一种高强活化聚酯工业丝及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种高强活化聚酯工业丝及其制备方法，所述高强活化聚酯工业丝是指表面包覆活化剂涂层的改性聚酯工业丝，由改性聚酯纺丝而得，所述改性聚酯由聚酯与氨基脂肪酸乙二醇酯构成，且所述氨基脂肪酸乙二醇酯与所述聚酯的分子链间有氢键作用，使所述氨基脂肪酸乙二醇酯与所述聚酯的分子链的相对位置固定；所述高强活化聚酯工业丝在温度为70～80℃条件下，纤维自由体积增加，使部分活化剂分子扩散到纤维空隙中，在聚酯分子中引入更多活性较强的-OH和-NH2，并在聚酯帘线表面形成牢固的树脂状的涂层，提高了聚酯纤维的反应性。所述高强活化聚酯工业丝可用于三角带线绳、子午线轮胎帘子布等。
【专利说明】一种高强活化聚酯工业丝及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属聚酯纤维【技术领域】，涉及一种高强活化聚酯工业丝及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET)纤维自问世以来，因其优异的性能而得到了迅猛地 发展，其产量已经成为世界合成纤维之冠。聚酯纤维具有断裂强度和弹性模量高，回弹性 适中，热定型优异，耐热耐光性好以及耐酸耐碱耐腐蚀性等一系列优良性能，且织物具有抗 皱、挺括性好等优点，所以，聚酯纤维广泛应用于服装、工业丝等领域。
[0003] PET属于对称性的直链大分子，分子链不含有侧链基团，规整性非常好，它的主链 含有刚性的苯环和柔性的烃基，而直接与苯环相连接的酯基与苯环又构成了刚性的共轭体 系，从而制约了其柔性链段的自由旋转。这种结构对玻璃化转变温度的影响是明显的，增加 了分子链段运动的壁垄，PET的玻璃化转变温度较高，温度达到玻璃化温度以上时，纤维大 分子链段发生剧烈运动，聚合物分子间空隙增大，自由体积增加。
[0004] 活化型聚酯工业长丝具有聚酯工业长丝的一切特点：断裂强度高，断裂伸长率小， 干热收缩率稳定；然而与粘胶和尼龙相比，它的粘合性能比较差。因此，在生产过程中，一 般要先进行预处理使聚酯工业丝活化。经活化、熟成工序后具备与橡胶制品粘合力高的特 点，可以克服聚酯由于分子结构造成的与橡胶粘合力差的缺点。可提高与橡胶制品的粘合 力高。主要应用在浸胶帘子布、帆布输送带上以及作为汽车轮胎帘子布的主要原料。
[0005] 活化剂与聚酯工业丝主要的反应是环氧树脂的环氧基团与聚酯的端羧基之间发 生反应引入活性的羟基，封闭异氰酸酯在高温下解封产生活性很强的-NCO基团，-NCO与聚 酯工业丝中的-OH起反应或再酯化直接反应。通过反应在聚酯分子中引入活性较强的-OH 和-NH，并在聚酯工业丝表面形成树脂状的涂层，使聚酯的极性增强，提高了与RFL的反应 性。由于聚酯表面光滑，表面活性基团很少，活化虽有效果，但聚酯工业丝与橡胶之间存在 严重的脱层现象，且寿命短。
[0006] 本发明使聚酯纤维在一定温度下纤维分子间的空隙增大，在活化过程中使部分活 化剂分子扩散进入到纤维空隙中，提高了活化剂的使用效率，在聚酯分子中引入更多活性 较强的-OH和-NH，并在聚酯帘线表面形成牢固的树脂状的涂层，使聚酯的极性增强，进一 步提高了与RFL的反应性。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的是提供一种高强活化聚酯工业丝及其制备方法，本发明利用氨基脂 肪酸乙二醇酯在一定温度条件时，自由体积的增加幅度远远大于聚酯大分子链的特性，提 高了活化剂进入聚酯内部的程度，来提高聚酯纤维的改性性能；同时由于氨基脂肪酸乙二 醇酯分子中在首位氨基的存在，增加其与聚酯大分子链之间的氢键作用，增加了它与聚酯 的相容性以及在聚酯中的分散，最大限度地减少了迀移。同时对聚酯结构规整性、结晶性没 有破坏，保持了聚酯的优良性能。
[0008] 本发明的一种高强活化聚酯工业丝，所述高强活化聚酯工业丝是指表面包覆活 化剂涂层的改性聚酯工业丝；所述高强活化聚酯工业丝由改性聚酯纺丝而得，所述改性聚 酯由聚酯与氨基脂肪酸乙二醇酯构成，所述氨基脂肪酸乙二醇酯分散在所述聚酯的分子 链间，且所述氨基脂肪酸乙二醇酯与所述聚酯的分子链间有氢键作用，使所述氨基脂肪酸 乙二醇酯与所述聚酯的分子链的相对位置固定；所述高强活化聚酯工业丝在温度为70? 80°C条件下，纤维内部分子链间的自由体积空间增大10?15v/v% ;所述高强活化聚酯 工业丝的断裂强度多8. OcN/dtex，在177°C、0. 05cN/dtex的测试条件下的干热收缩率为 7. 0±0· 5%，芯吸高度< 5mm。
[0009] 所述氨基脂肪酸乙二醇酯的分子结构式为：
[0010] H2N (CH2) nC00CH2CH200C (CH2) nNH2 ；
[0011] 其中，η = 10 ?50 ;
[0012] 如上所述的一种高强活化聚酯工业丝，所述高强活化聚酯工业丝的线密度偏差率 彡1.5%，断裂伸长率为10. 0± 1.5%，断裂强度CV值彡2. 5%，断裂伸长CV值彡7.0%。
[0013] 如上所述的一种高强活化聚酯工业丝，所述氨基脂肪酸乙二醇酯占所述高强活化 聚酯工业丝的重量百分比为0. 5?2. 5%。
[0014] 本发明还提供了一种高强活化聚酯工业丝的制备方法，由改性聚酯的高粘切片经 计量、挤出、冷却、上油、拉伸、热定型、活化油剂上油、卷绕和预活化处理步骤，制得高强活 化聚酯工业丝；
[0015] 所述挤出的温度为290?320 °C ;
[0016] 所述冷却的风温为20?25 °C ;
[0017] 所述上油的上油率为0. 4?0. 6wt % ;
[0018] 所述活化油剂上油的上油率为0. 4?0. 5wt % ;
[0019] 所述卷绕的速度为2600?3400m/min ;
[0020] 所述预活化处理的条件为：温度70?80°C，放置时间为20?30h ;所述预活化处 理，是指为缩短所述高强活化聚酯工业丝的活化时间，同时达到最佳粘合力，又不会因季节 温度变化而影响活化效果，增建暖房，将活化丝在温度70?80°C的环境下放置20?30h， 进行预活化处理，然后再包装出厂，这样大大改善了活化型涤纶工业长丝的活化效果，增强 了活化型涤纶工业长丝与橡胶制品的粘合力；
[0021] 所述改性聚醋的尚粘切片制备步骤包括：
[0022] (1)氨基脂肪酸乙二醇酯的制备：
[0023] 1)将二元脂肪酸与甲醇以1:1. 5摩尔比的量加入反应器中，在浓硫酸的催化下， 加热到80?110°C，回流酯化，冷却，分离提纯得到二元脂肪酸单甲酯；所述二元脂肪酸为 十二烷二羧酸到五十二烷二羧酸中的一种；反应方程式为：
[0024] HOOC (CH2) nC00H+CH30H - CH3OOC (CH2) nC00H ;
[0025] 其中 η = 10 ?50。
[0026] 2)将所述二元脂肪酸单甲醋、四乙酸铅和溴化锂按摩尔比1:1:1溶在苯中，其中 二元脂肪酸单甲酯的浓度为0. 05?0. lmol/L，在氮气氛围下，在80?90°C反应，回流，当 不再有气体产生时，加入一定量的稀硫酸反应2?3小时，然后洗涤、提纯及干燥，得到产物 溴代脂肪酸；反应方程式为：
[0027]
【权利要求】
1. 一种高强活化聚酯工业丝，其特征是：所述高强活化聚酯工业丝是指表面包覆活 化剂涂层的改性聚酯工业丝；所述高强活化聚酯工业丝由改性聚酯纺丝而得，所述改性聚 酯由聚酯与氨基脂肪酸乙二醇酯构成，所述氨基脂肪酸乙二醇酯分散在所述聚酯的分子 链间，且所述氨基脂肪酸乙二醇酯与所述聚酯的分子链间有氢键作用，使所述氨基脂肪酸 乙二醇酯与所述聚酯的分子链的相对位置固定；所述高强活化聚酯工业丝在温度为70? 80°C条件下，纤维内部分子链间的自由体积空间增大10?15v/v% ;所述高强活化聚酯 工业丝的断裂强度多8. OcN/dtex，在177°C、0. 05cN/dtex的测试条件下的干热收缩率为 7. 0±0. 5%，芯吸高度< 5mm ; 所述氨基脂肪酸乙二醇酯的分子结构式为： H2N (CH2) nC00CH2CH200C (CH2) nNH2 ； 其中，n = 10?50。
2. 根据权利要求1所述的一种高强活化聚酯工业丝，其特征在于，所述高强活化聚酯 工业丝的线密度偏差率彡1. 5%，断裂强度CV值彡2. 5%，断裂伸长率为10. 0±1. 5%，断裂 伸长CV值彡7. 0%。
3. 根据权利要求1所述的一种高强活化聚酯工业丝，其特征在于，所述氨基脂肪酸乙 二醇酯占所述高强活化聚酯工业丝的重量百分比为〇. 5?2. 5%。
4. 如权利要求1所述的一种高强活化聚酯工业丝的制备方法，其特征是：将改性聚酯 的高粘切片经计量、挤出、冷却、上油、拉伸、热定型、活化油剂上油、卷绕和预活化处理步 骤，制得高强活化聚酯工业丝； 所述挤出的温度为290?320 °C ; 所述冷却的风温为20?25°C ; 所述上油的上油率为〇. 4?0. 6wt % ; 所述活化油剂上油的上油率为〇. 4?0. 5wt % ; 所述卷绕的速度为2600?3400m/min ; 所述预活化处理的条件为：温度70?80°C，放置时间为20?30h ; 所述改性聚醋的尚粘切片制备步骤如下： (1)氨基脂肪酸乙二醇酯的制备： 1) 将二元脂肪酸与甲醇以1:1. 5摩尔比的量加入反应器中，在浓硫酸的催化下，加热 到80?110°C，回流酯化，冷却，分离提纯得到二元脂肪酸单甲酯；所述二元脂肪酸为十二 烷二羧酸到五十二烷二羧酸中的一种； 2) 将所述二元脂肪酸单甲酯、四乙酸铅和溴化锂按摩尔比1:1:1溶在苯中，其中二元 脂肪酸单甲醋的浓度为〇. 05?0. lmol/L，在氮气氛围下，在80?90°C反应，回流，当不再 有气体产生时，加入一定量的稀硫酸反应2?3小时，然后洗涤、提纯及干燥，得到产物溴代 脂肪fe ; 3) 将溴代脂肪酸与15?25wt %的氨水按摩尔比1:2加入到反应器中，搅拌，在室温下 反应，再将反应产物加热蒸馏，且用冷水吸收氨气，加热蒸馏的温度不超过70°C，直至无气 泡产生，即停止蒸馏，然后进行冷却和抽滤，滤饼用去离子水洗至无溴离子为止，将产品真 空干燥得到产物氨基脂肪酸； 4) 将乙二醇和氨基脂肪酸按摩尔比为1. 1:2搅拌均匀，并按氨基脂肪酸重量的1? 3%加入浓度为40?50wt%的硫酸，进行酯化反应，酯化反应温度为160?220°C，酯化水 馏出量达到理论值的90%以上为酯化反应终点；反应产物经分离提纯得到氨基脂肪酸乙 二醇酯； (2) 改性聚酯的制备，包括酯化反应和缩聚反应： 所述酯化反应： 采用对苯二甲酸和乙二醇作为原料，配成均匀浆料后进行酯化反应，得到酯化产物；酯 化反应在氮气氛围中加压，压力控制在常压?0. 3MPa，温度在250?260°C，酯化水馏出量 达到理论值的90%以上为酯化反应终点； 所述缩聚反应： 包括缩聚反应低真空阶段和缩聚反应高真空阶段： 所述缩聚反应低真空阶段，在酯化产物中加入催化剂和稳定剂，在负压的条件下开始 缩聚反应，该阶段压力由常压平稳抽至绝对压力500Pa以下，温度控制在260?270°C，反应 时间为30?50分钟； 在所述缩聚反应低真空阶段结束后加入氨基脂肪酸乙二醇酯，并搅拌； 所述缩聚反应高真空阶段，经所述缩聚反应低真空阶段后，继续抽真空，使反应压力降 至绝对压力小于l〇〇Pa，反应温度控制在275?280°C，反应时间50?90分钟； 制得改性聚酯； (3) 改性聚酯造粒后固相缩聚增粘，获得改性聚酯的高粘切片，特性粘度为0. 9? 1. 2dL/g〇
5. 根据权利要求4所述的一种高强活化聚酯工业丝的制备方法，其特征在于，所述乙 二醇与所述对苯二甲酸的摩尔比为1. 2?2. 0:1。
6. 根据权利要求4所述的一种高强活化聚酯工业丝的制备方法，其特征在于，所述催 化剂选自三氧化二锑、乙二醇锑和醋酸锑中的一种，催化剂用量为所述对苯二甲酸重量的 0. 01%?0. 05%。
7. 根据权利要求4所述的一种高强活化聚酯工业丝的制备方法，其特征在于，所述稳 定剂选自磷酸三苯酯、磷酸三甲酯和亚磷酸三甲酯中的一种，稳定剂用量为所述对苯二甲 酸重量的〇? 01%?〇? 05%。
8. 根据权利要求4所述的一种高强活化聚酯工业丝的制备方法，其特征在于，加入氨 基脂肪酸乙二醇酯后的搅拌，时间为15?20分钟。
9. 根据权利要求4所述的一种高强活化聚酯工业丝的制备方法，其特征在于，用去离 子水洗至无溴离子为止采用硝酸银溶液检测。
10. 根据权利要求4所述的一种高强活化聚酯工业丝的制备方法，其特征在于，所述浓 硫酸是指质量浓度为70?80%的硫酸，浓硫酸加入量为二元脂肪酸的1?3wt% ;所述一 定量的稀硫酸是指质量浓度为40?50 %的硫酸，稀硫酸加入量为二元脂肪酸单甲酯的1? 3wt % 〇
【文档编号】D01D7/00GK104499080SQ201410851546
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月31日 优先权日:2014年12月31日
【发明者】张耀鹏, 杨大矛, 刘亚涛, 赵慧荣, 宋光坤, 范晓兵, 蔡明建 申请人:江苏恒力化纤股份有限公司