CN113293458B

CN113293458B - 一种高强度pet聚酯纤维及其制备方法

Info

Publication number: CN113293458B
Application number: CN202110583215.0A
Authority: CN
Inventors: 林资原
Original assignee: Shanghai Maoteng Knitting Co ltd
Current assignee: Shanghai Maoteng Knitting Co ltd
Priority date: 2021-05-27
Filing date: 2021-05-27
Publication date: 2022-08-09
Anticipated expiration: 2041-05-27
Also published as: CN113293458A

Abstract

本发明公开了一种高强度PET聚酯纤维及其制备方法，所述制备方法包括：基于固体PET制备得到PET₃₀₀；将PET₃₀₀和聚乙二醇加入多巴胺溶液，制备得到PET_Pre；PET₃₀₀、PET_Pre和醋酸纤维共混后，与聚双希夫碱混合反应得到高强度PET聚酯纤维。能够通过多巴胺，聚双希夫碱和醋酸纤维对PET进行改性，助剂添加量少，采用环保的多巴胺增加耐磨性，有效减少毛刺，不改变熔纺工艺，基本不增加生产成本，具有非常重要的应用价值。

Description

一种高强度PET聚酯纤维及其制备方法

技术领域

本发明涉及纤维改性，尤其涉及一种高强度PET聚酯纤维及其制备方法。

背景技术

PET聚酯纤维，俗称“涤纶”。是当前合成纤维的第一大品种。聚酯纤维作为纺织面料具有抗皱性和保形性好的优点，同时还具有较高的强度与弹性恢复能力，因而该纤维应用在纺织纤维上，坚牢耐用、抗皱免烫、不粘毛，因而收到消费者的喜爱。

然而，和天然棉等纤维素纤维相比，PET聚酯纤维(涤纶)作为面料时，涤纶布料吸湿性差，因而涤纶衣物穿着会有炽热感，易带静电，感染尘埃，影响美观和舒适度。另外，PET聚酯纤维染色性差，因为涤纶分子链上没有特定的染色基因，而且极性较小，因而染色较为艰难。加上PET聚酯纤维易起球，涤纶布料做为人工合成纤维商品中的一种，都不可避免地存在着起球的现象，因此给消费者带来了不便。在加工成型方面，由于其本身结晶速度慢，降低了生产效率，因此，通过改性，降低结晶温度，改善PET聚酯纤维上述缺点，成为本领域的重要研究内容。

醋酸纤维是再生纤维中仅次于粘胶纤维的一种人造纤维。早在1864年，通过使用醋酸酐对纤维素进行乙酰化而首次制备得到三醋酸酯化的纤维。20世纪初，人们又尝试对三醋酸纤维进行部分水解，成功的转化为二醋酸纤维(CDA)。醋酸纤维具有真丝的优点，光泽优雅、手感柔软、质轻和弹性好。作为织物，醋酸纤维还具有吸湿性好、速干、悬垂性佳、不起球、收缩小尺寸稳定等优点，加上面料不沾污，且易洗涤等优良的性能，醋酸纤维已经大量应用于烟用滤嘴，片基和塑料制品等领域。而作为天然改性纤维，醋酸纤维的最大缺陷是纤维强度低，耐用性较差。醋酸纤维的干态强度只有1.1～1.2eN/dtex，造成后期纤维加工、纺织难度增大，应用和推广受到限制。此外，该纤维的耐久性也较差。然而，醋酸纤维具有PET聚酯纤维所不具有的优点，通过和PET聚酯纤维熔融共混挤出，可以有效改善PET聚酯纤维的吸湿性、易皱、静电等缺点，同时还能改善其加工效率。

发明内容

鉴于目前存在的上述不足，本发明提供一种高强度PET聚酯纤维及其制备方法，能够通过多巴胺，聚双希夫碱和醋酸纤维对PET进行改性，助剂添加量少，采用环保的多巴胺增加耐磨性，有效减少毛刺，不改变熔纺工艺，基本不增加生产成本，具有非常重要的应用价值。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

一种高强度PET聚酯纤维的制备方法，包括以下步骤：

基于固体PET制备得到PET₃₀₀；

将PET₃₀₀和聚乙二醇加入多巴胺溶液，制备得到PET_Pre；

PET₃₀₀、PET_Pre和醋酸纤维共混后，与聚双希夫碱混合反应得到高强度PET聚酯纤维。

根据权利要求1所述的高强度PET聚酯纤维的制备方法，其特征在于，所述基于固体PET制备得到PET₃₀₀包括：固体PET切片并粉碎至300目大小的均匀粉末PET₃₀₀。

依照本发明的一个方面，所述将PET₃₀₀和聚乙二醇加入多巴胺溶液，制备得到PET_Pre包括：多巴胺溶解入溶剂形成溶液，在溶液中加入PET₃₀₀并添加有机弱碱调节ph至8-12，加热加入聚乙二醇，反应至出现PET悬浮粉末，洗涤干燥后得到PET_Pre。

依照本发明的一个方面，所述溶剂为水，水与多巴胺的质量比为60：(2～10)；所述有机弱碱为三乙胺、氨水中的其中一种或两种的组合。

依照本发明的一个方面，所述加热加入聚乙二醇，反应至出现PET悬浮粉末，洗涤干燥后得到PET_Pre包括：水浴加热后，加入聚乙二醇，持续反应后直到出现黑褐色PET悬浮粉末，继续搅拌冷却，减压过滤，并经水、无水酒精洗涤和烘箱干燥后得到PET_Pre。

依照本发明的一个方面，所述PET₃₀₀、PET_Pre和醋酸纤维共混后，与聚双希夫碱混合反应得到高强度PET聚酯纤维包括：PET₃₀₀、PET_Pre和醋酸纤维共混后，与聚双希夫碱混合并反应，反应后的混合物通过喷丝板纺制得到高强度PET聚酯纤维。

依照本发明的一个方面，所述反应后的混合物通过喷丝板纺制包括：混合物加入螺杆机共混挤出拉丝设备，使用4孔/0.040mm的喷丝板纺制。

依照本发明的一个方面，所述PET₃₀₀、PET_Pre、醋酸纤维和聚双希夫碱的质量比为60：(10～18)：(10～20)：(0.5～2)。

依照本发明的一个方面，所述醋酸纤维包括单醋酸酯纤维、双醋酸酯纤维和三醋酸酯纤维中的一种或几种。

依照本发明的一个方面，所述聚双希夫碱分子式为[R1N＝C＝NR2]n，其中R1、R2为饱和、不饱和脂肪链，芳香环、杂环中的一种或任意两种以上的组合。

本发明实施的优点：通过使用多巴胺，聚双希夫碱[R1N＝C＝NR2]n,醋酸纤维对PET聚酯纤维共混和共聚改性，首先利用多巴胺吸附性强，容易在PET聚酯纤维表面处理改性的特点，而聚双希夫碱[R1N＝C＝NR2]n交联聚合物，活性高，易于亲和官能团如羧基，氨基、羟基和水发生亲核加成，广泛应用于聚乳酸，聚氨酯交联增粘反应中。本专利中，则利用其快速与醋酸纤维分子结构中存在自由羟基，而发生交联反应；而同时还可与聚酯中端羧基-COOH发生亲核加成，从而改善PET聚酯纤维硬而脆等缺点，达到聚酯改性的目的。此外，通过改性，降低了聚酯软化温度，有利于熔融挤出纺丝。多巴胺可有效包覆纤维外层，而聚双希夫碱[R1N＝C＝NR2]n则交联聚合，在纤维内部发生结构改性，使PET聚酯纤维性能发生改变，最终会对纤维的物理机械性能产生较大的影响。这种化学和物理醋酸纤维两步改性法发明工艺，具有助剂添加量少，采用环保的多巴胺增加耐磨性，有效减少毛刺，不改变熔纺工艺，基本不增加生产成本，具有非常重要的应用价值。可获得干态强度为3～8cN/dex,断裂延伸率为37％～50％(25℃)的高强度改性PET聚酯纺丝纤维，而通过改变多巴胺的含量，PET聚酯纤维的耐磨性得到极大的改善，模量得到极大的改善(16～20GPa)，软化温度为210～230℃。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种高强度PET聚酯纤维的制备方法，包括以下步骤：

PET切片并粉碎至300目大小的均匀粉末PET₃₀₀，优选纺丝PET聚酯纤维，包括但不限于高粘度油瓶级，消光级聚酯纤维；

多巴胺溶解入溶剂形成溶液，在溶液中加入PET₃₀₀并添加有机弱碱调节ph至8-12，加热加入聚乙二醇，反应至出现PET悬浮粉末，洗涤干燥后得到PET_Pre，溶剂为水，水与多巴胺的质量比为60：(2～10)，有机弱碱为三乙胺、氨水中的其中一种或两种的组合，使用水、无水酒精洗涤以及烘箱干燥；

PET₃₀₀、PET_Pre和醋酸纤维共混后，与聚双希夫碱混合并反应，反应后的混合物通过喷丝板纺制得到高强度PET聚酯纤维，PET₃₀₀、PET_Pre、醋酸纤维和聚双希夫碱的质量比为60：(10～18)：(10～20)：(0.5～2)，醋酸纤维包括单醋酸酯纤维、双醋酸酯纤维和三醋酸酯纤维中的一种或几种，混合物加入螺杆机共混挤出拉丝设备，使用4孔/0.040mm的喷丝板纺制，聚双希夫碱分子式为[R1N＝C＝NR2]n，其中R1、R2为饱和、不饱和脂肪链，芳香环、杂环中的一种或任意两种以上的组合，优选R1、R2为苯基及其简单烷烃取代物。

以下为醋酸纤维与PET的交联机理：

实施例一

PET切片并粉碎至300目大小的均匀粉末PET₃₀₀，优选纺丝PET聚酯纤维，包括但不限于高粘度油瓶级，消光级聚酯纤维，其黏度为0.66dL/g，含水小于200ppm，端羧基含量18～22mol/t。

30mL水做溶剂，加热溶解1g的多巴胺，待样品充分熔解后。分别加入上述提前制备的300目PET粉末PET₃₀₀ 10g、有机弱碱，如三乙胺或氨水，调节pH至8。充分搅拌下，经水浴加热24小时后，加入聚乙二醇1g，持续反应后直到出现PET悬浮粉末，均匀呈黑褐色，并继续搅拌24小时。溶液冷却至室温，减压过滤，并用水、无水酒精各洗涤三次，烘箱干燥聚多巴胺改性的PET聚酯纤维PET_Pre，备用。

10g的PET₃₀₀、1.8g PET_Pre和1.8g醋酸纤维粉末均匀共混，醋酸纤维包括单醋酸酯纤维、双醋酸酯纤维和三醋酸酯纤维中的一种或几种，优选CDA(双醋酸酯纤维)，后与0.1g的聚双希夫碱[R1N＝C＝NR2]n均匀共混后，缓慢加入挤出螺杆熔纺，使用上海新硕精密机械有限公司生产的WLG 10D微型螺杆机共混挤出拉丝设备。使用4孔/0.040mm喷丝板纺制，可获得干态强度为6～7cN/dex,断裂延伸率为40％～45％(25℃)的高强度改性PET聚酯纺丝纤维，而通过改变多巴胺的含量，PET聚酯纤维的耐磨性得到极大的改善，模量得到极大的改善(16～17GPa)，软化温度为210～225℃，使用范围包括纺织纤维、烟头过滤嘴和膜产品。

实施例二

30mL水做溶剂，加热溶解3g的多巴胺，待样品充分熔解后。分别加入上述提前制备的300目PET粉末PET₃₀₀ 10g、有机弱碱，如三乙胺或氨水，调节pH至10。充分搅拌下，经水浴加热24小时后，加入聚乙二醇1g，持续反应后直到出现PET悬浮粉末，均匀呈黑褐色，并继续搅拌24小时。溶液冷却至室温，减压过滤，并用水、无水酒精各洗涤三次，烘箱干燥聚多巴胺改性的PET聚酯纤维PET_Pre，备用。

10g的PET₃₀₀、2g PET_Pre和2.5g醋酸纤维粉末均匀共混，醋酸纤维包括单醋酸酯纤维、双醋酸酯纤维和三醋酸酯纤维中的一种或几种，优选CDA(双醋酸酯纤维)，后与0.2g的聚双希夫碱[R1N＝C＝NR2]n均匀共混后，缓慢加入挤出螺杆熔纺，使用上海新硕精密机械有限公司生产的WLG 10D微型螺杆机共混挤出拉丝设备。使用4孔/0.040mm喷丝板纺制，可获得干态强度为7～8cN/dex,断裂延伸率为45％～50％(25℃)的高强度改性PET聚酯纺丝纤维，而通过改变多巴胺的含量，PET聚酯纤维的耐磨性得到极大的改善，模量得到极大的改善(17～18GPa)，软化温度为210～220°，使用范围包括纺织纤维、烟头过滤嘴和膜产品。

实施例三

30mL水做溶剂，加热溶解5g的多巴胺，待样品充分熔解后。分别加入上述提前制备的300目PET粉末PET₃₀₀ 10g、有机弱碱，如三乙胺或氨水，调节pH至12。充分搅拌下，经水浴加热24小时后，加入聚乙二醇1g，持续反应后直到出现PET悬浮粉末，均匀呈黑褐色，并继续搅拌24小时。溶液冷却至室温，减压过滤，并用水、无水酒精各洗涤三次，烘箱干燥聚多巴胺改性的PET聚酯纤维PET_Pre，备用。

10g的PET₃₀₀、3g PET_Pre和3g醋酸纤维粉末均匀共混，醋酸纤维包括单醋酸酯纤维、双醋酸酯纤维和三醋酸酯纤维中的一种或几种，优选CDA(双醋酸酯纤维)，后与0.3g的聚双希夫碱[R1N＝C＝NR2]n均匀共混后，缓慢加入挤出螺杆熔纺，使用上海新硕精密机械有限公司生产的WLG 10D微型螺杆机共混挤出拉丝设备。使用4孔/0.040mm喷丝板纺制，可获得为干态强度为3～4.7cN/dex,断裂延伸率为37％～45％(25℃)的高强度改性PET聚酯纺丝纤维，而通过改变多巴胺的含量，PET聚酯纤维的耐磨性得到极大的改善，模量得到极大的改善(18～20GPa)，软化温度为210～230℃，使用范围包括纺织纤维、烟头过滤嘴和膜产品。

实施例四

30mL水做溶剂，加热溶解1g的多巴胺，待样品充分熔解后。分别加入上述提前制备的300目PET粉末PET₃₀₀ 10g、有机弱碱，如三乙胺或氨水，调节pH至8.5。充分搅拌下，经水浴加热24小时后，加入聚乙二醇1g，持续反应后直到出现PET悬浮粉末，均匀呈黑褐色，并继续搅拌24小时。溶液冷却至室温，减压过滤，并用水、无水酒精各洗涤三次，烘箱干燥聚多巴胺改性的PET聚酯纤维PET_Pre，备用。

10g的PET₃₀₀、1.8g PET_Pre和1.8g醋酸纤维粉末均匀共混，醋酸纤维包括单醋酸酯纤维、双醋酸酯纤维和三醋酸酯纤维中的一种或几种，优选CDA(双醋酸酯纤维)，后与0.2g的聚双希夫碱[R1N＝C＝NR2]n均匀共混后，缓慢加入挤出螺杆熔纺，使用上海新硕精密机械有限公司生产的WLG 10D微型螺杆机共混挤出拉丝设备。使用4孔/0.040mm喷丝板纺制，可获得干态强度为4.7～6cN/dex,断裂延伸率为40％～45％(25℃)的高强度改性PET聚酯纺丝纤维，而通过改变多巴胺的含量，PET聚酯纤维的耐磨性得到极大的改善，模量得到极大的改善(16～17GPa)，软化温度为210～220℃，使用范围包括纺织纤维、烟头过滤嘴和膜产品。

在实际应用中，以上实施例纤维性能测试用到的仪器和通用过程：

*纤维性能的测定：采用GB/T 14337-2008标准，使用温州际高加测仪器公司生产的实验用YG001D型电子单纤维强力机。实验室随机取出约500根纤维，均匀铺放于绒板上备用，用镊子随机取出一根纤维，用张力夹固定纤维一端，置于仪器的夹持器中，确保纤维沿轴向伸长，使用时预加张力0.16cN/dtex,名义隔距长度10mm,拉伸速度10mm/min读出实验断裂数值。样品重复50次测量，取平均值。

*纤维软化温度的测定：使用METTLER TOLEDO公司生产DSC3+。在氮气氛下(50.0mL/min)，升温速率为10.00K/min，样品从30.0加热到300.0摄氏度，再以2.00K/min从300.0返回到30.0摄氏度,观察软化和结晶温度。

*聚酯样品模量的测定:取纤维样品用粉碎机粉碎，过筛(400目)。实验仪器采用上海新硕精密机械有限公司生产的，微型挤出注塑联动仪器，型号为WLG-10-DA/WZS-10-G-D,挤出温度为270摄氏度，后采用真空吸入模具成型，样品为哑铃型，长度为150mm，厚度为2mm，备用。后用济南文腾实验仪器有限公司生产的万能拉力机(WDW-20T)进行力学性能测定，采用2006国际拉伸性能测试标准GB/T1043.3-2006，设定式样标距50mm，速度为2mm/min。

本发明制备方法工艺简单，成本低，易操作，易于工业化；改性后PET聚酯纤维，具有原本PET聚酯纤维的强度高，具有较好的抗破坏性能，耐磨性、热稳定性，而且兼而有之醋酸纤维的韧性和流动性，使改性聚酯性能得到极大的提高，同时还能降低PET聚酯纤维加工结晶温度，使用天然成分多巴胺作为添加剂，无毒绿色环保，具有良好的应用前景。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域技术的技术人员在本发明公开的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种高强度PET聚酯纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

基于固体PET制备得到PET₃₀₀,所述基于固体PET制备得到PET₃₀₀包括：固体PET切片并粉碎至300目大小的均匀粉末PET₃₀₀；

将PET₃₀₀和聚乙二醇加入多巴胺溶液，制备得到PET_Pre,所述将PET₃₀₀和聚乙二醇加入多巴胺溶液，制备得到PET_Pre包括：多巴胺溶解入溶剂形成溶液，在溶液中加入PET₃₀₀并添加有机弱碱调节pH至8-12，加热加入聚乙二醇，反应至出现PET悬浮粉末，洗涤干燥后得到PET_Pre；

PET₃₀₀、PET_Pre和醋酸纤维共混后，与聚双希夫碱混合反应得到高强度PET聚酯纤维,所述聚双希夫碱分子式为[R1N＝C＝NR2]n，其中R1、R2为饱和、不饱和脂肪链，芳香环、杂环中的一种或任意两种以上的组合。

2.根据权利要求1所述的高强度PET聚酯纤维的制备方法，其特征在于，所述溶剂为水，水与多巴胺的质量比为60：(2～10)；所述有机弱碱为三乙胺、氨水中的其中一种或两种的组合。

3.根据权利要求1所述的高强度PET聚酯纤维的制备方法，其特征在于，所述加热加入聚乙二醇，反应至出现PET悬浮粉末，洗涤干燥后得到PET_Pre包括：水浴加热后，加入聚乙二醇，持续反应后直到出现黑褐色PET悬浮粉末，继续搅拌冷却，减压过滤，并经水、无水酒精洗涤和烘箱干燥后得到PET_Pre。

4.根据权利要求1所述的高强度PET聚酯纤维的制备方法，其特征在于，所述PET₃₀₀、PET_Pre和醋酸纤维共混后，与聚双希夫碱混合反应得到高强度PET聚酯纤维包括：PET₃₀₀、PET_Pre和醋酸纤维共混后，与聚双希夫碱混合并反应，反应后的混合物通过喷丝板纺制得到高强度PET聚酯纤维。

5.根据权利要求4所述的高强度PET聚酯纤维的制备方法，其特征在于，所述反应后的混合物通过喷丝板纺制包括：混合物加入螺杆机共混挤出拉丝设备，使用4孔/0.040mm的喷丝板纺制。

6.根据权利要求1所述的高强度PET聚酯纤维的制备方法，其特征在于，所述PET₃₀₀、PET_Pre、醋酸纤维和聚双希夫碱的质量比为60：(10～18)：(10～20)：(0.5～2)。

7.根据权利要求1所述的高强度PET聚酯纤维的制备方法，其特征在于，所述醋酸纤维包括单醋酸酯纤维、双醋酸酯纤维和三醋酸酯纤维中的一种或几种。