高舒适聚酯纤维制备及应用技术

内容摘要

本研究通过共聚及原位复合技术制备含有吸湿基团及功能性无机粉体的共聚酯母粒，将该母粒与常规聚酯共混纺制异形纤维，并进行织物结构设计与织造，即通过物理及化学改性相结合，制备综合性能与天然纤维面料相当、并可克服天然纤维面料固有缺点同时具有吸湿速干、抗静电、抗紫外及抗起球等不同组合的多功能聚酯纤维面料，产品综合性能达到国际先进水平。

一种多羟基聚酯纤维的制备方法专利目的

《一种多羟基聚酯纤维的制备方法》的目的是提供一种多羟基聚酯纤维的制备方法，特别是提供一种第一酯化酸微过量且二酯化醇过量的多羟基聚酯纤维的制备方法。由于多元醇与酸反应的活性并不一致，该发明的一种多羟基聚酯纤维的制备方法，将第一酯化阶段酸过量，保证多元醇中参加酯化反应能力较低的单体充分反应，接入到聚酯分子链中，形成序列结构均匀分布的共聚酯。第一酯化反应阶段羧基官能团微过量，提供了反应的活化点。可以进一步与聚酯改性单体进行反应，如两端羟基或氨基官能团聚乙二醇类或聚醚胺大分子；在第二酯化阶段补充的二元醇可以对共聚酯的端羧基进行调控，使共聚酯的端羧基含量控制在稳定的范围内，再经圆形或异形喷丝板熔融纺丝成型制备得到多羟基柔性聚酯纤维。

一种多羟基聚酯纤维的制备方法技术方案

《一种多羟基聚酯纤维的制备方法》依次包括第一酯化反应、第二酯化反应和缩聚反应，具体步骤为：

（1）第一酯化反应：将二元醇和多羟基醇按照摩尔比98~99.5:0.5~2配置成混合多元醇；二元醇部分在多元醇的总物质量的90％以上保证制备出的产物中聚酯成分占到主要部分，保留聚酯本身优异的力学性能、稳定性能。将二元醇与多羟基醇酯化前进行混合，可以保证多元醇中高粘度醇成分在二元醇中均匀分散。

按照二元酸羧基官能团与所述混合多元醇的羟基官能团摩尔比1.02~1.10:1添加二元酸；传统多元醇聚酯的制备都是以醇过量，保证酸充分反应。但是由于二元醇和其它多元醇与酸反应活性并不一致，大多数醇与二元酸参加反应的能力不如二元醇，体系中二元醇过量，酸反应结束后，体系中存在着未完全反应的多元醇。该发明在第一酯化反应阶段，利用二元酸羧基官能团微过量，保证活性不一致的混合多元醇都能充分反应。

将所述混合多元醇与所述二元酸加入酯化反应釜进行第一酯化反应，所述第一酯化反应的压力为0.01~0.5兆帕，反应的温度为230~260摄氏度，反应的时间为0.5~3小时；当第一酯化反应出水量达到理论出水量的90~95％，完成第一酯化反应；第一酯化反应控制在一定的压力可以保证多元醇中沸点较低的成分在压力下避免一直在反应器的顶部，实现与物料接触参与反应。以酯化出水量来判断酯化率，简单可操作。控制第一酯化出水量达到理论的90~95％，此时体系中的活性不一致的多元醇能充分反应，避免存在游离的多元醇。

（2）第二酯化反应：将所述第一酯化反应得到的物料在补充二元醇后进行第二酯化反应，反应的压力为0.1~0.5兆帕，反应的温度为240~270摄氏度，反应的时间为0.5~2小时；第二酯化反应直到酯化出水量达到理论出水量的98％以上终止；补充二元醇的物质量为第一酯化添加多元醇羟基总摩尔数的10.5％~16.3％，使得第一酯化反应和第二酯化反应中总的醇羟基与羧酸官能团的摩尔比为1.10~1.30:1；第一酯化反应结束补充二元醇，将第一酯化阶段过量的二元酸反应完全，使得整个酯化阶段醇与酸的摩尔比维持在醇微过量。聚酯的端羧基对后道的纺丝具有重要的影响。常规的聚酯羧基值含量为20摩尔/T，第一酯化阶段结束后酯化物以端羧基封端，第二酯化补充的二元醇可以继续与端羧基反应，从而在第二酯化反应结束时酯化物以端羟基封端。

（3）最后将所述第二酯化反应的混合物进行缩聚反应，经过缩聚反应制得聚酯；所述缩聚反应的温度保持在260~280摄氏度，所述缩聚反应持续2~4小时，制备得到多羟基聚酯。

酯化结束后酯化物进入缩聚阶段，缩聚分为低真空阶段与高真空阶段。低真空压力控制在-50千帕，时间40~60分钟，低真空阶段是为了避免酯化直接进入高真空阶段造成抽真空管道堵塞。低真空阶段结束后进行高真空阶段，高真空压力控制在-101千帕，时间控制在1~3小时。整个缩聚阶段时间不超过4.5小时。缩聚阶段结束以搅拌器设定的搅拌功率值为出料依据。

（4）最后将所述制备的多羟基聚酯经圆形或异形喷丝板熔融纺丝成型制备得到多功能聚酯纤维。

作为优选的技术方案：

如上所述的一种多羟基聚酯纤维的制备方法所述二元醇为乙二醇、丙二醇、丁二醇或戊二醇中的一种以上。

如上所述的一种多羟基聚酯纤维的制备方法，所述多羟基醇为山梨醇、季戊四醇或木糖醇中的一种以上。

如上所述的一种多羟基聚酯纤维的制备方法，所述二元酸为对苯二甲酸或对苯二甲酸与5-磺酸钠-间苯二甲酸二乙醇酯按照摩尔比90~95:10~5的混合物。

如上所述的一种多羟基聚酯纤维的制备方法，所述的步骤（1）中：在第一酯化反应开始之前，先将所述混合多元醇和二元酸在浆料釜中进行搅拌打浆，使充分共混；并且预热酯化反应釜，在酯化反应釜内部温度达到200摄氏度~230摄氏度时将浆料釜中充分共混的物料导入。

如上所述的一种多羟基聚酯纤维的制备方法，所述的步骤（1）中：在第一酯化反应开始之前，还加入催化剂、热稳定剂和抗氧化剂；所述催化剂的加入量为100~500百万分比浓度，基数为所述二元酸的质量；所述热稳定剂的加入量为二元酸质量的0.001~0.02％；所述抗氧化剂的加入量为二元酸质量的0.001~0.03％。

如上所述的一种多羟基聚酯纤维的制备方法，所述催化剂为钛系催化剂和/或锑系催化剂；所述钛系催化剂为钛酸四丁酯和/或乙二醇钛；所述锑系催化剂为三氧化二锑、醋酸锑或乙二醇锑中的一种以上。

如上所述的一种多羟基聚酯纤维的制备方法，所述热稳定剂为磷酸三甲酯、烷基磷酸二酯或三（壬苯基）亚磷酸酯的其中之一或其混合物。

如上所述的一种多羟基聚酯纤维的制备方法，所述抗氧化剂为抗氧化剂1010、抗氧化剂168或抗氧化剂616其中之一或其混合物。

如上所述的一种多羟基聚酯纤维的制备方法，所述多羟基聚酯纤维为POY、FDY、DTY或短纤维，其纺丝工艺分别为：将步骤（3）制备得到的多羟基聚酯进行熔融纺丝，其短纤维纺丝工艺为：纺丝温度为270~300摄氏度，纺丝速度为800~1500米/分钟，拉伸温度为60~80摄氏度，预拉伸倍率为1.02~1.10，一道拉伸倍率为2.80~3.20，二道拉伸倍率为1.05~1.15，然后经切断，制得的多羟基聚酯短纤维，短纤维的纤度为0.3~5分特克斯，长度为38毫米或51毫米。将步骤（3）制备得到的多羟基聚酯进行熔融纺丝，其POY纺丝工艺为：纺丝温度为270~300摄氏度，纺丝速度为2000~3000米/分钟，拉伸温度为60~80摄氏度，总拉伸倍率为1.5~5。

进一步地，POY经过8小时平衡后，分别经第一罗拉，第Ⅰ热箱，冷却板，PU盘式假捻器，第二罗拉，网络喷嘴，第Ⅱ热箱，第三罗拉，油轮，最后经过卷绕罗拉卷绕成型，可制成多羟基聚酯DTY。

其中第一罗拉的线速度200-600米/分钟，第二罗拉的线速度500-600米/分钟，第三罗拉的线速度300-600米/分钟，卷绕罗拉的线速度400-700米/分钟，牵伸比1.1-1.8，PU盘式假捻D/Y比为1.2-2.5。

将步骤（3）制备得到的多羟基聚酯进行熔融纺丝，FDY纺丝工艺为：纺丝速度为3500~4200米/分钟，热辊GR1的速度为1100~1500米/分钟，温度为80~110摄氏度，热辊GR2的速度为3550~4280米/分钟，温度为115~135摄氏度，制得多羟基柔性聚酯FDY长丝。

如上所述的异形喷丝板为三叶形喷丝板、扁平型喷丝板、中空型喷丝板、十字型喷丝板、Y型或“8”字型喷丝板中一种。

一种多羟基聚酯纤维的制备方法有益效果

（1）《一种多羟基聚酯纤维的制备方法》采用分阶段酯化：第一酯化阶段为酸过量，保证体系中的多元醇充分反应。在完成90~95％酯化率后进入第二酯化阶段，补充二元醇，调控酯化物的端基。分阶段酯化工艺保证了引入的多元醇可以充分反应，形成序列结构均匀分布的共聚酯。

（2）该发明第一酯化酸过量体系，可以保证多元醇充分反应，减少原料的浪费同时避免小分子存在体系中对共聚酯的纺丝成型造成不利的影响。

（3）该发明第一阶段羧基官能团微过量，提供了反应的活化点。可以进一步与聚酯改性单体进行反应，如两端羟基或氨基官能团聚乙二醇类或聚醚胺大分子。

（4）该发明共聚单体多元醇增加浆料的表观粘度，可以保证利用无机粉体进行原位聚合的颗粒均匀分散在体系中，多羟基将粉体进行包裹，减少无机粉体间的团聚。

（5）该发明合成的多羟基聚酯纤维分子链中含有大量的极性官能团羟基，可以与活性染料分子反应，反应条件温和，减少能耗。同时纤维染色深度与色牢度都有明显提高。

2021年6月24日，《一种多羟基聚酯纤维的制备方法》获得第二十二届中国专利优秀奖。