硅氧烷包覆的聚酯纤维制造技术

聚酯树脂用硅氧烷嵌段聚合物改性，改性的方式是使其形成硅氧烷改性的聚酯共聚物区域结构，这些区域结构具有受控的尺寸和分布，分散于聚酯基体中。这些区域结构在熔融体纺丝和冷拉期间发生微相分离并迁移到正在形成的聚酯纤维表面，从而提供一种硅氧烷包覆的聚酯纤维。（*该技术在2009年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用硅氧烷嵌段聚合物制得的带不连续硅氧烷嵌段的共聚物改性的聚酯树脂。所得到的硅氧烷改性的聚酯树脂保持聚酯树脂的物理性质，而随后的加工也显示出包覆了硅氧烷材料的表面性质。本专利技术也涉及从硅氧烷改性的聚酯树脂制造的纤维，及其在各种产品中的应用。聚酯是具有众多羧酸酯基团作为其骨架结构组成部分的杂链大分子化合物，它区别于其它含酯聚合物，如纤维素酯，聚丙烯酸酯和聚乙烯酯，这些含酯聚合物的羧酸酯基构成骨架结构的侧基。聚酯有广泛的用处，例如用作纤维、薄膜、增塑剂和聚氨酯中间体，但实际应用很少。虽然有很多反应可用于合成聚酯，但通常最广泛使用的是二羧酸或其官能衍生物与二醇发生聚酯化，随后通过缩聚反应而制得。尽管聚酯适合于很多用途，但往往用各种添加剂处理，以提高其物理性能。硅氧烷与聚酯结合有很多用处，包括水解稳定性、润滑性、防水性等。在传统上，这些硅氧烷主要用于成品聚酯，例如，参阅美国专利No.4105567。然而，人们不断努力对聚酯树脂本身进行改性，以便提供既具有硅氧烷的性质而又对其物理特性无有害影响的聚酯。进行这种改性的一项早期工作是美国专利No.3296190，其中聚酯用碳化二亚胺和硅氧烷改性，力图使酯基稳定而不发生水解。此后不久，联合碳化物公司申请了两项有关的专利，即美国专利No.3579607和No.3701815，试图用硅氧烷嵌段聚合物来改性聚酯。这项工作当它涉及纤维时存在两个缺点硅氧烷嵌段中所含的氮在共聚时被释出，并使生成的聚酯树脂变色;所使用的大量硅氧烷对纤维的加工能力产生有害影响。美国专利No.3691257报道，聚对苯二甲酸乙二醇酯是可用以改性的聚合物材料之一，通过把含有聚合的乙烯基单元(如苯乙烯)的聚硅氧烷分散在已形成的有机聚合物中进行改性。这项专利解释道，当聚合物材料用聚硅氧烷进行化学改性时，可使聚合物材料的表面改性，而且其耐久性超过局部处理或简单混合物。在美国专利No.3674724和No.3749757中，用作增强弹性体的聚酯是通过多元羧酸和多羟基化合物同有机硅烷或聚硅氧烷反应制备的。利用含硅氧烷的材料为聚合材料的交联提供更多的交联点，以改善在高负荷下的抗张强度。在美国专利No.4153640中，丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯用聚硅氧烷改性，得到适用于处理纤维材料(包括织物)的改性聚合物，试图使其具有防水性的优点。最近，古德伊尔轮胎与橡胶公司的一个科学家小组探索了聚酯薄膜的硅氧烷改性，用以改善这种薄膜的滑动特性，参阅美国专利No.4348510，4452962和4496704。这些薄膜被设计成具有改善的光学透明性，以用于光学用途。在此，硅原子分布是不均匀的(即，二甲基硅氧链节局部浓集)，而硅氧烷嵌段分布是无规的，因而是均匀的。这种类型的结合不利于硅氧烷区域结构向表面移动，可望能改变由此生成的聚酯树脂的整体物理性能。尽管已有很多参考文献涉及利用含硅氧烷的材料来改性聚酯，以努力实现当这些聚酯同样用含硅氧烷材料进行局部处理时可得到的特性，但是，对于改性的聚酯仍需使这些贡献不致由于含硅氧烷嵌段结合到骨架结构中而使其物理性能下降。本专利技术的基本目的是提供硅氧烷改性的聚酯树脂，其中含硅氧烷的单元能在聚酯基体中发生受控的微相分离。本专利技术的另一个目的是，含硅氧烷的单元在聚酯基体中按这样一种方式分布使它们的尺寸和位置不会对成品聚酯的物理性能产生有害影响。本专利技术的第三个目的是，硅氧烷改性的聚酯树脂能制成纤维。这些纤维相对于由未改性的聚酯制得的纤维来说，应当表现出改善的纤维特性，如更低的表面能，更大的润滑性，改善的去污性，增加柔软性，含硅氧烷的材料的更大持久性，等。本专利技术提供一种硅氧烷改性的聚酯树脂，在含硅氧烷的单元的聚酯基体中有不连续的区域结构，这些单元是从如下通式的聚硅氧烷嵌段聚合物衍生而来 式中R分别为一个一价基团，选自如下一组基团烷基，芳基，酰基，芳烷基和聚氧化烷基;R′分别是一个含1至8个碳原子的烷基，芳基，链烯基，或芳烷基;a的数值为0至10;b的数值为0至50000;c的数值为0至1000;其条件是在聚硅氧烷嵌段聚合物中，必须有至少10个硅原子;x的数值为0，1，2或3;且z选自下列基团烷基，芳基，芳烷基，烷氧基，甲硅烷氧基，酰基，链烯基或聚氧化烷基。本专利技术也涉及从硅氧烷改性的聚酯树脂制造的纤维，及那些能方便地利用这种纤维的产品和用途。附图说明图1A表示未改性的聚酯树脂。图1B表示示于图1A中的由未改性聚酯树脂制造的纤维。图2A表示一种硅氧烷改性的聚酯树脂，它具有未受控的相分离，从而造成含硅氧烷的区域结构有完全不同的分布和尺寸。图2B表示示于图2A的由硅氧烷改性的聚酯树脂制造的纤维。纤维呈竹节状。图3A表示一种硅氧烷改性的聚酯树脂，它具有受控的相分离，从而使不连续的含硅氧烷区域结构均匀分布且尺寸均匀。图3B表示示于图3A的由硅氧烷改性的聚酯树脂制造的纤维。纤维有硅氧烷包覆层。图4A表示一种硅氧烷改性的聚酯纤维，它具有受控的相分离，从而使不连续的含硅氧烷的区域结构均匀分布且尺寸均匀，其中构成这种区域结构的含硅氧烷的单元带有专用侧基以执行特殊任务。图4B表示示图4A的由含硅氧烷的聚酯树脂制造的纤维。这种纤维带有连在硅氧烷包覆层上的侧基。图5是硅氧烷改性的聚酯树脂的横截面透视图解，该树脂的聚硅氧烷嵌段聚合物分散于聚酯基体中，并被硅氧烷改性的聚酯共聚物所包裹。按照本专利技术，提供一种硅氧烷改性的聚酯树脂。这种硅氧烷改性的聚酯树脂可用未改性聚酯树脂生产中所用的常规方法和技术来制备。这些方法包括老式的分批催化酯交换反应法，利用酯交换塔的连续聚合，或直接酯化法。因此，改性的聚酯的制备是首先让能产生这种聚酯的反应物的混合物经受酯基转移或酯化的反应条件，随后让酯基转移或酯化的反应产物发生缩聚。一般地说，酯基转移反应是二元羧酸的二烷基酯与二醇之间的反应，该反应是在约170℃至约205℃，最好是在约185℃至约200℃的高温于惰性气体气氛如氮气保护下进行。此外，通常采用催化剂促进酯基转移反应，例如可溶性的铅和钛化合物，其代表包括一氧化铅，乙酸铅，乙二醇钛酸酯等，以及其它一些众所周知的酯基转移催化剂，如锌、镁、钙和锰的化合物。在很多情况下，优先选用锌化合物和锰化合物。酯化反应是游离二元羧酸和二醇之间的反应，并放出水，也是在高温下，而且还要使用惰性气体气氛，在高压下进行。通常，反应温度范围从约220℃至约270℃，压力从约30至约40磅/平方英寸(2.0～3.0公斤/平方厘米)。反应可以在催化剂存在下或无催化剂情况下进行。当使用催化剂时，在目前可用的技术中通常指出的催化剂包括象锌、铅、锑、锰、锆等金属的化合物。此反应也可以在如美国专利No.4020049中所描述的低分子量聚合物溶剂存在下进行。缩聚反应，即本专利技术的硅氧烷改性的聚酯生产中的最后一个制备步骤，也采用众所周知的技术和条件进行。因此，在缩聚步骤中，酯基转移或酯化反应产物的聚合过程，都是在高温、减压和惰性气氛中进行，以期获得所希望的最终产物。这个反应步骤中所用的温度，一般是范围从约260℃至约300℃，最好是从约270℃至约285℃，而压力范围从约1.0至0.1毫米汞柱压力。在促进缩聚方面可用的催化剂，除了上述的可溶性铅和钛催化剂外，还包括各种已知的锑、铌本文档来自技高网...

【技术保护点】
硅氧烷包覆的聚酯纤维，包括包覆于硅氧烷改性的聚酯基体之中的聚酯基体，所说的硅氧烷改性的聚酯基体是芳香族二羧酸或其二酯、二醇和具有如下通式的硅氧烷嵌段共聚物的反应产物：ＲＯ＊＊＊１其中Ｒ分别是一个选自下列基团的一价基团：烷基，芳基，酰基，芳烷基和聚氧化烷基；Ｒ′分别是一个选自下列基团的一价基团：烷基，芳基，链烯基和芳烷基，均含有１至８个碳原子；Ｚ选自下列基团：烷基，芳基，芳烷基，烷氧基，聚氧化烷基，链烯基和甲硅烷氧基，其条件是：当Ｚ是甲硅烷氧基时，Ｘ必须等于零；ａ的数值为０至１０；ｂ的数值为０至５００００；ｃ的数值为０至１０００，且ａ＋ｂ＋ｃ的总和应使聚硅氧烷嵌段聚合物含有至少１０个硅原子；且ｘ的数值为０，１，２或３。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：罗伯特利奥波德奥斯特罗津斯基，乔治霍默格林，詹姆斯黑尔梅里菲尔德，
申请(专利权)人：联合碳化化学品及塑料有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]