聚酯高分子及其制造方法与流程

本发明是关于一种聚酯高分子及其制造方法，尤指一种针对聚对苯二甲酸乙二酯(Polyethylene terephthalate，PET)进行改质，使其结构经化学反应后押出为具有磺酸根为支链。

背景技术：

聚对苯二甲酸乙二酯，是乳白色或浅黄色、高度结晶的聚合物，由二元醇和二元酸聚缩合而得，表面平滑有光泽，是一种性能优异、用途广泛的工程塑料。生活中最常见的衣物材质、寝具家饰大多含有聚对苯二甲酸乙二酯所制的聚酯纤维。

聚对苯二甲酸乙二酯制成的纤维做为衣着用途时，因其疏水的物化性质，其吸水性较差而较不吸汗，导致流汗时会有黏腻闷热感，为作为衣着用途上的缺点的一。另外，疏水的特性也会使染色的难度提高，业者需在染缸中额外施以高温高压，才能使染料进入纤维内部结构当中，因此也存在耗能的问题。

对聚对苯二甲酸乙二酯的改质方法也一直为业界所尝试、开发当中，惟目前多是以聚合反应的方式进行，需考虑到温度和反应物浓度、催化剂浓度等反应条件的影响，步骤上较为复杂；且在量产时，制程的废弃物较多，有污染的问题。

技术实现要素：

本发明的主要目的，在于提供一种聚酯高分子，其在结构上具有磺酸根基团，可较改质前的聚对苯二甲酸乙二酯具有较低的熔点以及二次转移温度，并且提高其吸湿性，有利于降低染色制程的耗能，并且改善所制成织物的穿著舒适性，而纤维的物理性质，例如伸长率等，并不会被改变。

本发明的另一目的，在于提供一种聚酯高分子的制造方法，其透过化学反应押出的方式使磺酸根基团与聚对苯二甲酸乙二酯之间产生错位结合，形成聚对苯二甲酸乙二酯磺酸盐，此方法可改善聚对苯二甲酸乙二酯的缺点而不影响 其优点，又与一般的聚合方式不同，可批次、少量化的进行，且成本也便宜。

为了达到上述的目的，本发明揭示了一种聚酯高分子，其包含聚对苯二甲酸乙二酯磺酸盐，其结构式为：

其中，其中，A₁～A_n选自于

以及

所组成的群组其中至少之一者，且R1、R2、R3以及R4其中的一者为磺酸根基团，其它三者为氢基，n小于100000，并于A₁～A_n中至少包含一而其制造方法包含了步骤：于一押出机熔融一聚对苯二甲酸乙二酯；加入一磺酸盐于熔融的该聚对苯二甲酸乙二酯中，使该聚对苯二甲酸乙二酯与该磺酸盐混合；以及该聚对苯二甲酸乙二酯于该押出机内经磺化而改质为聚对苯二甲酸乙二酯磺酸盐。

附图说明

图1：其为本发明一较佳实施例的步骤流程图；

图2：其为本发明一较佳实施例的押出机应用示意图；以及

图3：其为本发明一较佳实施例所制造的聚对苯二甲酸乙二酯磺酸钠的FT-IR图谱。

【图号对照说明】

1 聚酯原料

2 押出机

21 第一进料口

22 加热单元

23 第二进料口

24 出料口

3 磺酸盐

S1～S3 步骤

具体实施方式

为了使本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，特用较佳的实施例及配合详细的说明，说明如下：

请参考图1，本发明所揭示的方法透过化学押出的方式对聚对苯二甲酸乙二酯进行改质，使其具有磺酸根基团结构，本发明在一较佳实施例中，其制造方法包含步骤：

步骤S1：于一押出机熔融一聚对苯二甲酸乙二酯；

步骤S2：加入一磺酸盐于熔融的该聚对苯二甲酸乙二酯中，使该聚对苯二甲酸乙二酯与该磺酸盐混合；以及

步骤S3：该聚对苯二甲酸乙二酯于该押出机内经磺化而改质为聚对苯二甲酸乙二酯磺酸盐。

依上述的步骤操作，请一并参考图2所示的押出机示意图；如图所示，呈固体颗粒状的聚酯原料1经一第一进料口21进入一押出机2当中，此聚酯原料1的成分为聚对苯二甲酸乙二酯，其具有化学结构为：

其中n约小于100000。聚对苯二甲酸乙二酯的熔点约为260℃，押出机2透过其 内部的加热单元22提供热能，使常温下为固体颗粒状的聚对苯二甲酸乙二酯熔融为具流动性的液体，在押出机2内移动。

押出机2除了前述的第一进料口21以外，尚具有一第二进料口23供改质用的原料进入，可以和熔融的聚对苯二甲酸乙二酯混合。本发明在此较佳实施例中，使用十二烷基磺酸钠作为供改质用的磺酸盐3，其具有化学结构为：

其可提供磺酸根基团而与聚对苯二甲酸乙二酯发生错位结合，使聚对苯二甲酸乙二酯磺化而达成改质的目的。聚对苯二甲酸乙二酯的单体结构包含乙二醇部分(glycol moiety)以及二羧酸部分(dicarboxylic acid moiety)，如：H-A-G-A-G-A-G-A-G-A-G-OH的化学结构特征，其中的A为二羧酸部分，G为乙二醇部分；本发明所使用的磺酸根基团仅与A产生键结，而不与G产生键结，为一种错位结合的改质形式。改质的过程发生于押出机2当中，并再经由押出机2的一出料口24而以固态成品的形式离开。

本发明于一较佳实施例中，聚对苯二甲酸乙二酯与磺酸盐(十二烷基磺酸钠)的莫耳比约略为100:1，磺酸根基团针对聚对苯二甲酸乙二酯的聚合段的部分进行改质；磺酸根基团透过离子键而与聚对苯二甲酸乙二酯当中的苯环结合，并可为多种不同的形式，例如下列结构式1～4。

(结构式1)

(结构式2)

(结构式3)

(结构式4)

据上所揭示的各种变化形式，本发明所揭示的制造方法可具有通式为：

其中，A₁～A_n选自于以及所组成的群组其中至少之一者，且R1、R2、R3以及R4其中的一者为磺酸根基团，其它三者为氢基，n小于10000，并于A₁～A_n中至少包含一换言之，部分重复单元当中可不具有磺酸根基团，而使苯环维持未改质的特征。

聚对苯二甲酸乙二酯经改质为聚对苯二甲酸乙二酯磺酸盐，其在长链状结构上受到磺酸盐作为支链的影响，致使结构较改质前不易紧密堆积，因而让熔点降低，由改质前的约260℃降低至210～220℃或是更低。改质前的聚对苯二甲酸乙二酯以及改质后的聚对苯二甲酸乙二酯磺酸盐都可作为制造化学纤维织品 的原料；而其中熔点较低的聚对苯二甲酸乙二酯磺酸盐在制程上可具有更佳的优势，例如减少染色制程的温度，达成节能减碳的目的。

另外，改质后的聚合物的二次转移温度(Tg)也会降低，此温度会影响聚合物的分子间自由滑动能力(改变其塑形的能力)。降低二次转移温度后的化学纤维织品可在穿着上提供较佳的柔软性与弹性，且在制程上也能以较低的温度进行染整工程，意即染前处理、印染过程及染后处理等部分。

除了前述因结构改变而造成熔点以及二次转移温度降低以外，聚对苯二甲酸乙二酯磺酸盐还可利用磺酸根基团增加吸湿性。磺酸根基团具有亲水性质，因此改质后的聚合物可具有较佳的吸湿性，改善化学纤维织品的性质。吸湿性的比较可参考下表一。

(表一)

以使用十二烷基磺酸钠为磺酸盐进行改质为例，在20℃的条件下，将测试标的放置于恒温槽当中24小时，结果如上表一所示，当恒温槽内相对湿度为65％时，改质后的聚合物会有较高的回潮率，此回潮率为纺织材料吸湿程度的指标。以材料中所含水分重量占干燥材料重量的百分数表示。由于化学纤维织品的制程中包含染色程序，而染料为一种水溶液，故具有较好吸湿性的聚对苯二甲酸乙二酯磺酸钠可使更多的染料吸附，提高染色的深度，不必如改质前的聚对苯二甲酸乙二酯需要另外于染缸施以高温高压而使染料进入纤维内部结构中，降低制程的困难性与耗能标准。另外，在将化学纤维作成衣物后，此类衣物也会因为吸湿性较高，使穿着的舒适性提升，同时也比较不会产生静电。

图3为本发明一较佳实施例中，改质后的聚对苯二甲酸乙二酯磺酸钠的FT-IR图谱。已知磺酸根基团的特征峰为1000～1150cm^-1，而在图中可观察到在吸收峰1013与1088.6cm^-1可以判别出为磺酸根基团分子间共振的特征峰，可证明结构中有磺酸根基团的存在，意即聚对苯二甲酸乙二酯已磺化为聚对苯二甲酸乙二酯磺酸钠。

综上所述，本发明详细揭示了一种聚酯高分子及其制造方法，其使用磺酸根基团对聚对苯二甲酸乙二酯改质，并利用化学押出的技术完成改质制程，改质后所得的聚对苯二甲酸乙二酯磺酸盐在吸湿性、二次移转温度以及熔点等物化特性上都有显著的变化，得以使染色制程温度下降，或者是获得染色深度提高等效益，进而达到节能减碳的目的。再者，以聚对苯二甲酸乙二酯磺酸盐制成的衣物也具有较好的吸湿性和柔软度，故制造端在和销售市场上都极具价值。

上文仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，凡依本发明权利要求范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本发明的权利要求范围内。