一种微晶纤维素改性聚酯纤维及其制备方法技术

本发明专利技术涉及聚酯技术领域，为解决聚酯纤维亲水性能差的问题，本发明专利技术提供一种微晶纤维素改性聚酯纤维的制备方法，依次通过纤维素微晶的制备及其表面修饰、纤维素微晶打浆、纤维素微晶原位添加及微晶纤维素改性聚酯熔融纺丝成型，制备得到微晶纤维素改性聚酯纤维，具有良好吸湿性能，纤维中多羟基活性位点，可以赋予纤维在温和条件下进行染色并具有良好的染色性能，可以广泛应用于制备吸湿排汗、抗静电纤维，作为贴身面料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及聚酯
，特别是涉及一种微晶纤维素改性聚酯纤维及其制备方法，纤维素微晶表面修饰后以浆液的形式引入到聚酯中，再经异形喷丝板熔融纺丝成型制备微晶纤维素改性聚酯纤维的方法。
技术介绍
2011年我国聚酯纤维产量2795万吨，占我国化纤产量的83％；占世界聚酯纤维产量的70％。虽然我国聚酯产能、产量位居世界第一，但我国聚酯纤维行业仍面临一些亟须解决的突出问题：产品结构不合理，同质化竞争激烈，行业利润率偏低。在这种情况下，开发生产高附加值的聚酯产品，节能降低成本是今后聚酯企业发展的主题。同时随着经济不断发展，人们对衣着舒适性提出了更高的要求，而科学技术的进步为改善纺织品的舒适性提供了可能。聚酯结构在赋予其优异性能的同时也存在着缺点：分子链排列紧密，缺乏极性官能团，导致了其吸湿性很差，水分在聚酯中难于扩散。在标准环境下聚酯纤维回潮率仅为0.4％，而棉纤维分子结构中存有大量的极性官能团羟基，纤维回潮率达到7.5％～8.0％。为此借助化学改性的方法在聚酯中引入极性官能团羟基来改善其吸湿性能。但是传统的聚酯制备过程中多步酯化工艺均以二元醇过量，中间产物都以羟基封端，能进一步反应的羧基极少，为改善聚酯吸湿性能而添加的共聚改性单体多羟基醇很难参与到酯化反应中，仅以小分子的形式存在聚酯体系中，达不到引入多羟基改性的效果。这种聚酯制备的方法在很多场合制约了聚酯技术的进一步发展。比如：亲水性能，聚酯纤维分子链中缺乏极性官能团，在标准环境下(20℃，相对湿度为65％)，回潮率仅为0.4％，吸湿性差，作为服用领域穿着用，易产生闷热感。而天然纤维棉纤维分子链中含有大量的羟基官能团，在相同的温湿度下回潮率达到7.5～8％，具有良好的吸湿性。抗静电性能，聚酯纤维分子链中缺乏极性官能团，易产生静电的聚集，造成了对灰尘的吸附作用，致使抗污能力下降。染色性能，常规聚酯纤维分子链排列规整，结晶度高。染料分子很难进入晶区，纤维的染色需要在高温高压条件下进行，并且分子链中缺乏反应性官能团，聚酯纤维的染色较难达到深染效果，色牢度也会随时间不断下降。棉纤维分子链中反应官能团羟基可以与活性染料反应，染料分子与羟基形成牢固的共价键，具有高色牢度染色效果。由于聚酯分子中缺乏必要的极性官能团如羟基等，聚酯分子链结构排列规整，吸湿性差，易产生闷热不舒适感，易产生静电现象，积聚灰尘；同时染色需要在高温高压下进行，消耗大量的能耗。为提升聚酯纤维这些性能，主要形成了共聚、共混、涂覆、表面处理等方法，其中在聚酯中引入改性组分可以赋予聚酯永久的吸湿性能，同时可以提升其综合服用性能。常用于聚酯聚合改性组分包括了多元醇、含有离子键的单体，如磺酸盐等。其中磺酸盐类的改性组分对制备得到的聚酯熔体流动性能影响特别大，对改性聚酯的成纤性造成特别大的不利影响。在多元醇作为共聚改性单体方面，专利US2002019508和WO2005019301以聚乙二醇作为共聚改性组分，得到具有良好吸湿性的改性聚酯及纤维。专利W00012793选用聚乙二醇、季戊四醇作为共聚组分，制备得到的改性聚酯纤维亲水性能与棉纤维相当。多羟基醇是聚酯亲水共聚改性最常用的组分，对于提升聚酯纤维的热湿舒适性具有重要的意义。纤维素作为一种可再生的天然多元醇具有可降解、低成本、环境友好等优势，微晶纤维素在酸的条件下可以将其无定形区反应掉，形成纤维素微晶。通过控制反应条件可以得到特定尺寸大小的纤维素微晶。纤维素微晶通过酸水解得到的直径从几纳米到几十纳米不等，一般将纳米级别的纤维素晶体成为纤维素微晶。纤维素微晶表面富含羟基，具有优异的水分吸附能力。作为聚酯改性用，如何实现纤维素微晶在聚酯中均匀稳定分散及保留其具有吸附能力的羟基是改性研究中最值得关注的技术问题。目前这方面的研究报道较少，CN201410546019.6报道了将微晶纤维素与乙二醇打浆参与第一酯化反应，在酯化结束后再补加多羟基醇，纳米晶的长度在500nm以下，添加量为在熔体中的0.5-2wt％。CN201410545915.0将微晶纤维素与磷系阻燃剂打浆在二酯化阶段加入到酯化物中继续酯化、缩聚得到产物。微晶纤维素的尺寸0.5-2μm，添加量为3-7％。但是对于纤维素微晶如何避免高温下的水解及如何对纤维素微晶表面的羟基在高温聚合中保护均没有说明。
技术实现思路
为解决聚酯纤维亲水性能差的问题，本专利技术提供一种微晶纤维素改性聚酯的制备方法，改善聚酯亲水性能，可以广泛应用于制备吸湿排汗、抗静电纤维，作为贴身面料，高色牢度纤维产品。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种微晶纤维素改性聚酯纤维的断裂强度≥2.5cN/dtex，纤维断裂伸长率≥20％，纤维的表面接触角为45°～50°，回潮率≥2.0％，吸水率≥250％，初始模量为40～60cN/dtex，纤维的电阻为108Ω.cm。本专利技术以邻苯二甲酸酐与纤维素微晶表面羟基反应，形成化学修饰，同时利用邻苯二甲酸分子空间位阻大，对纤维素微晶表面尚未反应的羟基起到保护。纤维素微晶与邻苯二甲酸酐按照比例混合后在二酯化结束时添加到酯化物中，继续搅拌反应，再经缩聚得到微晶纤维素改性的聚酯，最后经熔融纺丝成型得到微晶纤维素改性的聚酯纤维。具体制备方法为以下步骤：(1)纤维素微晶的制备及其表面修饰将微晶纤维素加入到无机酸与邻苯二甲酸混合酸中，在油浴恒温条件下持续搅拌分解后，用去离子水清洗得到纤维素微晶分散液，将分散液冷冻干燥，即得到表面邻苯二甲酸修饰的纤维素微晶；所述纤维素微晶为棒状或椭圆状，粒径尺寸大小在5-500nm。混合酸的使用量为使微晶纤维素完全分解的量，所述的混合酸中无机酸与邻苯二甲酸的摩尔比为1∶0.1～1，作为优选，无机酸选自硫酸、硝酸、盐酸中的一种或几种，其浓度为1-10mol/L。混合酸中的无机酸既起到了对纤维素微晶原料进行分解生成纤维素微晶的作用，同时对纤维素微晶表面的羟基与邻苯二甲酸的酯化反应起到催化的作用。邻苯二甲酸的具有芳香环，具有较大的空间位阻与热稳定性能，在纤维素微晶表面的羟基反应后以化学键的形式包覆其表面，起到空间位阻保护的效果，防止纤维素微晶表面的羟基反应完全。被保护纤维素微晶表面的羟基具有吸附水分的能力，可以增强基体亲水性。作为优选，油浴恒温条件控制在100-120℃，反应时间5-10h。(2)纤维素微晶/二元醇打浆将表面修饰的纤维素微晶在二元醇中打浆，同时添加邻苯二甲酸酐，得到纤维素微晶浆液；纤维素微晶与二元醇混合打浆是为了保证纤维素微晶均匀分散，引入到酯化物中可以实现充分搅拌均匀；所述二元醇选自乙二醇、丙二醇、丁二醇、戊二醇、己二醇中的一种或几种；表面修饰的纤维素微晶在二元醇中所占质量百分比为20％-60％。邻苯二甲酸酐使用量为表面修饰的纤维素微晶质量的0.5％-5％。添加的邻苯二甲酸酐是为了将酯化物中可能存有的水分反应完，避免纤维素微晶在高温下水解。邻苯二甲酸酐与水反应生成的邻苯二甲酸与聚酯具有相似相容性，增强纤维素微晶在基体中的分散性。邻苯二甲酸修饰纤维素微晶结构与水分结合的结构示意图如下所示：(3)纤维素微晶浆液原位添加将步骤(2)得到的纤维素微晶浆液、热稳定剂、抗氧化剂在聚酯完成第二酯化后添加到反应器中，继续搅拌酯化反应、缩聚反应，制备得到微晶纤维素改性聚酯。将纤维素微本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微晶纤维素改性聚酯纤维，其特征在于，所述的微晶纤维素改性聚酯纤维的断裂强度≥2.5cN/dtex，纤维断裂伸长率≥20%，纤维的表面接触角为45°~50°，回潮率≥2.0%，吸水率≥250%，初始模量为40~60cN/dtex，纤维的电阻为108Ω.cm。

【技术特征摘要】
1.一种微晶纤维素改性聚酯纤维，其特征在于，所述的微晶纤维素改性聚酯纤维的断裂强度≥2.5cN/dtex，纤维断裂伸长率≥20%，纤维的表面接触角为45°~50°，回潮率≥2.0%，吸水率≥250%，初始模量为40~60cN/dtex，纤维的电阻为108Ω.cm。2.一种如权利要求1所述的一种微晶纤维素改性聚酯纤维的制备方法，其特征在于，制备方法为以下步骤：（1）纤维素微晶的制备及其表面修饰将微晶纤维素加入到无机酸与邻苯二甲酸混合酸中，在油浴恒温条件下持续搅拌分解后，用去离子水清洗得到纤维素微晶分散液，将分散液冷冻干燥，即得到表面邻苯二甲酸修饰的纤维素微晶；（2）纤维素微晶/二元醇打浆将表面修饰的纤维素微晶在二元醇中打浆，同时添加邻苯二甲酸酐，得到纤维素微晶浆液；（3）纤维素微晶浆液原位添加将步骤（2）得到的纤维素微晶浆液、热稳定剂、抗氧化剂在聚酯完成第二酯化后添加到反应器中，继续搅拌酯化反应、缩聚反应，制备得到微晶纤维素改性聚酯；（4）将微晶纤维素改性聚酯进行熔融纺丝，得到微晶纤维素改性聚酯纤维。3.根据权利要求2所述的一种微晶纤维素改性聚酯纤维的制备方法，其特征在于，步骤（1）中混合酸中无机酸与邻苯二甲酸的摩尔比为1：0.1~1，其中无机酸选自硫酸、硝酸、盐酸中的一种或几种，其浓度为1-10mol/L。4.根据权利要求2所述的一种微晶纤维素改性聚酯纤维的制备方法，其特征在于，步骤（1）油浴恒温条件控制在10...

【专利技术属性】
技术研发人员：纪国营，徐锦龙，吉鹏，王朝生，李建武，
申请(专利权)人：浙江恒逸高新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33