CN110628016B - 一种环状聚酯改性聚酰胺酯及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及化纤领域，公开了一种环状聚酯改性聚酰胺酯及其制备方法，本发明通过将脂肪族聚酰胺与环状聚酯在四乙二醇二甲醚和催化剂作用下，在较低温度下进行熔融共聚。所得聚酰胺酯色相好，不发黄，两组分相容性好，兼具了聚酯挺括性和聚酰胺高回弹性，利用该纤维制成的多功能性服装具有超强的的耐磨性、柔软的手感、优良的弹性和吸湿性以及不易变形的性能。

Description

一种环状聚酯改性聚酰胺酯及其制备方法

技术领域

本发明涉及化纤领域，尤其涉及一种环状聚酯改性聚酰胺酯及其制备方法。

背景技术

随着国内人们生活水平的提高和纤维技术的快速发展，对于多功能差别化的服装需求越来越多。一件衣服哥哥穿完，弟弟穿，新衣服穿三年，缝缝补补又穿三年的时代已经过去了，现在人们更换衣服的频率越来越快，慢慢进入了舒适性好，质量高、多功能的需求时代。聚酯和聚酰胺纤维是当今世界上产量最大的纤维，每年有将近生产7000万吨的聚酯纤维和1000万吨的聚酰胺纤维。聚酰胺尼龙纤维作为全球产量第二位的纤维，具有断裂强度高、优良的耐磨性、吸湿性好、回弹性好、易染色等优点。尼龙材质制成的服饰穿着舒服、耐磨性好，非常柔软。聚酰胺纤维除了用于纺织品服装外，还广泛用于汽车用纺织品、轮胎帘子线、 BCF地毯、特殊防护等领域。聚酰胺纤维的产品有很多种，主要品种有尼龙6和尼龙66，而受制于原料的生产，我国主要的生产品种是尼龙6纤维。

随着人们对纤维及面料的功能性要求越来越高，尼龙也存在一些缺点，如挺括性差，受紫外线辐射易变色等问题，限制了其应用。因此对聚酰胺进行改性变得尤为重要。聚酰胺纤维的改性方法主要有物理改性和化学改性。物理改性通常是利用各种物理手段，在不改变成纤高聚物大分子主体结构的情况下，通过改变纤维的聚集态结构、形态结构、纤维成分等达到改善纤维性能的目的。物理改性主要有共混纺丝、异性纺丝、复合纺丝及多种类型的后加工整理技术。但是共混纺丝的相容问题，异性纺丝需要形状的喷丝孔以及复合纺丝存在设备投资高、生产效率和成本较高的问题。纤维化学改性是通过成纤聚合物的化学反应，改变大分子链上的原子或原子团的种类及其结合方式。化学改性的方法有接枝共聚、嵌段共聚、化学共聚、交联等，它可以避免物理改性中相容性、设备要求高等问题。化学改性可以提供多功能的纤维原材料，例如高热稳定性，易染色、高收缩性、高模性弹量等。

聚酰胺酯是一种兼具尼龙的耐磨性，回弹性，吸湿性和聚酯挺括性的功能性纤维，主要应用于化纤纺织领域。目前聚酰胺酯的制备方法主要是通过PA6和PET大分子通过熔融共聚的方式制备，以酰胺-酯交换的方式进行反应。但以这种方式制备的聚酰胺酯中PA6分散形态不均匀，这主要是因为PA6中存在6～10％的单体和环状低聚物起到异相成核的作用，使整体结晶度下降而出现相分离，同时在纺丝过程中晶核不断长大直到尺寸超过纤维直径后，可能会出现应力集中从而断裂，导致无法成纤。中石化仪征化纤有限公司多年从事聚酰胺酯的合成，他们通过将脂肪族聚酰胺切片与低分子量聚酯的酯化物进行熔融共聚，可以很好的避免相分离的问题，但是制成的产品质量不好，其颜色发黄。这可能主要是因为热降解、PTA 原料中的杂质对羧基苯甲醛以及热降解形成的乙醛与脂肪族聚酰胺中的氨基发生希夫碱反应形成亚胺键，从而导致颜色发黄。

因此，迫切需要开发出一种相容性好、产品色相好，制备工艺简单，可熔融纺丝的聚酰胺酯，并制备出回弹性和挺括好的聚酰胺酯纤维。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种环状聚酯改性聚酰胺酯及其制备方法，本发明通过将脂肪族聚酰胺与环状聚酯在四乙二醇二甲醚和催化剂作用下，在较低温度下进行熔融共聚。所得聚酰胺酯色相好，不发黄，两组分相容性好，兼具了聚酯挺括性和聚酰胺高回弹性，利用该纤维制成的多功能性服装具有超强的的耐磨性、柔软的手感、优良的弹性和吸湿性以及不易变形的性能。

本发明的具体技术方案为：一种环状聚酯改性聚酰胺酯，包括脂肪族聚酰胺和环状聚酯在内的原料在四乙二醇二甲醚和催化剂作用下熔融共聚而得，反应式如下所示：

其中n＝80-100，a＝100-150。

本发明通过将脂肪族聚酰胺与环状聚酯在四乙二醇二甲醚和催化剂作用下，在较低温度下进行熔融共聚。由于环状聚酯单体中不含有醛类杂质，可以避免希夫碱反应形成亚胺键而导致的产品发黄。此外，耐高温但易挥发的惰性四乙二醇二甲醚的存在可以提高脂肪族聚酰胺和环状聚酯的流动性，从而降低环状聚酯的熔点和反应温度(通常反应温度是295℃左右)，可避免热降解。同时，开环聚合反应的速度可在30分钟左右完成，避免了长时间热降解而导致产品变色。

作为优选，所述脂肪族聚酰胺和环状聚酯的质量比为100：50-100。

为了进一步提升效果，本发明严格限定了脂肪族聚酰胺和环状聚酯比例，环状聚酯比例过低会导致纤维保形性变差以及强度降低；同时，环状聚酯比例过高会导致吸湿性、染色性以及柔软性变差。因此，为了得到较好的保形性、强度、吸湿性、染色性以及柔软性等，本发明将脂肪族聚酰胺和环状聚酯比例控制在上述范围。

作为优选，所述脂肪族聚酰胺包括尼龙6、尼龙66、尼龙610、尼龙612中的一种或几种。

作为优选，所述四乙二醇二甲醚用量为环状聚酯总重的1～3％。

为了进一步提升效果，本发明严格限定了四乙二醇二甲醚用量，若其用量过高会导致最终产品中四乙二醇二甲醚含量过高，产品性能变差；若用量过低，导致环状聚酯的熔点降低不明显，需要的反应温度变高，导致聚酰胺热降解。

作为优选，所述催化剂包括钛酸四异丙酯、三氧化二锑、二丁基氧化锡、乙二醇锑的一种或几种。

作为优选，所述催化剂占环状聚酯总重的100～200ppm。

一种环状聚酯改性聚酰胺酯的制备方法，包括以下步骤：

1)在惰性气体保护下，将脂肪族聚酰胺和环状聚酯投入反应容器中加热熔融。

2)加入含催化剂的四乙二醇二甲醚浆液，搅拌均匀。

3)升温反应，进行熔融共聚，得到熔体，出料，冷却。

作为优选，步骤1)中，加热熔融温度为230～250℃，时间为10～20mmin。

作为优选，步骤2)中，在500～1000rpm下搅拌10～20mmin。

作为优选，步骤3)中，熔融共聚温度为250～270℃，反应时间为10～30mmin。

与传统聚酰胺酯不同的是，本发明不需要酯化、预缩聚和终缩聚过程，只需要一步开环聚合即可得到产物，具有制备工艺简便、操作时间短等优点。

与现有技术对比，本发明的有益效果是：

(1)本发明通过将脂肪族聚酰胺与环状聚酯熔融共聚。由于环状聚酯单体中不含有醛类杂质，可以避免希夫碱反应形成亚胺键而导致的产品发黄。

(2)四乙二醇二甲醚的存在可以提高脂肪族聚酰胺熔体对环状聚酯的溶解性，降低反应温度，可避免热降解。

(3)本发明反应可在惰性氛围中发生，不需要很高的反应温度、无需高真空，对反应设备的要求不高、反应时间短、无反应热和副产物释放，具有工艺和设备简单，操作简便的特点。

(4)本发明所得聚酰胺酯产品兼具了聚酯挺括性和聚酰胺高回弹性，并且本发明聚酰胺酯具有因环状聚酯的开环聚合共聚而展现出优良的吸湿性、耐热性、流动性、抗变色性等特性。利用该纤维制成的多功能性服装具有超强的的耐磨性、柔软的手感、优良的弹性和吸湿性以及不易变形的性能，是纺织品向着深层次和高档次方向发展。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的描述。

总实施例

一种环状聚酯改性聚酰胺酯，由脂肪族聚酰胺和环状聚酯按质量比为100：50-100在四乙二醇二甲醚和催化剂作用下熔融共聚而得，反应式如下所示：

其中n＝80-100，a＝100-150。

其中，所述脂肪族聚酰胺包括尼龙6、尼龙66、尼龙610、尼龙612中的一种或几种。所述催化剂包括钛酸四异丙酯、三氧化二锑、二丁基氧化锡、乙二醇锑的一种或几种。

一种环状聚酯改性聚酰胺酯的制备方法，包括以下步骤：

1)在惰性气体保护下，将脂肪族聚酰胺和环状聚酯投入反应容器中加热至230～250℃熔融 10～20min。

2)加入含催化剂的四乙二醇二甲醚浆液，在500～1000rpm下搅拌10～20min。其中，催化剂占环状聚酯总重的100～200ppm，四乙二醇二甲醚用量为环状聚酯总重的1～3％。

3)升温反应，在250～270℃下进行熔融共聚10～30min，得到熔体，出料，冷却。

实施例1

在不锈钢反应釜中投入100份相对粘度为2的尼龙6，50份环状聚对苯二甲酸乙二酯粉末，反应温度控制在235℃、反应压力为0.25MPa，20HZ搅拌20分钟；反应后用四乙二醇二甲醚将催化剂制成浆液，投入反应釜中，控制温度为250℃，进行熔融共聚20分钟，得到的熔体出料、冷却、切粒。本实施例中四乙二醇二甲醚为环状聚酯总质量的2％，催化剂为乙二醇锑、催化剂用量为环状聚酯总质量的100ppm。

实施例2

在不锈钢反应釜中投入100份相对粘度为2的尼龙6，60份环状聚对苯二甲酸乙二酯粉末，反应温度控制在245℃、反应压力为0.25MPa，20HZ搅拌30分钟；反应后用四乙二醇二甲醚将催化剂制成浆液，投入反应釜中，控制温度为255℃，进行熔融共聚30分钟，得到的熔体出料、冷却、切粒。本实施例中四乙二醇二甲醚为环状聚酯总质量的2％，催化剂为乙二醇锑、催化剂用量为环状聚酯总质量的150ppm。

实施例3

在不锈钢反应釜中投入100份相对粘度为2的尼龙6，80份环状聚对苯二甲酸乙二酯粉末，反应温度控制在250℃、反应压力为0.25MPa，20HZ搅拌30分钟；反应后用四乙二醇二甲醚将催化剂制成浆液，投入反应釜中，控制温度为265℃，进行熔融共聚30分钟，得到的熔体出料、冷却、切粒。本实施例中四乙二醇二甲醚为环状聚酯总质量的2％，催化剂为乙二醇锑、催化剂用量为环状聚酯总质量的200ppm。

实施例4

在不锈钢反应釜中投入100份相对粘度为2的尼龙6，100份环状聚对苯二甲酸乙二酯粉末，反应温度控制在250℃、反应压力为0.25MPa，20HZ搅拌30分钟；反应后用四乙二醇二甲醚将催化剂制成浆液，投入反应釜中，控制温度为270℃，进行熔融共聚30分钟，得到的熔体出料、冷却、切粒。本实施例中四乙二醇二甲醚为环状聚酯总质量的2％，催化剂为乙二醇锑、催化剂用量为环状聚酯总质量的200ppm。

实施例5

在不锈钢反应釜中投入100份相对粘度为2的尼龙6，100份环状聚对苯二甲酸丙二酯粉末，反应温度控制在250℃、反应压力为0.25MPa，20HZ搅拌30分钟；反应后用四乙二醇二甲醚将催化剂制成浆液，投入反应釜中，控制温度为270℃，进行熔融共聚30分钟，得到的熔体出料、冷却、切粒。本实施例中四乙二醇二甲醚为环状聚酯总质量的2％，催化剂为钛酸四异丙酯、催化剂用量为环状聚酯总质量的200ppm。

实施例6

在不锈钢反应釜中投入100份相对粘度为2的尼龙6，100份环状聚对苯二甲酸丁二酯粉末，反应温度控制在250℃、反应压力为0.25MPa，20HZ搅拌30分钟；反应后用四乙二醇二甲醚将催化剂制成浆液，投入反应釜中，控制温度为270℃，进行熔融共聚30分钟，得到的熔体出料、冷却、切粒。本实施例中四乙二醇二甲醚为环状聚酯总质量的2％，催化剂为二丁基氧化锡、催化剂用量为环状聚酯总质量的200ppm。

实施例7

在不锈钢反应釜中投入100份相对粘度为2的尼龙6，100份环状聚对苯二甲酸乙二酯粉末，反应温度控制在250℃、反应压力为0.25MPa，20HZ搅拌30分钟；反应后用四乙二醇二甲醚将催化剂制成浆液，投入反应釜中，控制温度为270℃，进行熔融共聚30分钟，得到的熔体出料、冷却、切粒。本实施例中四乙二醇二甲醚为环状聚酯总质量的2％，催化剂为三氧化二锑、催化剂用量为环状聚酯总质量的200ppm。

实施例8

在不锈钢反应釜中投入100份相对粘度为2的尼龙66，100份环状聚对苯二甲酸乙二酯粉末，反应温度控制在250℃、反应压力为0.25MPa，20HZ搅拌30分钟；反应后用四乙二醇二甲醚将催化剂制成浆液，投入反应釜中，控制温度为270℃，进行熔融共聚30分钟，得到的熔体出料、冷却、切粒。本实施例中四乙二醇二甲醚为环状聚酯总质量的2％，催化剂为二丁基氧化锡、催化剂用量为环状聚酯总质量的200ppm。

实施例9

在不锈钢反应釜中投入100份相对粘度为2的尼龙610，100份环状聚对苯二甲酸乙二酯粉末，反应温度控制在250℃、反应压力为0.25MPa，20HZ搅拌30分钟；反应后用四乙二醇二甲醚将催化剂制成浆液，投入反应釜中，控制温度为270℃，进行熔融共聚30分钟，得到的熔体出料、冷却、切粒。本实施例中四乙二醇二甲醚为环状聚酯总质量的2％，催化剂为钛酸四异丙酯、催化剂用量为环状聚酯总质量的200ppm。

实施例10

在不锈钢反应釜中投入100份相对粘度为2的尼龙612，80份环状聚对苯二甲酸乙二酯粉末，反应温度控制在250℃、反应压力为0.25MPa，20HZ搅拌30分钟；反应后用四乙二醇二甲醚将催化剂制成浆液，投入反应釜中，控制温度为270℃，进行熔融共聚30分钟，得到的熔体出料、冷却、切粒。本实施例中四乙二醇二甲醚为环状聚酯总质量的2％，催化剂为钛酸四异丙酯、催化剂用量为环状聚酯总质量的200ppm。

对比例1(不含四乙二醇二甲醚)

在不锈钢反应釜中投入100份相对粘度为2的尼龙6，100份环状聚对苯二甲酸乙二酯粉末，反应温度控制在250℃、反应压力为0.25MPa，20HZ搅拌30分钟；反应后用四乙二醇二甲醚将催化剂制成浆液，投入反应釜中，控制温度为270℃，进行熔融共聚30分钟，得到的熔体出料、冷却、切粒。本实施例中催化剂为三氧化二锑、催化剂用量为环状聚酯总质量的200ppm。

对比例2(四乙二醇二甲醚的含量稍微高于权利要求范围)

在不锈钢反应釜中投入100份相对粘度为2的尼龙6，100份环状聚对苯二甲酸乙二酯粉末，反应温度控制在250℃、反应压力为0.25MPa，20HZ搅拌30分钟；反应后用四乙二醇二甲醚将催化剂制成浆液，投入反应釜中，控制温度为270℃，进行熔融共聚30分钟，得到的熔体出料、冷却、切粒。本实施例中四乙二醇二甲醚为环状聚酯总质量的5％，催化剂为钛酸四异丙酯、催化剂用量为环状聚酯总质量的200ppm。

对比例3(四乙二醇二甲醚的含量稍微低于权利要求范围)

在不锈钢反应釜中投入100份相对粘度为2的尼龙6，100份环状聚对苯二甲酸乙二酯粉末，反应温度控制在250℃、反应压力为0.25MPa，20HZ搅拌30分钟；反应后用四乙二醇二甲醚将催化剂制成浆液，投入反应釜中，控制温度为270℃，进行熔融共聚30分钟，得到的熔体出料、冷却、切粒。本实施例中四乙二醇二甲醚为环状聚酯总质量的0.5％，催化剂为钛酸四异丙酯、催化剂用量为环状聚酯总质量的200ppm。

对比例4(脂肪族聚酰胺和环状聚酯的比例稍微高于权利要求范围)

在不锈钢反应釜中投入120份相对粘度为2的尼龙6，100份环状聚对苯二甲酸乙二酯粉末，反应温度控制在250℃、反应压力为0.25MPa，20HZ搅拌30分钟；反应后用四乙二醇二甲醚将催化剂制成浆液，投入反应釜中，控制温度为270℃，进行熔融共聚30分钟，得到的熔体出料、冷却、切粒。本实施例中四乙二醇二甲醚为环状聚酯总质量的2％，催化剂为钛酸四异丙酯、催化剂用量为环状聚酯总质量的200ppm。

对比例5(脂肪族聚酰胺和环状聚酯的比例稍微低于权利要求范围)

在不锈钢反应釜中投入100份相对粘度为2的尼龙6，40份环状聚对苯二甲酸乙二酯粉末，反应温度控制在250℃、反应压力为0.25MPa，20HZ搅拌30分钟；反应后用四乙二醇二甲醚将催化剂制成浆液，投入反应釜中，控制温度为270℃，进行熔融共聚30分钟，得到的熔体出料、冷却、切粒。本实施例中四乙二醇二甲醚为环状聚酯总质量的2％，催化剂为钛酸四异丙酯、催化剂用量为环状聚酯总质量的200ppm。

下表为实施例1-10所得产品的性能对比

其中，Td为热分解温度、Tg为玻璃化转变温度、Tm为熔点、η为特性粘度，DEG％为二甘醇的含量。

从表中可以看出，本发明利用环状聚酯为原料制备的聚酰胺酯具有高的L值和比较的 b，表明产品色相较好，很好的解决了现有技术中聚酰胺酯发黄的问题。实施例1、2、3、4 中环状聚酯的添加量不同。从对比当中可以发现，随着环状聚酯的添加量增加，粘度和热稳定性都有所增加，但是DEG的含量很少，对产品的熔点、耐光以及耐热性能影响较小，这是由于级联聚合反应过程中几乎没有小分子的释放。实施例4、5、6、7为催化剂的种类不同。催化剂可以提高反应活性，不同的催化剂催化活性不同，钛系催化活性很高，得到的聚酰胺酯的分子量和粘度变大。实施例7、8、9、10为添加的脂肪族聚酰胺种类不同。添加的聚酰胺种类不同，得到的聚酰胺酯分子链的柔韧性不同，分子链中烷基链越长，其最终的聚合物粘度和热稳定性都有所下降。因此，调节环状聚酯的添加量、催化剂的种类以及脂肪族聚酰胺的种类，可以得到热稳定性优异、弹性回复性好，断裂强度和模量高的纤维。实施例4与对比例1、2、3为添加四乙二醇二甲醚的量不同。通过对比可以发现，添加四乙二醇二乙醚后，可以降低环状聚酯熔点，降低反应温度；但加入量过高，残留的四乙二醇二乙醚会影响产品性能，导致玻璃化转变温度和熔点降低；而加入量过少，环状聚酯熔点较高，反应不完全，导致未反应单体含量太多，粘度下降。实施例4与对比例4、5对比可以发现，为环状聚酯用量不同。环状聚酯用量过高，玻璃化转变温度和粘度升高，导致染色性以及柔软性变差；环状聚酯用量过低，热分解温度变低，导致稳定性、耐磨以及保形性变差。由此可见，在本发明反应体系中，四乙二醇二乙醚以及环状聚酯以及脂肪族聚酰胺的配比是需要严格控制的，任意简单变动都会对材料性能造成重大影响。

本发明中所用原料、设备，若无特别说明，均为本领域的常用原料、设备；本发明中所用方法，若无特别说明，均为本领域的常规方法。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (8)

1.一种环状聚酯改性聚酰胺酯，其特征在于：包括脂肪族聚酰胺和环状聚酯在内的原料在四乙二醇二甲醚和催化剂作用下熔融共聚而得，反应式如下所示：

其中n＝80-100，a＝100-150；

所述环状聚酯改性聚酰胺酯的制备方法包括以下步骤：

1)在惰性气体保护下，将脂肪族聚酰胺和环状聚酯投入反应容器中加热熔融；

2)加入含催化剂的四乙二醇二甲醚浆液，搅拌均匀；

3)升温反应，进行熔融共聚，得到熔体，出料，冷却。

2.如权利要求1所述的环状聚酯改性聚酰胺酯，其特征在于，所述脂肪族聚酰胺和环状聚酯的质量比为100∶50-100。

3.如权利要求1所述的环状聚酯改性聚酰胺酯，其特征在于，所述四乙二醇二甲醚用量为环状聚酯总重的1～3％。

4.如权利要求1所述的环状聚酯改性聚酰胺酯，其特征在于，所述催化剂包括钛酸四异丙酯、三氧化二锑、二丁基氧化锡、乙二醇锑的一种或几种。

5.如权利要求1或4所述的环状聚酯改性聚酰胺酯，其特征在于，所述催化剂占环状聚酯总重的100～200ppm。

6.如权利要求1所述的环状聚酯改性聚酰胺酯，其特征在于，步骤1)中，加热熔融温度为230～250℃，时间为10～20min。

7.如权利要求1所述的环状聚酯改性聚酰胺酯，其特征在于，步骤2)中，在500～1000rpm下搅拌10～20min。

8.如权利要求1所述的环状聚酯改性聚酰胺酯，其特征在于，步骤3)中，熔融共聚温度为250～270℃，反应时间为10～30min。