一种防污阻燃防熔滴多功能共聚酯及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种防污阻燃防熔滴多功能共聚酯及其制备方法。所述防污阻燃防熔滴共聚酯链段含有-OCH2CH2OCOC6H4COOCH2CH2O-和-OCF(CF3)CF2OCOC6H4COOCF2CF(CF3)O-，两种链段的摩尔比为1∶0.05～1∶0.20。制备方法为：原料采用对苯二甲酸、乙二醇、六氟环氧丙烷，首先将六氟环氧丙烷气体与乙二醇混合后，再与苯二甲酸混合，加压条件下苯二甲酸与乙二醇、六氟环氧丙烷进行酯化反应；然后在加温常压下进行预缩聚，最后在加温、真空条件下进行后缩聚反应，制备得到抗污阻燃放熔滴多功能共聚酯。本发明所制备的聚酯具有优异的阻燃性能和抗污性能和防熔滴性能，应用于家纺领域具有广阔的前景。
【专利说明】一种防污阻燃防熔滴多功能共聚酯及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种防污阻燃防熔滴多功能共聚酯及其制备方法，属于聚酯多功能改 性领域。
【背景技术】
[0002] 聚酯纤维由有机二元酸和二元醇缩聚而成的聚酯，再经熔融纺丝所得的合成纤 维。通常聚酯纤维指的是聚对苯二甲酸乙二醇酯纺制的纤维，中国商品名为涤纶，目前是合 成纤维的第一大品种。聚酯纤维具有高强、高模、保型性好、尺寸稳定性高等优异性能，被广 泛应用于服装、装饰、工农业等各领域。2012年中国聚酯纤维的产量以达3200万吨，但由于 产品的同质化现象严重，产品附加值不高，许多企业都面临着开工艰难的困境，因此开发具 有高附加值的聚酯纤维对提高企业的市场竞争力，扭转聚酯企业目前艰难的困境具有深远 的意义。同时随着生活水平的提高，人们对服用纤维提出更高要求，以从传统的保暖为穿着 目的发展到今天的以时尚、健康、安全等为追求。除了在服用领域，在汽车内饰品、家纺领域 舒适安全性聚酯产品都具有极为广泛的应用。因此围绕舒适和安全性所开发的聚酯纤维新 产品既是聚酯进一步发展的需要也是市场消费者日益增加的需求。
[0003] 在防污阻燃聚酯的制备研宄方面，国内外学者与结构已经展开了相关的研宄。 McCarthy等利用等离子体聚合的方法，在聚对苯二甲酸乙二醇醋表面上制备七氟丙稀酸 醋薄膜（Chen W，Fadeev A Y，McCarthy T J，et al. Langmuir，1999,15 :3395-3399); Young-Yeon Ji等利用等离子体聚合方法，用氩气携带六甲基二甲娃氧烧（HMDSO)涂覆聚 醋纤维，获得疏水性表面（Young-Yeon Ji，Yong-Cheol Hong，Suck-Hyun Lee，Sung-Dae Kim，Sang-SikKim. Surface&Coatings Technology. 202 (2008) 5663-5667)。AshrafM 等通 过在聚醋织物表面涂覆氧化锌纳米棒来调控织物的亲水性与疏水性。（Ashraf M，Campagne C, Perwuelz A, et al.Development of superhydrophilic and superhydrophobic polyester fabric by growing Zinc Oxide nanorods[J]. Journal of colloid and interface science，2013, 394 :545-553)。中国专利"一种聚醋纤维用抗菌疏水复合剂的制 备方法"（申请号CN 201310027956)首先合成了一种聚酯纤维用抗菌疏水复合剂，再将复 合剂通过共聚的手段引入到聚酯分子链中，从而赋予共聚酯抗菌疏水性能。"一种强疏水性 聚酯的制备方法"（申请号CN 201010611582)涉及一种强疏水性聚酯的制备方法以及制备 出的具有类似荷叶的微纳米阶层复合结构的强疏水性聚酯，采用溶解-析出法制备强疏水 性聚酯的制备方法。专利"赋予聚酯纤维物疏水性功能的方法"（申请号CN200810208040) 在分散染料染色加工时，把聚酯纤维物浸泡于具有亲水性取代基的二卤代三嗪类化合物和 多元氨基化合物以及染液的共存溶液中，经过多次的浸渍与高温热处理，最终制备疏水性 的聚酯纤维。在阻燃防熔滴聚酯研宄方面，同样国内外学者做了大量的工作：
[0004] 在阻燃聚酯纤维研宄方面，目前研宄最为广泛且已经工业化的是利用磷系阻燃 剂。中国专利"一种阻燃抗熔滴聚酯复合纤维的制备方法"（申请号CN102277653 B)将芳 香族二元羧酸、二元醇和含磷阻燃剂混合，同时加入催化剂和热稳定剂，反应即得阻燃共聚 酯，共聚酯与磷酸盐玻璃共混并经熔融纺丝即得阻燃抗熔滴聚酯复合纤维。"一种阻燃共聚 改性聚酯的制备方法"（申请号CN102020766 A)将2-羧乙基苯基次膦酸（CEPPA)或羟甲 基苯基次磷酸（HMPPA)直接加入聚酯原料对苯二甲酸和乙二醇混合浆料中，进入聚酯生产 体系，经酯化、聚合生成改性阻燃聚酯。磷系阻燃剂具有高效无毒，从研宄报道中多以CEPPA 类为主，但是CEPPA分子两端羟基与羧基的不对称结构，而聚合过程中游离的端羧基难以 进一步发生酯化反应，因此添加的CEPPA严重影响聚酯聚合度，难以满足高磷含量熔体直 纺聚酯纤维的生产要求。
[0005] 根据以上围绕防污阻燃防熔滴功能共聚酯的制备相关文献及专利的报道，可以归 纳成以下几个方法：（1)在对聚酯熔融纺丝成型的纤维或织物涂覆具有防污、阻燃特性的 整理剂。这种方法通过整理剂的涂覆在聚酯织物上从而赋予织物的功能性，从实施工艺上 来看，为了提高整理剂在织物表面的负载，需要经过多次的浸渍加热等工艺，操作繁琐，效 率低下。同时这种方法使纤维的风格硬化加大，进而由于洗涤等的揉搓作用引起的物理摩 擦也容易使树脂皮膜剥离，从而使耐久性仍然受到限制；(2)常规通过与具有防污、阻燃剂 进行共混从而实现聚酯的防污阻燃功能。涉及到功能母粒涉及与制备，对母粒的改性高效 性、热稳定性、共混相容性及成纤性等方面提出了更高的要求。（3)通过在聚合中引入阻燃 或防污改性组分以共聚合的形式制备防污阻燃防熔滴共聚酯，这类方法从聚酯分子化学水 平进行设计改性，可以赋予聚酯纤维永久性的疏水、疏油及阻燃特性。同时这种方法尤其适 合目前以熔体直纺为主的聚酯加工体系，具有效率高、成本低的特征。共聚合方法制备防污 阻燃防熔滴聚酯关键在于引入的改性组分制备得到的共聚酯序列结构可控，具有良好的成 纤性。
[0006] 除此之外在这些报道中以研宄防污或阻燃某一项性能为主，对制备的聚酯兼有防 污与阻燃抗熔滴特性较少，这主要归结于多组分引入聚酯中，聚酯的成纤性受到较大的影 响；引入的改性组分间的协同效应不明确，改性缺乏高效性，易造成改性成本大幅提高。
【发明内容】
[0007] 本发明所要解决的问题是提供一种具有防污阻燃作用聚酯及其制备方法，改善现 有聚酯的耐污性、阻燃性，同时由于柔性链段的阻燃性使共聚酯具有优异的防熔滴性能。
[0008] 为了解决上述问题，本发明提供了一种防污阻燃防熔滴多功能共聚酯，其特征在 于，所述防污阻燃防熔滴共聚酯链段含有-0CH 2CH20C0C6H4C00CH2CH 20-和-OCF (CF3) CF2OCOC6 H4COOCF2CF(Cf3)O-,两种链段的摩尔比为 1 : 0.05?1 : 0.20。
[0009] 优选地，所述防污阻燃防熔滴共聚酯的表面能小于24mJ/cm2,聚酯极限氧指数大 于36,特性粘度为0. 55?0. 68g/dL。
[0010] 本发明还提供了上述防污阻燃防熔滴多功能共聚酯的制备方法，其特征在于，原 料采用对苯二甲酸、乙二醇、六氟环氧丙烷，首先将六氟环氧丙烷气体通入乙二醇溶液中使 六氟环氧丙烷先进行开环反应，然后与对苯二甲酸混合，通过第一步加压条件下对苯二甲 酸与乙二醇以及开环的六氟环氧丙烷进行酯化反应，第二步先在加温、常压下进行预缩聚， 再在加温、真空条件下进行后缩聚反应，制备得到防污阻燃放熔滴多功能共聚酯。
[0011] 优选地，所述的六氟环氧丙烷与乙二醇反应温度为15?45°C，六氟环氧丙烷通入 时间控制为〇. 5h?3. Oh。
[0012] 优选地，所述酯化反应中的对苯二甲酸与乙二醇的摩尔比为I : I. 25?I. 67;且 乙二醇与六氟环氧丙烷的摩尔比为1 : 0.05?1 : 0.20。
[0013] 优选地，所述酯化反应的反应条件为：在氮气保护下，压强为0. 5?0. 8MPa条件 下，反应温度为160?185°C，反应时间为6?IOh。
[0014] 优选地，所述的预缩聚反应的反应条件为：反应温度为260?280°C，反应时间为 4 ?6h〇
[0015] 优选地，所述后缩聚反应的反应条件为：真空度低于60Pa，反应温度为270? 290°C，反应时间为3?5h。
[0016] 本发明采用共聚的方法，通过高活性六氟环氧丙烷与对苯二甲酸开发反应制备得 到高反应活性含氟功能单体，用于共聚改性，通过含氟功能单体与乙二醇进行缩聚，在聚酯 主链上引入含氟疏水梳油以及阻燃链段，改善聚酯疏水疏油性及阻燃性能，赋予聚酯切片 优异的疏水疏油以及阻燃性能，由于氟碳材料本身的难燃特性使材料具有优异的阻燃性 能，同时由于材料的氟原子在聚酯链段中均匀分布，使聚酯难以熔滴；同时分子中引入的六 氟丙烷基具有类似聚对苯二甲酸丙二醇酯结构，分子结构具有柔软和可记忆性能；而采用 共聚的方法使含氟基团嫁接在聚酯主链上，避免了含氟树脂与聚酯共混难以相容的问题， 所制备的含氟防污阻燃聚酯母粒阻燃性好，聚酯表面能低，性能优异等显著特点，应用于家 纺、工业丝等领域具有广阔的应用前景。
[0017] 与现有的技术相比，本发明的特点是：
[0018] 本发明采用共聚改性在聚酯链段中引入低表面能、阻燃作用的含氟官能团，通过 对苯二甲酸与乙二醇的酯化、缩聚反应制备得到含氟防污阻燃聚酯，采用共聚改性避免了 现有技术中氟碳材料以表明涂覆的方法扶着性差，而共混的方法易于发生相分离影响租让 效果，常用的化学接枝法制备方法昂贵，且性能稳定性差，阻燃与防污综合性能差的缺点； 同时制备的共聚酯分子中含有六氟丙烷基团具有较高的柔性和回弹性能，所制备的聚酯母 粒低表面能< 24mJ/cm2,极限氧指数> 36,制备工艺简单。
【专利附图】
【附图说明】
[0019] 图1为本发明提供的防污阻燃防熔滴多功能共聚酯制备时的反应方程式；
[0020] 图2为实施例3制备的防污阻燃防熔滴多功能共聚酯母粒的碳核磁共振图谱。
【具体实施方式】
[0021] 为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
[0022] 实施例1-5制备的样品的性能测试为其中表面能的测试采用视频接触角仪， 以水、乙二醇为表面能测试试剂，测试温度为25 °C，聚酯样品为260°C熔融下，制备成 80\10\5臟的标准聚酯样条；同时极限氧指数测试按照国标68八2406-1993，把制备的标 准样条进行测试，粘度测定采用质量比为1 : 1的苯酚和四氯乙烷溶液，采用全自动粘度测 定仪，毛细管直径为I. 2mm，对聚酯的特性粘度进行测定。
[0023] 实施例1
[0024] 将对苯二甲酸、乙二醇、六氟环氧丙烷为原料，按对苯二甲酸与乙二醇的摩尔比 为1 : 1.67,且乙二醇与六氟环氧丙烷的摩尔比为1 : 0.20;第一步先是六氟环氧丙烷气 体与二乙醇按比例进行混合，且混合温度控制为25°C，控制六氟环氧丙烷气体通入时间为 2. Oh。然后按比例与对苯二甲酸混合进行投料，在单体保护下，酯化体系压强在0. 8MPa， 反应温度在185°C，反应6h的条件下，对苯二甲酸与乙二醇进行反应，同时六氟环氧丙烷 开环在于对苯二甲酸反应，生产预聚体；再经缩聚反应先在常压下进行预缩聚，反应温度 在280°C，保持4h ;然后在高温、高真空条件下进行后缩聚，真空度低于60Pa，反应温度在 270°C，反应时间为5h。上述反应方程式如图1所示。制备得到防污阻燃防熔滴多功能共聚 酯其聚酯表面能为20. lmj/cm2,极限氧指数为39,聚酯粘度为0. 55dL/g。
[0025] 实施例2
[0026] 将对苯二甲酸、乙二醇、六氟环氧丙烷为原料，按对苯二甲酸与乙二醇的摩尔比 为1 : 1.25,且乙二醇与六氟环氧丙烷的摩尔比为1 : 0.05;第一步先是六氟环氧丙烷气 体与二乙醇按比例进行混合，且混合温度控制为45°C，控制六氟环氧丙烷气体通入时间为 0. 5h。然后按比例与对苯二甲酸混合进行投料，在单体保护下，酯化体系压强在0. 5MPa， 反应温度在160°C，反应IOh的条件下，对苯二甲酸与乙二醇进行反应，同时六氟环氧丙烷 开环在于对苯二甲酸反应，生产预聚体；再经缩聚反应先在常压下进行预缩聚，反应温度 在260°C，保持6h ;然后在高温、高真空条件下进行后缩聚，真空度低于60Pa，反应温度在 290°C，反应时间为3h。上述反应方程式如图1所示。制备得到防污阻燃聚酯其聚酯表面能 为24. OmJ/cm2,极限氧指数36,聚酯粘度0. 65dL/g。
[0027] 实施例3
[0028] 将对苯二甲酸、乙二醇、六氟环氧丙烷为原料，按对苯二甲酸与乙二醇的摩尔比 为1 : 1.5,且乙二醇与六氟环氧丙烷的摩尔比为1 : 0.10;第一步先是六氟环氧丙烷气 体与二乙醇按比例进行混合，且混合温度控制为45°C，控制六氟环氧丙烷气体通入时间为 1. 〇h。然后按比例与对苯二甲酸混合进行投料，在单体保护下，酯化体系压强在0. 7MPa， 反应温度在165°C，反应8h的条件下，对苯二甲酸与乙二醇进行反应，同时六氟环氧丙烷 开环在于对苯二甲酸反应，生产预聚体；再经缩聚反应先在常压下进行预缩聚，反应温度 在280°C，保持6h ;然后在高温、高真空条件下进行后缩聚，真空度低于60Pa，反应温度在 290°C，反应时间为4h。上述反应方程式如图1所示。制备得到防污阻燃聚酯其聚酯表面能 22. OmJ/cm2,极限氧指数38,聚酯粘度0· 60dL/g。
[0029] 图2为上述制备的防污阻燃防熔滴多功能共聚酯母粒的碳核磁共振图谱，所制备 的多功能共聚酯其各类碳原子的排列如图中所示，且图谱中e(S =129.3ppm)、d(S = 111. 2ppm)以及f( δ = 106. Oppm)对应的化学位移说明六氟环氧丙烷中含氟官能团参与了 共聚反应，且聚合在聚合物中。
[0030] 实施例4
[0031] 将对苯二甲酸、乙二醇、六氟环氧丙烷为原料，按对苯二甲酸与乙二醇的摩尔比 为1 : 1.35,且乙二醇与六氟环氧丙烷的摩尔比为1 : 0.15;第一步先是六氟环氧丙烷气 体与二乙醇按比例进行混合，且混合温度控制为25°C，控制六氟环氧丙烷气体通入时间为 2. Oh。然后按比例与对苯二甲酸混合进行投料，在单体保护下，酯化体系压强在0. 6MPa， 反应温度在185°C，反应7h的条件下，对苯二甲酸与乙二醇进行反应，同时六氟环氧丙烷 开环在于对苯二甲酸反应，生产预聚体；再经缩聚反应先在常压下进行预缩聚，反应温度 在265°C，保持5h ;然后在高温、高真空条件下进行后缩聚，真空度低于60Pa，反应温度在 270°C，反应时间为5h。上述反应方程式如图1所示。制备得到防污阻燃聚酯其聚酯表面能 21. 5mJ/cm2,极限氧指数38,聚酯粘度为0. 58dL/g。
[0032] 实施例5
[0033] 将对苯二甲酸、乙二醇、六氟环氧丙烷为原料，按对苯二甲酸与乙二醇的摩尔比 为1 : 1.5,且乙二醇与六氟环氧丙烷的摩尔比为1 : 0.20;第一步先是六氟环氧丙烷气 体与二乙醇按比例进行混合，且混合温度控制为15°C，控制六氟环氧丙烷气体通入时间为 3. Oh。然后按比例与对苯二甲酸混合进行投料，在单体保护下，酯化体系压强在0. 8MPa， 反应温度在170°C，反应9h的条件下，对苯二甲酸与乙二醇进行反应，同时六氟环氧丙烷 开环在于对苯二甲酸反应，生产预聚体；再经缩聚反应先在常压下进行预缩聚，反应温度 在260°C，保持5. 5h ;然后在高温、高真空条件下进行后缩聚，真空度低于60Pa，反应温度在 275°C，反应时间为3. 5h。上述反应方程式如图1所示。制备得到防污阻燃聚酯其聚酯表面 能为20. 8mJ/cm2,极限氧指数为39,聚酯粘度为0. 56dL/g。
[0034] 与现有技术相比，本发明的优点在于：
[0035] 本发明采用共聚改性的方法，通过具有可与二元酸反应的高活性六氟环氧丙烷， 实现在聚酯链段中引入低表面能、阻燃作用的含氟官能团，采用共聚改性避免了现有技术 中氟碳材料难以与聚酯等常规聚合物相容等问题；制备的多功能共聚酯既改善了聚酯制品 的阻燃以及熔滴问题，同时含氟结构赋予制品具有优异的低表面能，应用于纤维及膜材料 具有优异的防污性能。同时所得到的防污阻燃防熔滴多功能聚酯与常规共混方法得到的 功能聚酯通过索氏提取，以三氯乙烷为溶剂，经提取48h后，对样品的阻燃以及表面能进行 测试，如下表1所示；表面本发明通过共聚的方法，实现了含氟官能团共聚在聚酯分子主链 上，从而避免了共混方法难以与聚酯相容，而在索氏提取中，低分子链的含氟化合物及树脂 流失，导致其表面能以及极限氧指数的变化。
[0036] 表1经索氏提取后样品性能变化
[0037]
【权利要求】
1. 一种防污阻燃防熔滴多功能共聚酯，其特征在于，所述防污阻燃防熔滴共聚酯链段 含有-och2ch2ococ6h4cooch 2ch2o-和-OCF (CF3) CF2OCOC6H4COOCF2CF (cf3) 〇-，两种链段的摩尔 比为 1 : 0? 05 ?1 : 0? 20。
2. 如权利要求1所述的防污阻燃防熔滴多功能共聚酯，其特征在于，所述防污阻燃防 熔滴共聚酯的表面能小于24mJ/cm2,聚酯极限氧指数大于36,特性粘度为0. 55?0. 68g/ dL〇
3. -种权利要求1所述的防污阻燃防熔滴多功能共聚酯的制备方法，其特征在于，原 料采用对苯二甲酸、乙二醇、六氟环氧丙烷，首先将六氟环氧丙烷气体通入乙二醇溶液中使 六氟环氧丙烷先进行开环反应，然后与对苯二甲酸混合，通过第一步加压条件下对苯二甲 酸与乙二醇以及开环的六氟环氧丙烷进行酯化反应，第二步先在加温、常压下进行预缩聚， 再在加温、真空条件下进行后缩聚反应，制备得到防污阻燃放熔滴多功能共聚酯。
4. 如权利要求3所述的防污阻燃防熔滴多功能共聚酯的制备方法，其特征在于，所述 的六氟环氧丙烷与乙二醇反应温度为15?45°C，六氟环氧丙烷通入时间控制为0. 5h? 3. 0h〇
5. 如权利要求3所述的防污阻燃防熔滴多功能共聚酯的制备方法，其特征在于，所述 酯化反应中的对苯二甲酸与乙二醇的摩尔比为1 : 1.25?1.67;且乙二醇与六氟环氧丙 烷的摩尔比为1 : 0.05?1 : 0.20。
6. 如权利要求3所述的防污阻燃防熔滴多功能共聚酯的制备方法，其特征在于，所述 酯化反应的反应条件为：在氮气保护下，压强为0. 5?0. 8MPa条件下，反应温度为160? 185°C，反应时间为6?10h。
7. 如权利要求3所述的防污阻燃防熔滴多功能共聚酯的制备方法，其特征在于，所述 的预缩聚反应的反应条件为：反应温度为260?280°C，反应时间为4?6h。
8. 如权利要求3所述的防污阻燃防熔滴多功能共聚酯的制备方法，其特征在于，所述 后缩聚反应的反应条件为：真空度低于60Pa，反应温度为270?290°C，反应时间为3?5h。
【文档编号】C08G63/78GK104497292SQ201410767795
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月12日 优先权日:2014年12月12日
【发明者】江振林, 王朝生, 汤廉, 王华平, 季诚昌, 晋缙 申请人:东华大学