连续生产抗菌性聚酯的方法和设备的制作方法

专利名称：连续生产抗菌性聚酯的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种抗菌性聚酯的生产方法及设备。
背景技术：
聚酯类产品如聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丙二醇酯和聚对苯二甲酸丁二醇酯，由于其机械、物理、化学性能优异，因而在纤维、薄膜和其他模塑产品中得到广泛应用，特别是对苯二甲酸乙二醇酯已经成为纤维中的最主要的原料之一。
今年来人们对织物及服装的穿着舒适性和卫生性提出了更多的要求，特别是具有抗菌防臭、抑菌功能性纤维制品受到了国内外消费者的欢迎。在致病病菌的传播过程中，纺织品是主要的载体之一，抗菌纤维具有抑制纤维产品上细菌繁殖的作用。经特定设计的抗菌纤维能杀死纤维制品上的细菌；如衣服汗臭的主要来源是所栖息的细菌繁殖时将汗水和污物(皮脂、污垢等)作为营养源所产生的分解物。抑制细菌的繁殖，就能防止臭味的发生，这就是抗菌纤维的自洁卫生功能，各国纷纷开展此领域的研究。
目前生产具有抗菌功能纺织品的方法分为两类一种是采用后整理工艺，即通过将抗菌整理剂在织物或纤维表面进行化学处理来实现。但是此类抗菌纤维的抗菌范围有限，抗菌率低，而且耐洗性差、容易溶出、抗菌不持久、不耐高温。美国DC公司研制的有机硅季铵盐是目前国内外适用最广泛的一种后整理抗菌剂。另一种则是在制备纤维母粒过程中将抗菌剂或抗菌粉体与切片充分混合制备抗菌母粒，然后熔融纺丝，此种方法是目前研究的重点。专利00107688公开的复合抗菌纤维，使双层芯片结构，皮层是用由纳米级银粒子及聚乙烯切片共混成具有抗菌功能的母粒制成，芯层则由不具抗菌性的聚丙烯切片拉丝而成。专利200510027688则公开了使用将负载银粒子的抗菌剂与涤纶混炼后，经纺丝后得到抗菌导湿纤维的方法。专利02153513使用纳米银系无机抗菌剂经过与聚丙烯、聚乙稀、聚酯或聚酰胺混炼，值得各种抗菌复合功能纤维的制备方法和纤维的应用。用此方法制得的纤维克服了抗菌不持久、耐洗性差、不耐高温、易溶出的缺点。
这些专利中的共混物技术，聚酯都以固体形式送到生产共混物的现场。在所述送料之前该聚酯的生产一般发生在距共混物生产现场很远的地方，过程涉及将单体结构单元以化学键连接成一体，以固体形式将聚酯送到共混物生产现场(要求聚酯在生产装置中冷却)，随后任选地造粒，此种常用的传统方式带来以下缺点冷却，固化、造粒、储藏、运输和熔融等所述步骤成本高昂，手续繁多。况且，所要求的能耗必然导致对环境的影响。共混组分在混炼设备中的熔融构成该聚酯在高温下的额外暴露，这会造成降解以及因此生产的抗菌聚酯品质的恶化。这对于热敏性聚酯来说尤其严重。最后，抗菌母粒生产现场使用的聚酯在熔融前还要进行干燥，因为运输和储藏期间所吸收的任何湿气都会造成熔体聚酯的降解。

发明内容
本发明的目的在于提供了一种方法简单、易操作、连续生产质量好的、连续生产抗菌性聚酯的方法和设备。
本发明的技术解决方案是一种连续生产抗菌性聚酯的方法，包括抗菌性功能粒子及其添加方式和连续生产抗菌性聚酯，其工艺技术特征包括下列步骤①将聚合设备中聚合成的聚酯熔体通过主管道输入共混合装置；②将抗菌性功能粒子先加入分散剂在气流粉粉碎机中进行粉碎和分散处理，然后与聚酯在混合器中混合；③将步骤②得到的混合物加入步骤①中的共混合装置中共混处理，得抗菌性聚酯。
步骤②中的聚酯是直接加入混合器中的聚酯切片或是从聚合设备经过支管进入混合器中的熔融态聚酯。
聚酯、抗菌性功能粒子和助剂三种组份的原料用量按重量百分比计为聚酯48％～99.4％，抗菌性功能粒子0.2％～50％，分散剂0.1％～5％。聚酯为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丙二醇酯或聚对苯二甲酸丁二醇酯。分散剂为聚乙二醇、三羟甲基乙烷、硬脂酸金属盐、聚乙烯吡咯烷酮或铝钛复合型偶联剂。在步骤②混合器中，还加有抗氧剂，是受阻酚类抗氧剂(如抗氧剂IR1010、抗氧剂1076)和亚磷酸酯类抗氧剂(如抗氧剂TNP、168)，抗氧剂的用量为聚酯总重量的0.01～0.5％。
抗菌性功能粒子是无机银系抗菌剂，主要有是超细银粉、碳化锆负载银、二氧化钛负载银等其中的至少一种，优选银粒子。通常抗菌性母粒(即步骤②得到的混合物)中抗菌剂的最佳用量为15～50％。
熔融态聚酯是聚对苯二甲酸烷烃二醇酯，优选聚对苯二甲酸乙二酯、聚对苯二甲酸丁二酯或聚对苯二甲酸1，3-丙二醇酯，尤其优选聚对苯二甲酸乙二酯。熔融态聚酯的温度为220～320℃，优选240～300℃。
抗菌功能性粒子在使用前进行粉碎分散处理，以保证无机粒子在聚酯中达到纳米分散，使之既不影响纺丝等后处理加工过程，又使功能粒子的表面积大大增加，提高聚酯的抗菌的效果。
本发明使用的微粒子加工分散设备是扁平式气流粉碎机，功能粒子经过加工后，粉体的粒径小于0.5微米，并达到纳米级。
一种连续生产抗菌性聚酯的方法及专用设备，其特征是有粒子微加工设备与混合器连接，混合器和共混合装置连接，混合器通过主管道与连续聚合设备连接。
混合器通过支管与连续聚合设备相连接。有多余聚酯输出管与主管连接。功能粒子与聚酯的混合器为螺杆式混合器。共混合装置及功能粒子与聚酯的混合器，它们的混合长度与混合直径的比值为20～60∶1。
本发明方法简单，设备结构合理，易操作，抗菌剂分散均一，品种稳定，生产的聚酯质量好，生产成本低。


下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1是本发明实施例1～5的设备结构示图。
图2是本发明实施例6的设备结构示图。
图3是本发明实施例7的设备结构示图。
具体实施例方式实施例1以对苯二甲酸和乙二醇为原料在200～260℃温度下进行酯化反应，然后在280～300℃温度、低于300Pa真空下进行重缩聚反应，连续生产粘度达到0.655的聚对苯二甲酸乙二醇酯(简写为PET)(或聚对苯二甲酸丙二醇酯或聚对苯二甲酸丁二醇酯)熔体。连续聚合设备1中的聚对苯二甲酸乙二醇酯熔体在温度为220～300℃(例220℃、240℃、280℃、300℃)下，以1000kg/h速度通过主管道2输入共混合装置3，同时支管4将聚对苯二甲酸乙二醇酯输入螺杆式混合器5，供给量为5kg/h；银系抗菌剂(功能粒子)(超细银粉、碳化锆负载银或二氧化钛负载银)先加入分散剂聚乙二醇(或三羟甲基乙烷、硬脂酸金属盐、聚乙烯吡咯烷酮、铝钛复合型偶联剂)在扁平式气流粉粉碎机12中进行粉碎和分散处理，然后加入到螺杆式混合器5中混合，供给量是5kg/h。混合物进一步进入共混合装置3中共混处理，得抗菌性聚酯。共混合装置3中的共混温度为280℃。银系抗菌粉体在制得抗菌性聚对苯二甲酸乙二醇酯中含量为0.5％。分散剂的用量为聚酯、抗菌粉体和分散剂三种原料总用量的0.1～5％。然后采用普通纺丝机进行常规纺丝及牵伸工艺制成抗菌纤维，并且用上述抗菌纤维制成经密度113根每英寸、纬密度77根每英寸的织物。上述共混合装置3及抗菌性粉体与聚酯的螺杆式混合器5，它们的混合长度与混合直径的比值均为20～60∶1，其中直径为20～100厘米。
实施例2～4的制备工艺如同实施例1。其试验结果如下所示

实施例5以对苯二甲酸和乙二醇为原料在200～260℃温度下进行酯化反应，然后在280～300℃温度、低于300Pa真空下进行重缩聚反应，连续生产粘度达到0.655的聚对苯二甲酸乙二醇酯(简写为PET)熔体。连续聚合设备1中的聚对苯二甲酸乙二醇酯熔体在温度为220～300℃(例220℃、240℃、280℃、300℃)下，以1000kg/h速度通过主管道2输入共混合装置3，同时支管4将聚对苯二甲酸乙二醇酯输入螺杆式混合器5，供给量为5kg/h；银系抗菌粉体(超细银粉、碳化锆负载银或二氧化钛负载银)先加入分散剂聚乙二醇(或三羟甲基乙烷、硬脂酸金属盐、聚乙烯吡咯烷酮、铝钛复合型偶联剂)在扁平式气流粉粉碎机12中进行粉碎和分散处理，与抗氧剂IR1010(或抗氧剂1076、抗氧剂TNP、168)混合后加入到螺杆式混合器5中，供给量是5kg/h。混合物进一步进入共混合装置3中共混处理，得抗菌性聚酯。共混合装置3中的共混温度为280℃。银系抗菌粉体在制得抗菌性聚对苯二甲酸乙二醇酯中含量为0.5％。抗氧剂IR1010用量为聚酯总重量的0.01～0.5％。分散剂的用量为聚酯、抗菌粉体和分散剂三种原料总用量的0.1～5％。然后采用普通纺丝机进行常规纺丝及牵伸工艺制成抗菌纤维，并且用上述抗菌纤维制成经密度113根每英寸、纬密度77根每英寸的织物，经测试织物对大肠杆菌、白色念球菌、金黄色葡萄球菌的抗菌率分别为98.67％、98.38％、99.15％。上述共混合装置3及抗菌性粉体与聚酯的螺杆式混合器5，它们的混合长度与混合直径的比值均为20～60，其中直径为20～100厘米。
实施例6以对苯二甲酸和乙二醇为原料在200～260℃温度下进行酯化反应，然后在280～300℃温度、低于300Pa真空下进行重缩聚反应，连续生产粘度达到0.655的聚对苯二甲酸乙二醇酯(简写为PET)熔体。连续聚合设备6中的聚对苯二甲酸乙二醇酯熔体在温度为220～300℃(例220℃、240℃、280℃、300℃)下，以1000kg/h速度通过主管道7输入共混合装置8，同时将聚对苯二甲酸乙二醇酯切片输入螺杆式混合器9，供给量为5kg/h；银系抗菌粉体(超细银粉、碳化锆负载银或二氧化钛负载银)先加入分散剂聚乙二醇(或三羟甲基乙烷、硬脂酸金属盐、聚乙烯吡咯烷酮、铝钛复合型偶联剂)在扁平式气流粉粉碎机13中进行粉碎和分散处理，然后加入到螺杆式混合器9中，供给量是5kg/h。混合物进一步进入共混合装置8中共混处理，得抗菌性聚酯。共混合装置8中的共混温度为280℃。银系抗菌粉体在制得抗菌性聚对苯二甲酸乙二醇酯中含量为0.5％。分散剂的用量为聚酯、抗菌粉体和分散剂三种原料总用量的0.1～5％。然后采用普通纺丝机进行常规纺丝及牵伸工艺制成抗菌纤维，并且用上述抗菌纤维制成经密度113根每英寸、纬密度77根每英寸的织物，经测试织物对大肠杆菌、白色念球菌、金黄色葡萄球菌的抗菌率分别为98.87％、98.88％、98.96％。上述共混合装置8及抗菌性粉体与聚酯的螺杆式混合器9，它们的混合长度与混合直径的比值均为20～60，其中直径为20～100厘米。
实施例7有多余聚酯输出管10、11与主管连接，其余同实施例1。这些分流出的多余聚酯，可以直接用于纺丝、成膜加工或制成聚酯切片。
实施例8聚酯、抗菌性粉体和分散剂三种组份的原料总用量按重量计为聚酯48％～99.4％(例48％、70％、99％)，抗菌性功能粒子0.2％～50％(例50％、29％、0.2％)，分散剂0.1％～2％(例2％、1％、0.3％)。其余同实施例1。
比较例1釜式聚合的粘度为0.655聚对苯二甲酸乙二醇酯切片和银系抗菌粉体在L/D为44的2轴挤出机共混制造母粒，共混温度为280℃。母粒中碳化锆抗菌粉体的重量份为50％。然后母粒和上述的聚对苯二甲酸乙二醇酯切片在上述的条件下再次混合制造切片粒子，此切片粒子中银系抗菌粉体的重量份为0.5％。然后采用普通纺丝机进行常规纺丝及牵伸工艺制成纤维，并且用上述抗菌纤维制成经密度113根每英寸、纬密度77根每英寸的织物。经测试织物对大肠杆菌、白色念球菌、金黄色葡萄球菌的抗菌率分别为97.86％、98.57％、98.68％，断裂强度3.0cN/dtex。
比较例2釜式聚合的粘度为0.655聚对苯二甲酸乙二醇酯切片和银系抗菌粉体在L/D为44的2轴挤出机共混制造母粒，共混温度为280℃。母粒中碳化锆抗菌粉体的重量份为50％。然后母粒和上述的聚对苯二甲酸乙二醇酯切片在上述的条件下再次混合制造切片粒子，此切片粒子中银系抗菌粉体的重量份为8％。然后采用普通纺丝机进行常规纺丝及牵伸工艺制成纤维，并且用上述抗菌纤维制成经密度113根每英寸、纬密度77根每英寸的织物。经测试织物对大肠杆菌、白色念球菌、金黄色葡萄球菌的抗菌率分别为99.93％、99.95％、99.98％，断裂强度2.9cN/dtex。
比较例3连续聚合的粘度为0.655聚对苯二甲酸乙二醇酯切片和银系抗菌粉体在L/D为44的2轴挤出机共混制造母粒，共混温度为280℃。母粒中银系抗菌粉体的重量份为50％。然后母粒和上述的聚对苯二甲酸乙二醇酯切片在上述的条件下再次混合制造切片粒子，此切片粒子中银系抗菌粉体的重量份为4％。然后采用普通纺丝机进行常规纺丝及牵伸工艺制成纤维，并且用上述抗菌纤维制成经密度113根每英寸、纬密度77根每英寸的织物。纤维断裂强度3.1cN/dtex，经测试织物对大肠杆菌、白色念球菌、金黄色葡萄球菌的抗菌率分别为99.92％、99.85％、99.88％。
测试方法织物抗菌性测定使用上述抗菌纤维制成经密度113根每英寸、纬密度77根每英寸的织物，后按照标准规定FZ/T01021-92织物抗菌性能测试方法进行测试。
断裂强度测试方法按照GB/T3923.2-1998纺织品织物拉伸性能第2部分断裂强力的测定抓样法。
权利要求
1.一种连续生产抗菌性聚酯的方法，其特征是包括下列步骤①将聚合设备中聚合成的聚酯熔体通过主管道输入共混合装置；②将抗菌性功能粒子先加入分散剂在气流粉粉碎机中进行粉碎和分散处理，然后与聚酯在混合器中混合；③将步骤②得到的混合物加入步骤①中的共混合装置中共混处理，得抗菌性聚酯。
2.根据权利要求1所述的连续生产抗菌性聚酯的方法，其特征是步骤②中的聚酯是直接加入混合器中的聚酯切片或是从聚合设备经过支管进入混合器中的熔融态聚酯。
3.根据权利要求1或2所述的连续生产抗菌性聚酯的方法，其特征是聚酯、抗菌性功能粒子和分散剂三种组份的原料用量按重量百分比计为聚酯48％～99.4％，抗菌性功能粒子0.2％～50％，分散剂0.1％～5％；聚酯为聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丙二醇酯或聚对苯二甲酸丁二醇酯；分散剂为聚乙二醇、三羟甲基乙烷、硬脂酸金属盐、聚乙烯吡咯烷酮或铝钛复合型偶联剂。
4.根据权利要求1或2所述的连续生产抗菌性聚酯的方法，其特征是抗菌性功能粒子是无机银系抗菌剂，是超细银粉、碳化锆负载银或二氧化钛负载银。
5.一种连续生产抗菌性聚酯的设备，其特征是有粒子微加工设备与混合器连接，混合器和共混合装置连接，混合器通过主管道与连续聚合设备连接。
6.根据权利要求5所述的连续生产抗菌性聚酯的设备，其特征是混合器通过支管与连续聚合设备相连接。
7.根据权利要求5或6所述的连续生产抗菌性聚酯的设备，其特征是有多余聚酯输出管与主管连接。
8.根据权利要求5或6所述的连续生产抗菌性聚酯的设备，其特征是功能粒子与聚酯的混合器为螺杆式混合器。
9.根据权利要求5或6所述的连续生产抗菌性聚酯的设备，其特征是共混合装置及功能粒子与聚酯的混合器，它们的混合长度与混合直径的比值为20～60∶1。
全文摘要
本发明公开了一种连续生产抗菌性聚酯的方法及设备，方法包括将聚合设备中聚合成的聚酯熔体通过主管道输入共混合装置、将抗菌性功能粒子先加入助剂在气流粉粉碎机中进行粉碎和分散处理，然后与聚酯在混合器中混合、将得到的混合物加入共混合装置中共混处理，得抗菌性聚酯。设备有粒子微加工设备与混合器连接，混合器和共混合装置连接，混合器通过主管道与连续聚合设备连接。本发明方法简单，设备结构合理，易操作，分散剂分散均一，品种稳定，生产的聚酯质量好，生产成本低。
文档编号C08G63/18GK101041713SQ200610039098
公开日2007年9月26日 申请日期2006年3月21日 优先权日2006年3月21日
发明者李旭, 本田圭介 申请人:东丽纤维研究所(中国)有限公司