CN109750375A - 一种轻量化保暖纤维及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种轻量化保暖纤维及其制备方法，制备方法为：采用中空形喷丝板按FDY工艺由改性聚酯熔体制得改性聚酯FDY丝即轻量化保暖纤维；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，2,5,6,6‑四甲基‑2,5‑庚二醇的结构式如下：

Description

一种轻量化保暖纤维及其制备方法

技术领域

本发明属于聚酯纤维技术领域，涉及一种轻量化保暖纤维及其制备方法。

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。聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)纤维自问世以来，因其具有的优异的性能而得到迅猛地发展，其产量已经成为世界合成纤维之冠。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。目前在用中空涤纶纤维开发的主流品种中中空涤纶仿真丝针织物最为突出。其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，具有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。

此外，随着PET产业的快速发展，虽然PET不会直接对环境造成危害，但由于其使用后的废品数目巨大且对大气和微生物试剂的抵抗性很强，聚酯纤维废弃不易处理，会给环境间接造成危害。目前聚酯纤维废弃物的处理方法主要有：填埋、焚烧及回收利用。从环境角度而言，填埋和焚烧虽然是最简单的方法，却有许多缺陷，对环境亦会造成一定的污染。化学降解回收是处理PET废弃物有效而科学的途径，主要方法包括醇解、氨解等，化学降解的产物如醇、酸、酯等还可以作为化学原料重新利用。但由于PET结构致密、结晶度高，自然降解时间很长(常规聚酯纤维的降解周期可达16～48年)，这大大限制了化学降解回收在PET废弃物处理领域的应用，

因此，开发一种能耗低、生产工艺简单、染色性能优异且自然降解速率快的轻量化保暖聚酯纤维极具现实意义。

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轻量化保暖纤维及其制备方法。

为了达到上述目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种轻量化保暖纤维的制备方法，采用中空形喷丝板按FDY工艺由改性聚酯熔体制得改性聚酯FDY丝，即得轻量化保暖纤维；

所述改性聚酯的制备方法为：将对苯二甲酸、乙二醇、2,5,6,6-四甲基-2,5-庚二醇和经过高温焙烧的固体杂多酸粉体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：

固体杂多酸高温焙烧的温度为400～700℃，固体杂多酸为SiO₂-TiO₂、SiO₂-ZrO₂、B₂O₃-Al₂O₃、TiO₂-ZnO和SiO₂-CaO中的一种以上，高温焙烧的目的是除去聚酯中的杂质，在一定气氛和温度下使催化剂中间体(催化剂的前驱体到催化剂的过程中，前驱体发生氧化、还原等反应，催化剂中间体就指该过程中物质，成分不确定，为泛指)分解和活化，温度的设定主要满足的是催化剂中间体分解和活化条件，高温焙烧的温度可在适当范围内的进行调整，但调整幅度不宜过大，高温焙烧的温度过高部分SiO₂会气化，影响到设定的配比，温度过低达不到催化剂中间体分解和活化的要求。

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，提高改性聚酯的上染率。此外，空洞自由体积的增大还将降低空气或水等分子进入聚酯内部的难度，一定程度上提高改性聚酯的自然降解速率。

由于聚酯体系中的端羧基是聚酯水解最先发生的位置，羧基中的羟基氧原子上的未共用电子对与羰基的π电子共扼，发生电子的离域作用，离域的结果是氢氧键作用力减弱，使羧酸离解成负离子和质子，离解后生成的羧基负离子也由于电子的离域使羧基的负电荷平均分配于两个氧原子上，增加了羧基负离子的稳定性，有利于羧酸离解成离子。本发明通过在聚酯制备过程中引入固体杂多酸，固体杂多酸能够离解产生H⁺离子，H⁺离子能够进攻羧基负离子生成带正离子的四面体的中间体，使得羰基的氧质子化，氧上带正电荷，从而吸引羰基碳上的电子，使羰基碳具有正电性，从而更容易被碱性较弱的亲核试剂(比如H₂O)进攻，亲核试剂进攻后，四面体的中间体的酰氧基发生断裂，分解成酸和醇，如此循环，羰基不断被破坏，大分子链不断断裂，端羧基含量不断增加，进一步促进了聚酯水解，提高了水解速率。

本发明引入的固体杂多酸和2,5,6,6-四甲基-2,5-庚二醇还能起到协同作用，固体杂多酸使得羰基的氧质子化，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，进一步提高了降解速率。

固体杂多酸SiO₂-TiO₂具体制备过程为：

按重量份计，首先，将1份二氧化硅粉体和50-60份水搅拌分散，逐滴加入2-3份浓度为4-5wt％的硫酸氧钛溶液，再用浓度为0.5-1.0mol/L的氢氧化钠溶液调节pH值至中性，接着用浓度为8-10wt％的硫酸调节pH值为8，陈化1-2h后，去离子水洗涤至无SO₄ ^2-后抽滤，滤饼用无水乙醇多次洗涤，再置于干燥箱中在100℃温度条件下烘干，最后将样品分别在400℃-700℃下煅烧2-4h，得到固体杂多酸SiO₂-TiO₂。

固体杂多酸SiO₂-ZrO₂具体制备过程为：

按重量份计，首先，将1份的二氧化硅粉体和50-60份水搅拌分散，逐滴加入2-3份浓度为4-5wt％的硫酸锆溶液，再用浓度为0.5-1.0mol/L的氢氧化钠溶液调节pH值至中性，接着用浓度为8-10wt％的硫酸调节pH值为8，陈化1-2h后，去离子水洗涤至无SO₄ ^2-后抽滤，滤饼用无水乙醇多次洗涤，再置于干燥箱中在100℃温度条件下烘干，最后将样品分别在400℃-700℃下煅烧2-4h，得到固体杂多酸SiO₂-ZrO₂。

固体杂多酸B₂O₃-Al₂O₃具体制备过程为：

按重量份计，首先，向1份的硼酸中逐滴加入2-3份浓度为4-5wt％硫酸铝溶液，再用浓度为0.5-1.0mol/L的氢氧化钠溶液调节pH值至中性，接着用浓度为8-10wt％的硫酸调节pH值为8，陈化1-2h后，去离子水洗涤至无SO₄ ^2-后抽滤，滤饼用无水乙醇多次洗涤，再置于干燥箱中在100℃温度条件下烘干，最后将样品分别在400℃-700℃下煅烧2-4h，得到固体杂多酸B₂O₃-Al₂O₃。

固体杂多酸TiO₂-ZnO具体制备过程为：

按重量份计，首先，向1份的硫酸锌中逐滴加入2-3份浓度为4-5wt％硫酸氧钛溶液，再用浓度为0.5-1.0mol/L的氢氧化钠溶液调节pH值至中性，接着用浓度为8-10wt％的硫酸调节pH值为8，陈化1-2h后，去离子水洗涤至无SO₄ ^2-后抽滤，滤饼用无水乙醇多次洗涤再置于干燥箱中在100℃温度条件下烘干，最后将样品分别在400℃-700℃下煅烧2-4h，得到固体杂多酸TiO₂-ZnO。

固体杂多酸SiO₂-CaO具体制备过程为：

按重量份计，首先，将1份的二氧化硅粉体和50-60份水搅拌分散，逐滴加入2-3份浓度为4-5wt％硫酸钙溶液，再用浓度为0.5-1.0mol/L的氢氧化钠溶液调节pH值至中性，接着用浓度为8-10wt％的硫酸调节pH值为8，陈化1-2h后，去离子水洗涤至无SO₄ ^2-后抽滤，滤饼用无水乙醇多次洗涤再置于干燥箱中在100℃温度条件下烘干，最后将样品分别在400℃-700℃下煅烧2-4h，得到固体杂多酸SiO₂-CaO。

作为优选的技术方案：

如上所述的一种轻量化保暖纤维的制备方法，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。

如上所述的一种轻量化保暖纤维的制备方法，高温焙烧的时间为2～4h；SiO₂-TiO₂、SiO₂-ZrO₂、B₂O₃-Al₂O₃、TiO₂-ZnO和SiO₂-CaO中TiO₂、ZrO₂、Al₂O₃、ZnO和CaO的含量分别为30～50wt％、30～50wt％、20～40wt％、20～40wt％和20～50wt％；固体杂多酸在高温焙烧后进行粉碎得到平均粒径小于0.5微米的粉体。

如上所述的一种轻量化保暖纤维的制备方法，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，加入经过高温焙烧的固体杂多酸粉体、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270～280℃，反应时间为50～90min。

如上所述的一种轻量化保暖纤维的制备方法，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1:1.2～2.0:0.03～0.05，2,5,6,6-四甲基-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及自然降解性能；所述经过高温焙烧的固体杂多酸粉体、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0.03～0.05wt％、0.03～0.05wt％、0.20～0.25wt％和0.01～0.05wt％。本发明的固体杂多酸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影响过大，不利于纤维的生产和应用，添加量过低，则效果(对染色性能的提升)不明显。

如上所述的一种轻量化保暖纤维的制备方法，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。

如上所述的一种轻量化保暖纤维的制备方法，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。

如上所述的一种轻量化保暖纤维的制备方法，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285～290℃，冷却温度17～19℃，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一种轻量化保暖纤维的制备方法制得的一种轻量化保暖纤维，为中空改性聚酯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2,5,6,6-四甲基-2,5-庚二醇链段；所述改性聚酯中分散有所述经过高温焙烧的固体杂多酸粉体。

作为优选的技术方案：

如上所述的一种轻量化保暖纤维，轻量化保暖纤维的单丝纤度为0.5～0.8dtex，断裂强度≥3.5cN/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7.0±0.5％，中空度为16～19％，本发明的固体杂多酸和2,5,6,6-四甲基-2,5-庚二醇的添加量较小，其对聚酯纤维的加工及机械性能的影响较小，本发明的轻量化保暖纤维的加工性能及机械性能与普通聚酯纤维(未添加固体杂多酸和2,5,6,6-四甲基-2,5-庚二醇)相当；

轻量化保暖纤维在120℃的温度条件下的上染率为85.7～90.5％，K/S值为22.54～25.87；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21.14，对比样与本发明的轻量化保暖纤维的区别仅在于其材质为普通聚酯且未添加经过高温焙烧的固体杂多酸粉体；本发明的轻量化保暖纤维相比于普通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；

轻量化保暖纤维在温度为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13～17％；相同条件下，对比样的特性粘度下降4.1％，对比样与本发明的轻量化保暖纤维的区别仅在于其材质为普通聚酯且未添加经过高温焙烧的固体杂多酸粉体，本发明的轻量化保暖纤维相比于常规PET纤维自然降解速率显著增加，固体杂多酸和2,5,6,6-四甲基-2,5-庚二醇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-庚二醇显著提升了轻量化保暖纤维的染色性能及自然降解性能，2,5,6,6-四甲基-2,5-庚二醇的结构式如下：

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。

聚酯的水解反应是酯化反应的逆反应，其实质是酯键中酰氧键的断裂过程，即亲核试剂在羰基上发生亲核加成，形成四面体中间体后消除负离子完成水解。普通聚酯水解速率较慢的一个重要原因是聚酯中的羰基碳原子接受亲核试剂进攻的能力低，这是因为聚酯中的羰基碳原子的周围都是给电子基团，缺少吸电子基团，造成聚酯中的羰基碳原子接受亲核试剂进攻的能力低，往往需要较强的亲核基团才能与聚酯中的羰基碳原子发生亲核反应。

本发明通过在聚酯制备原料中加入固体杂多酸显著提高了聚酯中的羰基碳原子接受亲核试剂进攻的能力，进而提高了聚酯的水解速率。本发明选用的固体杂多酸是一类通过氧原子桥联杂原子(中心原子)和金属原子(配位原子)组成的强酸性多核配位物酸催化剂，其耐高温和耐催化性能强，其催化功能来源于固体表面上存在的具有催化活性的酸性部位，由于其耐高温，因而固体杂多酸可在聚酯合成时加入；由于聚酯的酯化反应是在酸性条件下进行的，酸可作为聚酯酯化催化剂，因而固体杂多酸的加入不会对聚合反应产生不利影响，只会有助于对苯二甲酸与乙二醇的酯化反应，降低酯化反应温度，减少酯化过程副反应。

聚酯体系中的端羧基是聚酯水解最先发生的位置，羧基中的羟基氧原子上的未共用电子对与羰基的π电子共扼，发生电子的离域作用，离域的结果是氢氧键作用力减弱，使羧酸离解成负离子和质子，离解后生成的羧基负离子也由于电子的离域使羧基的负电荷平均分配于两个氧原子上，增加了羧基负离子的稳定性，有利于羧酸离解成离子。固体杂多酸能够离解产生H⁺离子，H⁺离子能够进攻羧基负离子生成带正离子的四面体的中间体，使得羰基的氧质子化，氧上带正电荷，从而吸引羰基碳上的电子，使羰基碳具有正电性，从而更容易被碱性较弱的亲核试剂(比如H₂O)进攻，亲核试剂进攻后，四面体的中间体的酰氧基发生断裂，分解成酸和醇，如此循环，羰基不断被破坏，大分子链不断断裂，端羧基含量不断增加，进一步促进了聚酯水解，提高了水解速率。

本发明引入的固体杂多酸和2,5,6,6-四甲基-2,5-庚二醇还能起到协同作用，固体杂多酸使得羰基的氧质子化，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，进一步提高了降解速率。

有益效果：

(1)本发明的轻量化保暖纤维的制备方法，通过在聚酯中引入改性组分——带2,5,6,6-四甲基-2,5-庚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)本发明的轻量化保暖纤维的制备方法，通过在聚酯中引入组分——固体杂多酸，显著提高了轻量化保暖纤维的自然降解速率；

(3)本发明的轻量化保暖纤维的制备方法，成本低廉，工艺简单，极具应用前景；

(4)本发明的轻量化保暖纤维，染色性能优良，自然降解速率快，机械性能好，应用前景广阔。

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

轻量化保暖纤维的制备方法，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)制备固体杂多酸粉体SiO₂-TiO₂；

按重量份计，首先，将1份二氧化硅粉体和55份水搅拌分散，逐滴加入2份浓度为4.5wt％的硫酸氧钛溶液，再用浓度为1.0mol/L的氢氧化钠溶液调节pH值至中性，接着用浓度为10wt％的硫酸调节pH值为8，陈化2h后，去离子水洗涤至无SO₄ ^2-后抽滤，滤饼用无水乙醇多次洗涤，再置于干燥箱中在100℃温度条件下烘干，最后将样品分别在500℃下煅烧2h后进行粉碎得到平均粒径为0.4微米的固体杂多酸SiO₂-TiO₂粉体，SiO₂-TiO₂中TiO₂的含量为42wt％；

(1.3)酯化反应；

将摩尔比为1:1.2:0.05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，加入固体杂多酸粉体SiO₂-TiO₂、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，其中固体杂多酸粉体SiO₂-TiO₂、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0.05wt％、0.03wt％、0.22wt％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，即为轻量化保暖纤维，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19℃，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。

最终制得的轻量化保暖纤维的单丝纤度为0.6dtex，断裂强度为3.5cN/dtex，断裂伸长率为32％，网络度为10个/m，线密度偏差率为0.9％，断裂强度CV值为4.9％，断裂伸长CV值为7.8％，沸水收缩率为7.5％，中空度为16％；

轻量化保暖纤维在120℃的温度条件下的上染率为90.5％，K/S值为22.54；

轻量化保暖纤维在温度为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17％。

对比例1

一种轻量化保暖纤维的制备方法，制备步骤与实施例1基本一致，不同之处在于，步骤(1.3)中不添加固体杂多酸粉体SiO₂-TiO₂和2,5,6,6-四甲基-2,5-庚二醇。

最终制得的轻量化保暖纤维的单丝纤度为0.6dtex，断裂强度为3.5cN/dtex，断裂伸长率为33％，网络度为10个/m，线密度偏差率为1.0％，断裂强度CV值为5.0％，断裂伸长CV值为7.8％，沸水收缩率为7.5％，中空度为16％；

在与实施例1其他测试条件相同的情况下，轻量化保暖纤维在130℃的温度条件下的上染率为83.8％，K/S值为21.14；

轻量化保暖纤维在温度为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4％。与实施例1对比可以发现，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和自然降解性能且力学性能不受影响。

对比例2

一种轻量化保暖纤维的制备方法，制备步骤与实施例1基本一致，不同之处在于，步骤(1.3)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。在与实施例1其他测试条件相同的情况下，最终制得的轻量化保暖纤维在130℃的温度条件下的上染率为82.9％，K/S值为20.87。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，进而更有利于染料、水和氧气渗透到纤维空隙中，提升纤维的染色性能和自然降解性能。

实施例2

轻量化保暖纤维的制备方法，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)制备固体杂多酸粉体SiO₂-ZrO₂；

按重量份计，首先，将1份的二氧化硅粉体和58份水搅拌分散，逐滴加入2份浓度为5wt％的硫酸锆溶液，再用浓度为1.0mol/L的氢氧化钠溶液调节pH值至中性，接着用浓度为10wt％的硫酸调节pH值为8，陈化1h后，去离子水洗涤至无SO₄ ^2-后抽滤，滤饼用无水乙醇多次洗涤，再置于干燥箱中在100℃温度条件下烘干，最后将样品分别在400℃℃下煅烧4h后进行粉碎得到平均粒径为0.45微米的固体杂多酸SiO₂-ZrO₂粉体，SiO₂-ZrO₂中ZrO₂的含量为45wt％；

(1.3)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，加入固体杂多酸粉体SiO₂-ZrO₂、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，其中固体杂多酸粉体SiO₂-ZrO₂、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0.03wt％、0.04wt％、0.20wt％和0.04wt％；

(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，即为轻量化保暖纤维，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18℃，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。

最终制得的轻量化保暖纤维的单丝纤度为0.8dtex，断裂强度为3.8cN/dtex，断裂伸长率为40％，网络度为18个/m，线密度偏差率为0.8％，断裂强度CV值为4.5％，断裂伸长CV值为7.5％，沸水收缩率为6.5％，中空度为19％；

轻量化保暖纤维在120℃的温度条件下的上染率为85.7％，K/S值为22.54；

轻量化保暖纤维在温度为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13％。

实施例3

轻量化保暖纤维的制备方法，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)制备固体杂多酸粉体B₂O₃-Al₂O₃；

按重量份计，首先，向1份的硼酸中逐滴加入2.5份浓度为4wt％硫酸铝溶液，再用浓度为1.0mol/L的氢氧化钠溶液调节pH值至中性，接着用浓度为9wt％的硫酸调节pH值为8，陈化1.5h后，去离子水洗涤至无SO₄ ^2-后抽滤，滤饼用无水乙醇多次洗涤，再置于干燥箱中在100℃温度条件下烘干，最后将样品分别在700℃下煅烧2h后进行粉碎得到固体杂多酸B₂O₃-Al₂O₃粉体，B₂O₃-Al₂O₃中Al₂O₃的含量分别为30wt％；

(1.3)酯化反应；

将摩尔比为1:1.8:0.032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，加入固体杂多酸粉体B₂O₃-Al₂O₃、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，其中固体杂多酸粉体B₂O₃-Al₂O₃、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0.032wt％、0.05wt％、0.24wt％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，即为轻量化保暖纤维，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19℃，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。

最终制得的轻量化保暖纤维的单丝纤度为0.5dtex，断裂强度为3.7cN/dtex，断裂伸长率为39％，网络度为18个/m，线密度偏差率为0.9％，断裂强度CV值为4.6％，断裂伸长CV值为7.6％，沸水收缩率为6.6％，中空度为17％；

轻量化保暖纤维在120℃的温度条件下的上染率为85.9％，K/S值为22.64；

轻量化保暖纤维在温度为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13％。

实施例4

轻量化保暖纤维的制备方法，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)制备固体杂多酸粉体TiO₂-ZnO；

按重量份计，首先，向1份的硫酸锌中逐滴加入3份浓度为5wt％的硫酸氧钛溶液，再用浓度为1.0mol/L的氢氧化钠溶液调节pH值至中性，接着用浓度为10wt％的硫酸调节pH值为8，陈化2h后，去离子水洗涤至无SO₄ ^2-后抽滤，滤饼用无水乙醇多次洗涤再置于干燥箱中在100℃温度条件下烘干，最后将样品分别在600℃下煅烧2.5h后进行粉碎得到平均粒径为0.45微米的固体杂多酸TiO₂-ZnO粉体，TiO₂-ZnO中ZnO的含量分别为35wt％；

(1.3)酯化反应；

将摩尔比为1:2.0:0.034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，加入固体杂多酸粉体TiO₂-ZnO、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，其中固体杂多酸粉体TiO₂-ZnO、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0.035wt％、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，即为轻量化保暖纤维，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19℃，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。

最终制得的轻量化保暖纤维的单丝纤度为0.6dtex，断裂强度为3.7cN/dtex，断裂伸长率为38％，网络度为15个/m，线密度偏差率为0.8％，断裂强度CV值为4.7％，断裂伸长CV值为7.5％，沸水收缩率为6.8％，中空度为17％；

轻量化保暖纤维在120℃的温度条件下的上染率为86.2％，K/S值为22.84；

轻量化保暖纤维在温度为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5

轻量化保暖纤维的制备方法，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)制备固体杂多酸粉体SiO₂-CaO；

按重量份计，首先，将1份的二氧化硅粉体和50份水搅拌分散，逐滴加入3份浓度为5wt％硫酸钙溶液，再用浓度为1.0mol/L的氢氧化钠溶液调节pH值至中性，接着用浓度为10wt％的硫酸调节pH值为8，陈化2h后，去离子水洗涤至无SO₄ ^2-后抽滤，滤饼用无水乙醇多次洗涤再置于干燥箱中在100℃温度条件下烘干，最后将样品分别在650℃下煅烧3.5h后进行粉碎得到平均粒径为0.45微米固体杂多酸SiO₂-CaO粉体，SiO₂-CaO中CaO的含量为45wt％；

(1.3)酯化反应；

将摩尔比为1:2.0:0.036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，加入固体杂多酸粉体SiO₂-CaO、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，其中固体杂多酸粉体SiO₂-CaO、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0.038wt％、0.04wt％、0.23wt％和0.04wt％；

(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，即为轻量化保暖纤维，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19℃，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。

最终制得的轻量化保暖纤维的单丝纤度为0.6dtex，断裂强度为3.7cN/dtex，断裂伸长率为37％，网络度为15个/m，线密度偏差率为0.8％，断裂强度CV值为4.7％，断裂伸长CV值为7.6％，沸水收缩率为6.9％，中空度为17％；

轻量化保暖纤维在120℃的温度条件下的上染率为86.9％，K/S值为23.14；

轻量化保暖纤维在温度为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15％。

实施例6

轻量化保暖纤维的制备方法，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)制备固体杂多酸粉体；

固体杂多酸粉体由平均粒径均为0.45微米的SiO₂-TiO₂粉体和SiO₂-ZrO₂粉体按质量比1:1混合得到，其中，SiO₂-TiO₂和SiO₂-ZrO₂中TiO₂和ZrO₂的含量分别为30wt％和50wt％；

(1.3)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，加入固体杂多酸粉体、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，其中固体杂多酸粉体、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0.04wt％、0.03wt％、0.25wt％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，即为轻量化保暖纤维，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19℃，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。

最终制得的轻量化保暖纤维的单丝纤度为0.7dtex，断裂强度为3.6cN/dtex，断裂伸长率为36％，网络度为15个/m，线密度偏差率为0.9％，断裂强度CV值为4.8％，断裂伸长CV值为7.8％，沸水收缩率为7.0％，中空度为17％；

轻量化保暖纤维在120℃的温度条件下的上染率为87.0％，K/S值为23.34；

轻量化保暖纤维在温度为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15％。

实施例7

轻量化保暖纤维的制备方法，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)制备固体杂多酸粉体；

固体杂多酸粉体由平均粒径均为0.45微米的SiO₂-TiO₂粉体、B₂O₃-Al₂O₃粉体和SiO₂-ZrO₂粉体按质量比1:1:1混合得到，其中，SiO₂-TiO₂、B₂O₃-Al₂O₃和SiO₂-ZrO₂中TiO₂、Al₂O₃和ZrO₂的含量分别为50wt％、20wt％和20wt％；

(1.3)酯化反应；

将摩尔比为1:1.5:0.043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，加入固体杂多酸粉体、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，其中固体杂多酸粉体、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0.041wt％、0.04wt％、0.20wt％和0.04wt％；

(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，即为轻量化保暖纤维，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17℃，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。

最终制得的轻量化保暖纤维的单丝纤度为0.7dtex，断裂强度为3.6cN/dtex，断裂伸长率为35％，网络度为18个/m，线密度偏差率为0.9％，断裂强度CV值为4.8％，断裂伸长CV值为7.8％，沸水收缩率为7.1％，中空度为17％；

轻量化保暖纤维在120℃的温度条件下的上染率为88.％，K/S值为23.54；

轻量化保暖纤维在温度为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15％。

实施例8

轻量化保暖纤维的制备方法，步骤如下：

(1)改性聚酯的制备；

(1.1)制备固体杂多酸粉体；

固体杂多酸粉体B₂O₃-Al₂O₃的平均粒径为0.4微米，B₂O₃-Al₂O₃中Al₂O₃的含量分别为40wt％；

(1.2)酯化反应；

将摩尔比为1:1.5:0.045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，加入固体杂多酸粉体、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，其中固体杂多酸粉体、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0.041wt％、0.04wt％、0.20wt％和0.04wt％，2,5,6,6-四甲基-2,5-庚二醇的合成与实施例1相同；

(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，即为轻量化保暖纤维，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18℃，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。

最终制得的轻量化保暖纤维的单丝纤度为0.7dtex，断裂强度为3.6cN/dtex，断裂伸长率为35％，网络度为15个/m，线密度偏差率为0.9％，断裂强度CV值为4.8％，断裂伸长CV值为7.9％，沸水收缩率为7.2％，中空度为17％；

轻量化保暖纤维在120℃的温度条件下的上染率为88.4％，K/S值为23.74；

轻量化保暖纤维在温度为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15％。

实施例9

轻量化保暖纤维的制备方法，步骤如下：

(1)改性聚酯的制备；

(1.1)制备固体杂多酸粉体；

固体杂多酸粉体TiO₂-ZnO的平均粒径为0.4微米，TiO₂-ZnO中ZnO的含量为20wt％；

(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，加入固体杂多酸粉体、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，其中固体杂多酸粉体、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0.042wt％、0.05wt％、0.24wt％和0.03wt％，2,5,6,6-四甲基-2,5-庚二醇的合成与实施例1相同；

(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，即为轻量化保暖纤维，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19℃，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。

最终制得的轻量化保暖纤维的单丝纤度为0.7dtex，断裂强度为3.6cN/dtex，断裂伸长率为34％，网络度为18个/m，线密度偏差率为0.9％，断裂强度CV值为5.00％，断裂伸长CV值为7.9％，沸水收缩率为7.3％，中空度为18％；

轻量化保暖纤维在120℃的温度条件下的上染率为89％，K/S值为24.04；

轻量化保暖纤维在温度为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16％。

实施例10

轻量化保暖纤维的制备方法，步骤如下：

(1)改性聚酯的制备；

(1.1)制备固体杂多酸粉体；

固体杂多酸粉体TiO₂-ZnO的平均粒径为0.4微米，TiO₂-ZnO中ZnO的含量为40wt％；

(1.2)酯化反应；

将摩尔比为1:2.0:0.045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，加入固体杂多酸粉体、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0.2MPa，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，其中固体杂多酸粉体、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0.044wt％、0.05wt％、0.25wt％和0.05wt％，2,5,6,6-四甲基-2,5-庚二醇的合成与实施例1相同；

(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，即为轻量化保暖纤维，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19℃，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。

最终制得的轻量化保暖纤维的单丝纤度为0.7dtex，断裂强度为3.5cN/dtex，断裂伸长率为34％，网络度为10个/m，线密度偏差率为1.00％，断裂强度CV值为4.9％，断裂伸长CV值为7.8％，沸水收缩率为7.4％，中空度为16％；

轻量化保暖纤维在120℃的温度条件下的上染率为89.5％，K/S值为24.54；

轻量化保暖纤维在温度为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16％。

实施例11

轻量化保暖纤维的制备方法，步骤如下：

(1)改性聚酯的制备；

(1.1)制备固体杂多酸粉体；

固体杂多酸粉体SiO₂-CaO的平均粒径为0.4微米，SiO₂-CaO中CaO的含量为20wt％；

(1.2)酯化反应；

将摩尔比为1:2.0:0.047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，加入固体杂多酸粉体、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，其中固体杂多酸粉体、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0.048wt％、0.04wt％、0.23wt％和0.04wt％，2,5,6,6-四甲基-2,5-庚二醇的合成与实施例1相同；

(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，即为轻量化保暖纤维，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19℃，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。

最终制得的轻量化保暖纤维的单丝纤度为0.8dtex，断裂强度为3.5cN/dtex，断裂伸长率为33％，网络度为10个/m，线密度偏差率为1.00％，断裂强度CV值为4.8％，断裂伸长CV值为8.0％，沸水收缩率为7.5％，中空度为19％；

轻量化保暖纤维在120℃的温度条件下的上染率为90.2％，K/S值为25.27；

轻量化保暖纤维在温度为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16％。

实施例12

轻量化保暖纤维的制备方法，步骤如下：

(1)改性聚酯的制备；

(1.1)制备固体杂多酸粉体；

固体杂多酸粉体SiO₂-CaO的平均粒径为0.4微米，SiO₂-CaO中CaO的含量为50wt％；

(1.2)酯化反应；

将摩尔比为1:1.6:0.048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，加入固体杂多酸粉体、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，其中固体杂多酸粉体、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0.048wt％、0.03wt％、0.25wt％和0.01wt％，2,5,6,6-四甲基-2,5-庚二醇的合成与实施例1相同；

(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，即为轻量化保暖纤维，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19℃，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。

最终制得的轻量化保暖纤维的单丝纤度为0.8dtex，断裂强度为3.5cN/dtex，断裂伸长率为33％，网络度为10个/m，线密度偏差率为1.00％，断裂强度CV值为5.00％，断裂伸长CV值为7.8％，沸水收缩率为7.5％，中空度为19％；

轻量化保暖纤维在120℃的温度条件下的上染率为90.2％，K/S值为25.57；

轻量化保暖纤维在温度为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17％。

Claims (10)

1.一种轻量化保暖纤维的制备方法，其特征是：采用中空形喷丝板按FDY工艺由改性聚酯熔体制得改性聚酯FDY丝，即得轻量化保暖纤维；

所述改性聚酯的制备方法为：将对苯二甲酸、乙二醇、2,5,6,6-四甲基-2,5-庚二醇和经过高温焙烧的固体杂多酸粉体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：

固体杂多酸高温焙烧的温度为400～700℃，固体杂多酸为SiO₂-TiO₂、SiO₂-ZrO₂、B₂O₃-Al₂O₃、TiO₂-ZnO和SiO₂-CaO中的一种以上。

2.根据权利要求1所述的一种轻量化保暖纤维的制备方法，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。

3.根据权利要求2所述的一种轻量化保暖纤维的制备方法，其特征在于，高温焙烧的时间为2～4h；SiO₂-TiO₂、SiO₂-ZrO₂、B₂O₃-Al₂O₃、TiO₂-ZnO和SiO₂-CaO中TiO₂、ZrO₂、Al₂O₃、ZnO和CaO的含量分别为30～50wt％、30～50wt％、20～40wt％、20～40wt％和20～50wt％；固体杂多酸在高温焙烧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所述的一种轻量化保暖纤维的制备方法，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，加入经过高温焙烧的固体杂多酸粉体、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270～280℃，反应时间为50～90min。

5.根据权利要求4所述的一种轻量化保暖纤维的制备方法，其特征在于，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，所述经过高温焙烧的固体杂多酸粉体、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0.03～0.05wt％、0.03～0.05wt％、0.20～0.25wt％和0.01～0.05wt％。

6.根据权利要求5所述的一种轻量化保暖纤维的制备方法，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6所述的一种轻量化保暖纤维的制备方法，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。

8.根据权利要求1所述的一种轻量化保暖纤维的制备方法，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285～290℃，冷却温度17～19℃，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。

9.采用如权利要求1～8任一项所述的一种轻量化保暖纤维的制备方法制得的一种轻量化保暖纤维，其特征是：为中空改性聚酯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2,5,6,6-四甲基-2,5-庚二醇链段；所述改性聚酯中分散有所述经过高温焙烧的固体杂多酸粉体。

10.根据权利要求9所述的一种轻量化保暖纤维，其特征在于，轻量化保暖纤维的单丝纤度为0.5～0.8dtex，断裂强度≥3.5cN/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7.0±0.5％，中空度为16～19％；

轻量化保暖纤维在120℃的温度条件下的上染率为85.7～90.5％，K/S值为22.54～25.87；轻量化保暖纤维在温度为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13～17％。