CN115785420A - 一种酸性可染共聚酯及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种酸性可染共聚酯及其制备方法，制备方法：通过一锅法制备BHET和季铵化BHET的混合物后，进行缩聚反应，制得酸性可染共聚酯；BHET和季铵化BHET的混合物的制备过程为：先采用质子酸与Lewis酸协同催化，利用多聚甲醛对BHET进行单氯甲基化得到BHET和单氯甲基化BHET的混合物，再对混合物进行季铵化改性，得到BHET和季铵化BHET的混合物；产品为无规共聚物，分子链由M1重复单元和M2重复单元构成。本发明的方法制备简单，本发明的产品可实现常温常压酸性染料可染，上染率高，色牢度高，热稳定性好，可与棉、毛、丝等天然纤维混染。
Description
技术领域
本发明属于聚酯功能化改性和合成技术领域，涉及一种酸性可染共聚酯及其制备方法。
背景技术
聚酯在现代纺织业中应用最广，最重要的一类化纤产品，其具有优异的力学性能、物理性能、热性能和优良的尺寸结构稳定性等优点，被广泛应用于服装、家纺、农业和工业领域。但由于它是疏水性的合成纤维，缺乏能与染料结合的官能团，致使染色困难。通常只能用分散染料染色，并且必须在高温高压下或借助载体进行染色，成本较高，染料毒性大，废液处理复杂，对环境也造成污染，因此，需要对聚酯进行染色改性。目前，主要的染色改性聚酯有阳离子染料可染聚酯改性（CDP）（包括高温高压型和常压沸染型）和酸性阴离子染料可染聚酯改性（ADP）。其中CDP已经实现工业化生产，但CDP通常需要在120~135℃高温条件下染色，对于毛/涤混纺织物的染色，通常需要分别进行条染，染色工艺复杂、能耗高，且高温高压条件会导致纤维强度损耗。而酸性染料可染涤纶聚酯纤维能与羊毛、真丝等同浴染色，可简化染色工艺，且酸性阴离子染料价格低廉、色谱齐全、色泽鲜艳，具有很好的应用前景，一旦实现工业化，将大大提高经济社会效益，对涤毛混纺织物的染色尤为重要。
专利CN106008942A提出了一种咪唑基阴离子染料可染型改性共聚酯母粒及其制备，以N-2-(3,5-二羧基苯基)乙基-N’-甲基咪唑氯盐为第三共聚单体，进行缩聚反应，采用共聚方式将咪唑基团接入聚酯分子链中，咪唑基团中的带正电的氮离子作为聚酯分子链上的染座，与酸性阴离子染料中的磺酸根离子结合，实现酸性阴离子可染。该方法得到的聚酯纤维断裂强度3.32cN/dtex，断裂伸长率24%，在常压和90℃下，酸性染料甲基蓝上染率可达到93%。含氮第三单体（N-2-(3,5-二羧基苯基)乙基-N’-甲基咪唑氯盐）共聚接枝到聚酯大分子链段上虽然为其提供了可与酸性染料反应的染座，但此类共聚单体存在热稳定性差的问题，导致上染纤维色牢度差，从而制约了这种第三单体共聚改性方法的工业化发展。
专利CN1433446A提出将聚酯、仲胺或仲胺盐和多种添加剂（添加剂用于提高相容性）熔融共混制备可酸性染色聚酯共混物，用该方法纺丝编制成短袜样品，在Lanaset酸性染色浴中100℃持续90min，上染率最高可达85.4%。专利CN1291081C将聚酰胺与聚乙烯-甲基丙烯酸盐组合成聚酯可酸性染色的复合添加剂，添加到聚酯化合物中，经共混纺丝，制得可酸性染色的聚酯纤维，聚乙烯-甲基丙烯酸盐中的羧基可分别与聚酯和聚酰胺的端基发生酯化反应，提高酯和酰胺相容性。该方法获得的聚酯纤维在C.I酸性黄酸性染色浴中100℃沸染60min，上染率可达83%。但是通过添加聚酰胺来制备可酸性染色聚酯共混物，需要通过加入增容剂、助剂等改善聚酯与聚酰胺之间的相容性，一方面增加了共混成本，另一方面共混聚酯的微观结构仍会呈现两相，纺丝中，会形成聚酰胺微丝，导致纤维力学性能下降，很难满足工业化纺丝速度要求。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术中存在的问题，提供一种酸性可染共聚酯及其制备方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种酸性可染共聚酯的制备方法，通过一锅法制备BHET和季铵化BHET的混合物后，进行缩聚反应，经出料、冷却、切粒、干燥制得酸性可染共聚酯；
BHET和季铵化BHET的混合物的制备过程为：先采用质子酸与Lewis酸协同催化，利用多聚甲醛对BHET进行单氯甲基化得到BHET和单氯甲基化BHET的混合物，再对混合物进行季铵化改性，得到BHET和季铵化BHET的混合物；
BHET、多聚甲醛、Lewis酸的摩尔比为1:0.65~1:1.3~1.5，BHET与质子酸的质量比为1:0.65~0.85；单氯甲基化即BHET的芳环上仅一个位置发生氯甲基化；单氯甲基化反应的温度为50~70℃，时间为5~8h；
缩聚反应的温度为250~280℃，绝对压强为30~100Pa，时间为2~4h。
本发明制备的季铵化BHET含有长链侧基，将BHET和季铵化BHET进行缩聚反应时，由于空间位阻效应，产品（酸性可染共聚酯）的分子量很难达到普通PET的水平，本发明通过合理调控缩聚反应的温度、绝对压强和时间解决了该问题，制得了分子量接近普通PET的酸性可染共聚酯。
本发明的反应方程式如下。
作为优选的技术方案：
如上所述的一种酸性可染共聚酯的制备方法，BHET和季铵化BHET的混合物的制备步骤如下：
（a）单氯甲基化反应；
将多聚甲醛、Lewis酸、质子酸、BHET混合后，加热搅拌进行单氯甲基化反应，得到BHET和单氯甲基化BHET的混合物；具体过程为：将多聚甲醛、Lewis酸、质子酸、BHET加入反应釜中，加热搅拌，反应结束后，得到部分单氯甲基化产物；
（b）季铵化反应；
将步骤（a）得到的所有的BHET和单氯甲基化BHET的混合物与三甲胺的乙二醇溶液混合均匀，用碱液调节pH值至8~9.5，加热搅拌进行季铵化反应，反应结束即得到BHET和季铵化BHET的混合物。
如上所述的一种酸性可染共聚酯的制备方法，步骤（a）中，多聚甲醛的聚合度为5~15；质子酸为浓度36~38wt%的浓盐酸，或者由浓度60~70wt%的浓硫酸与浓度36~38wt%的浓盐酸混合而成，浓硫酸的质量为浓盐酸质量的20wt%以下；Lewis酸为氯化锡或氯化铵；单氯甲基化反应收率为30~50%；
步骤（b）中，三甲胺的乙二醇溶液中三甲胺的浓度为40~45wt%；季铵化反应的温度为50~80℃，时间为2~4h；步骤（a）的原料BHET与步骤（b）的原料三甲胺的摩尔比为1:0.85~1.0。
本发明还提供采用如上任一项所述的一种酸性可染共聚酯的制备方法制得的酸性可染共聚酯，为无规共聚物，分子链由M1重复单元和M2重复单元构成，M1重复单元的结构式为
，M2重复单元的结构式为
。
作为优选的技术方案：
如上所述的酸性可染共聚酯，酸性可染共聚酯的玻璃化转变温度为73~75℃，熔点为240~245℃，结晶度为35~40%，特性粘度为0.52~0.58dL/g，数均分子量为15,000~16,000g/mol。
如上所述的酸性可染共聚酯，酸性可染共聚酯切片在常温常压（80-85℃，0.1MPa）下染色时，酸性染料上染率≥96%；酸性可染共聚酯经纺丝、卷绕、拉伸制得酸性可染共聚酯纤维，纺丝速度为3500~6000m/min（由此可知本发明的酸性可染共聚酯能够满足工业化纺丝速度要求），酸性可染共聚酯纤维的断裂强度≥4cN/dtex，常温常压下染色时，酸性染料上染率≥94%，耐水洗色牢度≥4级，耐摩擦色牢度≥4级，染色后强力损失为4~6%。
本发明的原理如下：
氯甲基化季铵化改性后的BHET中含有稳定的季铵盐结构，在缩聚过程中不发生反应，合成的聚酯分子链中苯环上完整的保留其分子结构。在进行酸性染料染色时，季铵基团作为碱性染座，带正电的氮离子极易与染料中的阴离子基团（磺酸基、羧酸基）以离子键结合。同时，低聚物侧链上的烷基可与染料分子通过分子间力和范德华力等作用相结合，使得染料分子能牢牢的吸附在聚酯分子上。因此在常温常压下也能进行染色，表现出良好的染色性能。该方法合成工艺流程简单，反应产率高，聚酯切片可纺性好，获得聚酯纤维染色条件简单，常温常压下即可获得高染率，染色均匀的产品，适宜进行工业化生产，用来制作多种聚酯产品，如精纺面料、装饰织物、纺粘布、薄膜等。
有益效果
（1）本发明的一种酸性可染共聚酯的制备方法，采用的一锅法工艺路线操作简单，能耗低，适宜工业化生产，且在部分BHET上引入季铵基团对BHET缩聚反应活性以及最终得到共聚酯的化学稳定性和物理机械性能影响较小；
（2）本发明的一种酸性可染共聚酯，常温常压下酸性染料可染，上染率高，色牢度好，纺丝制得的酸性可染共聚酯纤维力学性能好，且染色后纤维强力损失小。
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。
以下各实施例中单氯甲基化反应收率的测试方法为：氯甲基化反应结束后，冷却，分液漏斗中分液，有机层先后用浓度10wt%的碳酸钠水溶液和蒸馏水分别洗涤3~4次，然后用无水硫酸钠干燥，过滤，最后减压蒸馏得到单氯甲基化产物，称重计算收率；
式中，m1为单氯甲基化产物重量，g，M1为其相对分子质量，g/mol；m0为投入的BHET重量，g，M0为其相对分子质量，g/mol。
以下各实施例中制得的酸性可染共聚酯常温常压染色的方法为：
切片染色：将1g的酸性可染共聚酯切片加入染色反应管中，放入染缸中，常压（0.1MPa）条件下，于90℃下，用染料配置液染色30min；其中，酸性可染共聚酯切片与染料配置液的浴比为1:40，染料配置液用醋酸调节的pH值为4，染料配置液由酸性染料和水组成，酸性染料（酸性湖蓝A、酸性艳绿3GM、普拉红B、酸性甲基蓝等）为酸性可染共聚酯切片质量的2.0owf%。
纤维染色：称取5g纤维用蒸馏水润湿，然后挤干水分，按照浴比为1:40在水浴锅中加入蒸馏水，添加纤维质量的2.0owf%的酸性染料（酸性湖蓝A、酸性艳绿3GM、普拉红B、酸性甲基蓝等），并用醋酸调节pH值至4，接着在室温条件下，将纤维放入蒸馏水中，恒温10min，然后以2℃/min升温速率升至80℃，常压（0.1MPa）条件下染色30min，染色结束后清洗、烘干。
以下各实施例中酸性可染共聚酯相关性能的检测方法如下：
玻璃化转变温度的检测方法：将酸性可染共聚酯切片充分干燥，称取样品重量为5mg，并完成DSC制样后，对制样用热台加热，在270℃温度下加热熔融4min，结束后立即置于液氮淬冷；再利用差示扫描量热仪进行热学性能测试，测试条件设置如下：由室温以10℃/min速率升温至280℃后保持1min，结束后降温至室温。
特性粘度的检测方法：参照标准GB/T 14190-2008《纤维级聚酯切片(PET)试验方法》进行特性粘度([η], dL/g)测试；将干燥充分的样品溶解于苯酚和1,1,2,2-四氯乙烷(50/50, wt/wt)的混合溶剂中，形成浓度为0.50g/dL的溶液；在25℃的恒温水浴槽中，使用毛细管直径0.88mm的乌氏粘度计对溶液进行特性粘度测定，特性粘度计算公式如下所示：
式中：[
]为特性粘度，
为增比粘度；
为溶液流出时间(s)；
为溶剂流出时间(s)；
为溶液浓度(g/dL)。
酸性染料上染率的检测方法：按照上述染色方法染色结束后，从染液中准确吸取残液2mL，转移至50mL的容量瓶中用超纯水稀释至刻度；同时，为了避免染液本身受到其他因素的影响导致的吸光度改变，设置一组非染色用的空白染液进行相同的处理，以排除干扰。在紫外分光光度计最大吸收波长
=457nm处测试吸光度Fx，按照如下公式计算染料的上染率（%）：
上染率（%）=（F0-Fx+F空）÷F0×100%；
式中：Fx为染料残液的吸光度；F0为标准染液（即上文染色过程中，还没有对纤维或切片进行染色时的染液）的吸光度；F空为空白染液的吸光度。
耐水洗色牢度的检测方法：将纤维制成经密度20/10cm，纬密度6.3/10cm的平纹织物，参照标准GB/T 12490-2014 《纺织品 色牢度试验 耐家庭和商业洗涤色牢度》，采用温州大荣纺织仪器有限公司SW-12型耐洗色牢度试验机，配备标准洗涤钢珠（直径6±0.5mm），采用纯水洗涤，洗涤温度为40°C。
耐摩擦色牢度的检测方法：参照《纺织品色牢度试验耐摩擦色牢度》（GB/T 3920—2008）进行测定。
纤维的断裂强度的检测方法：参照《化学纤维 长丝拉伸性能测试方法》（GB/T14344—2008）进行测定；采用3356型Instron强力仪对纤维复丝进行力学性能测试；测试条件：温度（20±5）℃，相对湿度（65±5）%，夹持距离为500mm，拉伸速率为500mm/min；实验中每组样品测试5次，取平均值，计算断裂强度。
纤维染色后强力损失的检测方法：在纤维复丝染色前和染色后，分别参照《化学纤维 长丝拉伸性能测试方法》（GB/T 14344—2008）测定纤维的断裂强力；采用的强力仪为3356型Instron强力仪；测试条件：温度（20±5）℃，相对湿度（65±5）%，夹持距离为500mm，拉伸速率为500mm/min；实验中每组样品测试5次，取平均值作为该样品的断裂强力，计算断裂强力损失。
以下各实施例中制得的酸性可染共聚酯，其分子链由M1重复单元和M2重复单元构成，M1重复单元的结构式为
，M2重复单元的结构式为
。
实施例1
一种酸性可染共聚酯的制备方法，具体步骤如下：
（1）准备原材料：
多聚甲醛：聚合度为5；
Lewis酸：氯化锡；
质子酸：由浓度60wt%的浓硫酸与浓度36wt%的浓盐酸混合而成，浓硫酸的质量为浓盐酸质量的10wt%；
BHET：厂商Aladdin，牌号B419409；
三甲胺；
乙二醇；
（2）通过一锅法制备BHET和季铵化BHET的混合物：
（a）将多聚甲醛、Lewis酸、质子酸、BHET加入反应釜中，在50℃条件下不断搅拌进行单氯甲基化反应8h；反应结束后，得到BHET和单氯甲基化BHET的混合物，其中，BHET、多聚甲醛、Lewis酸的摩尔比为1:0.65:1.3，BHET与质子酸的质量比为1:0.65，单氯甲基化反应收率为30%；
（b）将步骤（a）得到的所有的BHET和单氯甲基化BHET的混合物与三甲胺的乙二醇溶液混合均匀，用碱液调节pH值至8，在50℃条件下不断搅拌进行季铵化反应2h；反应结束即得到BHET和季铵化BHET的混合物，其中，三甲胺的乙二醇溶液中三甲胺的浓度为40wt%，步骤（a）的原料BHET与步骤（b）的原料三甲胺的摩尔比为1:0.85；
（3）制备酸性可染共聚酯：
将步骤（2）制得的BHET和季铵化BHET的混合物在温度为250℃、绝对压强为30Pa条件下进行缩聚反应2h，再经出料、冷却、切粒、干燥制得酸性可染共聚酯。
最终制得的酸性可染共聚酯的数均分子量为15000g/mol，玻璃化转变温度为73℃，熔点为240℃，结晶度为35%，特性粘度为0.52dL/g；
酸性可染共聚酯切片在常温常压下染色时，酸性染料（酸性湖蓝A）上染率为96%；
由酸性可染共聚酯制得的纤维（纤度459.7D/192f）的断裂强度为4cN/dtex，在常温常压下染色时，酸性染料（酸性湖蓝A）上染率为94%，耐水洗色牢度为4级，耐摩擦色牢度为4级，染色后强力损失为6%。
实施例2
一种酸性可染共聚酯的制备方法，具体步骤如下：
（1）准备原材料：
多聚甲醛：聚合度为5；
Lewis酸：氯化锡；
质子酸：由浓度65wt%的浓硫酸与浓度37wt%的浓盐酸混合而成，浓硫酸的质量为浓盐酸质量的15wt%；
BHET：厂商Aladdin，牌号B419409；
三甲胺；
乙二醇；
（2）通过一锅法制备BHET和季铵化BHET的混合物：
（a）将多聚甲醛、Lewis酸、质子酸、BHET加入反应釜中，在58℃条件下不断搅拌进行单氯甲基化反应8h；反应结束后，得到BHET和单氯甲基化BHET的混合物，其中，BHET、多聚甲醛、Lewis酸的摩尔比为1:0.65:1.4，BHET与质子酸的质量比为1:0.75，单氯甲基化反应收率为35%；
（b）将步骤（a）得到的所有的BHET和单氯甲基化BHET的混合物与三甲胺的乙二醇溶液混合均匀，用碱液调节pH值至9，在65℃条件下不断搅拌进行季铵化反应3.5h；反应结束即得到BHET和季铵化BHET的混合物，其中，三甲胺的乙二醇溶液中三甲胺的浓度为43wt%，步骤（a）的原料BHET与步骤（b）的原料三甲胺的摩尔比为1:0.95；
（3）制备酸性可染共聚酯：
将步骤（2）制得的BHET和季铵化BHET的混合物在温度为265℃、绝对压强为45Pa条件下进行缩聚反应3.5h，再经出料、冷却、切粒、干燥制得酸性可染共聚酯。
最终制得的酸性可染共聚酯的数均分子量为15500g/mol，玻璃化转变温度为73.8℃，熔点为242.1℃，结晶度为36.1%，特性粘度为0.54dL/g；
酸性可染共聚酯切片在常温常压下染色时，酸性染料（酸性湖蓝A）上染率为96.4%；
由酸性可染共聚酯制得的纤维（纤度456.4D/192f）的断裂强度为4.2cN/dtex，在常温常压下染色时，酸性染料（酸性湖蓝A）上染率为94.5%，耐水洗色牢度为4级，耐摩擦色牢度为4级，染色后强力损失为5.5%。
实施例3
一种酸性可染共聚酯的制备方法，具体步骤如下：
（1）准备原材料：
多聚甲醛：聚合度为10；
Lewis酸：氯化锡；
质子酸：由浓度70wt%的浓硫酸与浓度38wt%的浓盐酸混合而成，浓硫酸的质量为浓盐酸质量的20wt%；
BHET：厂商Aladdin，牌号B419409；
三甲胺；
乙二醇；
（2）通过一锅法制备BHET和季铵化BHET的混合物：
（a）将多聚甲醛、Lewis酸、质子酸、BHET加入反应釜中，在70℃条件下不断搅拌进行单氯甲基化反应5h；反应结束后，得到BHET和单氯甲基化BHET的混合物，其中，BHET、多聚甲醛、Lewis酸的摩尔比为1:0.75:1.42，BHET与质子酸的质量比为1:0.82，单氯甲基化反应收率为45%；
（b）将步骤（a）得到的所有的BHET和单氯甲基化BHET的混合物与三甲胺的乙二醇溶液混合均匀，用碱液调节pH值至9.2，在75℃条件下不断搅拌进行季铵化反应3h；反应结束即得到BHET和季铵化BHET的混合物，其中，三甲胺的乙二醇溶液中三甲胺的浓度为43wt%，步骤（a）的原料BHET与步骤（b）的原料三甲胺的摩尔比为1:0.98；
（3）制备酸性可染共聚酯：
将步骤（2）制得的BHET和季铵化BHET的混合物在温度为250℃、绝对压强为45Pa条件下进行缩聚反应4h，再经出料、冷却、切粒、干燥制得酸性可染共聚酯。
最终制得的酸性可染共聚酯的数均分子量为15300g/mol，玻璃化转变温度为73.5℃，熔点为241.7℃，结晶度为36%，特性粘度为0.53dL/g；
酸性可染共聚酯切片在常温常压下染色时，酸性染料（酸性艳绿3GM）上染率为97.2%；
由酸性可染共聚酯制得的纤维（纤度457.3D/192f）的断裂强度为4.15cN/dtex，在常温常压下染色时，酸性染料（酸性艳绿3GM）上染率为95.0%，耐水洗色牢度为4-5级，耐摩擦色牢度为4-5级，染色后强力损失为5.87%。
实施例4
一种酸性可染共聚酯的制备方法，具体步骤如下：
（1）准备原材料：
多聚甲醛：聚合度为10；
Lewis酸：氯化铵；
质子酸：浓度为36wt%的浓盐酸；
BHET：厂商Aladdin，牌号B419409；
三甲胺；
乙二醇；
（2）通过一锅法制备BHET和季铵化BHET的混合物：
（a）将多聚甲醛、Lewis酸、质子酸、BHET加入反应釜中，在50℃条件下不断搅拌进行单氯甲基化反应8h；反应结束后，得到BHET和单氯甲基化BHET的混合物，其中，BHET、多聚甲醛、Lewis酸的摩尔比为1:0.8:1.48，BHET与质子酸的质量比为1:0.85，单氯甲基化反应收率为40%；
（b）将步骤（a）得到的所有的BHET和单氯甲基化BHET的混合物与三甲胺的乙二醇溶液混合均匀，用碱液调节pH值至8，在60℃条件下不断搅拌进行季铵化反应3.5h；反应结束即得到BHET和季铵化BHET的混合物，其中，三甲胺的乙二醇溶液中三甲胺的浓度为40wt%，步骤（a）的原料BHET与步骤（b）的原料三甲胺的摩尔比为1:0.85；
（3）制备酸性可染共聚酯：
将步骤（2）制得的BHET和季铵化BHET的混合物在温度为270℃、绝对压强为50Pa条件下进行缩聚反应2.5h，再经出料、冷却、切粒、干燥制得酸性可染共聚酯。
最终制得的酸性可染共聚酯的数均分子量为15200g/mol，玻璃化转变温度为73.2℃，熔点为241.3℃，结晶度为35.5%，特性粘度为0.525dL/g；
酸性可染共聚酯切片在常温常压下染色时，酸性染料（酸性艳绿3GM）上染率为97%；
由酸性可染共聚酯制得的纤维（纤度458.3D/192f）的断裂强度为4.1cN/dtex，在常温常压下染色时，酸性染料（酸性艳绿3GM）上染率为94.8%，耐水洗色牢度为4级，耐摩擦色牢度为4级，染色后强力损失为5.3%。
实施例5
一种酸性可染共聚酯的制备方法，具体步骤如下：
（1）准备原材料：
多聚甲醛：聚合度为15；
Lewis酸：氯化铵；
质子酸：浓度为37wt%的浓盐酸；
BHET：厂商Aladdin，牌号B419409；
三甲胺；
乙二醇；
（2）通过一锅法制备BHET和季铵化BHET的混合物：
（a）将多聚甲醛、Lewis酸、质子酸、BHET加入反应釜中，在68℃条件下不断搅拌进行单氯甲基化反应7h；反应结束后，得到BHET和单氯甲基化BHET的混合物，其中，BHET、多聚甲醛、Lewis酸的摩尔比为1:0.68:1.4，BHET与质子酸的质量比为1:0.68，单氯甲基化反应收率为47%；
（b）将步骤（a）得到的所有的BHET和单氯甲基化BHET的混合物与三甲胺的乙二醇溶液混合均匀，用碱液调节pH值至9.5，在80℃条件下不断搅拌进行季铵化反应2.5h；反应结束即得到BHET和季铵化BHET的混合物，其中，三甲胺的乙二醇溶液中三甲胺的浓度为43.5wt%，步骤（a）的原料BHET与步骤（b）的原料三甲胺的摩尔比为1:0.88；
（3）制备酸性可染共聚酯：
将步骤（2）制得的BHET和季铵化BHET的混合物在温度为275℃、绝对压强为40Pa条件下进行缩聚反应3.5h，再经出料、冷却、切粒、干燥制得酸性可染共聚酯。
最终制得的酸性可染共聚酯的数均分子量为15700g/mol，玻璃化转变温度为74℃，熔点为243℃，结晶度为37%，特性粘度为0.56dL/g；
酸性可染共聚酯切片在常温常压下染色时，酸性染料（普拉红B）上染率为97.5%；
由酸性可染共聚酯制得的纤维（纤度456.3D/192f）的断裂强度为4.2cN/dtex，在常温常压下染色时，酸性染料（普拉红B）上染率为95.4%，耐水洗色牢度为4-5级，耐摩擦色牢度为4-5级，染色后强力损失为5.7%。
实施例6
一种酸性可染共聚酯的制备方法，具体步骤如下：
（1）准备原材料：
多聚甲醛：聚合度为15；
Lewis酸：氯化铵；
质子酸：浓度为38wt%的浓盐酸；
BHET：厂商Aladdin，牌号B419409；
三甲胺；
乙二醇；
（2）通过一锅法制备BHET和季铵化BHET的混合物：
（a）将多聚甲醛、Lewis酸、质子酸、BHET加入反应釜中，在70℃条件下不断搅拌进行单氯甲基化反应6h；反应结束后，得到BHET和单氯甲基化BHET的混合物，其中，BHET、多聚甲醛、Lewis酸的摩尔比为1:1:1.5，BHET与质子酸的质量比为1:0.85，单氯甲基化反应收率为50%；
（b）将步骤（a）得到的所有的BHET和单氯甲基化BHET的混合物与三甲胺的乙二醇溶液混合均匀，用碱液调节pH值至8.5，在80℃条件下不断搅拌进行季铵化反应4h；反应结束即得到BHET和季铵化BHET的混合物，其中，三甲胺的乙二醇溶液中三甲胺的浓度为45wt%，步骤（a）的原料BHET与步骤（b）的原料三甲胺的摩尔比为1:1.0；
（3）制备酸性可染共聚酯：
将步骤（2）制得的BHET和季铵化BHET的混合物在温度为280℃、绝对压强为30Pa条件下进行缩聚反应3h，再经出料、冷却、切粒、干燥制得酸性可染共聚酯。
最终制得的酸性可染共聚酯的数均分子量为16000g/mol，玻璃化转变温度为75℃，熔点为245℃，结晶度为40%，特性粘度为0.58dL/g；
酸性可染共聚酯切片在常温常压下染色时，酸性染料（普拉红B）上染率为97.8%；
由酸性可染共聚酯制得的纤维（纤度440D/192f）的断裂强度为6.5cN/dtex，在常温常压下染色时，酸性染料（普拉红B）上染率为95.8%，耐水洗色牢度为4-5级，耐摩擦色牢度为4-5级，染色后强力损失为4%。
Claims (6)
1.一种酸性可染共聚酯的制备方法，其特征在于，通过一锅法制备BHET和季铵化BHET的混合物后，进行缩聚反应，制得酸性可染共聚酯；
BHET和季铵化BHET的混合物的制备过程为：先采用质子酸与Lewis酸协同催化，利用多聚甲醛对BHET进行单氯甲基化得到BHET和单氯甲基化BHET的混合物，再对混合物进行季铵化改性，得到BHET和季铵化BHET的混合物；
BHET、多聚甲醛、Lewis酸的摩尔比为1:0.65~1:1.3~1.5，BHET与质子酸的质量比为1:0.65~0.85；单氯甲基化即BHET的芳环上仅一个位置发生氯甲基化；单氯甲基化反应的温度为50~70℃，时间为5~8h；
缩聚反应的温度为250~280℃，绝对压强为30~100Pa，时间为2~4h。
2.根据权利要求1所述的一种酸性可染共聚酯的制备方法，其特征在于，BHET和季铵化BHET的混合物的制备步骤如下：
（a）单氯甲基化反应；
将多聚甲醛、Lewis酸、质子酸、BHET混合后，加热搅拌进行单氯甲基化反应，得到BHET和单氯甲基化BHET的混合物；
（b）季铵化反应；
将步骤（a）得到的所有的BHET和单氯甲基化BHET的混合物与三甲胺的乙二醇溶液混合均匀，用碱液调节pH值至8~9.5，加热搅拌进行季铵化反应，反应结束即得到BHET和季铵化BHET的混合物。
3.根据权利要求2所述的一种酸性可染共聚酯的制备方法，其特征在于，步骤（a）中，多聚甲醛的聚合度为5~15；质子酸为浓度36~38wt%的浓盐酸，或者由浓度60~70wt%的浓硫酸与浓度36~38wt%的浓盐酸混合而成，浓硫酸的质量为浓盐酸质量的20wt%以下；Lewis酸为氯化锡或氯化铵；单氯甲基化反应收率为30~50%；
步骤（b）中，三甲胺的乙二醇溶液中三甲胺的浓度为40~45wt%；季铵化反应的温度为50~80℃，时间为2~4h；步骤（a）的原料BHET与步骤（b）的原料三甲胺的摩尔比为1:0.85~1.0。
4.采用如权利要求1~3任一项所述的一种酸性可染共聚酯的制备方法制得的酸性可染共聚酯，其特征在于，为无规共聚物，分子链由M1重复单元和M2重复单元构成，M1重复单元的结构式为
，M2重复单元的结构式为
。
5.根据权利要求4所述的酸性可染共聚酯，其特征在于，酸性可染共聚酯的玻璃化转变温度为73~75℃，熔点为240~245℃，结晶度为35~40%，特性粘度为0.52~0.58dL/g，数均分子量为15,000~16,000g/mol。
6.根据权利要求4所述的酸性可染共聚酯，其特征在于，酸性可染共聚酯切片在常温常压下染色时，酸性染料上染率≥96%；酸性可染共聚酯经纺丝、卷绕、拉伸制得酸性可染共聚酯纤维，纺丝速度为3500~6000m/min，酸性可染共聚酯纤维的断裂强度≥4cN/dtex，常温常压下染色时，酸性染料上染率≥94%，耐水洗色牢度≥4级，耐摩擦色牢度≥4级，染色后强力损失为4~6%。
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2023
- 2023-02-09 CN CN202310087640.XA patent/CN115785420B/zh active Active
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