一步纺弹力复合丝及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种一步纺弹力复合丝及其制备方法，先将对苯二甲酸、1,4‑丁二醇、带三甲硅基侧基的二元醇和掺杂改性的Bi2O3粉体混合均匀后先后进行酯化反应和缩聚反应制得粘度较低的聚酯，粘度较低的改性聚酯固相增粘制得粘度较高的改性聚酯，然后采用并列复合纺丝法将两种粘度不同的改性聚酯经计量、同一喷丝孔挤出、冷却、上油、拉伸、热定型和卷绕制得一步纺弹力复合丝。最终制得的产品在100℃的温度条件下的上染率为87.3～92.2％，在温度为25℃且相对湿度为65％的条件下放置60个月后，其特性粘度下降15～22％。本发明专利技术的制备方法，工艺简单，成本低廉；制得的产品，染色性能优良，自然降解速率快，应用前景好。

【技术实现步骤摘要】
一步纺弹力复合丝及其制备方法
本专利技术属于聚酯纤维
，涉及一种一步纺弹力复合丝及其制备方法。
技术介绍
随着消费水平的不断提高，人们对服用舒适性能的要求越来越高，舒适性已经成为当今纺织品加工的主流方向。弹性是评价服装舒适性中的一个重要指标，这要求服装能随着人体的运动自如的伸缩以适应皮肤的延伸性。目前无论是时装加工，还是运动装、休闲装加工，弹性纤维已经成为不可或缺的加工原料之一。PBT纤维不仅具有聚酯纤维共有的形状外，由于PBT大分子基本链节上的柔性部分较长，其结晶度、熔点和玻璃化温度相比于PET纤维更低，同时由于PBT纤维应变过程中产生的特殊的α＝β晶型的可逆转变，PBT纤维还具有良好的耐久性、尺寸稳定性和较好的弹性。由其制得的织物手感柔软且吸湿性能及染色性能(色泽度好、色牢度高)优良，可使用普通分散染料无需载体进行常压沸染。PBT纤维是一种优秀的织物面料用丝，特别适用于作为游泳衣、连袜裤、训练服、体操服、健美服、网球服、舞蹈紧身衣、弹力牛仔服、滑雪裤、长筒袜和医疗上应用的绷带的用丝。一步纺弹力复合丝是一种由两种粘度不同的改性PBT聚酯FDY丝复合而成的复合丝。由于两种丝中聚酯粘度不同，导致其取向结晶能力和热力学性能的不同，两种丝的收缩性能不同。而弹力复合丝内部的两组分平行排列，在经热处理或牵伸作用后纤维在内应力作用下会形成类似羊毛细而密的卷曲形态，从而获得良好的弹性和蓬松性，这就是纤维所谓的“自卷曲效应”，这使得复合丝永久卷曲成为了可能。同时复合丝中的两种丝的相容性好，其制得的复合丝充分发挥了PBT纤维的优良特性，不仅柔软性好，而且弹性相比于普通PBT纤维更好。但由于PBT属于疏水性纤维，其分子上不含有亲水性基团，其分子结构中缺少像纤维素或蛋白质纤维那样的能和染料发生结合的活性基团，PBT纤维的染色性能不佳。此外，PBT纤维成品为部分结晶的超分子结构，其结晶部分分子链相互平行，大多呈反式构象，而无定形区则多呈顺式构象，其分子排列相当紧密，这进一步增大了PBT纤维的上染难度。目前常规PBT纤维一般选用分散染料在高温(130℃)高压下进行染色，只有在高温高压下进行染色才能保证纤维的上染率，而高温高压对设备的要求较高，能耗较大，同时由于上染难度大，其染色所需时间较长，导致该工艺的成本较高，一定程度上限制了多彩PBT纤维的应用。同时，随着PBT产业的快速发展，虽然PBT不会直接对环境造成危害，但由于其使用后的废品数目巨大且对大气和微生物试剂的抵抗性很强，其制得纤维废弃不易处理，会给环境间接造成危害。目前PBT纤维废弃物的处理方法主要有：填埋、焚烧及回收利用。从环境角度而言，填埋和焚烧虽然是最简单的方法，却有许多缺陷，对环境亦会造成一定的污染。化学降解回收是处理PBT废弃物有效而科学的途径，主要方法包括醇解、氨解等，化学降解的产物如醇、酸、酯等还可以作为化学原料重新利用。但由于PBT结构致密、结晶度高，自然降解时间很长(常规PBT纤维的降解周期可达16～48年)，这大大限制了化学降解回收在PBT废弃物处理领域的应用。因此，开发一种染色性能优良、对染色设备要求低、染色成本低廉且能够高效率降解回收处理的一步纺弹力复合丝极具现实意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术一步纺弹力复合丝染色性能较差、对设备要求高、染色成本高且降解速率慢的缺陷，提供一种染色性能优良、对染色设备要求低、染色成本低廉且能够高效率降解回收处理的一步纺弹力复合丝及其制备方法。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一步纺弹力复合丝的制备方法，采用并列复合纺丝法将两种粘度不同的改性聚酯经计量、同一喷丝孔挤出、冷却、上油、拉伸、热定型和卷绕制得一步纺弹力复合丝；粘度较高的改性聚酯由粘度较低的改性聚酯固相增粘制得，粘度较低的改性聚酯的制备方法为：将对苯二甲酸、1,4-丁二醇、带三甲硅基侧基的二元醇和掺杂改性的Bi2O3粉体混合均匀后先后进行酯化反应和缩聚反应；带三甲硅基侧基的二元醇的结构式如下：式中，R为-CH2-、-CH(CH3)-或-C((CH3)2)-；Bi2O3掺杂改性的过程为：首先将含Ca2+的溶液与含Bi3+的溶液混合均匀，然后滴加沉淀剂至混合液的pH值为9～10，最后煅烧沉淀产物。本专利技术使用带三甲硅基侧基的二元醇(3-三甲硅基-1,2-丙二醇、3-三甲硅基-3-甲基-1,2-丙二醇或3-三甲硅基-3,3-二甲基-1,2-丙二醇)对聚酯进行改性，带三甲硅基侧基的二元醇能够显著增大改性聚酯的空间自由体积，特别是带三甲硅基侧基的二元醇中三甲硅基的存在会引起主链活动性的变化，从而改变了链单元间的相互作用力，分子链单元间的距离亦会发生相应的改变，增大改性聚酯空洞自由体积，空洞自由体积的增大能够降低染料分子、水分子或空气分子等渗透进入改性聚酯内部的难度，提高改性聚酯的染色性能，降低染色温度，缩短染色的时间，减少能耗，提高改性聚酯的上染率，一定程度上提高了改性聚酯的自然降解速率。在聚酯中含氧还原催化剂时，空气中的氧气能够通过聚酯材质中的自由体积(窄缝自由体积和/或空洞自由体积)渗入聚酯内部，在氧还原催化剂表面发生氧还原反应，使聚酯的酯键断裂从而加速聚酯降解，但纯氧还原催化剂的降解效率的进一步提高仍然受到限制。本专利技术的聚酯单丝中分散有掺杂改性的Bi2O3粉体，与仅将氧化钙与三氧化二铋物理共混制得的混合物相比，氧化钙掺杂Bi2O3能够破坏Bi2O3的晶面结构，一方面，掺杂后的Bi2O3的比表面积增大，能够提高单位质量Bi2O3的氧气吸附量，另一方面，掺杂后的Bi2O3的吸附方式由单斜Bi2O3表面的端式吸附改为掺杂Bi2O3表面的侧式吸附，且吸附不受表面Bi原子的“空间位阻效应”影响，O2分子在Bi原子位的化学吸附增强，催化剂的氧还原催化效率提高，因此分散掺杂改性的Bi2O3粉体的聚酯纤维回收处理时的降解效率高。本专利技术通过增加空洞自由体积与添加的掺杂改性的Bi2O3粉体相互配合能够进一步提高聚酯的降解速率。作为优选的技术方案：如上所述的一步纺弹力复合丝的制备方法，所述带三甲硅基侧基的二元醇的合成步骤如下：(1)按1:5～10:10～15的摩尔比将原料烯、过乙酸和二氯甲烷混合，在35～40℃的温度条件下反应5～8h，反应时伴以搅拌，反应结束后去除溶剂，经提纯和精制得到三甲硅基丙烯环氧化物；(2)将水、浓硫酸和三甲硅基丙烯环氧化物混合，在搅拌条件下水浴加热至80～85℃，保温反应l0～15min，反应结束后冷却至室温，经中和、蒸馏、分离和提纯得到带三甲硅基侧基的二元醇，所述浓硫酸为质量浓度70％的硫酸，反应开始时，三甲硅基丙烯环氧化物与水的摩尔比为1:20～40，浓硫酸的质量占混合物质量之和的0.1～0.15％；所述带三甲硅基侧基的二元醇的结构式中R为-CH(CH3)-和-C((CH3)2)-时，所述原料烯对应为3-三甲硅基-3-甲基丙烯和3-三甲硅基-3,3-二甲基丙烯。如上所述的一步纺弹力复合丝的制备方法，所述含Ca2+的溶液的浓度为2～3wt％，溶剂为水，溶液中的阴离子为NO3-；所述含Bi3+的溶液为浓度20～25wt％的Bi2O3的溶液，溶剂为硝酸；所述沉淀剂为浓度2mol/L的氨水；沉淀开始时，混合液中Ca2+与Bi3+的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一步纺弹力复合丝的制备方法，其特征是：采用并列复合纺丝法将两种粘度不同的改性聚酯经计量、同一喷丝孔挤出、冷却、上油、拉伸、热定型和卷绕制得一步纺弹力复合丝；粘度较高的改性聚酯由粘度较低的改性聚酯固相增粘制得，粘度较低的改性聚酯的制备方法为：将对苯二甲酸、1,4‑丁二醇、带三甲硅基侧基的二元醇和掺杂改性的Bi2O3粉体混合均匀后先后进行酯化反应和缩聚反应；带三甲硅基侧基的二元醇的结构式如下：

【技术特征摘要】
1.一步纺弹力复合丝的制备方法，其特征是：采用并列复合纺丝法将两种粘度不同的改性聚酯经计量、同一喷丝孔挤出、冷却、上油、拉伸、热定型和卷绕制得一步纺弹力复合丝；粘度较高的改性聚酯由粘度较低的改性聚酯固相增粘制得，粘度较低的改性聚酯的制备方法为：将对苯二甲酸、1,4-丁二醇、带三甲硅基侧基的二元醇和掺杂改性的Bi2O3粉体混合均匀后先后进行酯化反应和缩聚反应；带三甲硅基侧基的二元醇的结构式如下：式中，R为-CH2-、-CH(CH3)-或-C((CH3)2)-；Bi2O3掺杂改性的过程为：首先将含Ca2+的溶液与含Bi3+的溶液混合均匀，然后滴加沉淀剂至混合液的pH值为9～10，最后煅烧沉淀产物。2.根据权利要求1所述的一步纺弹力复合丝的制备方法，其特征在于，所述带三甲硅基侧基的二元醇的合成步骤如下：(1)按1:5～10:10～15的摩尔比将原料烯、过乙酸和二氯甲烷混合，在35～40℃的温度条件下反应5～8h，反应时伴以搅拌，反应结束后去除溶剂，经提纯和精制得到三甲硅基丙烯环氧化物；(2)将水、浓硫酸和三甲硅基丙烯环氧化物混合，在搅拌条件下水浴加热至80～85℃，保温反应l0～15min，反应结束后冷却至室温，经中和、蒸馏、分离和提纯得到带三甲硅基侧基的二元醇，所述浓硫酸为质量浓度70％的硫酸，反应开始时，三甲硅基丙烯环氧化物与水的摩尔比为1:20～40，浓硫酸的质量占混合物质量之和的0.1～0.15％；所述带三甲硅基侧基的二元醇的结构式中R为-CH(CH3)-和-C((CH3)2)-时，所述原料烯对应为3-三甲硅基-3-甲基丙烯和3-三甲硅基-3,3-二甲基丙烯。3.根据权利要求2所述的一步纺弹力复合丝的制备方法，其特征在于，所述含Ca2+的溶液的浓度为2～3wt％，溶剂为水，溶液中的阴离子为NO3-；所述含Bi3+的溶液为浓度20～25wt％的Bi2O3的溶液，溶剂为硝酸；所述沉淀剂为浓度2mol/L的氨水；沉淀开始时，混合液中Ca2+与Bi3+的摩尔比为5～8:100；所述煅烧前对沉淀产物进行洗涤和干燥，干燥的温度为105～110℃，时间为2～3h；所述煅烧的过程为：首先升温至400℃后保温2～3h，然后升温至700℃后保温1～2h，最后在空气中冷却；Bi2O3在掺杂改性后进行粉碎得到平均粒径小于0.5微米的粉体。4.根据权利要求3所述的一步纺弹力复合丝的制备方法，其特征在于，所述粘度较低的改性聚酯的制备步骤如下：(1)酯化反应；将对苯二甲酸、1,4-丁二醇和带三甲硅基侧基的二元醇配成浆料后，加入掺杂改性的Bi2O3粉体、消光剂和稳定剂混合均匀后，进行酯化反应，酯化反应在氮气氛围中...

【专利技术属性】
技术研发人员：王山水，汤方明，王永锋，
申请(专利权)人：江苏恒力化纤股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32