一种耐水解阳离子可染共聚酯及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种耐水解阳离子可染共聚酯，构成该共聚酯的酸成分中含有由含磺酸钠基团的间苯二甲酸及其衍生物形成的结构单元，构成共聚酯的醇成分中含有2，2-二甲基-1，3-丙二醇结构单元，共聚酯中还含有相对于聚酯总量为3～20ppm的钛元素。所述共聚酯的制备方法为将对苯二甲酸及其衍生物、含磺酸钠基团的间苯二甲酸及其衍生物、乙二醇、2，2-二甲基-1，3-丙二醇和钛化合物先进行预聚合，然后在高真空度下进行缩聚反应得到共聚酯。该共聚酯阳离子可染，具有良好的耐水解性能。
【专利说明】一种耐水解阳离子可染共聚酯及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种耐水解性能优良的阳离子可染聚酯及其制备方法。
【背景技术】
[0002]聚酯由于其优异的性能，在纤维、薄膜、塑料方面有着广泛的应用。但是，由于普通的聚酯纤维染色性差，必须在高温及高压下才可进行染色，限制了聚酯纤维的应用。解决聚酯纤维不易染色的方法有很多，通过共聚合技术是主要的手段之一。例如，将聚酯原料与聚乙二醇之类的聚亚烷基二醇共聚后形成聚合物，或与己二酸、癸二酸等直链脂肪族羧酸共聚后形成聚合物。但是这种方法必须在聚酯链段中引入聚醚结构单元或其他单体共聚单元，势必导致聚酯耐热性能下降的问题。
[0003]除了染色的问题，聚酯链段中的酯键、末端羧基和羟基还会导致聚酯的耐水解性能变差，特别是聚酯水解为自加速反应，羧基含量增加会加速水解。即聚酯末端羧基的含量越高，其耐水解性越差。水解使得聚酯材料的力学及其他性能迅速恶化，这就极大地限制了它在一些要求湿热的产业上的应用。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种耐水解性能优良的阳离子可染共聚酯及其制备方法。
[0005]本发明的技术解决方案如下:
本发明所述一种耐水解阳离子可染共聚酯，构成共聚酯的酸成分中，对苯二甲酸结构单元含量为92mol%~9 9.7mol%,由含磺酸钠基团的间苯二甲酸及其衍生物形成的结构单元含量为0.3mol%~8mol% ;构成共聚酯的醇成分中，乙二醇结构单元含量为60~98mol%,2，2- 二甲基-1，3-丙二醇结构单元含量为2~40mol% ;共聚酯中含有相对于聚酯总量为3~20ppm的钛元素。
[0006]磺酸钠基团可以赋予共聚酯可染性能，但该基团的引入会提高体系的酸性和水溶性，使所得共聚酯的耐水解性能变差，所以在构成共聚酯的酸成分中，由含磺酸钠基团的间苯二甲酸及其衍生物形成的结构单元含量为0.3mol%~8mol%，优选0.5~6mol%。
[0007]本发明所述共聚酯的醇成分中，含有2，2- 二甲基-1，3-丙二醇(NPG)结构单元，该结构单元能够改善共聚酯的结晶和非晶形态，使结晶区部分微晶化、降低非晶区部分的活性，从而降低聚合物材料在高温高湿环境下的活动性，进而提高共聚酯的耐水解性。在共聚酯的醇成分中，2，2- 二甲基-1，3-丙二醇的含量为2~40mol%，在此范围内，既可以保留共聚酯本身的特性，也能提高共聚酯的染色性和耐水解性能。若共聚酯醇成分中该结构单元含量大于40mol%，则共聚酯的结晶性能变差；若共聚酯醇成分中该结构单元含量小于2mol%，则对共聚酯的性能没有改善效果。2，2- 二甲基-1，3-丙二醇的含量优选为4~20mol%o
[0008]本发明所述耐水解阳离子可染共聚酯可以通过下述方法制备制得:
(I)将对苯二甲酸及其衍生物、含磺酸钠基团的间苯二甲酸及其衍生物、乙二醇、2，2-二甲基-1，3-丙二醇和钛化合物在230~280°C、常压下进行反应2~6小时得到预聚物，其中含磺酸钠基团的间苯二甲酸及其衍生物的添加量占酸成分总量的0.3mol%~8mol%, 2，2- 二甲基-1，3-丙二醇的添加量占醇成分总量的2.2~44mol%，钛化合物的添加量以钛元素计占共聚酯的3.15~21ppm ；
(2)将得到的预聚物在低真空3(T40kPa下预缩聚30~60min,再在200Pa以下的真空度中进行高真空缩聚，反应温度为260°C~320°C，得到共聚酯。
[0009]所述含磺酸钠基团的间苯二甲酸及其衍生物为间苯二甲酸-5-磺酸钠(SIPA)、间苯二甲酸二甲酯-5-磺酸钠(SIPM)或间苯二甲酸乙二醇酯-5-磺酸钠(SIPE)。在共聚酯反应过程中，优选含磺酸钠基团的间苯二甲酸及其衍生物的添加量占酸成分总量的
0.53mol%~6.4mol%，2，2- 二甲基_1，3_丙二醇的添加量占二元醇总量的4.4~22mol%。
[0010]所述聚酯合成过程中加入钛催化剂，且该钛催化剂中钛元素的量为相对于聚酯总量的3~20ppm。所述钛催化剂中的钛化合物如化学式(1)所示的化合物，
R1O-[Ti (OR2) (OR3) -O-Jn-R4 (1 )，其中Rl、R2、R3和R4是碳原子数2~10的烷基或苯基，可以相同也可以不同，η为1飞的整数，但当η为2飞的整数时，R2和R3可以相同也可以不同。
[0011]钛化合物可以是钛酸四丁酯、钛酸异丙脂或钛酸四乙酯。使用催化剂钛化合物可以减少共聚酯的末端羧基含量。若反应中催化剂钛化合物添加过多，由于其活性高，会促进副反应，所得共聚酯稳定性不好，容易黄变；若反应中催化剂钛化合物添加过少则反应活性不够。基于上述理由，本发明所述共聚酯中钛化合物的添加量以钛元素计占共聚酯的
3.15~21ppm,此时共聚酯的热稳定性、色调均良好。
[0012]上述步骤(1)中添加的酸成分和醇成分的摩尔比为1:1.1~1:2.0。
[0013]在共聚酯的反应过程中还可以加入其他的反应助剂，如助催化剂、稳定剂、消光剂等。本发明的聚酯可以通过直接聚合法，DMT法制造，还可以通过间歇聚合法、连续聚合法制造。
[0014]本发明所述共聚酯阳离子可染，具有良好的耐水解性能，在155°C、0.46MPa的水蒸气条件下处理4个小时，处理前后其末端羧基含量的差值Λ COOH为llOeq/t以下。另外，本发明的共聚酯可以通过公知的方法制成纤维、进而形成织物。
[0015]本发明所涉及的各指标的测试方法如下:
(1)Δ COOH
取一定量聚酯聚合物置于密封的耐加水分解处理体系，在155°C、0.46MPa的水蒸气条件下处理4个小时，处理前后的末端羧基含量的差值。这个差值越小表示耐加水分解性能越好。末端羧基的测试采用光学滴定法测定。将聚酯溶于邻-甲酚和氯仿的混合液(重量比70:30)中，加入溴百里酚蓝指示剂，然后用0.05N的氢氧化钾的乙醇溶液中进行滴定。
[0016](2)共聚酯中2，2_ 二甲基-1，3-丙二醇结构单元及其含量的测定
根据核磁共振的氢谱可测得2，2- 二甲基-1，3-丙二醇中特征峰的位置和强度，再根据化学式推算出该二元醇的含量。
[0017](3)阳离子染料可染性测试
将聚酯切粒，纺成纱线，用阳离子染料(阳离子兰)在常温下染色，用肉眼观察，
O:表示上染效果理想，且色泽比较均一，Δ:表示上染效果一般，色泽均一，
X:表示上染效果差，且出现色泽不均一现象。
【具体实施方式】
[0018]下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。各实施例及比较例的具体数值见表1。
[0019]实施例1
将聚酯原料对苯二甲酸二甲酯、间苯二甲酸二甲酯-5-磺酸钠(31?10、乙二醇、2，2-二甲基-1，3-丙二醇和催化剂钛化合物加入酯化釜中，其中SIPM的添加量占酸成分总量的1.6mol%, 2，2- 二甲基-1，3-丙二醇的添加量占二元醇总量的8.8mol%,钛化合物的添加量以钛元素计相当于共聚酯的10.5ppm，总的酸成分和二元醇成分的摩尔比为1:1.8，在酯化釜中还同时加入以锰元素计相当于共聚酯200ppm的醋酸锰；在230°C、常压条件下进行反应4小时，甲醇馏出分达到95%以上后，即可得到小分子的预聚物。将预聚物保持在230°C、常压下，加入以磷元素计相当于共聚酯50ppm的稳定剂磷化合物磷酸，5分钟后开始减压、升温。温度由250°C升至290°C、压力降至80Pa，90分钟后达到最终温度、最终压力。到达一定的搅拌程度后，向反应体系里导入氮气回至常压，停止缩聚反应。聚合物呈条状吐出，在水槽中冷却后共聚酯切片。
[0020]测试所得共聚酯切片中由SIPM形成的结构单元占构成共聚酯的酸成分的
1.5mol%，2，2-二甲基-1，3-丙二醇结构单元占构成共聚酯的醇成分的8mol%。将所得到的聚酯切片在155°C、0.46MPa的水蒸气条件下处理4小时，处理前后其末端羧基含量的差值Δ COOH 为 80eq/t。
[0021]将得到的共聚酯切片 通过常规的生产方法制得织物，所得织物的染色性好。
[0022]实施例2~实施例6
改变总的酸成分和二元醇成分的摩尔比、含磺酸钠基团的间苯二甲酸及其衍生物的种类和添加量、2，2-二甲基-1，3-丙二醇的添加量和钛化合物的添加量，其他同实施例1制备共聚酯，共聚酯的测试结果见表1。
[0023]比较例I
聚酯的制备过程中不添加2，2- 二甲基-1，3-丙二醇，其他同实施例1制备聚酯，聚酯的测试结果见表1。
[0024]比较例2
聚酯的制备过程中SIPM的添加量 占酸成分总量的0.lmol%，其他同实施例1制备聚酯，聚酯的测试结果见表1。
【权利要求】
1.一种耐水解阳离子可染共聚酯，其特征是:构成共聚酯的酸成分中，对苯二甲酸结构单元含量为92mol%~99.7mol%,由含磺酸钠基团的间苯二甲酸及其衍生物形成的结构单元含量为0.3mol%~8mol% ;构成共聚酯的醇成分中，乙二醇结构单元含量为60~.98mol%, 2，2- 二甲基-1，3-丙二醇结构单元含量为2~40mol% ;共聚酯中含有相对于聚酯总量为3~20ppm的钛元素。
2.根据权利要求1所述耐水解阳离子可染共聚酯，其特征是:构成共聚酯的酸成分中，对苯二甲酸结构单元含量为94mol%~99.5mol%,由含磺酸钠基团的间苯二甲酸及其衍生物形成的结构单元含量为0.5~6mol%。
3.根据权利要求1或2所述耐水解阳离子可染共聚酯，其特征是:构成共聚酯的醇成分中，乙二醇结构单元含量为80~96mol%，2，2- 二甲基-1，3-丙二醇结构单元含量为4~.20mol%o
4.根据权利要求1或2所述耐水解阳离子可染共聚酯，其特征是:共聚酯在155°C、.0.46MPa的水蒸气条件下处理4个小时，处理前后其末端羧基含量的差值Λ COOH为IlOeq/t以下。
5.根据权利要求1所述的一种耐水解阳离子可染共聚酯的制备方法，其特征是:该方法包括如下步骤: (1)将对苯二甲酸及其衍生物、含磺酸钠基团的间苯二甲酸及其衍生物、乙二醇、2，.2- 二甲基-1，3-丙二醇和钛化合物在230~280°C、常压下进行反应2~6小时得到预聚物，其中含磺酸钠基团的间苯二甲酸及其衍生物的添加量占酸成分总量的0.32mol%~.8.5mol%，2，2- 二甲基-1，3-丙二醇的添加量占醇成分总量的2.2~44mol%，钛化合物的添加量以钛元素计占共聚酯的3.15~21ppm ； (2)将得到的预聚物在低真空30~40kPa下预缩聚30~60min,再在200Pa以下的真空度中进行高真空缩聚，反应温度为260°C~320°C，得到共聚酯。
6.根据权利要求5所述耐水解阳离子可染共聚酯的制备方法，其特征是:所述含磺酸钠基团的间苯二甲酸及其衍生物的添加量占酸成分总量的0.53mol%~6.4mol%。
7.根据权利要求5或6所述耐水解阳离子可染共聚酯的制备方法，其特征是:所述2，.2- 二甲基-1，3-丙二醇的添加量占二元醇总量的4.4~22mol%。
8.根据权利要求5或6所述耐水解阳离子可染共聚酯的制备方法，其特征是:所述含磺酸钠基团的间苯二甲酸及其衍生物为间苯二甲酸-5-磺酸钠、间苯二甲酸二甲酯-5-磺酸钠或间苯二甲酸乙二醇酯-5-磺酸钠。
9.根据权利要求5所述耐水解阳离子可染共聚酯的制备方法，其特征是:所述钛化合物为如化学式(I)所示的化合物，
R1O- [Ti (OR2) (OR3) -O-] n-R4 (I) 其中Rl、R2、R3和R4是碳原子数2~10的烷基或苯基，可以相同也可以不同，η为f 6的整数，但当η为2飞的整数时，R2和R3可以相同也可以不同。
10.根据权利要求9所述耐水解阳离子可染共聚酯的制备方法，其特征是:所述钛化合物为钛酸四丁酯、钛酸异丙酯或钛酸四乙酯。
【文档编号】C08G63/85GK103772680SQ201210399062
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2012年10月19日 优先权日:2012年10月19日
【发明者】杨娟, 李旭, 望月克彦 申请人:东丽纤维研究所（中国）有限公司