本发明属于纤维生产技术领域，具体是一种2,5-呋喃二甲酸基聚酯纤维的制备方法。
背景技术：
随着生物基5-羟甲基糠醛(5-HMF)的生产效率极大地提高，其下游产物将会成为极具吸引力的石油产品的替代品。除了2,5-呋喃二甲酸(FDCA)外，其他的一些平台化学品如羟甲基呋喃酸(HMFA)、2,5-呋喃二甲醛(DFF)、2,5-二氨基呋喃和BHMF由于都是六碳分子，因此可以用来替代己二酸、脂肪族二元醇和己二胺用于聚合物的合成，成为最常见的具有较高工业潜力的化学中间体。近年来呋喃基芳香族聚合物材料(如呋喃基聚酯、呋喃基聚氨酯和呋喃基聚酰胺等)也越来越受到关注。
呋喃基聚酯是最近发展的具有高阻隔性的聚酯。FDCA是5-HMF等生物质经过氧化反应生成的一种呋喃类的衍生物，属于一种可再生的二酸类化合物，来源丰富。FDCA是含有环状的共轭体系，而且还有两个羧基，这和对苯二甲酸的结构基本相似，可以替代石油产物对苯二甲酸生产聚酯类化合物。它可以与不同链长度的二元醇聚合得到不同的呋喃基聚酯，如聚2,5-呋喃二甲酸乙二醇酯(PEF)、聚2,5-呋喃二甲酸丙二醇酯(PPF)、聚2,5-呋喃二甲酸丁二醇酯(PBF)、聚2,5-呋喃二甲酸-2,2-二甲基丙基酯(PDMPF)、聚2,5-呋喃二甲酸己二醇酯(PAF)、聚2,5-呋喃二甲酸辛二醇酯(POF)、聚2,5-呋喃二甲酸壬二醇酯(PNF)、聚2,5-呋喃二甲酸癸二醇酯(PDeF)和聚2,5-呋喃二甲酸十二醇酯(PDoF)。Gandini和徐杰等人研究了2,5-呋喃二甲酸与不同二元醇共聚，并表征了呋喃基聚酯材料，发现呋喃基聚酯材料的热性质与芳香基聚酯材料相近。因此，2,5-呋喃二甲酸被认为是具有发展前景的生物基聚酯单体之一。
与对苯二甲酸基聚酯相比，2,5-呋喃二甲酸基聚酯除了提供更好的机械性能、热性能和阻隔性外还具有生物可再生性。2,5-呋喃二甲酸基聚酯用于包装材料或纤维产品，可回收再利用，且完全可生物降解，基于LCA的分析数据显示，与传统石油基PET比较，呋喃基聚酯材料的CO2的排放(GHG)下降了50％-70％。因此，利用2,5-呋喃二甲酸基聚酯生产生物基聚酯纤维可以明显的减少温室气体的排放。但到目前为止，常被使用的纤维产品仍以PET纤维为主，未见利用2,5-呋喃二甲酸基聚酯材料生产纤维的报道。
技术实现要素：
针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种2,5-呋喃二甲酸基聚酯纤维的制备方法。该制备方法简便、快捷、无污染、成本低，易控制。
本发明解决所述技术问题的技术方案是，提供一种2,5-呋喃二甲酸基聚酯纤维的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)将2,5-呋喃二甲酸基聚酯干燥1-50h，干燥温度为40-220℃；然后加入催化剂在温度100-300℃、时间5min-240h的条件下，真空或惰性气氛下对2,5-呋喃二甲酸基聚酯固相增粘；催化剂的质量是2,5-呋喃二甲酸基聚酯质量的0.1-10wt％；
所述催化剂为钛酸四乙酯、钛酸四丙酯、钛酸四丁酯、硅酸四乙酯、硅酸四丁酯、硅酸四丙酯、酸三甲酯、磷酸三乙酯、磷酸三丙酯、磷酸三异丙酯、磷酸三丁酯、醋酸钠、醋酸镁、醋酸铝、醋酸锌、醋酸镧、羟基羧酸、三氧化二锑、醋酸锑、乙二醇锑、三甲基铝、三乙基铝、三乙氧基铝或三异丙醇铝中的至少一种；
(2)在步骤1)处理后的2,5-呋喃二甲酸基聚酯中加入阻脱羧试剂和抗氧剂两种添加剂，两种添加剂的总质量是2,5-呋喃二甲酸基聚酯质量的0.1-20wt％；然后通过纺丝螺杆熔融，进入纺丝箱体，经过计量泵，由纺丝组件喷出成丝条；经冷却板冷却，卷绕后拉伸，制得2,5-呋喃二甲酸基聚酯纤维；其中喷丝头温度为190-300℃，纺丝螺杆温度为160-300℃，纺丝箱体温度为170-280℃，计量泵的纺丝供量为0.6g/min-35g/min，纺丝组件的纺丝速度为100-6000m/min；
所述阻脱羧试剂为SiO2、CaCO3、MgO、CaO、ZnO、SnO2或ZrO2中的至少一种；所述抗氧剂是酚类抗氧剂、硫酯类抗氧剂或磷酸酯类抗氧剂中的至少一种。
所述酚类抗氧剂是4,4'-二羟基联苯、4,4'-亚甲基双(2,6-二叔丁基苯酚)、4,4'-亚丁基双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)、4,4'-丁叉双(3-甲基-6-叔丁基苯酚)、4,4'-二羟基二苯基环己烷、1,3,5-三甲基-2,4,6-三(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基)苯、1,1,3-三(2-甲基-4-羟基-5-叔丁苯基)丁烷、2,5-二叔丁基对苯二酚、2,5-二叔戊基对苯二酚或4,4'-亚丁基双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)中的至少一种。
所述硫酯类抗氧剂是4,4'-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)、2,2'-硫代双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)、1,1'-硫代双(2-萘酚)或双(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基)硫醚中的至少一种。
所述磷酸酯类抗氧剂是3,5-二叔丁基-4-羟基苄基磷酸二乙酯、双(3,5-二叔丁基-4-氰基苄基膦酸单乙酯)钙、亚磷酸三异辛酯、亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯、双(2,4-二叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯或双(2,6-二叔丁基-4-甲基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯中的至少一种。
与现有技术相比，本发明有益效果在于：2,5-呋喃二甲酸基聚酯纤维与现有PET聚酯纤维相比较，既具有PET聚酯纤维所具有的良好热性能、机械性能和阻隔性能，同时还具有PET聚酯纤维所不具有的可回收、可生物降解性。在节能减排和资源循环利用方面，与现有PET聚酯纤维相比具有明显的优越性。该制备方法简便、快捷、无污染、成本低，易控制。
具体实施方式
下面给出本发明的具体实施例。具体实施例仅用于进一步详细说明本发明，不限制本申请权利要求的保护范围。
本发明提供了一种2,5-呋喃二甲酸基聚酯纤维的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)将2,5-呋喃二甲酸基聚酯置于干燥箱中干燥1-50h，优选4-24h，干燥温度为40-220℃，优选80-160℃；然后加入催化剂在温度100-300℃、时间5min-240h的条件下，采取固相增粘法提高2,5-呋喃二甲酸基聚酯的粘度和可加工性能；固相增粘法可以在真空条件下增粘或惰性气氛条件下增粘，催化剂的质量是2,5-呋喃二甲酸基聚酯质量的0.1-10wt％；
所述催化剂为钛酸四乙酯、钛酸四丙酯、钛酸四丁酯、硅酸四乙酯、硅酸四丁酯、硅酸四丙酯、酸三甲酯、磷酸三乙酯、磷酸三丙酯、磷酸三异丙酯、磷酸三丁酯、选自Na、Mg、Al、Zn或La金属元素的醋酸盐、羟基羧酸、三氧化二锑、醋酸锑、乙二醇锑、有机铝化合物有三甲基铝、三乙基铝、三乙氧基铝、三异丙醇铝等，以及以上化合物的混合物等；
真空条件下增粘的真空度为0-500mmHg，惰性气氛条件下增粘采取N2、Ar或He等惰性气体。
(2)在步骤1)处理后的2,5-呋喃二甲酸基聚酯中加入阻止2,5-呋喃二甲酸基聚酯脱羧的试剂和阻止2,5-呋喃二甲酸基聚酯氧化的抗氧剂两种添加剂，两种添加剂的总质量是2,5-呋喃二甲酸基聚酯质量的0.1-20wt％；然后通过纺丝螺杆熔融，进入纺丝箱体，经过计量泵，由纺丝组件喷出成丝条；经冷却板冷却，卷绕后拉伸，制得2,5-呋喃二甲酸基聚酯纤维；其中喷丝头温度为190-300℃，纺丝螺杆温度为160-300℃，纺丝箱体温度为170-280℃，计量泵的纺丝供量为0.6g/min-35g/min，纺丝组件的纺丝速度为100-6000m/min。
所述阻止2,5-呋喃二甲酸基聚酯脱羧的试剂为SiO2、CaCO3、MgO、CaO、ZnO、SnO2或ZrO2中的至少一种；
所述阻止2,5-呋喃二甲酸基聚酯氧化的抗氧剂是酚类抗氧剂、硫酯类抗氧剂或磷酸酯类抗氧剂中的至少一种；
所述酚类抗氧剂是4,4'-二羟基联苯、4,4'-亚甲基双(2,6-二叔丁基苯酚)、4,4'-亚丁基双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)、4,4'-丁叉双(3-甲基-6-叔丁基苯酚)、4,4'-二羟基二苯基环己烷、1,3,5-三甲基-2,4,6-三(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基)苯、1,1,3-三(2-甲基-4-羟基-5-叔丁苯基)丁烷、2,5-二叔丁基对苯二酚、2,5-二叔戊基对苯二酚或4,4'-亚丁基双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)中的至少一种；
所述硫酯类抗氧剂是4,4'-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)、2,2'-硫代双(4-甲基-6-叔丁基苯酚)、1,1'-硫代双(2-萘酚)或双(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基)硫醚中的至少一种；
所述磷酸酯类抗氧剂是3,5-二叔丁基-4-羟基苄基磷酸二乙酯、双(3,5-二叔丁基-4-氰基苄基膦酸单乙酯)钙、亚磷酸三异辛酯、亚磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯、双(2,4-二叔丁基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯或双(2,6-二叔丁基-4-甲基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯中的至少一种；
纺丝过程优选具有良好脱气功能的双螺杆纺丝，冷却板优选水作为冷却介质，冷却温度为20-25℃。
所制备的2,5-呋喃二甲酸基聚酯纤维纤度为70-200dtex，伸长率为15％-30％，强度为3.0-6.0cN/dtex。
所述2,5-呋喃二甲酸基聚酯为特性粘度0.45-0.75的2,5-呋喃二甲酸基聚酯；所述2,5-呋喃二甲酸基聚酯包括呋喃基烷基二醇酯[Cn+6H2(n+1)O5]m、呋喃基环己烷二醇酯[Cn+6H2nO5]m、呋喃基苯二醇酯[Cn+6H2n-6O5]m和呋喃基萘二醇酯[Cn+6H2n-14O5]m；该2,5-呋喃二甲酸基聚酯是以2,5-呋喃二甲酸(FDCA)为基体，与二元醇共聚合成的。所述二元醇包括烷基二醇(HO-CnH2n-OH,n＝1,2,3-15)如1,4-丁二醇(BDO)、己二醇、乙二醇、丙二醇、一缩二乙二醇、三羟甲基丙烷或季戊四醇等，环烷基二醇[HO-CnH2(n-1)-OH,n＝3,4,5,6-20]如1,4-环己烷二甲醇(CHDM)或1,3-环戊烷二甲醇等，苯基二醇(HO-CnH2n-8-OH，n＝6,7,8-20)如1,4-苯二醇、1,3-苯二醇或1,4-苯二甲醇等，萘基二醇(HO-CnH2n-14-OH，n＝10,11-20)如1,5-萘二酚、1,8-萘二酚、1,5-萘二甲醇或1，8-萘二甲醇等。
实施例1
(1)将特性粘度为0.62的以FDCA和1,4-环己烷二甲醇(CHDM)合成的聚(2,5-呋喃二甲酸-1,4-环己烷二甲醇)酯(PCF)切片于干燥箱中干燥30h，干燥温度为80-100℃；然后加入钛酸四乙酯在温度160℃、时间2h的条件下，真空下对2,5-呋喃二甲酸基聚酯固相增粘；钛酸四乙酯的质量是2,5-呋喃二甲酸基聚酯质量的2wt％；
(2)加入SiO2和4,4'-亚甲基双(2,6-二叔丁基苯酚)两种添加剂，两种添加剂的总质量是2,5-呋喃二甲酸基聚酯质量的0.7wt％；然后通过纺丝螺杆在260℃熔融，进入纺丝箱体，纺丝箱体温度为260℃，经过计量泵，纺丝供量为20g/min，喷丝头温度290℃，由纺丝组件以3000m/min的速度喷出成丝条，经冷却温度为23℃的冷却板冷却，卷绕后拉伸，制得2,5-呋喃二甲酸基聚酯纤维，纤度为120dtex，伸长率为20％，强度为4.5cN/dtex。
实施例2
(1)将粘度为0.55的聚(2,5-呋喃二甲酸-1,4-丁二醇-co-1,4-环己烷二甲醇)酯(PBCF)切片于干燥箱中干燥35h，干燥温度为65℃；然后加入酸三甲酯在温度200℃、时间12h的条件下，N2气氛下对2,5-呋喃二甲酸基聚酯固相增粘；酸三甲酯的质量是2,5-呋喃二甲酸基聚酯质量的1.2wt％；
(2)加入CaO和4,4'-硫代双(6-叔丁基-3-甲基苯酚)两种添加剂，两种添加剂的总质量是2,5-呋喃二甲酸基聚酯质量的0.5wt％；然后通过纺丝螺杆在180℃熔融，进入纺丝箱体，纺丝箱体温度为180℃，经过计量泵，纺丝供量为23g/min，喷丝头温度210℃，由纺丝组件以3600m/min的速度喷出成丝条，经冷却温度为23℃的冷却板冷却，卷绕后拉伸，制得2,5-呋喃二甲酸基聚酯纤维，纤度为150dtex，伸长率为23％，强度为4.1cN/dtex。
实施例3
(1)将粘度为0.7的聚2,5-呋喃二甲酸-2,2-二甲基丙基酯(PDMPF)切片于干燥箱中干燥50h，干燥温度为80℃；然后加入醋酸钠在温度210℃、时间20h的条件下，真空下对2,5-呋喃二甲酸基聚酯固相增粘；醋酸钠的质量是2,5-呋喃二甲酸基聚酯质量的7wt％；
(2)加入ZrO2和3,5-二叔丁基-4-羟基苄基磷酸二乙酯两种添加剂，两种添加剂的总质量是2,5-呋喃二甲酸基聚酯质量的2wt％；然后通过纺丝螺杆在190℃熔融，进入纺丝箱体，纺丝箱体温度为190℃，经过计量泵，喷丝头温度220℃，纺丝供量为35g/min，由纺丝组件以6000m/min的速度喷出成丝条，经冷却温度为20℃的冷却板冷却，卷绕后拉伸，制得2,5-呋喃二甲酸基聚酯纤维，纤度为80dtex，伸长率为20％，强度为5.3cN/dtex。
实施例4
(1)将粘度为0.65的聚2,5-呋喃二甲酸乙二醇酯(PEF)聚酯切片于干燥箱中干燥40h，干燥温度为85℃；然后加入三氧化二锑在温度160℃、时间0.5h的条件下，Ar气氛下对2,5-呋喃二甲酸基聚酯固相增粘；三氧化二锑的质量是2,5-呋喃二甲酸基聚酯质量的2.5wt％；
(2)加入MgO和2,5-二叔丁基对苯二酚两种添加剂，两种添加剂的总质量是2,5-呋喃二甲酸基聚酯质量的15wt％；然后通过纺丝螺杆在250℃熔融，纺丝箱体温度为250℃的，经过计量泵，纺丝供量为30g/min，喷丝头温度280℃，由纺丝组件以4500m/min的速度喷出成丝条，经冷却温度为25℃的冷却板冷却，卷绕后拉伸，制得2,5-呋喃二甲酸基聚酯纤维，纤度为100dtex，伸长率为30％，强度为4.7cN/dtex。
实施例5
(1)将粘度为0.67的聚2,5-呋喃二甲酸丁二醇酯(PEF)聚酯切片于干燥箱中干燥32h，干燥温度为75℃；然后加入三甲基铝在温度160℃、时间4h的条件下，真空下对2,5-呋喃二甲酸基聚酯固相增粘；三甲基铝的质量是2,5-呋喃二甲酸基聚酯质量的2.6wt％；
(2)加入SnO2和1,1'-硫代双(2-萘酚)两种添加剂，两种添加剂的总质量是2,5-呋喃二甲酸基聚酯质量的2wt％；然后通过纺丝螺杆在170℃熔融，纺丝箱体温度为180℃，经过计量泵，喷丝头温度210℃，纺丝供量为30g/min，由纺丝组件以5000m/min的速度喷出成丝条，经冷却温度为23℃的冷却板冷却，卷绕后拉伸，制得2,5-呋喃二甲酸基聚酯纤维，纤度为120dtex，伸长率为25％，强度为4.5cN/dtex。
实施例6
(1)将粘度为0.58的聚2,5-呋喃二甲酸辛二醇酯(POF)聚酯切片于干燥箱中干燥42h，干燥温度为70℃；然后加入三异丙醇铝在温度165℃、时间7h的条件下，真空下对2,5-呋喃二甲酸基聚酯固相增粘；三异丙醇铝的质量是2,5-呋喃二甲酸基聚酯质量的3.5wt％；
(2)加入CaCO3和双(2,6-二叔丁基-4-甲基苯基)季戊四醇二亚磷酸酯两种添加剂，两种添加剂的总质量是2,5-呋喃二甲酸基聚酯质量的2.5wt％；然后通过纺丝螺杆在170℃熔融，纺丝箱体温度为200℃，经过计量泵，喷丝头温度210℃，纺丝供量为35g/min，由纺丝组件以5500m/min的速度喷出成丝条，经冷却温度为25℃的冷却板冷却，卷绕后拉伸，制得2,5-呋喃二甲酸基聚酯纤维，纤度为180dtex，伸长率为28％，强度为4.2cN/dtex。
本发明未述及之处适用于现有技术。