CN110358060A - 用于生产汽车内饰纤维的聚酯切片及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于生产汽车内饰纤维的聚酯切片及其制备方法，首先合成满足工艺要求的聚酯切片：利用两釜流程半连续聚合反应装置，通过在酯化反应中引入异构体和替代羧酸来降低产品的熔点至目标范围，然后通过在缩聚反应中加入反应型催化剂、稳定剂、辅料等，控制反应温度及真空度，最终合成特性粘度为0.730‑0.740dl/g的目标聚酯切片底料；将合成的产物通过固相转鼓装置水蒸结晶工艺，完成聚酯切片的预结晶；将得到的预结晶聚酯切片在不降温的前提下，再通过控温持续负压的加工工艺，完成聚酯切片的干燥，干燥完成后聚酯切片含水量不高于0.05％，特性粘度不低于0.715dl/g。通过以上三个步骤即可制得满足工业生产的汽车内饰纤维专用聚酯切片。

Description

用于生产汽车内饰纤维的聚酯切片及其制备方法

技术领域

本发明涉及聚酯切片及其制备方法，具体说，是一种用于生产汽车内饰纤维的聚酯切片及其制备方法。

背景技术

聚酯纤维作为纺织品的重要原料，应用于汽车内饰生产由来已久，尤其是最早起步于国外的汽车行业，在汽车内饰的原材料供应上早已形成相对成熟的一套标准。由于涤纶纤维天生具有耐磨性好，抗撕裂强度高，耐霉变，抗紫外线能力较优，容易清洗，回弹性和抗折皱性好的特点，价格也比较便宜，占车用纺织装饰织物市场的90％以上。随着最近几年国内汽车行业的不断发力，各大汽车厂商也开始重视汽车内饰材料的国产化，以图扭转国内高档汽车内饰材料重度依赖进口的局面。在国内，与之相关的部分标准内容过于陈旧，与当今汽车工业发展不相适宜。因此，在全面剖析国外质量标准的基础上，建立相应的内控指标和等同等效的测试方法并积极参与国际标准的制定、修订工作的前提下，加大对汽车内饰材料的开发，充实国内材料市场，是我国汽车用纺织品行业发展的当务之急。

目前，国内在这方面的生产情况，还存在以下几点问题：

1、普通纤维用聚酯切片熔点较高，加热粘合能耗比高，且高温下聚酯纤维易发生形变，对于成型织物，定型结果不可控；

2、普通纤维用聚酯切片由于未经改性，链段过于规整，加热粘合后普遍强度不高，柔韧性不足，在后续使用中会由于牢靠度差，出现脱层、断线、变形等一系列问题，耐用性、抗老化性能不足，不适于长期使用；

3、普通纤维用聚酯切片由于聚合控制粘度一般不高，分子量分布区间较宽，结晶度、洁净度不高，十分不利于后续复合纺中长丝的生产，限制了其用途的延申。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种用于生产汽车内饰纤维的聚酯切片及其制备方法，利用本发明的汽车内饰纤维专用聚酯切片生产加工的皮芯复合丝，粘结需求温度低，粘结牢靠度高，不易开胶断层，耐用性极佳。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种用于生产汽车内饰纤维的聚酯切片制备方法，包括以下步骤：

(1)聚酯切片底料的合成

①将间苯二甲酸与对苯二甲酸混合物投入到乙二醇溶液中，其中间苯二甲酸占总酸量摩尔分数为5％-15％，总乙二醇摩尔数与总酸摩尔数比值为1.20-1.35，将混合好的浆料均匀泵入酯化反应釜，制得BHET及其衍生物中间体的均一浆液；

②待步骤①中浆液温度稳定到245-265℃时，将步骤①得到的浆液压入缩聚反应釜；

③混合浆液进入缩聚釜后，加入反应型锑系催化剂、稳定剂，控制反应温度270-290℃，进行负压聚合反应，要求真空度≤30Pa，270-290℃终温下，通过设备控制搅拌缩聚电流及功率，合成出特性粘度在0.730-0.740dl/g、熔点在225-245℃之间的高粘聚酯切片熔体，再经铸带头、水下切粒机以及干燥机、振动筛，最后得到用于生产汽车内饰纤维的聚酯切片；

(2)用于生产汽车内饰纤维的聚酯切片预结晶处理：将步骤(1)制得的用于生产汽车内饰纤维的聚酯切片，投入固相转鼓结晶装置中，根据投料量加入总质量占比分数为1％-10％的水，之后将固相转鼓结晶装置密封，打开管道放空口，启动转鼓电机，并开启升温，将转鼓温度从40℃经8-12h均匀升至90-120℃，之后开始恒温4-8h，直至聚酯切片完全结晶为止；

(3)用于生产汽车内饰纤维的聚酯切片干燥处理：步骤(2)中处理好的预结晶切片保持转鼓温度不变，开缓冲罐大阀，接通多级水环泵真空管道，开始在负压状态下升温，要求真空度≤300Pa，温度由室温经4-6h均匀升至130-160℃，进入恒温后继续保持负压4-6h，取样测试水分含量和特性粘度，达到工艺要求后开始给转鼓降温并出料，完成用于生产汽车内饰纤维的聚酯切片的干燥处理。

所述步骤①中，控制温度245-265℃，酯化时间3-6h，完成间苯二甲酸和对苯二甲酸的酯化反应，控制组分上链率和酯化率，确保酯化反应的酯化率不低于95％。

所述反应型锑系催化剂为乙二醇锑或醋酸锑，所述稳定剂为磷酸三甲酯或多聚磷酸脂。

上述的制备方法制得的用于生产汽车内饰纤维的聚酯切片。

本发明的有益效果是：

1、通过在聚酯切片合成阶段引入间苯二甲酸，部分替代对苯二甲酸，降低了普通聚酯切片的熔点，这一熔点既能够确保产品具有足够的耐热性能，又最大限度的降低了粘合过程中的能耗比，且由于定型温度较低，成品外型尺寸更易把握；

2、通过定量引入间苯二甲酸，改变了普通聚酯切片链段结构，使得成品所纺皮芯纤维具有更高的粘合力，是普通聚酯纤维的3-5倍，成品牢靠度非常高，且耐磨损、抗老化、柔韧性和强度俱佳，非常适用于需要长期接触使用的汽车内饰产品的加工；

3、本发明的聚酯切片，通过间歇分步聚合控制工艺，实现了聚酯切片具有较高的特性粘度，为后续结晶和干燥处理提供了物理基础；同时由于严格的温度、功率等控制，实现了聚酯切片链段均一度的最大化，适用于复合长丝的生产加工；

4、通过模拟真空干燥，可以最大限度的控制切片含水量，同时在保证真空度的情况下，干燥过程中粘度几乎不会有明显变化，实验数据显示降粘幅度不超过0.005dl/g，同时水分含量普遍不高于0.05％，完全满足复合纺丝的生产要求。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明：

本发明的用于生产汽车内饰纤维的聚酯切片制备方法，包括以下步骤：

(1)聚酯切片底料的合成

①将间苯二甲酸与对苯二甲酸混合物投入到乙二醇溶液中，其中间苯二甲酸占总酸量摩尔分数为5％-15％，总乙二醇摩尔数与总酸摩尔数比值为1.20-1.35，将混合好的浆料均匀泵入酯化反应釜，制得BHET及其衍生物中间体的均一浆液；

②待步骤①中浆液温度稳定到245-265℃时，将步骤①得到的浆液压入缩聚反应釜；

③混合浆液进入缩聚釜后，加入反应型锑系催化剂、稳定剂，控制反应温度270-290℃，进行负压聚合反应，要求真空度≤30Pa，270-290℃终温下，通过设备控制搅拌缩聚电流及功率，合成出特性粘度在0.730-0.740dl/g、熔点在225-245℃之间的高粘聚酯切片熔体，再经铸带头、水下切粒机以及干燥机、振动筛，最后得到用于生产汽车内饰纤维的聚酯切片；

(2)用于生产汽车内饰纤维的聚酯切片预结晶处理：将步骤(1)制得的用于生产汽车内饰纤维的聚酯切片，投入固相转鼓结晶装置中，根据投料量加入总质量占比分数为1％-10％的水，之后将固相转鼓结晶装置密封，打开管道放空口，启动转鼓电机，并开启升温，将转鼓温度从40℃经8-12h均匀升至90-120℃，之后开始恒温4-8h，直至聚酯切片完全结晶为止；

(3)用于生产汽车内饰纤维的聚酯切片干燥处理：步骤(2)中处理好的预结晶切片保持转鼓温度不变，开缓冲罐大阀，接通多级水环泵真空管道，开始在负压状态下升温，要求真空度≤300Pa，温度由室温经4-6h均匀升至130-160℃，进入恒温后继续保持负压4-6h，取样测试水分含量和特性粘度，达到工艺要求后开始给转鼓降温并出料，完成用于生产汽车内饰纤维的聚酯切片的干燥处理。

所述步骤①中，控制温度245-265℃，酯化时间3-6h，完成间苯二甲酸和对苯二甲酸的酯化反应，确保酯化反应的酯化率不低于95％。

所述反应型锑系催化剂为乙二醇锑或醋酸锑，所述稳定剂为磷酸三甲酯或多聚磷酸脂。

上述的制备方法制得的用于生产汽车内饰纤维的聚酯切片。

缩聚反应过程中要务必确保真空度及其稳定性，以求聚酯切片良好的可观赏性；同时控制温度270-290℃，温度稳定，是保证聚合速率和链段的均一的条件，最终底料聚酯切片特性粘度严格控制在0.730-0.740dl/g。

本发明制备的聚酯切片解决普通聚酯纤维加热粘合后强度不足，易脱落分层，不能应用于汽车一类长期接触人体且更换周期较长的装饰品用丝，同时改善产品复合纺的性能，确保复合丝良好的韧性及耐候性等技术问题，本发明将聚酯切片合成、聚酯切片预结晶以及聚酯切片干燥分步进行，同步控制：

1、熔点控制实现技术方案：

在熔点控制上，目前市面已有较为成熟的技术方案，区别在于添加量和添加种类会有所不同，本发明通过引入摩尔分数5％-15％的间苯二甲酸部分替代对苯二甲酸，来实现聚酯切片225-245℃的熔点，满足熔点改性聚酯切片的要求。酯化反应温度控制245-265℃，酯化时间3-6h，保证改性剂的上链率不低于95％，确保链段的可控，熔点的稳定。

2、特性粘度控制技术方案：

为确保产品应用于下游后，具有良好的粘结性和耐候性，要求完成结晶干燥处理之后的改性聚酯切片的特性粘度要在0.715-0.725dl/g，所以结晶处理前的改性聚酯切片必须具有较高的特性粘度(一般的低熔点聚酯切片聚合时的特性粘度不高于0.680dl/g，结晶处理之后一般在0.660dl/g上下)，要满足这一要求，就必须调整好聚合的工艺控制，否则，特性粘度将无法通过聚合实现。本发明目标产品，要求聚合温度在270-290℃，真空度不低于30pa，使用反应型有机锑系催化剂，确保聚合反应结束，催化剂可以小分子的形式参与链段增长反应，避免后续使用中金属离子的游离，造成二次污染；使用常规的磷酸三甲酯或多聚磷酸脂做聚合稳定剂，降低产品出料阶段停留对链段解聚的影响，保证链段长度的均一。

3、结晶处理技术方案：

对于PET聚酯切片，正常熔点的PET聚酯切片可用流化床或干燥器实现结晶处理，但对于熔点偏低20℃以上的改性聚酯切片并不适用，受热极易发生粘连和结块。要实现本发明产品的结晶处理，需要一改以往的结晶处理思路。本产品结晶处理采用转鼓加水蒸的方案，将定量切片与定量水进行预混，投入转鼓进行均匀升温操作，利用切片中的水产生的蒸气，将切片进行预热并实现结晶。本方案的好处是结晶不易粘连结块，弊端是结晶过程的工艺控制会影响改性聚酯切片的特性粘度，如工艺控制不当，特性粘度下降严重，要求升温工艺必须严格控制，确保降粘影响在可控范围之内。本发明控温是结晶的核心，要求结晶温度在由40℃均匀升至90-120℃，结晶时间严格控制在20h以内。

4、干燥处理技术方案：

传统的低温风干法，只能将切片表面的一部分水分带走，无法满足纺丝0.05％的含水要求，针对本要求，本发明采用真空加升温的工艺控制来实现。将已结晶的改性聚酯切片打入真空转鼓中，通过真空泵持续低真空抽气，真空度要求不低于300pa，并配合130-160℃的温度控制，可确保产品水分含量不高于0.05％，且特性粘度几乎无降低。

实施例1

①酯化反应阶段：向浆料混合釜内投加8％的间苯二甲酸和92％的对苯二甲酸(百分数为摩尔分数，下同)，总计2吨，然后按照酸醇摩尔比1：1.20投加乙二醇，混合均匀后，通过管道泵匀速泵入一酯化反应釜，250-255℃进行酯化反应，得到BHET及其衍生物的均以混合浆液。

②将步骤①得到的混合浆液利用氮气通过25μm不锈钢过滤器压入缩聚反应釜进行聚合反应，投加1300g的乙二醇锑和500mL的磷酸三甲酯，控制内温270℃，真空度≤30pa，反应4.0h后达到特性粘度后出料。

③将步骤②得到聚酯切片2.3吨投加到固相转鼓中，并加水50Kg，从室温25℃，设定40℃，恒温2h后以每小时8℃的速度均匀升至100℃，之后恒温6h，直至切片完全结晶为止，转鼓不降温留作干燥使用。

④将步骤③得到的预结晶聚酯切片，打开缓冲罐通真空管道大阀，开启抽真空装置，将温度由100℃缓慢升至140℃，控制升温时间4h，达到设定温度后继续干燥6h，取样测试水分，满足水分要求后降温出料，全程要求真空度不低于300pa。

按照步骤①～④的方法，实施其他2-4实例，具体数据见表1：

表1：

参数项	实例1	实例2	实例3	实例4
					间苯二甲酸占总酸量/％	8	10	5	15
缩聚反应温度/℃	270	290	280	285
					缩聚反应时间/h	4.0	3.0	3.5	3.2
预结晶温度/℃	100	90	120	110
					干燥温度/℃	130	160	150	140

本发明的汽车内饰纤维专用聚酯切片，相比普通纤维用聚酯切片所纺的皮芯复合丝，可最大限度的降低纺丝过程中的飘丝、断丝以及后续使用中的粘结不佳等问题，同时改善产品复合纺的性能，充分体现了复合丝良好的韧性、耐候性、耐磨、抗老化等使用特点。

下面结合具体实施例进行说明：

以上实例1-4中所生产汽车内饰纤维专用聚酯切片，经多项物化指标测试，将测试结果汇总如下表2所列：

表2：

项目	对比应用实例1	对比应用实例2	对比应用实例3	对比应用实例4
					熔点/℃	241	236	245	228
水分含量/％	0.04	0.01	0.02	0.02
					聚合特性粘度(dl/g)	0.735	0.732	0.734	0.735
干燥后特性粘度(dl/g)	0.720	0.719	0.718	0.718
					结晶度/％	99.1	99.0	98.9	99.2

以上所述的实施例仅用于说明本发明的技术思想及特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够理解本发明的内容并据以实施，不能仅以本实施例来限定本发明的专利范围，即凡本发明所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍落在本发明的专利范围内。

Claims (4)

1.一种用于生产汽车内饰纤维的聚酯切片制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)聚酯切片底料的合成

①将间苯二甲酸与对苯二甲酸混合物投入到乙二醇溶液中，其中间苯二甲酸占总酸量摩尔分数为5％-15％，总乙二醇摩尔数与总酸摩尔数比值为1.20-1.35，将混合好的浆料均匀泵入酯化反应釜，制得BHET及其衍生物中间体的均一浆液；

②待步骤①中浆液温度稳定到245-265℃时，将步骤①得到的浆液压入缩聚反应釜；

③混合浆液进入缩聚釜后，加入反应型锑系催化剂、稳定剂，控制反应温度270-290℃，进行负压聚合反应，要求真空度≤30Pa，270-290℃终温下，通过设备控制搅拌缩聚电流及功率，合成出特性粘度在0.730-0.740dl/g、熔点在225-245℃之间的高粘聚酯切片熔体，再经铸带头、水下切粒机以及干燥机、振动筛，最后得到用于生产汽车内饰纤维的聚酯切片；

(2)用于生产汽车内饰纤维的聚酯切片预结晶处理：将步骤(1)制得的用于生产汽车内饰纤维的聚酯切片，投入固相转鼓结晶装置中，根据投料量加入总质量占比分数为1％-10％的水，之后将固相转鼓结晶装置密封，打开管道放空口，启动转鼓电机，并开启升温，将转鼓温度从40℃经8-12h均匀升至90-120℃，之后开始恒温4-8h，直至聚酯切片完全结晶为止；

(3)用于生产汽车内饰纤维的聚酯切片干燥处理：步骤(2)中处理好的预结晶切片保持转鼓温度不变，开缓冲罐大阀，接通多级水环泵真空管道，开始在负压状态下升温，要求真空度≤300Pa，温度由室温经4-6h均匀升至130-160℃，进入恒温后继续保持负压4-6h，取样测试水分含量和特性粘度，达到工艺要求后开始给转鼓降温并出料，完成用于生产汽车内饰纤维的聚酯切片的干燥处理。

2.根据权利要求1所述用于生产汽车内饰纤维的聚酯切片制备方法，其特征在于，所述步骤①中，控制温度245-265℃，酯化时间3-6h，完成间苯二甲酸和对苯二甲酸的酯化反应，通过控制出水摩尔数占总酸摩尔数比≥0.95，酯化水中乙二醇含量要求≤0.5％，确保组分上链率和酯化率不低于95％。

3.根据权利要求1所述汽车内饰纤维专用聚酯切片的制备方法，其特征在于，所述反应型锑系催化剂为乙二醇锑或醋酸锑，所述稳定剂为磷酸三甲酯或多聚磷酸脂。

4.如权利要求1-3任一项所述的制备方法制得的用于生产汽车内饰纤维的聚酯切片。