共聚型高流动性亲水易染聚酯母粒基体材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种共聚型高流动性亲水易染聚酯母粒基体材料及其制备方法，制备方法为：将二元酸I、间苯二甲酸‑5‑磺酸钠和二元醇I混合均匀后进行酯化反应，酯化反应结束后引入高流动性亲水改性剂进行预缩聚反应和终缩聚反应制得共聚型高流动性亲水易染聚酯母粒基体材料，制得的高流动性亲水易染聚酯母粒基体材料的熔融指数为8～15g/10min，熔体加工过程中粘度降≤0.02dL/g，表面与水的接触角≤30°，饱和吸水率≥150％，在聚酯中添加量为4～10wt％时，聚酯纤维经阳离子染料常压沸染后上染率为94％～98％。本发明专利技术方法简单易行，制得的聚酯母粒基体材料的流动性能、亲水性能和染色性能好。

Copolymerized hydrophilic dyeable polyester masterbatch matrix material with high fluidity and its preparation method

The invention relates to a copolymerized hydrophilic dyeable polyester masterbatch matrix material with high fluidity and a preparation method. The preparation method comprises the following steps: mixing dicarboxylic acid I, sodium isophthalate 5 sulfonate and diol I evenly, then esterifying, after esterification, introducing a high fluidity hydrophilic modifier for pre-condensation reaction and final condensation reaction to prepare a copolymerized hydrophilic dyeable polymer with high fluidity The melting index of the high fluidity hydrophilic dyeable polyester masterbatch matrix material is 8-15g/10min, the viscosity drop is less than 0.02dL/g, the contact angle between the surface and water is less than 30 degrees, the saturated water absorption is more than 150%, and the dyeing uptake of polyester fibers after boiling dyeing with cationic dyes at atmospheric pressure is 94%-98% when the content of polyester is 4-10wt%. The method of the invention is simple and feasible, and the prepared polyester masterbatch matrix material has good fluidity, hydrophilicity and dyeing performance.

【技术实现步骤摘要】
共聚型高流动性亲水易染聚酯母粒基体材料及其制备方法
本专利技术属于聚酯制备领域，涉及一种共聚型高流动性亲水易染聚酯母粒基体材料及其制备方法。
技术介绍
聚酯是由多元醇和多元酸缩聚而得的聚合物的总称，其主要指聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，也包括聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)和聚芳酯等线型热塑性树脂。聚酯是一类性能优异且用途广泛的聚合物，目前已经广泛应用于纤维、塑料和薄膜等领域。但聚酯由于本身的分子链排列规整度高、结晶度高且缺乏可有效吸附小分子如水和染料等的吸附基团，因此常规聚酯纤维在服用过程易产生闷热感，其染色也常需要在高温和高压条件下进行，不但能耗大，而且染色后的制品的颜色鲜艳度较低。因此如何改善聚酯纤维的亲水性能与染色性能一直是行业研究的热点。常见的提升聚酯纤维的亲水性能与染色性能的方法包括共聚改性方法与共混改性方法。就共聚改性方法而言，现有的较多文献中都公开了通过在聚酯合成过程中引入间苯二甲酸双羟乙酯-5-磺酸钠与聚酯形成阳离子共聚酯从而提升聚酯纤维的亲水性能与染色性能，或再引入一定链段长度的聚乙二醇形成常压阳离子共聚酯以进一步强化染色效果，上述公开的共聚改性方法提升聚酯纤维的亲水性能与染色性能的原理是通过引入的含有磺酸盐的基团增强对染料和水分子的吸附能力。例如专利CN102094256B公开了一种改性阳离子聚酯长丝的生产方法及其产品；专利CN101580974公开了一种连续式阳离子改性聚酯生产方法以及采用该方法的连续生产改性聚酯熔体和侧切切片系统，经连续酯化反应和缩聚反应后生产阳离子改性聚酯熔体和侧切切片，聚酯熔体可以连续通过熔体压力输送管道挤入纺丝系统进行纺丝，系统包括依次相连的两级酯化反应系统、预缩聚反应系统、终缩聚反应系统、熔体输送系统和纺丝系统及侧切切片生产系统，其中第二酯化反应器采用针对阳离子聚酯生产特殊设计的卧式分室反应器，该方法可以实现阳离子改性聚酯连续式生产并实现熔体直接纺。从实际应用效果来看，阳离子共聚酯或常压阳离子共聚酯形成的纤维在常压沸染条件下即可上染，上染率可显著提升，染色制品的鲜艳度也提高，但通过共聚改性的方法所形成的阳离子共聚酯的流动性急剧下降，由于共聚酯中含有磺酸盐基团，基团与基团之间的强作用力以及其对反应器和管道的内壁的较大作用力，导致了其流动性变差，生产成本增加。专利CN103789865A公开了一种高亲水易染聚酯纤维的制备方法，将二元醇、多元醇与聚乙二醇大分子按照一定的摩尔比混合然后分阶段酯化，第一酯化阶段酸微过量，保证多元醇中参加酯化反应能力较低的部分充分反应并接入到聚酯分子链中，在第二酯化阶段补充二元醇，先对共聚酯的端羧基进行调控，再经缩聚反应制备高亲水易染聚酯，但所引入的多元醇组分酯化反应活性高、支化程度高、极易发生交联，形成三维立体结构导致流动性变差，同时多元醇由于反应活性，羟基官能团参与反应的比例高，游离存在的羟基非常少，对亲水性能的改善极为有限。针对这个问题，国内研究人员试图采用管道清洗的方法，专利CN103658121A公开了一种阳离子聚酯熔体管道清洗装置及其清洗方法，解决了阳离子聚酯熔体管道的清洗问题，但造成生产运行成本大大增加。就共混改性方法而言，通过共混的形式将物质引入到聚酯熔体中从而实现对聚酯染色和亲水性能提升的方法具有灵活性强的特点，尤其是后道应用需求发生改变时，共混改性方法可以通过母粒添加量的变化实现快速切换，但若是制备具有高含量的染色改性组分和亲水改性组分的母粒基体材料，由于以阳离子改性组分磺酸盐为代表的染色和亲水改性组分在高浓度下流动性能差，因此制得的母粒基体材料的流动性能通常也较差，现有的对基体材料的流动性能进行改善的方法对聚酯母粒基体材料的流动性能提升有限，不仅成本提高，而且基体材料的其他性能也会受到一定影响。如专利CN104831404A公开的一种阳离子涤纶FDY竹节丝及其生产方法以及专利CN104831403A公开的一种三叶异形阳离子涤纶FDY长丝及其生产方法中均使用了阳离子母粒对聚酯进行共混改性，为了提升阳离子母粒的流动性，在母粒中添加了一定比例的润滑剂，润滑剂为硬脂酸盐类的物质，但这类润滑剂是脂肪族线性链段，对磺酸盐的流动性促进有限，同时硬脂酸盐是共混在基体中，与聚酯的相容性一般，在加工过程中热稳定性有待商榷。因此，研究一种具有高流动性的亲水易染聚酯母粒基体材料具有十分重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服上述现有技术中存在的问题，提供一种共聚型高流动性亲水易染聚酯母粒基体材料及其制备方法。为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：共聚型高流动性亲水易染聚酯母粒基体材料，分子链主要由二元酸I链段、二元酸II链段、二元醇I链段、二元醇II链段、己内酰胺链段和M链段构成；所述二元酸I链段为除间苯二甲酸-5-磺酸钠以外的用于合成聚酯的二元酸链段中的一种以上；所述二元酸II链段为间苯二甲酸-5-磺酸钠链段；所述二元醇II链段为乙二醇链段、丙二醇链段、丁二醇链段、戊二醇链段、己二醇链段、庚二醇链段、辛二醇链段、壬二醇链段和癸二醇链段中的一种以上；所述二元醇I链段与二元醇II链段相同或者为除二元醇II以外的用于合成聚酯的二元醇链段中的一种以上；所述M链段为均苯四甲酸链段、环戊烷四酸链段、二苯酮四酸链段、偏苯三酸链段和偏苯四酸链段中的一种以上；共聚型高流动性亲水易染聚酯母粒基体材料的熔融指数为8～15g/10min，熔体加工过程中粘度降≤0.02dL/g，表面与水的接触角≤30°，饱和吸水率≥150％，共聚型高流动性亲水易染聚酯母粒基体材料在聚酯中添加量为4％～10wt％时，聚酯纤维经阳离子染料常压沸染后上染率为94～98％。现有技术中聚酯的熔融指数为20～30g/10min，熔体加工过程中粘度降大于0.015dL/g，表面与水的接触角为60～80°，饱和吸水率小于50％，聚酯纤维经阳离子染料常压沸染后上染率为40～60％，说明本专利技术制得的聚酯的流动性能、亲水性能和染色性能优于现有技术。作为优选的技术方案：如上所述的共聚型高流动性亲水易染聚酯母粒基体材料，共聚型高流动性亲水易染聚酯母粒基体材料的数均分子量为12000～20000g/mol，特性粘度为0.55～0.65dL/g。本专利技术还提供制备如上所述的共聚型高流动性亲水易染聚酯母粒基体材料的方法，将二元酸I、二元酸II和二元醇I混合均匀后进行酯化反应，酯化反应结束后引入高流动性亲水改性剂进行预缩聚反应和终缩聚反应制得共聚型高流动性亲水易染聚酯母粒基体材料；所述二元酸I为除间苯二甲酸-5-磺酸钠以外的用于合成聚酯的二元酸中的一种以上；所述二元酸II为间苯二甲酸-5-磺酸钠；所述高流动性亲水改性剂是由己内酰胺、支化结构酸或酸酐和二元醇II反应制得的；所述支化结构酸或酸酐为均苯四甲酸酐、环戊烷四酸二酐、二苯酮四酸二酐、偏苯三酸酐、偏苯四酸二酐、均苯四甲酸、环戊烷四酸、二苯酮四酸、偏苯三酸和偏苯四酸中的一种以上；所述二元醇II为乙二醇、丙二醇、丁二醇、戊二醇、己二醇、庚二醇、辛二醇、壬二醇和癸二醇中的一种以上；所述二元醇I与二元醇II相同或者为除二元醇II以外的用于合成聚酯的二元醇中的一种以上。本专利技术二元酸I、二元酸II(间苯二甲酸-5-磺酸钠)和二元醇I按照一定的摩尔本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.共聚型高流动性亲水易染聚酯母粒基体材料，其特征是：分子链主要由二元酸I链段、二元酸II链段、二元醇I链段、二元醇II链段、己内酰胺链段和M链段构成；所述二元酸I链段为除间苯二甲酸‑5‑磺酸钠以外的用于合成聚酯的二元酸链段中的一种以上；所述二元酸II链段为间苯二甲酸‑5‑磺酸钠链段；所述二元醇II链段为乙二醇链段、丙二醇链段、丁二醇链段、戊二醇链段、己二醇链段、庚二醇链段、辛二醇链段、壬二醇链段和癸二醇链段中的一种以上；所述二元醇I链段与二元醇II链段相同或者为除二元醇II以外的用于合成聚酯的二元醇链段中的一种以上；所述M链段为均苯四甲酸链段、环戊烷四酸链段、二苯酮四酸链段、偏苯三酸链段和偏苯四酸链段中的一种以上；共聚型高流动性亲水易染聚酯母粒基体材料的熔融指数为8～15g/10min，熔体加工过程中粘度降≤0.02dL/g，表面与水的接触角≤30°，饱和吸水率≥150％，共聚型高流动性亲水易染聚酯母粒基体材料在聚酯中添加量为4～10wt％时，聚酯纤维经阳离子染料常压沸染后上染率为94％～98％。

【技术特征摘要】
1.共聚型高流动性亲水易染聚酯母粒基体材料，其特征是：分子链主要由二元酸I链段、二元酸II链段、二元醇I链段、二元醇II链段、己内酰胺链段和M链段构成；所述二元酸I链段为除间苯二甲酸-5-磺酸钠以外的用于合成聚酯的二元酸链段中的一种以上；所述二元酸II链段为间苯二甲酸-5-磺酸钠链段；所述二元醇II链段为乙二醇链段、丙二醇链段、丁二醇链段、戊二醇链段、己二醇链段、庚二醇链段、辛二醇链段、壬二醇链段和癸二醇链段中的一种以上；所述二元醇I链段与二元醇II链段相同或者为除二元醇II以外的用于合成聚酯的二元醇链段中的一种以上；所述M链段为均苯四甲酸链段、环戊烷四酸链段、二苯酮四酸链段、偏苯三酸链段和偏苯四酸链段中的一种以上；共聚型高流动性亲水易染聚酯母粒基体材料的熔融指数为8～15g/10min，熔体加工过程中粘度降≤0.02dL/g，表面与水的接触角≤30°，饱和吸水率≥150％，共聚型高流动性亲水易染聚酯母粒基体材料在聚酯中添加量为4～10wt％时，聚酯纤维经阳离子染料常压沸染后上染率为94％～98％。2.根据权利要求1所述的共聚型高流动性亲水易染聚酯母粒基体材料，其特征在于，共聚型高流动性亲水易染聚酯母粒基体材料的数均分子量为12000～20000g/mol，特性粘度为0.55～0.65dL/g。3.制备如权利要求1或2所述的共聚型高流动性亲水易染聚酯母粒基体材料的方法，其特征是：将二元酸I、二元酸II和二元醇I混合均匀后进行酯化反应，酯化反应结束后引入高流动性亲水改性剂进行预缩聚反应和终缩聚反应制得共聚型高流动性亲水易染聚酯母粒基体材料；所述二元酸I为除间苯二甲酸-5-磺酸钠以外的用于合成聚酯的二元酸中的一种以上；所述二元酸II为间苯二甲酸-5-磺酸钠；所述高流动性亲水改性剂是由己内酰胺、支化结构酸或酸酐和二元醇II反应制得的；所述支化结构酸或酸酐为均苯四甲酸酐、环戊烷四酸二酐、二苯酮四酸二酐、偏苯三酸酐、偏苯四酸二酐、均苯四甲酸、环戊烷四酸、二苯酮四酸、偏苯三酸和偏苯四酸中的一种以上；所述二元醇II为乙二醇、丙二醇、丁二醇、戊二醇、己二醇、庚二醇、辛二醇、壬二醇和癸二醇中的一种以上；所述二元醇I与二元醇II相同或者为除二元醇II以外的用于合成聚酯的二元醇中的一种以上。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，高流动性亲水改性剂的制备方法为：将己内酰胺和支化结构酸或酸酐以水为催化剂在200～240℃下常压反应2.0～4.0h制得中间体，再加入二元醇II在220～260℃下常压反应2.0～3.0h制得高流动性亲...

【专利技术属性】
技术研发人员：吉鹏，王华平，王朝生，陈烨，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：上海,31