一种吸湿排汗聚酯纤维及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种吸湿排汗聚酯纤维及其制备方法，制备方法为：采用H形喷丝板按FDY工艺由改性聚酯熔体制得改性聚酯FDY丝，即得吸湿排汗聚酯纤维；改性聚酯的制备方法为：将对苯二甲酸、乙二醇、带叔丁基侧基的己二醇和掺杂改性的ZrO2粉体混合均匀后先后进行酯化反应和缩聚反应；带叔丁基侧基的己二醇的结构式如下：

A hygroscopic sweat-removing polyester fiber and its preparation method

The invention relates to a moisture absorption and sweating polyester fiber and a preparation method thereof. The preparation method is as follows: the modified polyester FDY filament is obtained by using H-shaped spinneret and modified polyester melt system according to FDY process, and the moisture absorption and sweating polyester fiber is obtained; the preparation method of the modified polyester is as follows: mixing phthalic acid, ethylene glycol, hexanediol with tertiary butyl side group and doped ZrO 2 powder evenly and then proceeding. Esterification and condensation reactions; the structure of hexanediol with tert-butyl side group is as follows:

【技术实现步骤摘要】
一种吸湿排汗聚酯纤维及其制备方法
本专利技术属于聚酯纤维
，涉及一种吸湿排汗聚酯纤维及其制备方法。
技术介绍
聚酯纤维的结晶度高、强度好和稳定性好，且耐热、耐光、耐酸碱、耐氧化及耐摩擦等性能优良，早以成为一种常用的天然纤维的替代品，被广泛应用在服装等诸多领域。随着人们生活水平的提高，服装面料的舒适、健康、安全和环保等性能逐渐成为消费者选购服装的关键因素。随着人们的户外活动需求越来越多，运动休闲服装逐渐成为了市场的主流品类，越来越受广大消费者的欢迎。舒适性是休闲运动服装的一个重要评价指标，这不仅仅对服装面料的柔软性及服帖性有要求，这还对服装面料的吸湿排汗性能提出了较高的要求，需要保证在人体出汗的情况下，服装不会黏贴皮肤而产生湿冷感。而聚酯(PET)纤维分子主链中没有亲水性基团，属于疏水性纤维，其吸湿排汗性能较差，易产生静电，舒适性一般。因此需对聚酯纤维的物理和化学改性，提高聚酯织物的透气性和吸湿性，减少表面静电，提高穿着的舒适性。其中对纤维进行物理改性是目前最为常见的透气吸湿处理办法，其主要是通过提高纤维的表面吸附来实现的。目前最为常见的纤维物理改性办法是纤维截面异形化，研究表面十字形、H形等异形截面纤维相比于常规的圆形纤维能够得到提高表面吸附性能，纤维愈细，纤维内部缝隙愈多，表面愈呈现微细的凹凸状态，纤维截面异形度愈大，则纤维的比表面积愈大，吸湿能力愈强。虽然目前的异形截面聚酯纤维的吸湿排汗性能较好，但其仍存在染色性能差和回收处理两大问题。其染色性能差的原因在于，涤纶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，且其分子排列相当紧密，导致涤纶纤维的上染难度较大，此外，常规PET纤维的染色一般采用分散染料染色，通常需要在高温(大于130℃)高压下进行染色，此法除了增加工艺上的复杂度之外，对设备要求较高，生产成本高，染色性能差。其回收处理困难在于，PET结构致密、结晶度高，其自然降解时间较长(PET的分解周期为16～48年)，耗时耗力，根本满足不了待处理量极其巨大的PET废弃物的处理需求。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吸湿排汗聚酯纤维具有现实意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是现有技术染色性能较差、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、染色成本低廉且自然降解速率快的吸湿排汗聚酯纤维及其制备方法。为了达到上述目的，本专利技术采用了如下的技术方案：一种吸湿排汗聚酯纤维的制备方法，采用H形喷丝板按FDY工艺由改性聚酯熔体制得改性聚酯FDY丝，即得吸湿排汗聚酯纤维；所述改性聚酯的制备方法为：将对苯二甲酸、乙二醇、带叔丁基侧基的己二醇和掺杂改性的ZrO2粉体混合均匀后先后进行酯化反应和缩聚反应带叔丁基侧基的己二醇的结构式如下：式中，R为-H、-CH2CH3或-C(CH3)3；ZrO2掺杂改性的过程为：首先将含金属离子Mx+的溶液与含Zr4+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；金属离子Mx+为Mg2+、Li+和Zn2+中的一种以上。本专利技术在改性聚酯分子链中引入带叔丁基侧基的己二醇链段，带叔丁基侧基的己二醇中叔丁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，导致改性聚酯的空洞自由体积增大。空洞自由体积的增大将降低染料、空气或水等分子进入聚酯内部的难度，提高改性聚酯的染色性能(上染率)和自然降解速率，降低染色温度，缩短染色的时间，减少能耗。本专利技术还通过先溶液共混再共沉淀再煅烧的方法实现了金属氧化物(氧化镁、氧化锂和氧化锌中的一种以上)与ZrO2的掺杂，进而对ZrO2的氧还原催化过程产生影响，提升了聚酯的降解速率。由于本专利技术选用了离子电导率高的ZrO2作为氧还原催化剂基材，其通过掺杂低价态的金属离子(Mg2+、Li+及Zn2+)能够获得稳定的立方相，同时在一定程度上，掺杂离子半径越接近被掺杂的离子半径，越有利于氧空位的形成，越有利于氧离子的传导，本专利技术选择掺杂与Zr4+离子半径相同的金属离子(Mg2+、Li+及Zn2+，离子半径均为0.103nm)对其进行掺杂，这能够提高氧离子的传导速率，进而提高氧还原反应的程度。本专利技术引入的掺杂改性的ZrO2粉体和带叔丁基侧基的己二醇还能起到协同作用，掺杂改性的ZrO2粉体，提高了氧离子的传导速率，进而提高氧还原反应的程度，有利于降解反应的进行，聚酯的空洞自由体积的增大，有利于氧和水的渗透，提高了聚酯内部氧原子的浓度，进一步促进了氧还原反应的进行，因而进一步提高了降解速率。作为优选的技术方案：如上所述的一种吸湿排汗聚酯纤维的制备方法，所述带叔丁基侧基的己二醇的合成方法为：首先，按原料A与硫酸的摩尔比为1.5～2:1的比例将浓度为300～350g/L的原料A溶液和浓度为200～300g/L的稀硫酸溶液混合加入阴极电解池中，然后，将混合液冷却至10～15℃，接着进行电解还原至原料A的浓度低于10wt％，最后进行冷却结晶、分离和提纯；R为-H、-CH2CH3和-C(CH3)3时，原料A分别对应为2,2-甲基丙醛、2,2-二甲基3-戊酮和2,24,4-四甲基3-戊酮。如上所述的一种吸湿排汗聚酯纤维的制备方法，所述含金属离子Mx+的溶液的浓度为1～2wt％，溶剂为水，溶液中的阴离子为NO3-；所述含Zr4+的溶液为浓度20～25wt％的ZrO2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，混合液中金属离子Mx+与Zr4+的摩尔比为5～8:100，本专利技术金属离子Mx+与Zr4+的摩尔比并不限于此，本领域技术人员可根据实际情况进行调整，但调整幅度不宜过大，这是因为催化剂中ZrO2是主体，金属离子Mx+的引入是围绕ZrO2展开的，目的是提高氧离子的传导速率，进而提高氧还原反应的程度，若摩尔比过大会主次不分，过少则对提高氧离子的传导速率作用不足；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；ZrO2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。如上所述的一种吸湿排汗聚酯纤维的制备方法，所述改性聚酯的数均分子量为25000～30000，分子量分布指数为1.8～2.2；所述改性聚酯的制备步骤如下：(1)酯化反应；将对苯二甲酸、乙二醇和带叔丁基侧基的己二醇配成浆料，加入掺杂改性的ZrO2粉体、催化剂、消光剂和稳定剂混合均匀后，在氮气氛围中加压进行酯化反应，加压压力为常压～0.3MPa，酯化反应的温度为250～260℃，当酯化反应中的水馏出量达到理论值的90％以上时为酯化反应终点；(2)缩聚反应；酯化反应结束后，在负压条件下开始低真空阶段的缩聚反应，该阶段压力在30～50min内由常压平稳抽至绝对压力500Pa以下，反应温度为250～260℃，反应时间为30～50min，然后继续抽真空，进行高真空阶段的缩聚反应，使反应压力进一步降至绝对压力100Pa以下，反应温度为270～275℃，反应时间为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种吸湿排汗聚酯纤维的制备方法，其特征是：采用H形喷丝板按FDY工艺由改性聚酯熔体制得改性聚酯FDY丝，即得吸湿排汗聚酯纤维；所述改性聚酯的制备方法为：将对苯二甲酸、乙二醇、带叔丁基侧基的己二醇和掺杂改性的ZrO2粉体混合均匀后先后进行酯化反应和缩聚反应；带叔丁基侧基的己二醇的结构式如下：

【技术特征摘要】
1.一种吸湿排汗聚酯纤维的制备方法，其特征是：采用H形喷丝板按FDY工艺由改性聚酯熔体制得改性聚酯FDY丝，即得吸湿排汗聚酯纤维；所述改性聚酯的制备方法为：将对苯二甲酸、乙二醇、带叔丁基侧基的己二醇和掺杂改性的ZrO2粉体混合均匀后先后进行酯化反应和缩聚反应；带叔丁基侧基的己二醇的结构式如下：式中，R为-H、-CH2CH3或-C(CH3)3；ZrO2掺杂改性的过程为：首先将含金属离子Mx+的溶液与含Zr4+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；金属离子Mx+为Mg2+、Li+和Zn2+中的一种以上。2.根据权利要求1所述的一种吸湿排汗聚酯纤维的制备方法，其特征在于，所述带叔丁基侧基的己二醇的合成方法为：首先，按原料A与硫酸的摩尔比为1.5～2:1的比例将浓度为300～350g/L的原料A溶液和浓度为200～300g/L的稀硫酸溶液混合加入阴极电解池中，然后，将混合液冷却至10～15℃，接着进行电解还原至原料A的浓度低于10wt％，最后进行冷却结晶、分离和提纯；R为-H、-CH2CH3和-C(CH3)3时，原料A分别对应为2,2-甲基丙醛、2,2-二甲基3-戊酮和2,24,4-四甲基3-戊酮。3.根据权利要求2所述的一种吸湿排汗聚酯纤维的制备方法，其特征在于，所述含金属离子Mx+的溶液的浓度为1～2wt％，溶剂为水，溶液中的阴离子为NO3-；所述含Zr4+的溶液为浓度20～25wt％的ZrO2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，混合液中金属离子Mx+与Zr4+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；ZrO2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所述的一种吸湿排汗聚酯纤维的制备方法，其特征在于，所述改性聚酯的数均分子量为25000～30000，分子量分布指数为1.8～2.2；所述改性聚酯的制备步骤如下：(1)酯化反应；将对苯二甲酸、乙二醇和带叔丁基侧基的己二醇配成浆料，加入掺杂改性的ZrO2粉体、催化剂、消光剂和稳定剂混合均匀后，在氮气氛围中加压进行酯化反应，加压压力为常压～0.3MPa，酯化反应的温度为250～260℃，当酯化反应中的水馏出量达到理论值的90％以上时为酯化反应终点；(2)缩聚反应；酯化反...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹立新，熊克，张元华，
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