的单丝纤度为2.0dtex，断裂强度为3.3cN/dtex，断裂伸长率为34.0％，网络度为13个/m，线密度偏差率为1.10％，断裂强度CV值为4.65％，断裂伸长CV值为7.8％，沸水收缩率为9.5％，毛细参数为0.18，在与实施例1其他测试条件相同的情况下，对比例2的聚酯纤维在130℃的温度条件下的上染率为84.1％，K/S值为20.39，在与实施例1相同测试条件下，对比例2的聚酯纤维的特性粘度下降10.7％。

将实施例1与对比例2对比可以发现，带叔丁基侧基的己二醇(2,2,5,5-四甲基-3,4-己二醇)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和自然降解性能，这主要是因为一方面带叔丁基侧基的己二醇增大的自由体积更多的是空洞自由体积，而长支链取代基增大的自由体积更多的是狭缝自由体积，另一方面带叔丁基侧基的己二醇的刚性大于长支链取代基，减少了分子链之间的缠结，因而带叔丁基侧基的己二醇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，空洞自由体积的增大将有助于染料分子扩散进入到纤维空隙中，提高了染色的效率，降低染色温度和缩短染色时间，降低因染色对聚酯纤维力学性能的影响，同时还有利于水分子和氧气渗入到纤维空隙中，促进聚酯纤维的自然降解。

实施例2

一种吸湿排汗聚酯纤维的制备方法，步骤如下：

(1)制备改性聚酯；

(1.1)制备掺杂改性的ZrO₂粉体；

(1.1.1)将浓度为1wt％的LiNO₃水溶液与浓度为20wt％的ZrO₂的溶液混合均匀，ZrO₂的溶液的溶剂为硝酸，混合液中Li⁺与Zr⁴⁺的摩尔比为5:100；

(1.1.2)滴加浓度2mol/L的氨水至混合液的pH值为10得到沉淀产物，对沉淀产物进行洗涤和干燥，干燥的温度为105℃，时间为3h；

(1.1.3)将干燥产物升温至400℃后保温2h，然后升温至700℃后保温1h，最后在空气中冷却后粉碎得到粒径为0.4微米的掺杂改性的ZrO₂粉体；

(1.2)制备2,2,5,5-四甲基-3,4-二乙基-3,4-己二醇；

首先，按2,2-二甲基3-戊酮与硫酸的摩尔比为1.6:1的比例将浓度为350g/L的2,2-二甲基3-戊酮溶液和浓度为210g/L的稀硫酸溶液混合加入阴极电解池中，然后，将混合液冷却至11℃，接着进行电解还原至2,2-二甲基3-戊酮的浓度为9.0wt％，最后进行冷却结晶、分离和提纯，合成过程中所采用的反应装置以及反应化学方程与实施例1一致，制得的2,2,5,5-四甲基-3,4-二乙基-3,4-己二醇的结构式如式(Ⅰ)所示，式中，R为-CH₂CH₃；

(1.3)酯化反应；

将摩尔比为1:1.5:0.044的对苯二甲酸、乙二醇和2,2,5,5-四甲基-3,4-二乙基-3,4-己二醇配成浆料，加入掺杂改性的ZrO₂粉体、乙二醇锑、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94％时为酯化反应终点，其中掺杂改性的ZrO₂粉体、乙二醇锑、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0.06wt％、0.03wt％、0.20wt％和0.01wt％；

(1.4)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490Pa，反应温度为250℃，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90Pa，最后在反应温度为270℃的条件下反应50min得到聚酯，制得的改性聚酯的数均分子量为30000，分子量分布指数为1.8；

(2)制备吸湿排汗聚酯纤维；

将改性聚酯熔体经计量、H形喷丝板挤出、冷却、上油、拉伸、热定型和卷绕制得改性聚酯FDY丝，即得吸湿排汗聚酯纤维，FDY工艺的参数为：纺丝温度280℃，冷却温度25℃，网络压力0.25MPa，一辊速度1800m/min，一辊温度80℃，二辊速度4300m/min，二辊温度125℃，卷绕速度4220m/min。

最终制得的吸湿排汗聚酯纤维为横截面呈H形的改性聚酯FDY丝，其单丝纤度为1.8dtex，断裂强度为3.2cN/dtex，断裂伸长率为36.0％，网络度为14个/m，线密度偏差率为0.95％，断裂强度CV值为4.88％，断裂伸长CV值为8.0％，沸水收缩率为9.2％，毛细参数为0.17；

吸湿排汗聚酯纤维在120℃的温度条件下的上染率为89.3％，K/S值为23.72；

吸湿排汗聚酯纤维在温度为25℃且相对湿度为65％的条件下放置60个月后，其特性粘度下降21％。

实施例3

一种吸湿排汗聚酯纤维的制备方法，步骤如下：

(1)制备改性聚酯；

(1.1)制备掺杂改性的ZrO₂粉体；

(1.1.1)将浓度为2wt％的Zn(NO₃)₂水溶液与浓度为25wt％的ZrO₂的溶液混合均匀，ZrO₂的溶液的溶剂为硝酸，混合液中Zn²⁺与Zr⁴⁺的摩尔比为8:100；

(1.1.2)滴加浓度2mol/L的氨水至混合液的pH值为10得到沉淀产物，对沉淀产物进行洗涤和干燥，干燥的温度为110℃，时间为2h；

(1.1.3)将干燥产物升温至400℃后保温3h，然后升温至700℃后保温2h，最后在空气中冷却后粉碎得到粒径为0.4微米的掺杂改性的ZrO₂粉体；

(1.2)制备2,2,4,4-四甲基-3,4-二叔丁基-3,4-己二醇；

首先，按2,24,4-四甲基3-戊酮与硫酸的摩尔比为1.7:1的比例将浓度为340g/L的2,24,4-四甲基3-戊酮溶液和浓度为230g/L的稀硫酸溶液混合加入阴极电解池中，然后，将混合液冷却至10℃，接着进行电解还原至2,24,4-四甲基3-戊酮的浓度为9.6wt％，最后进行冷却结晶、分离和提纯，合成过程中所采用的反应装置以及反应化学方程与实施例1一致，制得的2,2,4,4-四甲基-3,4-二叔丁基-3,4-己二醇的结构式如式(Ⅰ)所示，式中，R为-C(CH₃)₃；

(1.3)酯化反应；

将摩尔比为1:1.8:0.05的对苯二甲酸、乙二醇和2,2,4,4-四甲基-3,4-二叔丁基-3,4-己二醇配成浆料，加入掺杂改性的ZrO₂粉体、三氧化二锑、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94％时为酯化反应终点，其中掺杂改性的ZrO₂粉体、三氧化二锑、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0.08wt％、0.05wt％、0.25wt％和0.05wt％；

(1.4)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490Pa，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95Pa，最后在反应温度为275℃的条件下反应50min得到聚酯，制得的改性聚酯的数均分子量为25000，分子量分布指数为1.8；

(2)制备吸湿排汗聚酯纤维；

将改性聚酯熔体经计量、H形喷丝板挤出、冷却、上油、拉伸、热定型和卷绕制得改性聚酯FDY丝，即得吸湿排汗聚酯纤维，FDY工艺的参数为：纺丝温度290℃，冷却温度20℃，网络压力0.40MPa，一辊速度2000m/min，一辊温度95℃，二辊速度4700m/min，二辊温度140℃，卷绕速度4600m/min。

最终制得的吸湿排汗聚酯纤维为横截面呈H形的改性聚酯FDY丝，其单丝纤度为1.2dtex，断裂强度为3.3cN/dtex，断裂伸长率为32.0％，网络度为10个/m，线密度偏差率为0.98％，断裂强度CV值为5.00％，断裂伸长CV值为7.8％，沸水收缩率为9.0％，毛细参数为0.16；

吸湿排汗聚酯纤维在120℃的温度条件下的上染率为86.7％，K/S值为25.72；

吸湿排汗聚酯纤维在温度为25℃且相对湿度为65％的条件下放置60个月后，其特性粘度下降18％。

实施例4

一种吸湿排汗聚酯纤维的制备方法，步骤如下：

(1)制备改性聚酯；

(1.1)制备掺杂改性的ZrO₂粉体；

(1.1.1)将浓度为1.2wt％的Mg(NO₃)₂水溶液与浓度为22wt％的ZrO₂的溶液混合均匀，ZrO₂的溶液的溶剂为硝酸，混合液中Mg²⁺与Zr⁴⁺的摩尔比为6:100；

(1.1.2)滴加浓度2mol/L的氨水至混合液的pH值为9得到沉淀产物，对沉淀产物进行洗涤和干燥，干燥的温度为106℃，时间为2.5h；

(1.1.3)将干燥产物升温至400℃后保温2.5h，然后升温至700℃后保温1.5h，最后在空气中冷却后粉碎得到粒径为0.4微米的掺杂改性的ZrO₂粉体；

(1.2)制备2,2,5,5-四甲基-3,4-己二醇；

首先，按2,2-甲基丙醛与硫酸的摩尔比为1.8:1的比例将浓度为300g/L的2,2-甲基丙醛溶液和浓度为250g/L的稀硫酸溶液混合加入阴极电解池中，然后，将混合液冷却至15℃，接着进行电解还原至2,2-甲基丙醛的浓度为9.3wt％，最后进行冷却结晶、分离和提纯，合成过程中所采用的反应装置以及反应化学方程与实施例1一致，制得的2,2,5,5-四甲基-3,4-己二醇的结构式如式(Ⅰ)所示，式中，R为-H；

(1.3)酯化反应；

将摩尔比为1:1.9:0.04的对苯二甲酸、乙二醇和2,2,5,5-四甲基-3,4-己二醇配成浆料，加入掺杂改性的ZrO₂粉体、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，加压压力为常压，酯化反应的温度为254℃，当酯化反应中的水馏出量达到理论值的94％时为酯化反应终点，其中掺杂改性的ZrO₂粉体、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％、0.04wt％、0.21wt％和0.015wt％；

(1.4)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490Pa，反应温度为255℃，反应时间为35min，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90Pa，最后在反应温度为270℃的条件下反应60min得到聚酯，制得的改性聚酯的数均分子量为28000，分子量分布指数为2.2；

(2)制备吸湿排汗聚酯纤维；

将改性聚酯熔体经计量、H形喷丝板挤出、冷却、上油、拉伸、热定型和卷绕制得改性聚酯FDY丝，即得吸湿排汗聚酯纤维，FDY工艺的参数为：纺丝温度285℃，冷却温度22℃，网络压力0.3MPa，一辊速度1900m/min，一辊温度90℃，二辊速度4400m/min，二辊温度130℃，卷绕速度4300m/min。

最终制得的吸湿排汗聚酯纤维为横截面呈H形的改性聚酯FDY丝，其单丝纤度为1.2dtex，断裂强度为3.2cN/dtex，断裂伸长率为40.0％，网络度为16个/m，线密度偏差率为0.96％，断裂强度CV值为4.92％，断裂伸长CV值为8.0％，沸水收缩率为8.5％，毛细参数为0.16；

吸湿排汗聚酯纤维在120℃的温度条件下的上染率为86.7％，K/S值为22.58；

吸湿排汗聚酯纤维在温度为25℃且相对湿度为65％的条件下放置60个月后，其特性粘度下降20％。

实施例5

一种吸湿排汗聚酯纤维的制备方法，步骤如下：

(1)制备改性聚酯；

(1.1)制备掺杂改性的ZrO₂粉体；

(1.1.1)将浓度为1.6wt％的LiNO₃水溶液与浓度为24wt％的ZrO₂的溶液混合均匀，ZrO₂的溶液的溶剂为硝酸，混合液中Li⁺与Zr⁴⁺的摩尔比为7:100；

(1.1.2)滴加浓度2mol/L的氨水至混合液的pH值为9～10得到沉淀产物，对沉淀产物进行洗涤和干燥，干燥的温度为110℃，时间为2h；

(1.1.3)将干燥产物升温至400℃后保温3h，然后升温至700℃后保温2h，最后在空气中冷却后粉碎得到粒径为0.45微米的掺杂改性的ZrO₂粉体；

(1.2)制备2,2,5,5-四甲基-3,4-二乙基-3,4-己二醇；

首先，按2,2-二甲基3-戊酮与硫酸的摩尔比为1.9:1的比例将浓度为310g/L的2,2-二甲基3-戊酮溶液和浓度为300g/L的稀硫酸溶液混合加入阴极电解池中，然后，将混合液冷却至15℃，接着进行电解还原至2,2-二甲基3-戊酮的浓度为8.8wt％，最后进行冷却结晶、分离和提纯，合成过程中所采用的反应装置以及反应化学方程与实施例1一致，制得的2,2,5,5-四甲基-3,4-二乙基-3,4-己二醇的结构式如式(Ⅰ)所示，式中，R为-CH₂CH₃；

(1.3)酯化反应；

将摩尔比为1:2.0:0.06的对苯二甲酸、乙二醇和2,2,5,5-四甲基-3,4-二乙基-3,4-己二醇配成浆料，加入掺杂改性的ZrO₂粉体、醋酸锑、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0.25MPa，酯化反应的温度为257℃，当酯化反应中的水馏出量达到理论值的94％时为酯化反应终点，其中掺杂改性的ZrO₂粉体、醋酸锑、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0.07wt％、0.035wt％、0.23wt％和0.03wt％；

(1.4)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490Pa，反应温度为256℃，反应时间为45min，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90Pa，最后在反应温度为273℃的条件下反应60min得到聚酯，制得的改性聚酯的数均分子量为26000，分子量分布指数为2.0；

(2)制备吸湿排汗聚酯纤维；

将改性聚酯熔体经计量、H形喷丝板挤出、冷却、上油、拉伸、热定型和卷绕制得改性聚酯FDY丝，即得吸湿排汗聚酯纤维，FDY工艺的参数为：纺丝温度285℃，冷却温度23℃，网络压力0.35MPa，一辊速度1900m/min，一辊温度85℃，二辊速度4500m/min，二辊温度130℃，卷绕速度4500m/min。

最终制得的吸湿排汗聚酯纤维为横截面呈H形的改性聚酯FDY丝，其单丝纤度为2.0dtex，断裂强度为3.33cN/dtex，断裂伸长率为35.0％，网络度为18个/m，线密度偏差率为1.00％，断裂强度CV值为4.90％，断裂伸长CV值为8.0％，沸水收缩率为8.5％，毛细参数为0.18；

吸湿排汗聚酯纤维在120℃的温度条件下的上染率为90.2％，K/S值为22.58；

吸湿排汗聚酯纤维在温度为25℃且相对湿度为65％的条件下放置60个月后，其特性粘度下降14％。

实施例6

一种吸湿排汗聚酯纤维的制备方法，步骤如下：

(1)制备改性聚酯；

(1.1)制备掺杂改性的ZrO₂粉体；

(1.1.1)将浓度均为2wt％的Mg(NO₃)₂水溶液和Zn(NO₃)₂水溶液按质量比1:1混合得到含金属离子M^x+的溶液，将含金属离子M^x+的溶液与浓度为20wt％的ZrO₂的溶液混合均匀，ZrO₂的溶液的溶剂为硝酸，混合液中金属离子M^x+与Zr⁴⁺的摩尔比为8:100；

(1.1.2)滴加浓度2mol/L的氨水至混合液的pH值为10得到沉淀产物，对沉淀产物进行洗涤和干燥，干燥的温度为110℃，时间为2h；

(1.1.3)将干燥产物升温至400℃后保温2h，然后升温至700℃后保温1h，最后在空气中冷却后粉碎得到粒径为0.4微米的掺杂改性的ZrO₂粉体；

(1.2)制备2,2,4,4-四甲基-3,4-二叔丁基-3,4-己二醇；

首先，按2,24,4-四甲基3-戊酮与硫酸的摩尔比为2:1的比例将浓度为350g/L的2,24,4-四甲基3-戊酮溶液和浓度为220g/L的稀硫酸溶液混合加入阴极电解池中，然后，将混合液冷却至13℃，接着进行电解还原至2,24,4-四甲基3-戊酮的浓度为9.6wt％，最后进行冷却结晶、分离和提纯，合成过程中所采用的反应装置以及反应化学方程与实施例1一致，制得的2,2,4,4-四甲基-3,4-二叔丁基-3,4-己二醇的结构式如式(Ⅰ)所示，式中，R为-C(CH₃)₃；

(1.3)酯化反应；

将摩尔比为1:1.2:0.055的对苯二甲酸、乙二醇和2,2,4,4-四甲基-3,4-二叔丁基-3,4-己二醇配成浆料，加入掺杂改性的ZrO₂粉体、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0.25MPa，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97％时为酯化反应终点，其中掺杂改性的ZrO₂粉体、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0.06wt％、0.04wt％、0.25wt％和0.05wt％；

(1.4)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490Pa，反应温度为255℃，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95Pa，最后在反应温度为270℃的条件下反应85min得到聚酯，制得的改性聚酯的数均分子量为30000，分子量分布指数为2.2；

(2)制备吸湿排汗聚酯纤维；

将改性聚酯熔体经计量、H形喷丝板挤出、冷却、上油、拉伸、热定型和卷绕制得改性聚酯FDY丝，即得吸湿排汗聚酯纤维，FDY工艺的参数为：纺丝温度285℃，冷却温度24℃，网络压力0.40MPa，一辊速度2000m/min，一辊温度85℃，二辊速度4600m/min，二辊温度130℃，卷绕速度4500m/min。

最终制得的吸湿排汗聚酯纤维为横截面呈H形的改性聚酯FDY丝，其单丝纤度为1.8dtex，断裂强度为3.4cN/dtex，断裂伸长率为40.0％，网络度为14个/m，线密度偏差率为0.91％，断裂强度CV值为4.89％，断裂伸长CV值为7.6％，沸水收缩率为9.5％，毛细参数为0.18；

吸湿排汗聚酯纤维在120℃的温度条件下的上染率为88.2％，K/S值为22.58；

吸湿排汗聚酯纤维在温度为25℃且相对湿度为65％的条件下放置60个月后，其特性粘度下降14％。

实施例7

一种吸湿排汗聚酯纤维的制备方法，步骤如下：

(1)制备改性聚酯；

(1.1)制备掺杂改性的ZrO₂粉体；

(1.1.1)将浓度均为1wt％的Mg(NO₃)₂水溶液、LiNO₃水溶液和Zn(NO₃)₂水溶液按质量比1:1混合得到含金属离子M^x+的溶液，将含金属离子M^x+的溶液与浓度为24wt％的ZrO₂的溶液混合均匀，ZrO₂的溶液的溶剂为硝酸，混合液中金属离子M^x+与Zr⁴⁺的摩尔比为6:100；

(1.1.2)滴加浓度2mol/L的氨水至混合液的pH值为10得到沉淀产物，对沉淀产物进行洗涤和干燥，干燥的温度为110℃，时间为3h；

(1.1.3)将干燥产物升温至400℃后保温2h，然后升温至700℃后保温2h，最后在空气中冷却后粉碎得到粒径为0.45微米的掺杂改性的ZrO₂粉体；

(1.2)制备2,2,5,5-四甲基-3,4-己二醇；

首先，按2,2-甲基丙醛与硫酸的摩尔比为1.5:1的比例将浓度为340g/L的2,2-甲基丙醛溶液和浓度为260g/L的稀硫酸溶液混合加入阴极电解池中，然后，将混合液冷却至13℃，接着进行电解还原至2,2-甲基丙醛的浓度为9.5wt％，最后进行冷却结晶、分离和提纯，合成过程中所采用的反应装置以及反应化学方程与实施例1一致，制得的2,2,5,5-四甲基-3,4-己二醇的结构式如式(Ⅰ)所示，式中，R为-H；

(1.3)酯化反应；

将摩尔比为1:2.0:0.05的对苯二甲酸、乙二醇和2,2,5,5-四甲基-3,4-己二醇配成浆料，加入掺杂改性的ZrO₂粉体、醋酸锑、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，加压压力为常压，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94％时为酯化反应终点，其中掺杂改性的ZrO₂粉体、醋酸锑、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0.06wt％、0.04wt％、0.2wt％和0.05wt％；

(1.4)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495Pa，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90Pa，最后在反应温度为270℃的条件下反应90min得到聚酯，制得的改性聚酯的数均分子量为25000，分子量分布指数为2.1；

(2)制备吸湿排汗聚酯纤维；

将改性聚酯熔体经计量、H形喷丝板挤出、冷却、上油、拉伸、热定型和卷绕制得改性聚酯FDY丝，即得吸湿排汗聚酯纤维，FDY工艺的参数为：纺丝温度290℃，冷却温度20℃，网络压力0.35MPa，一辊速度2000m/min，一辊温度85℃，二辊速度4600m/min，二辊温度130℃，卷绕速度4500m/min。

最终制得的吸湿排汗聚酯纤维为横截面呈H形的改性聚酯FDY丝，其单丝纤度为2.0dtex，断裂强度为3.4cN/dtex，断裂伸长率为32.0％，网络度为18个/m，线密度偏差率为0.92％，断裂强度CV值为5.00％，断裂伸长CV值为7.8％，沸水收缩率为8.5％，毛细参数为0.18；

吸湿排汗聚酯纤维在120℃的温度条件下的上染率为90.2％，K/S值为25.72；

吸湿排汗聚酯纤维在温度为25℃且相对湿度为65％的条件下放置60个月后，其特性粘度下降21％。

Claims (10)

1.一种吸湿排汗聚酯纤维的制备方法，其特征是：采用H形喷丝板按FDY工艺由改性聚酯熔体制得改性聚酯FDY丝，即得吸湿排汗聚酯纤维；

所述改性聚酯的制备方法为：将对苯二甲酸、乙二醇、带叔丁基侧基的己二醇和掺杂改性的ZrO₂粉体混合均匀后先后进行酯化反应和缩聚反应；

带叔丁基侧基的己二醇的结构式如下：

式中，R为-H、-CH₂CH₃或-C(CH₃)₃；

ZrO₂掺杂改性的过程为：首先将含金属离子M^x+的溶液与含Zr⁴⁺的溶液混合均匀，然后滴加沉淀剂至混合液的pH值为9～10，最后煅烧沉淀产物；金属离子M^x+为Mg²⁺、Li⁺和Zn²⁺中的一种以上。

2.根据权利要求1所述的一种吸湿排汗聚酯纤维的制备方法，其特征在于，所述带叔丁基侧基的己二醇的合成方法为：首先，按原料A与硫酸的摩尔比为1.5～2:1的比例将浓度为300～350g/L的原料A溶液和浓度为200～300g/L的稀硫酸溶液混合加入阴极电解池中，然后，将混合液冷却至10～15℃，接着进行电解还原至原料A的浓度低于10wt％，最后进行冷却结晶、分离和提纯；

R为-H、-CH₂CH₃和-C(CH₃)₃时，原料A分别对应为2,2-甲基丙醛、2,2-二甲基3-戊酮和2,24,4-四甲基3-戊酮。

3.根据权利要求2所述的一种吸湿排汗聚酯纤维的制备方法，其特征在于，所述含金属离子M^x+的溶液的浓度为1～2wt％，溶剂为水，溶液中的阴离子为NO₃ ^-；所述含Zr⁴⁺的溶液为浓度20～25wt％的ZrO₂的溶液，溶剂为硝酸；所述沉淀剂为浓度2mol/L的氨水；沉淀开始时，混合液中金属离子M^x+与Zr⁴⁺的摩尔比为5～8:100；

所述煅烧前对沉淀产物进行洗涤和干燥，干燥的温度为105～110℃，时间为2～3h；所述煅烧的过程为：首先升温至400℃后保温2～3h，然后升温至700℃后保温1～2h，最后在空气中冷却；

ZrO₂在掺杂改性后进行粉碎得到平均粒径小于0.5微米的粉体。

4.根据权利要求3所述的一种吸湿排汗聚酯纤维的制备方法，其特征在于，所述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；所述改性聚酯的制备步骤如下：

(1)酯化反应；

将对苯二甲酸、乙二醇和带叔丁基侧基的己二醇配成浆料，加入掺杂改性的ZrO₂粉体、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270～275℃，反应时间为50～90min。

5.根据权利要求4所述的一种吸湿排汗聚酯纤维的制备方法，其特征在于，所述对苯二甲酸、乙二醇和带叔丁基侧基的己二醇的摩尔比为1:1.2～2.0:0.04～0.06，所述掺杂改性的ZrO₂粉体、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0.05～0.08wt％、0.03～0.05wt％、0.20～0.25wt％和0.01～0.05wt％。

6.根据权利要求5所述的一种吸湿排汗聚酯纤维的制备方法，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。

7.根据权利要求1所述的一种吸湿排汗聚酯纤维的制备方法，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280～290℃，冷却温度20～25℃，网络压力0.25～0.40MPa，一辊速度1800～2000m/min，一辊温度80～95℃，二辊速度4300～4700m/min，二辊温度125～140℃，卷绕速度4220～4600m/min。

8.采用如权利要求1～7任一项所述的一种吸湿排汗聚酯纤维的制备方法制得的一种吸湿排汗聚酯纤维，其特征是：为横截面呈H形的改性聚酯FDY丝；

所述改性聚酯的分子链包括对苯二甲酸链段、乙二醇链段和带叔丁基侧基的己二醇链段；所述改性聚酯中分散有所述掺杂改性的ZrO₂粉体。

9.根据权利要求8所述的一种吸湿排汗聚酯纤维，其特征在于，吸湿排汗聚酯纤维的单丝纤度为1.2～2.0dtex，断裂强度≥3.2cN/dtex，断裂伸长率为36.0±4.0％，网络度为14±4个/m，线密度偏差率≤1.00％，断裂强度CV值≤5.00％，断裂伸长CV值≤8.0％，沸水收缩率为9.0±0.5％，毛细参数≥0.16。

10.根据权利要求8所述的一种吸湿排汗聚酯纤维，其特征在于，吸湿排汗聚酯纤维在120℃的温度条件下的上染率为86.7～90.2％，K/S值为22.58～25.72；吸湿排汗聚酯纤维在温度为25℃且相对湿度为65％的条件下放置60个月后，其特性粘度下降14～21％。