CN111748092B - 聚酯酰胺、其制备方法及其制品纤维 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种聚酯酰胺,由该聚酯酰胺制备的纤维以及它们的制备方法。所述聚酯酰胺中二甘醇(DEG)的含量控制在0.3~6wt%。利用本发明所制备的聚酯酰胺在纺丝过程中无断丝和毛丝现象发生、强度好、纤维条干不匀率<2%。本发明的方法具有无污染,易操作,对设备要求低等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种聚酯酰胺,具体为一种聚酯酰胺、由该聚酯酰胺制备的纤维以及它们的制备方法。
背景技术
聚酯纤维是由聚酯和聚酰胺经缩聚反应得到的一种新型改性聚酯纤维,由于在聚酯纤维大分子连段中嵌入聚酰胺组分,纤维的服用性能、吸湿性和染整加工性能得到改善,具有广泛的应用前景。但目前对其制备方法与理化参数及纤维性能的关联的研究相对较少。
二甘醇(DEG)含量是聚对苯二甲酸乙二酯(PET)生产中重要的质量指标。在PET生产中,DEG来自原料和合成过程的副反应,DEG进入PET链中,形成醚键,醚键进入PET链中,在一定程度上破坏了PET大分子排列的规整性,增加了链的柔顺性,并可降低最终纤维的结晶度,从而使PET的熔点下降,热性能下降。但若PET中含有一定量的DEG有利于提高PET纤维染色时的着色均匀性(二甘醇对涤纶染色性能的影响,王朝生、李建武、韩庆祥、王华平、丁建中,合成纤维工业,2009,32(5),33)。
目前,对于聚酯酰胺中二甘醇含量的控制和对纤维性能的影响尚无报道,因在聚酯中额外引入了聚酰胺单元,这就使得二甘醇含量的控制及其对纤维性能的影响变得更为复杂。
发明内容
为克服上述现有技术的不足,本发明提供了一种聚酯酰胺、由该聚酯酰胺制备的纤维以及它们的制备方法。本发明在控制合成不同二甘醇含量的聚酯酰胺纺丝过程中,意外的发现二甘醇的含量除了对熔点和染色性能有影响外,还对聚酯酰胺的纤维断丝情况、条干不匀率及力学性能有着明显的影响,为得到具有工业应用价值的聚酯酰胺纤维,必须控制其含量在一定范围内。
在发明的一些优选实施方式中,所述聚酯酰胺中所述二甘醇的含量的范围“0.3wt%~6wt%”独立的包括下述之间的所有范围,例如,但不限于,0.3wt%~5.5wt%,0.3wt%~5.0wt%,0.3wt%~4.5wt%,0.3wt%~4.0wt%,0.3wt%~3.5wt%,0.3wt%~3.0wt%,0.3wt%~2.5wt%,0.3wt%~2.0wt%,0.6wt%~5.5wt%,0.6wt%~5.0wt%,0.6wt%~4.5wt%,0.6wt%~4.0wt%,0.6wt%~3.5wt%,0.6wt%~3.0wt%,0.6wt%~2.5wt%,0.6wt%~2.0wt%,0.9wt%~5.5wt%,0.9wt%~5.0wt%,0.9wt%~4.5wt%,0.9wt%~4.0wt%,0.9wt%~3.5wt%,0.9wt%~3.0wt%,0.9wt%~2.5wt%,0.9wt%~2.0wt%,1.2wt%~5.5wt%,1.2wt%~5.0wt%,1.2wt%~4.5wt%,1.2wt%~4.0wt%,1.2wt%~3.5wt%,1.2wt%~3.0wt%,1.2wt%~2.5wt%,1.2wt%~2.0wt%。
所述的聚酯酰胺,其还包括:
在发明的一优选实施方式中,所述芳香二羧酸为邻苯二甲酸、对苯二甲酸或间苯二甲酸;
所述芳香二羧酸衍生物为所述芳香二羧酸的甲酯化物,例如,邻苯二甲酸二甲酯、对苯二甲酸二甲酯或间苯二甲酸二甲酯;和/或,
所述尼龙盐包括含2~18个碳的二羧酸和碳链长度2~18的脂肪族二元胺所形成的尼龙盐,优选选自含2~10个碳的二羧酸和碳链长度2~8的脂肪族二元胺所形成的尼龙盐,进一步优选选自对苯二甲酸己二胺盐、对苯二甲酸戊二胺盐、己二酸戊二胺和己二酸己二胺盐;其中尼龙盐中含2~18个碳的二羧酸与碳链长度2~18的脂肪族二元胺的摩尔比为(0.95:1.05)~(1.05:0.95);和/或,
所述二羧酸选自对苯二甲酸、己二酸、壬二酸、癸二酸、十一烷二酸和十二烷二酸中的一种以上;
所述二元胺选自碳链长度2~18的脂肪族二元胺,优选选自碳链长度2~8的脂肪族二元胺,进一步优选选自己二胺和戊二胺。
在发明的一优选实施方式中,所述聚酯酰胺中的聚酯部分与聚酰胺部分的重量为(75:25)~(199:1),优选为(80:20)~(98:2),更优选为(90:10)~(97:3)。
在发明的另一优选实施方式中,所述聚酯酰胺中的聚酯部分与聚酰胺部分的重量为(7.5:1)~(199:1),所述聚酯酰胺中的聚酯部分与聚酰胺部分的重量的范围“(7.5:1)~(199:1)”独立的包括下述之间的所有范围,例如,但不限于(9.9:1)~(130:1),(11.2:1)~(78:1),(13.2:1)~(60:1)。
本发明的另一优选实施方式中,所述聚酯酰胺的特性粘度为0.3~1.8dL/g,优选为0.5~1.5dL/g,更优选为0.6~1.2dL/g。
本发明的另一优选实施方式中,所述聚酯酰胺采用GB/T 3916-1997进行断裂强度测试,所述聚合物的断裂强度至少为1.5cN/dtex,进一步优选地,所述聚酯酰胺的断裂强度至少为2cN/dtex。
发明人发现合适的二甘醇、聚酯部分与聚酰胺部分的摩尔比的范围对所述聚酯酰胺的物化性能有着明显的影响。在发明的一优选实施方式中,所述聚酯酰胺中二甘醇、聚酯部分与聚酰胺部分的摩尔比为(1:9:1)~(15:99:1),优选为(1:12:1)~(10:60:1),更优选为(1.3:14:1)~(8:55:1)。
所述聚酯酰胺还可以包含本领域中常用的其他常规添加剂,包括润滑剂、增塑剂、着色剂、颜料、抗静电剂、阻燃剂、成核剂、催化剂、以及类似物。
本发明人发现,所述聚酯酰胺中,当聚酯部分、聚酰胺部分和二甘醇以正确的比例共混在一起时,可从各聚合部分中衍生有益的性能,而抵消或消除各聚合部分如果分别用于纤维时的负面性能,改进了聚酯酰胺的流变性和强度,产生了优于各聚合部分单独使用时所预期的性能,起到了协同的效果。
常规高速纺丝过程中熔体速度越快,熔体与喷丝微孔基材摩擦阻力大,因此易于导致纺丝剪切过大,而在剪切过程导致纤维最外围先发生断裂,当断裂面积过大,深入到纤维径向深度过大时,纤维发生断裂,而纺丝出现毛丝,因此在后期拉伸过程中易于出现断裂,毛丝现象的产生,影响产品品质。本发明所采用的聚酯酰胺当聚酯部分、聚酰胺部分和二甘醇以正确的比例共混在一起时,熔体在流动过程中的剪切作用力大大降低,从而避免了熔体断裂现象的产生,保证了纤维的优良品质。
本发明另一方面,还提供了一种制备上述聚酯酰胺的方法,所述方法包括将
1)聚酯部分的单体,和,
2)聚酰胺部分的单体,
进行缩聚,制得所述聚酯酰胺;
其中,
所述聚酯部分的单体为乙二醇以及芳香二羧酸和/或其衍生物,
所述聚酰胺部分的单体选自尼龙盐、二羧酸和二元胺中的一种或以上。
所述芳香二羧酸为邻苯二甲酸、对苯二甲酸或间苯二甲酸;
所述芳香二羧酸衍生物为邻苯二甲酸甲酯、对苯二甲酸甲酯或间苯二甲酸甲酯;和/或,
所述尼龙盐包括含2~18个碳的二羧酸和碳链长度2~18的脂肪族二元胺所形成的尼龙盐,优选选自对苯二甲酸己二胺盐、对苯二甲酸戊二胺盐、己二酸戊二胺和己二酸己二胺盐;其中尼龙盐中含2~18个碳的二羧酸与碳链长度2~18的脂肪族二元胺的摩尔比为(0.95:1.05)~(1.05:0.95);和/或,
所述二羧酸选自对苯二甲酸和己二酸;
所述二羧酸衍生物选自对苯二甲酸甲酯和己二酸甲酯;
所述二元胺选自己二胺和戊二胺。
具体地,所述制备上述聚酯酰胺的方法包括以下步骤:
(1)、在惰性气体的保护下,将乙二醇、芳香二羧酸和/或其衍生物,加入反应容器中,
(2)、将体系加热至200~270℃,使90%~100%的芳香二羧酸和/或其衍生物发生酯化反应或酯交换反应,得熔体;
(3)、将上述熔体转移至缩聚釜继续加热至260~300℃,期间抽真空至所述反应容器内的真空度达300Pa以下,发生真空缩聚反应,待反应产物的特性粘度为0.3~1.8dL/g后,停止反应,得到聚酯酰胺;
其中,所述聚酰胺部分的单体可以在步骤(1)中加入,也可以在步骤(2)的酯化反应或酯交换反应的过程中加入,或者在步骤(3)真空缩聚反应过程中加入。
在本发明方法的一些优选实施方式中,我们发现聚酰胺部分的单体的加入时机对二甘醇含量有着明显的影响,聚酰胺部分单体在步骤(1)和/或步骤(2)加入,有利于抑制二甘醇含量,这或许是由于聚酰胺部分的单体,二羧酸或尼龙盐,会在步骤(1)和/或步骤(2)中与乙二醇反应,抑制乙二醇缩合成二甘醇的反应,因此降低了二甘醇在所述聚酯酰胺中的含量,进而有利于调控所述聚酯酰胺中二甘醇含量。
在本发明方法的另一个实施方式中,在步骤(1)添加原料时,加入一种或多种助剂,和/或在步骤(2)酯化反应过程中,加入一种或多种助剂。所述助剂选自催化剂、醚化防止剂、稳定剂、聚合调节剂、抗氧化剂、耐候剂、防粘剂、润滑剂、结晶成核剂、增塑剂、抗静电剂、导电填料、防静电填料、阻燃剂、填充物及其他缩聚改良材料中的一种或多种。
所述催化剂选自锑类或钛类催化剂,优选选自乙二醇锑、三氧化二锑及醋酸锑中的一种或几种,所述催化剂在所述聚酯酰胺中的重量百分含量不大于1%;优选地,所述稳定剂中的锑或钛元素在所述聚酯酰胺中占10~1000质量ppm,优选地20~400质量ppm;
所述稳定剂选自磷酸三甲酯、磷酸三乙酯、磷酸三苯酯中的一种或几种,所述稳定剂在所述聚酯酰胺中的重量百分含量不大于1%;优选地,所述稳定剂中的磷元素在所述聚酯酰胺中占1~300质量ppm,优选地10~100质量ppm。
在本发明的一些实施方式中,步骤(1)中,所述的惰性气体包括氮气、氩气、氦气、氙气或它们的混合物,优选地是氮气、氩气或它们的混合物。
在本发明的一些实施方式中,步骤(1)中,所述乙二醇与芳香二羧酸的摩尔比为1.05~1.5,优选为1.1~1.3,更优选为1.15~1.26。
在本发明的一实施方式中,当在步骤(2)或步骤(3)中,加入聚酰胺部分的单体时,将聚酰胺部分的单体配制成溶液加入,例如,将尼龙盐配制成尼龙盐溶液加入。由于尼龙盐在溶剂中溶解度不同,同时溶剂对聚合过程及所述聚酯酰胺产品中二甘醇含量有影响,因此需要根据产品的性能选择合适的溶剂。在一优选实施方式中,所述尼龙盐溶液中的溶剂为乙二醇或水。而且,尼龙盐溶液的浓度也会对产品的性能产生影响,较好地,所述尼龙盐溶液的浓度为30wt%以上,优选为50wt%以上。
在本发明的一些实施方式中,步骤(2)中,所述酯化及酰化反应优选温度为220~265℃,更优选为240~260℃。
在本发明的一些实施方式中,步骤(3)中,所述真空阶段缩聚温度优选为270~290℃,更优选为275~285℃。
我们发现真空度对所述聚酯酰胺中二甘醇的含量有着明显影响,真空度过差,缩聚时间延长会导致二甘醇含量增加,影响所述聚酯酰胺的可纺性。
在本发明的一些实施方式中,步骤(2)中,所述缩聚真空阶段优选为300Pa以下,更优选为100Pa以下。
所述缩聚时间是指在酯化釜内完成酯化反应步骤后,转移至聚合釜内的反应时间,其优选为2~5小时。过长的反应时间导致副反应增加,二甘醇含量也相应增加。
在本发明的一些实施方式中,在步骤(3)后,还包括,将所述聚酯酰胺切粒、干燥得到所述聚酯酰胺的切片。
本发明再一方面,还提供了一种纤维,所述纤维的原料包括上述聚酯酰胺。
在本发明的纤维的一个实施方式中,所述纤维为上述聚酯酰胺初生纤维、聚酯酰胺纤维长丝、聚酯酰胺POY纤维、聚酯酰胺加弹丝、聚酯酰胺FDY或聚酯酰胺短纤维。
所述纤维的纤度优选为0.5~10dtex,根据应用领域的不同,本发明装置和工艺可以调节单丝纤度。由于单丝纤度过低易出现断头等异常现象,同时单丝纤度过高又会造成织物弯曲强度过高,手感硬。因此,本发明的纤维的纤度更优选范围为0.8~7.0dtex。同时,如果上述单丝纤度保持在发明要求范围内,则可以根据用途选择合适的细丝数,以满足应用要求。
在本发明一个实施方式中,所述纤维的条干不匀率为1~2%,优选为1.1~1.8%。
在本发明一个实施方式中,所述纤维的强度为1.0~8.0cN/dtex,优选为2.0~5.5cN/dtex。
在本发明一个实施方式中,所述纤维的断裂伸长率5.0~400.0%,优选15~130%。
本发明对制备上述纤维的方法没有特别的限定,可以采用现有任一适用的技术,本领域技术人员可以知道确定合适的工艺参数。
本发明另一方面,还提供了一种制备上述纤维的方法,所述方法选自以下方法之一:
方法一,
(a)将上述的聚酯酰胺的切片在100~180℃预结晶后,再在120~200℃下干燥2~20小时,干燥后的聚酯酰胺的切片经螺杆挤压机加热熔融、纺丝箱计量纺丝,得到预取向丝;
(b)将步骤(a)所得预取向丝进一步牵伸、定型得到聚酰胺纤维;
方法二,
(c)将上述的聚酯酰胺的熔体经纺丝箱计量纺丝,得到预取向丝;
(d)将步骤(c)所得预取向丝进一步牵伸、定型得到聚酰胺纤维。
在本发明一个实施方式中,在步骤(a)和(c)中,纺丝箱体的温度为230~300℃,优选为240~290℃。
在本发明一个实施方式中,在步骤(b)和(d)中,所述牵伸处理的温度为70~160℃,所述牵伸处理的总牵伸倍数为1.0~3.0倍。
在本发明一个实施方式中,所述螺杆加热的工作参数为:五区加热模式,其中,一区温度为180~270℃,二区温度为220~290℃,三区温度为240~310℃,四区温度为260~320℃,五区温度为250~300℃。
根据不同产品的工艺要求采用不同卷绕工艺可以卷绕出不同的聚酰胺纤维。如采用高速卷绕可制成POY产品;采用一步拉伸卷绕可以制成FDY产品;采用一步多级拉伸热定型可以制成HTY产品;而采用拉伸、定型、卷曲、切断则可制成高强低伸短纤维产品。
和现有技术相比,本发明具有以下好处:
1、根据本发明的方法制得的聚酯酰胺,克服了其他聚酯酰胺在纺丝过程中容易出现的断丝、毛丝现象,以及条干不匀率偏高,拉伸强度偏低等一系列问题。
2、本发明的方法具有无污染,易操作,对设备要求低等优点。
具体实施方式
下面,结合具体实施例,对本发明的聚酯酰胺、由该聚酯酰胺制备的纤维以及它们的制备方法做进一步说明。应理解,以下实施例仅用于说明本发明而非用于限制本发明的范围。
在实施例和对比例中的各特性,按照以下方法及行业内公知方法测定:
特性粘度[η](dL/g),测试方法:参照GB/T14190-2008;
二甘醇含量(%),测试方法:参照GB/T14190-2008;
断裂强度(CN/dtex),测试方法:参照GB/T3916-1997;
纤度(dtex),测试方法:参照GB/T14343-2008;
断裂伸长率(%),测试方法:参照GB/T3916-1997;
条干不匀率,测试方法:参照GB/T 14346-1993。
断纱次数,测试方法:计数通过纺丝和拉伸形成100千克细丝时发生的断纱次数。较少断纱次数被认为是具有更好的可纺性。
对苯二甲酸购自贵能(上海)实业有限公司,乙二醇购自济南八达化工公司,乙二醇锑购自华昌锑业公司,磷酸三甲酯购自梯希爱(上海)工业发展有限公司,己二酸戊二胺盐购自凯赛(金乡)生物材料有限公司。
实施例1
将24kg(144mol)对苯二甲酸、10.77kg(174mol)乙二醇、2.4kg(9.67mol)己二酸戊二胺盐、11.7g(0.028mol)乙二醇锑和7.29g(0.052mol)磷酸三甲酯加入到100L反应釜中,升温至255℃进行反应,并分馏出低沸点组分,反应进行5小时20分钟,待馏分达到理论量的98%时,结束酯化、酰化反应。然后转移至缩聚釜,并将体系温度逐步升至280℃,真空度逐渐降低至5Pa,缩聚反应3小时20分钟,向聚合釜内充入0.2MPa氮气,拉丝造粒。将得到切片在140℃预结晶2h后,利用真空转鼓在150℃下干燥20小时,得干燥切片,铝塑袋密封保存。
将上述干燥切片转移至纺丝机,采用螺杆挤出机加热原料至熔融态;通过计量泵准确计量后,从喷丝板的喷丝孔挤出,形成预取向丝,即,聚酯酰胺POY纤维。其中,纺丝螺杆挤压机采用五区加热,一区温度250℃、二区温度270℃、三区温度280℃、四区温度282℃、五区温度278℃、纺丝箱温度278℃,组件压力10MPa,纺丝速度3400m/min,检测纺丝过程中的断纱次数。将得到的聚酯酰胺POY纤维在130℃下进行牵伸热定型,牵伸比为1.52倍,得到聚酯酰胺FDY纤维,检测数据见表1。该聚酯酰胺FDY纤维的纤度为1.8dtex。
实施例2
将24kg(144mol)对苯二甲酸、11.22kg(181mol)乙二醇加入到100L反应釜中,升温至250℃进行反应,并分馏出低沸点组分,反应进行6小时10分钟,待馏分达到理论量的97%时,结束酯化反应,加入3.84kg混合浆液、10.2g(0.024mol)乙二醇锑和7.29g(0.052mol)磷酸三甲酯继续反应15分钟。其中,混合浆液为己二酸戊二胺盐(1.92kg,7.7mol)与乙二醇(1.92kg,30.9mol)的混合物,即己二酸戊二胺盐与乙二醇的质量比为1:1。
然后转移至缩聚釜,并将体系温度逐步升至280℃,真空度逐渐降低至10Pa,缩聚反应3小时,向聚合釜内充入0.2MPa氮气,拉丝造粒。将得到切片在140℃预结晶2h后,利用真空转鼓在150℃下干燥20小时,得干燥切片,铝塑袋密封保存。
将上述干燥切片转移至纺丝机,采用螺杆挤出机加热原料至熔融态;通过计量泵准确计量后,从喷丝板的喷丝孔挤出,形成预取向丝,即,聚酯酰胺POY纤维。其中,纺丝螺杆挤压机采用五区加热,一区温度250℃、二区温度272℃、三区温度280℃、四区温度282℃、五区温度278℃、纺丝箱温度278℃,组件压力12MPa,纺丝速度3500m/min,检测纺丝过程中的断纱次数。将得到的聚酯酰胺POY纤维在130℃下进行牵伸热定型,牵伸比为1.46倍,得到聚酯酰胺FDY纤维,检测数据见表1。该聚酯酰胺FDY纤维的纤度为1.8dtex。
实施例3
将24kg(144mol)对苯二甲酸、11.22kg(181mol)乙二醇、0.494kg(4.8mol)戊二胺、8.8g(0.021mol)乙二醇锑和6.8g(0.049mol)磷酸三甲酯加入到100L反应釜中,升温至260℃进行反应,并分馏出低沸点组分,反应进行6小时20分钟,待馏分达到理论量的99%时,结束酯化、酰化反应。然后转移至缩聚釜,并将体系温度逐步升至283℃,真空度逐渐降低至20Pa,缩聚反应3小时,向聚合釜内充入0.2MPa氮气,拉丝造粒。将得到切片在140℃预结晶2h后,利用真空转鼓在150℃下干燥20小时,得干燥切片,铝塑袋密封保存。
将上述干燥切片转移至纺丝机,采用螺杆挤出机加热原料至熔融态;通过计量泵准确计量后,从喷丝板的喷丝孔挤出,形成预取向丝,即,聚酯酰胺POY纤维。其中,纺丝螺杆挤压机采用五区加热,一区温度250℃、二区温度275℃、三区温度285℃、四区温度282℃、五区温度282℃、纺丝箱温度282℃,组件压力8MPa,纺丝速度3480m/min,检测纺丝过程中的断纱次数。将得到的聚酯酰胺POY纤维在130℃下进行牵伸热定型,牵伸比为1.52倍,得到聚酯酰胺FDY纤维,检测数据见表1。该聚酯酰胺FDY纤维的纤度为1.8dtex。
实施例4
将24kg(144mol)对苯二甲酸、11.22kg(181mol)乙二醇、10.2g(0.024mol)乙二醇锑和7.29g(0.052mol)磷酸三甲酯加入到100L反应釜中,升温至260℃进行反应,并分馏出低沸点组分,反应进行6小时,待馏分达到理论量的98%时,结束酯化反应。然后转移至缩聚釜,并将体系温度逐步升至270℃,待真空度达到667Pa时,加入1.44kg混合浆液。其中,混合浆液为对苯二甲酸戊二胺盐(0.72kg,2.68mol)与水(0.72kg,40mol)的混合物,即对苯二甲酸戊二胺盐与水质量比为1:1。
再逐步将温度升至283℃,真空度降至2Pa,缩聚反应2小时20分钟,向聚合釜内充入0.2MPa氮气,拉丝造粒。将得到切片在140℃预结晶2h后,利用真空转鼓在150℃下干燥20小时,得干燥切片,铝塑袋密封保存。
将上述干燥切片转移至纺丝机,采用螺杆挤出机加热原料至熔融态;通过计量泵准确计量后,从喷丝板的喷丝孔挤出,形成预取向丝,即,聚酯酰胺POY纤维。其中,纺丝螺杆挤压机采用五区加热,一区温度250℃、二区温度275℃、三区温度280℃、四区温度285℃、五区温度282℃、纺丝箱温度282℃,组件压力10MPa,纺丝速度3520m/min,检测纺丝过程中的断纱次数。将得到的聚酯酰胺POY纤维在130℃下进行牵伸热定型,牵伸比为1.60倍,得到聚酯酰胺FDY纤维,检测数据见表1。该聚酯酰胺FDY纤维的纤度为1.8dtex。
实施例5
将24kg(144mol)对苯二甲酸、11.48kg(185mol)乙二醇、10.2g(0.024mol)乙二醇锑和7.29g(0.022mol)磷酸三苯酯加入到100L反应釜中,升温至255℃进行反应,并分馏出低沸点组分,反应进行6小时10分钟,待馏分达到理论量的98%时,结束酯化反应,加入2.53kg混合浆液继续反应20分钟。其中,混合浆液为己二酸己二胺盐(1.265kg,4.83mol)与乙二醇(1.265kg,20.38mol)的混合物,即己二酸己二胺盐与乙二醇的质量比为1:1。
然后转移至缩聚釜,并将体系温度逐步升至280℃,真空度逐渐降低至20Pa,缩聚反应3小时30分钟,向聚合釜内充入0.2MPa氮气,拉丝造粒。将得到切片在140℃预结晶2h后,利用真空转鼓在150℃下干燥20小时,得干燥切片,铝塑袋密封保存。
将上述干燥切片转移至纺丝机,采用螺杆挤出机加热原料至熔融态;通过计量泵准确计量后,从喷丝板的喷丝孔挤出,形成预取向丝,即,聚酯酰胺POY纤维。其中,纺丝螺杆挤压机采用五区加热,一区温度250℃、二区温度270℃、三区温度282℃、四区温度280℃、五区温度278℃、纺丝箱温度278℃,组件压力10MPa,纺丝速度3500m/min,检测纺丝过程中的断纱次数。将得到的聚酯酰胺POY纤维在130℃下进行牵伸热定型,牵伸比为1.46倍,得到聚酯酰胺FDY纤维,检测数据见表1。该聚酯酰胺FDY纤维的纤度为1.8dtex。
实施例6
将24kg(144mol)对苯二甲酸、11.66kg(188mol)乙二醇、9.2g(0.022mol)乙二醇锑和7.46g(0.053mol)磷酸三甲酯加入到100L反应釜中,升温至248℃进行反应,并分馏出低沸点组分,反应进行6小时40分钟,待馏分达到理论量的97%时,结束酯化反应,加入5.06kg混合浆液继续反应25分钟。其中,混合浆液为己二酸己二胺盐(2.53kg,9.66mol)与乙二醇(2.53kg,40.76mol)的混合物,即己二酸己二胺盐与乙二醇的质量比为1:1。
然后转移至缩聚釜,并将体系温度逐步升至283℃,真空度逐渐降低至40Pa,缩聚反应4小时10分钟,向聚合釜内充入0.2MPa氮气,拉丝造粒。将得到切片在140℃预结晶2h后,利用真空转鼓在150℃下干燥20小时,得干燥切片,铝塑袋密封保存。
将上述干燥切片转移至纺丝机,采用螺杆挤出机加热原料至熔融态;通过计量泵准确计量后,从喷丝板的喷丝孔挤出,形成预取向丝,即,聚酯酰胺POY纤维。其中,纺丝螺杆挤压机采用五区加热,一区温度248℃、二区温度270℃、三区温度280℃、四区温度280℃、五区温度275℃、纺丝箱温度275℃,组件压力8MPa,纺丝速度3400m/min,检测纺丝过程中的断纱次数。将得到的聚酯酰胺POY纤维在130℃下进行牵伸热定型,牵伸比为1.47倍,得到聚酯酰胺FDY纤维,检测数据见表1。该聚酯酰胺FDY纤维的纤度为1.8dtex。
对比例1
将24kg(144mol)对苯二甲酸、9.73kg(157mol)乙二醇、2.4kg(9.67mol)己二酸戊二胺盐、11.7g(0.028mol)乙二醇锑和7.29g(0.052mol)磷酸三甲酯加入到100L反应釜中,升温至255℃进行反应,并分馏出低沸点组分,反应进行4小时50分钟,待馏分达到理论量的97%时,结束酯化、酰化反应。然后转移至缩聚釜,并将体系温度逐步升至280℃,真空度逐渐降低至4Pa,缩聚反应3小时30分钟,向聚合釜内充入0.2MPa氮气,拉丝造粒。将得到切片在140℃预结晶2h后,利用真空转鼓在150℃下干燥20小时,得干燥切片,铝塑袋密封保存。
将上述干燥切片转移至纺丝机,采用螺杆挤出机加热原料至熔融态;通过计量泵准确计量后,从喷丝板的喷丝孔挤出,形成预取向丝,即,聚酯酰胺POY纤维。其中,纺丝螺杆挤压机采用五区加热,一区温度250℃、二区温度270℃、三区温度280℃、四区温度282℃、五区温度278℃、纺丝箱温度278℃,组件压力7MPa,纺丝速度3400m/min,检测纺丝过程中的断纱次数。将得到的聚酯酰胺POY纤维在130℃下进行牵伸热定型,牵伸比为1.38倍,得到聚酯酰胺FDY纤维,检测数据见表1。该聚酯酰胺FDY纤维的纤度为1.8dtex。
对比例2
将24kg(144mol)对苯二甲酸、10.77kg(174mol)乙二醇、2.53kg(9.66mol)己二酸己二胺盐、11.7g(0.028mol)乙二醇锑和7.29g(0.052mol)磷酸三甲酯加入到100L反应釜中,升温至258℃进行反应,并分馏出低沸点组分,反应进行4小时40分钟,待馏分达到理论量的98%时,结束酯化、酰化反应。然后转移至缩聚釜,并将体系温度逐步升至280℃,真空度逐渐降低至2Pa,缩聚反应1小时45分钟,向聚合釜内充入0.2MPa氮气,拉丝造粒。将得到切片在140℃预结晶2h后,利用真空转鼓在150℃下干燥20小时,得干燥切片,铝塑袋密封保存。
将上述干燥切片转移至纺丝机,采用螺杆挤出机加热原料至熔融态;通过计量泵准确计量后,从喷丝板的喷丝孔挤出,形成预取向丝,即,聚酯酰胺POY纤维。其中,纺丝螺杆挤压机采用五区加热,一区温度250℃、二区温度272℃、三区温度282℃、四区温度285℃、五区温度280℃、纺丝箱温度278℃,组件压力10MPa,纺丝速度3500m/min,检测纺丝过程中的断纱次数。将得到的聚酯酰胺POY纤维在130℃下进行牵伸热定型,牵伸比为1.50倍,得到聚酯酰胺FDY纤维,检测数据见表1。该聚酯酰胺FDY纤维的纤度为1.8dtex。
对比例3
将24kg(144mol)对苯二甲酸、11.40kg(184mol)乙二醇、9.2g(0.022mol)乙二醇锑和7.46g(0.053mol)磷酸三甲酯加入到100L反应釜中,升温至275℃进行反应,并分馏出低沸点组分,反应进行6小时40分钟,待馏分达到理论量的99%时,结束酯化反应,加入5.06kg混合浆液继续反应40分钟。其中,混合浆液为己二酸己二胺盐(2.53kg,9.66mol)与乙二醇(2.53kg,40.76mol)的混合物,即己二酸己二胺盐与乙二醇的质量比为1:1。
然后转移至缩聚釜,并将体系温度逐步升至283℃,真空度逐渐降低至346Pa,缩聚反应5小时40分钟,向聚合釜内充入0.2MPa氮气,拉丝造粒。将得到切片在140℃预结晶2h后,利用真空转鼓在150℃下干燥20小时,得干燥切片,铝塑袋密封保存。
将上述干燥切片转移至纺丝机,采用螺杆挤出机加热原料至熔融态;通过计量泵准确计量后,从喷丝板的喷丝孔挤出,形成预取向丝,即,聚酯酰胺POY纤维。其中,纺丝螺杆挤压机采用五区加热,一区温度248℃、二区温度270℃、三区温度278℃、四区温度280℃、五区温度272℃、纺丝箱温度272℃,组件压力8MPa,纺丝速度3300m/min,检测纺丝过程中的断纱次数。将得到的聚酯酰胺POY纤维在130℃下进行牵伸热定型,牵伸比为1.45倍,得到聚酯酰胺FDY纤维,检测数据见表1。该聚酯酰胺FDY纤维的纤度为1.8dtex。
对比例4
将24kg(144mol)对苯二甲酸、13.49kg(217mol)乙二醇、9.2g(0.022mol)乙二醇锑和7.46g(0.053mol)磷酸三甲酯加入到100L反应釜中,升温至248℃进行反应,并分馏出低沸点组分,反应进行7小时20分钟,待馏分达到理论量的99%时,结束酯化反应,加入2.4kg混合浆液继续反应25分钟。其中,混合浆液为己二酸戊二胺盐(1.2kg,4.83mol)与水(1.2kg,66.67mol)的混合物,即己二酸戊二胺盐与水质量比为1:1。
然后转移至缩聚釜,并将体系温度逐步升至283℃,真空度逐渐降低至120Pa,缩聚反应5小时10分钟,向聚合釜内充入0.2MPa氮气,拉丝造粒。将得到切片在140℃预结晶2h后,利用真空转鼓在150℃下干燥20小时,得干燥切片,铝塑袋密封保存。
将上述干燥切片转移至纺丝机,采用螺杆挤出机加热原料至熔融态;通过计量泵准确计量后,从喷丝板的喷丝孔挤出,形成预取向丝,即,聚酯酰胺POY纤维。其中,纺丝螺杆挤压机采用五区加热,一区温度248℃、二区温度270℃、三区温度280℃、四区温度280℃、五区温度275℃、纺丝箱温度275℃,组件压力10MPa,纺丝速度3400m/min,检测纺丝过程中的断纱次数。将得到的聚酯酰胺POY纤维在130℃下进行牵伸热定型,牵伸比为1.47倍,得到聚酯酰胺FDY纤维,检测数据见表1。该聚酯酰胺FDY纤维的纤度为1.8dtex。
表1
实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | |
特性粘度/dL/g | 0.702 | 0.716 | 0.686 | 0.712 | 0.723 |
二甘醇/% | 0.46 | 1.26 | 2.41 | 3.58 | 4.26 |
强度cN/dtex | 2.26 | 2.45 | 3.06 | 3.56 | 2.82 |
伸长率/% | 31.2 | 30.4 | 32.2 | 28.8 | 30.5 |
断纱次数次/100kg | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
条干不匀率/% | 1.5 | 1.2 | 1.2 | 1.4 | 1.3 |
实施例6 | 对比例1 | 对比例2 | 对比例3 | 对比例4 | |
特性粘度/dL/g | 0.745 | 0.646 | 0.695 | 0.706 | 0.714 |
二甘醇/% | 5.24 | 0.18 | 0.23 | 6.64 | 8.96 |
强度cN/dtex | 2.18 | 2.07 | 1.96 | 1.48 | 2.16 |
伸长率/% | 32.8 | 28.7 | 28.6 | 31.4 | 29.5 |
断纱次数次/100kg | 0 | 6 | 4 | 18 | 34 |
条干不匀率/% | 1.6 | 2.3 | 2.4 | 2.2 | 2.5 |
由表1的数据可知,所述聚酯酰胺中二甘醇的含量为0.3wt%~6wt%时,所制得的纤维的断丝、毛丝现象显著降低,并且条干不匀率低,拉伸强度高。
以上实施例仅用于对本发明技术方案的解释,不构成对本发明的限制。虽然已经展现和讨论了本发明的一些方面,但是本领域技术人员应该意识到,可以在不背离本发明原理和精神的条件下对上述方面进行改变,因此本发明的范围将由权利要求以及等同的内容所限定。
Claims (20)
2.如权利要求1所述的聚酯酰胺,其特征在于,所述二甘醇的含量为占所述聚酯酰胺总重量的0.35wt%~4wt%。
3.如权利要求2所述的聚酯酰胺,其特征在于,所述二甘醇的含量为占所述聚酯酰胺总重量的0.4wt%~2wt%。
4.如权利要求1所述的聚酯酰胺,其特征在于,
所述聚酯部分由芳香二羧酸和/或其衍生物与乙二醇缩聚而成,
所述芳香二羧酸为邻苯二甲酸、对苯二甲酸或间苯二甲酸,
所述芳香二羧酸衍生物为所述芳香二羧酸的甲酯化物,包括邻苯二甲酸二甲酯、对苯二甲酸二甲酯或间苯二甲酸二甲酯;和/或,
所述聚酰胺部分由选自尼龙盐、二羧酸和二元胺中的一种及以上缩聚而成;
所述尼龙盐包括含2~18个碳的二羧酸和碳链长度2~18的脂肪族二元胺所形成的尼龙盐;其中尼龙盐中含2~18个碳的二羧酸与碳链长度2~18的脂肪族二元胺的摩尔比为0.95:1.05~1.05:0.95;和/或,
所述二羧酸选自对苯二甲酸、己二酸、壬二酸、癸二酸、十一烷二酸和十二烷二酸中的一种以上,
所述二元胺选自碳链长度2~18的脂肪族二元胺。
5.如权利要求4所述的聚酯酰胺,其特征在于,所述尼龙盐选自对苯二甲酸己二胺盐、对苯二甲酸戊二胺盐、己二酸戊二胺和己二酸己二胺盐。
6.如权利要求4所述的聚酯酰胺,其特征在于,所述二元胺选自己二胺和戊二胺。
7.如权利要求1~6中任意一项所述的聚酯酰胺,其特征在于,
所述聚酯酰胺中的聚酯部分与聚酰胺部分的重量为75:25~199:1;和/或,
所述聚酯酰胺的特性粘度为0.3~1.8dL/g;和/或,
所述聚酯酰胺采用GB/T 3916-1997进行断裂强度测试,所述聚合物的断裂强度至少为1.5cN/dtex。
8.如权利要求7所述的聚酯酰胺,其特征在于,
所述聚酯酰胺中的聚酯部分与聚酰胺部分的重量为80:20~98:2;和/或,
所述聚酯酰胺的特性粘度为0.5~1.5dL/g;和/或,
所述聚酯酰胺采用GB/T 3916-1997进行断裂强度测试,所述聚合物的断裂强度至少为2cN/dtex。
9.如权利要求8所述的聚酯酰胺,其特征在于,
所述聚酯酰胺中的聚酯部分与聚酰胺部分的重量为90:10~97:3;和/或,
所述聚酯酰胺的特性粘度为0.6~1.2dL/g。
10.如权利要求1~6任意一项所述的聚酯酰胺,其特征在于,
所述聚酯酰胺中的聚酯部分与聚酰胺部分的重量为7.5:1~199:1,和/或,
所述聚酯酰胺中二甘醇、聚酯部分与聚酰胺部分的摩尔比为1:9:1~15:99:1。
11.如权利要求10项所述的聚酯酰胺,其特征在于,
所述聚酯酰胺中二甘醇、聚酯部分与聚酰胺部分的摩尔比为1:12:1~10:60:1。
12.如权利要求11项所述的聚酯酰胺,其特征在于,
所述聚酯酰胺中二甘醇、聚酯部分与聚酰胺部分的摩尔比为1.3:14:1~8:55:1。
13.一种制备如权利要求1~12中任意一项所述的聚酯酰胺的方法,其特征在于,所述方法包括将
1)聚酯部分的单体,和,
2)聚酰胺部分的单体,
进行缩聚,制得所述聚酯酰胺;
其中,
所述聚酯部分的单体为乙二醇以及芳香二羧酸和/或其衍生物,
所述聚酰胺部分的单体选自尼龙盐、二羧酸和二元胺中的一种或以上。
14.如权利要求13所述的聚酯酰胺的方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:
(1)、在惰性气体的保护下,将乙二醇、芳香二羧酸和/或其衍生物,加入反应容器中,
(2)、将体系加热至200~270℃,使90%~100%的芳香二羧酸和/或其衍生物发生酯化反应或酯交换反应,得熔体;
(3)、将上述熔体转移至缩聚釜继续加热至260~300℃,期间抽真空至所述反应容器内的真空度达300Pa以下,发生真空缩聚反应,待反应产物的特性粘度为0.3~1.8dL/g后,停止反应,得到聚酯酰胺;
其中,所述聚酰胺部分的单体可以在步骤(1)中加入,也可以在步骤(2)的酯化反应或酯交换反应的过程中加入,或者在步骤(3)真空缩聚反应过程中加入。
15.如权利要求14所述的聚酯酰胺的方法,其特征在于,所述聚酰胺部分的单体在步骤(1)和/或步骤(2)加入。
16.一种纤维,所述纤维的原料包括权利要求1~12中任一项所述聚酯酰胺。
17.如权利要求16所述的纤维,其特征在于,所述纤维为聚酯酰胺初生纤维、聚酯酰胺纤维长丝、聚酯酰胺POY纤维、聚酯酰胺加弹丝、聚酯酰胺FDY或聚酯酰胺短纤维。
18.如权利要求16所述的纤维,其特征在于,所述纤维的条干不匀率为1~2%;和/或,
所述纤维的强度为1.0~8.0cN/dtex;和/或,
所述纤维的断裂伸长率为5.0~400.0%。
19.如权利要求18所述的纤维,其特征在于,所述纤维的条干不匀率为1.1~1.8%;和/或,
所述纤维的强度为2.0~5.5cN/dtex;和/或,
所述纤维的断裂伸长率为15~130%。
20.一种制备如权利要求16~19任意一项所述纤维的方法,所述方法选自以下方法之一:
方法一,
(a)将聚酯酰胺的切片在100~180℃预结晶后,再在120~200℃下干燥2~20小时,干燥后的聚酯酰胺的切片经螺杆挤压机加热熔融、纺丝箱计量纺丝,得到预取向丝;
(b)将步骤(a)所得预取向丝进一步牵伸、定型得到聚酰胺纤维;
方法二,
(c)将聚酯酰胺的熔体经纺丝箱计量纺丝,得到预取向丝;
(d)将步骤(c)所得预取向丝进一步牵伸、定型得到聚酰胺纤维。
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