专利名称：一种阻燃亲水聚酯纤维的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种阻燃亲水聚酯纤维的制备方法。
背景技术：
聚酯以及聚酯纤维从20世纪70年代步入大规模工业化以来，发展速度远远大于其他合成材料和合成纤维，2010年我国聚酯纤维产量2513万吨，约占我国化纤产量的81% ；约占世界聚酯纤维产量的70%。今后10年，世界聚酯以及聚酯纤维仍将保持3%以上的速度增长，聚酯纤维将占世界纤维产品总量的60%以上。聚酯纤维的物理机械性能如强力、耐磨性、回弹性和尺寸稳定性均能较好满足各种用途的需要。但聚酯纤维是一种典型的疏水性纤维，回潮率只有O. 4%，作为贴身服用材料，它的穿着舒适性很差，在高湿、高温状态，人们穿着合成纤维的服装会有闷热感，心情烦躁不安；在湿热状态下，人体与衣服间摩擦力增大，沉重感增加，对人的心理及生理变化产生不很大的影响。同时，聚酯纤维亲水性很差，也给织造带来一系列问题。如易积聚静电、易吸灰尘、去除油污溃难等。为此，人们在改善聚酯纤维亲水性能方面做了大量的研究工作。发达国家从上世纪80年代开始，聚酯纤维及其纺织品向着性能、品质和经济指标逐步赶上或超越天然纤维及纺织品的方向发展，具有高功能、高品质、低能耗和低排放等特征的超仿真合成纤维是合成纤维及其纺织品的发展目标。同时，提高合成纤维织物的吸湿、排汗性也是未来纺织品发展方向之一。改变聚酯的亲水性的方法是采用共聚的手段在常规聚酯上引入亲水性基团，增强与水的亲和力。亲水性基团的种类与亲水性基团的数量是很重要的，极性基团如羟基、氨基、酰胺基、羧基等对水分子有较强的亲和力。目前有很多利用水溶性聚酯改善聚酯纤维的吸水性，但由于“水溶性聚酯”的制造成本较高，复合纺丝工艺不仅复杂且产量低，纤维价格较高，所以限制了其发展和应用。如国内专利用于制备高吸湿和高排湿聚酯织物的聚合物母粒及其合成方法(专利号200710118744)，一种酸性可染聚酯和该酸性可染聚酯及其纤维的制备方法(专利号200710178879)，连续生产吸湿性聚酯的方法和设备(专利号200610039096)，阳离子染料常压深染共聚酯及其制备方法(专利号200410060520. 8)，吸湿性共聚聚酯及用其制造的吸湿性纤维(专利号96104374)，一种间苯二甲酸改性聚对苯二甲酸1，2-丙醇共聚酯的制备方法(专利号200910101792.0)等。关于含山梨醇的聚酯改性研究较少，如以异山梨醇(山梨醇催化脱水后的产物)、乙二醇、对苯二甲酸为原料，采用PTA法制备了异山梨醇质量分数为20%的的无规共聚酯具有良好的热稳定性和可纺性。但是利用山梨醇制备聚酯进行微量改性的研究未见报道。本发明的方法，山梨醇和聚乙二醇的添加量少，在保证改性效果的同时对聚合和聚酯品质影响较小。采用原位聚合的方法，避免由于亲水性、柔软性基团团聚引起的功能缺陷。该方法成本增加少，改性效果好，尤其适合于熔体直纺工艺
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种阻燃亲水聚酯纤维的制备方法。为了达到上述目的，本发明提供了一种阻燃亲水聚酯纤维的制备方法，其特征在于，具体步骤为第一步将对苯二甲酸与乙二醇按照1:1. 05 2. O的摩尔比进行混合，配制浆料；将配制好的浆料加入酯化反应釜进行第一酯化反应，在副产物收集量达到理论值的82 95%时，加入山梨醇和聚乙二醇，进行第二酯化反应，完成酯化反应后，将酯化物进行缩聚反应，制成亲水性聚酯切片；第二步将咖啡渣干燥后，煅烧得到咖啡炭；将咖啡炭微粉化得到纳米级咖啡炭粉体，将纳米级咖啡炭粉体浸泡在浓硫酸和浓硝酸的混合溶液中，浓硫酸和浓硝酸的体积比为3 :1 ;进行微波加热将反应温度维持在20 45°C并搅拌反应I 3. 5h，再用蒸馏水洗涤到中性，得到含有活化后的纳米级咖啡炭粉体的溶液；再加入阻燃剂，进行超声波震荡反应I 2h，然后烘干得到含阻燃剂的纳米级咖啡炭粉体；第三步将第二步得到的含阻燃剂的纳米级咖啡炭粉体和第一步得到的亲水聚酯切片进行熔融造粒，温度为260 300°C，得到功能母粒；第四步将第三步得到的功能母粒和第一步得到的亲水聚酯切片进行熔融纺丝，最终得到阻燃亲水聚酯纤维。优选地，所述第一步中，第一酯化反应在225 250°C，O O. 4MPa条件下进行，反应时间为O. 5 4h。优选地，所述第一步中，第二酯化反应在240 260°C、常压条件下进行，反应时间为O. 5 Ih0优选地，所述第一步中，在将配制好的浆料加入酯化反应釜进行第一酯化反应前，先将其与催化剂混合，所述的催化剂为钛系催化剂、锑系催化剂或它们的组合物，催化剂的加入量为120 550ppm，基数为所述的对苯二甲酸的质量。更优选地，所述的钛系催化剂为二氧化钛或钛酸四丁酯，所述的锑系催化剂为三氧化二锑、醋酸锑或乙二醇锑。优选地，所述第一步中，在将配制好的浆料加入酯化反应釜进行第一酯化反应前，先将其与热稳定剂和抗氧化剂混合，所述的热稳定剂的加入量为对苯二甲酸的0.001 O. 02wt%，抗氧化剂的加入量为对苯二甲酸的O. 001 O. 03wt%。更优选地，所述的抗氧化剂为抗氧化剂1010、抗氧化剂168和抗氧化剂616中的一种或两种以上的混合物；所述的热稳定剂为磷酸三甲酯、烷基磷酸二酯和三(壬苯基)亚磷酸酯中的一种或两种以上的混合物。优选地，所述第一步中，副产物为水，在第一酯化反应过程中，通过分馏塔将水分离出来进行收集，用量筒测量收集量，根据反应式计算出理论值。优选地，所述第一步中，山梨醇的加入量为对苯二甲酸摩尔数的O.1 2%。优选地，所述第一步中，聚乙二醇为PEG-2000、PEG-4000或者PEG-6000，聚乙二醇的加入量为对苯二甲酸摩尔数的O. 05 O. 2%。优选地，所述第一步中，缩聚反应的温度保持在260 290°C。
优选地,所述第一步中,缩聚反应包括预缩聚反应和终缩聚反应；预缩聚反应时间为O. 5 2h，终缩聚反应时间为I 2h。优选地，所述第二步中，咖啡渣的干燥温度为150 180°C，时间为I 3小时。优选地，所述第二步中，咖啡渣的煅烧过程为升温至600 700°C煅烧O. 5 2小时，再升温至800 1000°C煅烧I 3小时。将废弃的咖啡渣煅烧成咖啡碳，可使咖啡渣的晶体向与孔隙呈现最佳状态，并除去咖啡渣孔洞内的油与淀粉等有机物。优选地，所述第二步中，将咖啡炭微粉化的具体步骤为将咖啡炭采用球磨法研磨成粒径为50 400nm的纳米级咖啡炭粉体。所述的微粉化还可采用高速离心法或纳米技术等。优选地，所述第二步中，阻燃剂为含羟基的阻燃剂。更优选地，所述的含羟基的阻燃剂为CPPA、CEPPA或羟基聚硅氧烷(POS-OH)。阻燃剂CEPPA是含有氧化磷结构的共聚型磷系阻燃剂，其反应活性高，具有较高的热稳定性、氧化稳定性和耐水解性，购自德州常兴化工新材料研制有限公司；CPPA为2-羧乙基苯基次膦酸或3-羟基苯膦酰丙酸，购自东营佳利化工有限公司。优选地，所述第三步中，含阻燃剂的纳米级咖啡炭粉体的用量为功能母粒质量的O. 5 1%。优选地，所述第四步中，纺丝温度为240 300°C，纺丝速度为2000 3000m/min。优选地，所述第四步中，功能母粒的用量为阻燃亲水聚酯纤维质量的I 5%。第一步所得的亲水性聚酯的分子链中包含-C0C6H4C00CH2CH20-和
权利要求
1.一种阻燃亲水聚酯纤维的制备方法，其特征在于，具体步骤为第一步将对苯二甲酸与乙二醇按照1:1. 05 2. O的摩尔比进行混合，配制浆料； 将配制好的浆料加入酯化反应釜进行第一酯化反应，在副产物收集量达到理论值的82 95 %时，加入山梨醇和聚乙二醇，进行第二酯化反应，完成酯化反应后，将酯化物进行缩聚反应，制成未水性聚酷切片；第二步将咖啡渣干燥后，煅烧得到咖啡炭；将咖啡炭微粉化得到纳米级咖啡炭粉体， 将纳米级咖啡炭粉体浸泡在浓硫酸和浓硝酸的混合溶液中，浓硫酸和浓硝酸的体积比为 3 I;进行微波加热将反应温度维持在20 45°C并搅拌反应I 3. 5h，再用蒸馏水洗涤到中性，得到含有活化后的纳米级咖啡炭粉体的溶液；再加入阻燃剂，进行超声波震荡反应 I 2h，然后烘干得到含阻燃剂的纳米级咖啡炭粉体；第三步将第二步得到的含阻燃剂的纳米级咖啡炭粉体和第一步得到的亲水聚酯切片进行熔融造粒，温度为260 300°C，得到功能母粒；第四步将第三步得到的功能母粒和第一步得到的亲水聚酯切片进行熔融纺丝，最终得到阻燃亲水聚酯纤维。
2.如权利要求1所述的阻燃亲水聚酯纤维的制备方法，其特征在于，所述第一步中，第一酯化反应在225 250°C，0 O. 4MPa条件下进行，反应时间为O. 5 4h。
3.如权利要求1所述的阻燃亲水聚酯纤维的制备方法，其特征在于，所述第一步中，第二酯化反应在240 260°C、常压条件下进行，反应时间为O. 5 Ih。
4.如权利要求1所述的阻燃亲水聚酯纤维的制备方法，其特征在于，所述第一步中，在将配制好的浆料加入酯化反应釜进行第一酯化反应前，先将其与催化剂混合，所述的催化剂为钛系催化剂、锑系催化剂或它们的组合物，催化剂的加入量为120 550ppm，基数为所述的对苯二甲酸的质量。
5.如权利要求1所述的阻燃亲水聚酯纤维的制备方法，其特征在于，所述第一步中， 在将配制好的浆料加入酯化反应釜进行第一酯化反应前，先将其与热稳定剂和抗氧化剂混合，所述的热稳定剂的加入量为对苯二甲酸的O. 001 O. 02wt%，抗氧化剂的加入量为对苯二甲酸的O. 001 O. 03wt%。
6.如权利要求1所述的阻燃亲水聚酯纤维的制备方法，其特征在于，所述第一步中，山梨醇的加入量为对苯二甲酸摩尔数的O.1 2%。
7.如权利要求1所述的阻燃亲水聚酯纤维的制备方法，其特征在于，所述第一步中，聚乙二醇为PEG-2000、PEG-4000或者PEG-6000，聚乙二醇的加入量为对苯二甲酸摩尔数的O.05 O. 2%。
8.如权利要求1所述的阻燃亲水聚酯纤维的制备方法，其特征在于，所述第二步中，咖啡渣的煅烧过程为升温至600 700°C煅烧O. 5 2小时，再升温至800 1000°C煅烧 I 3小时。
9.如权利要求1所述的阻燃亲水聚酯纤维的制备方法，其特征在于，所述第三步中，含阻燃剂的纳米级咖啡炭粉体的用量为功能母粒质量的O. 5 1%。
10.如权利要求1所述的阻燃亲水聚酯纤维的制备方法，其特征在于，所述第四步中， 功能母粒的用量为阻燃亲水聚酯纤维质量的I 5%。
全文摘要
本发明提供了一种阻燃亲水聚酯纤维的制备方法，其特征在于，具体步骤为第一步将对苯二甲酸与乙二醇进行混合，配制浆料；加入酯化反应釜进行第一酯化反应，在副产物收集量达到理论值的82～95％时，加入山梨醇和聚乙二醇，进行第二酯化反应，完成酯化反应后，将酯化物进行缩聚反应，制成亲水性聚酯切片；第二步将咖啡渣干燥后，煅烧得到咖啡炭；将纳米级咖啡炭粉体活化；再加入阻燃剂，得到含阻燃剂的纳米级咖啡炭粉体；第三步将含阻燃剂的纳米级咖啡炭粉体和亲水聚酯切片进行熔融造粒，得到功能母粒；第四步将功能母粒和亲水聚酯切片进行熔融纺丝，最终得到阻燃亲水聚酯纤维。本发明亲水性能好，长期持续的具有阻燃剂和咖啡炭的功能。
文档编号C08G63/183GK103014906SQ201210465610
公开日2013年4月3日 申请日期2012年11月16日 优先权日2012年11月16日
发明者王华平, 陈向玲, 王朝生, 李建武, 张玉梅, 方孝芬, 冯梦倩 申请人:东华大学