一种易染聚酯FDY纤维及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种易染聚酯FDY纤维及其制备方法，制备方法为：按FDY工艺由改性聚酯熔体制得改性聚酯FDY丝即易染聚酯FDY纤维，改性聚酯的制备方法为：将对苯二甲酸、乙二醇、带叔丁基侧基的二元酸和经过高温焙烧的固体杂多酸粉体混合均匀后先后进行酯化反应和缩聚反应，带叔丁基侧基的二元酸为5‑叔丁基‑1,3‑苯二甲酸、2‑叔丁基‑1,6‑己二甲酸、3‑叔丁基‑1,6‑己二甲酸或2,5‑二叔丁基‑1,6‑己二甲酸。制得产品在120℃的温度条件下的上染率为87.7～92.2％，K/S值为22.54～25.87。本发明专利技术制备方法简单，成本低廉，提高了聚酯的水解速率，改善了聚酯纤维的染色性能。

A Dyeable Polyester FDY Fiber and Its Preparation Method

The invention relates to a dyeable polyester FDY fiber and a preparation method thereof. The preparation method is as follows: the modified polyester FDY filament, i.e. the dyeable polyester FDY fiber, is obtained from the modified polyester melt system according to the FDY process. The preparation method of the modified polyester is as follows: the mixture of terephthalic acid, ethylene glycol, dibasic acid with tert-butyl side group and the solid heteropoly acid powder roasted at high temperature is uniform, and then esterification reaction and esterification are In polycondensation, dibasic acids with tert-butyl side groups are 5 tert-butyl 1,3 tert-butyl phthalic acid, 2 tert-butyl 1,6 hexadecanoic acid, 3 tert-butyl 1,6 hexadecanoic acid or 2,5 tert-butyl 1,6 hexanedicarboxylic acid. The dyeing rate of the product was 87.7-92.2% and the K/S value was 22.54-25.87. The preparation method of the invention has the advantages of simple preparation method, low cost, improved hydrolysis rate of polyester and improved dyeing performance of polyester fibers.

【技术实现步骤摘要】
一种易染聚酯FDY纤维及其制备方法
本专利技术属于聚酯纤维
，涉及一种易染聚酯FDY纤维及其制备方法。
技术介绍
聚酯(PET)纤维生产规模的不断扩大与发展，使得聚酯纤维及其产品在很多领域中得到了广泛的应用，尤其是服装、箱包和产业用等领域。随着经济的不断发展和人民生活的提高，人们对箱包和服装面料的要求越来越高，这就对聚酯纤维的性能提出了更高的要求。涤纶长丝是以精对苯二甲酸或对苯二甲酸二甲酯和乙二醇为原料，经酯化或酯交换和缩聚反应而制得的成纤高聚物—聚对苯二甲酸乙二醇酯，经纺丝和后处理制成的纤维。按生产方式可分初生丝、拉伸丝和变形丝，目前市场主要品种有预取向丝POY、全拉伸丝FDY和拉伸变形丝DTY。FDY全牵伸丝是在POY高速纺丝中引入拉伸，将纺丝、拉伸和卷绕集为一体的一步法连续工艺制得的具有全取向结构的拉伸丝。FDY纤维相比POY纤维，有共同的高取向，但FDY的结晶度比POY高，前者可直接用于织造，后者必须经过后加工。PET纤维由于其规整的分子结构和较高的结晶度而具有优良的物理机械性能，但这同时也给PET纤维带来了染色的困难。分子结构中缺少能与染料发生键合的活性基团，只能利用分散染料进行染色。分散染料属于非离子型染料，分子尺寸较大，水溶性很低，加上PET纤维吸水性低，在水中不易膨化，所以用常规方法染色时，染料的分散质点难以从溶液进入纤维。即使在沸腾状态下上染率也很低。一般采用载体染色法或高温高压法，载体染色价格昂贵，并在技术和生态两个方面带来问题；载体的内增塑作用有利于染料在纤维内部的扩散，但残留的载体会使染料的耐光性变差，并引起污染。高温高压染色需使用特殊的耐压设备，且不适于大型连续化生产，而且耗能大，生产不安全。另外，随着PET产业的快速发展，虽然PET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，PET废弃物己成为全球性的环境污染有机物。目前，常见的对PET废弃物的处理方法有填埋、焚烧及回收利用，填埋和焚烧虽然是最简单的方法，对环境亦将造成一定的污染，降解回收是处理PET废弃物有效而科学的途径，但由于PET结构致密，结晶度高，自然降解时间很长，目前回收利用的比例还很小。基于环境意识的增强、资源节约及可持续性的需求，服用聚酯纤维的自然降解己成为我国科技工作者迫切需要解决的问题。因此，研究一种染色性能好、降解速率快且降解效果好的易染聚酯FDY纤维及其制备方法极具现实意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术中服用聚酯纤维染色性差、降解速率慢且降解效果差的缺陷，提供一种通过对聚酯进行改性来提高聚酯降解速率和降解效果以及染色性能的易染聚酯FDY纤维及其制备方法。为了达到上述目的，本专利技术采用如下的技术方案：一种易染聚酯FDY纤维的制备方法，按FDY工艺由改性聚酯熔体制得改性聚酯FDY丝，即得易染聚酯FDY纤维；所述改性聚酯的制备方法为：将对苯二甲酸、乙二醇、带叔丁基侧基的二元酸和经过高温焙烧的固体杂多酸粉体混合均匀后先后进行酯化反应和缩聚反应；带叔丁基侧基的二元酸为5-叔丁基-1,3-苯二甲酸、2-叔丁基-1,6-己二甲酸、3-叔丁基-1,6-己二甲酸或2,5-二叔丁基-1,6-己二甲酸；固体杂多酸粉体高温焙烧的温度为400～700℃，固体杂多酸为SiO2-TiO2、SiO2-ZrO2、B2O3-Al2O3、TiO2-ZnO和SiO2-CaO中的一种以上，高温焙烧的目的是除去聚酯中的杂质，在一定气氛和温度下使催化剂中间体(催化剂的前驱体到催化剂的过程中，前驱体发生氧化、还原等反应，催化剂中间体就指该过程中物质，成分不确定，为泛指)分解和活化，温度的设定主要满足的是催化剂中间体分解和活化条件，高温焙烧的温度可在适当范围内的进行调整，但调整幅度不宜过大，高温焙烧的温度过高部分SiO2会气化，影响到设定的配比，温度过低达不到催化剂中间体分解和活化的要求。本专利技术使用5-叔丁基-1,3-苯二甲酸、2-叔丁基-1,6-己二甲酸、3-叔丁基-1,6-己二甲酸或2,5-二叔丁基-1,6-己二甲酸对聚酯进行改性，容易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。分散染料是一类分子比较小且结构上不带水溶性基团的染料，其大多以颗粒形式存在，粒径在几百纳米到一微米之间，本专利技术改性聚酯开始染色时，聚酯大分子链中的侧基先于分子链开始运动，当染浴温度需提高到120℃时，侧基运动的剧烈程度大于分子链的，同时由于侧基叔丁基形成的空洞自由体积比分子链形成的狭缝自由体积更大，因此颗粒状染料向纤维内部的扩散速率提升显著，从而显著降低了染料分子、空气或水分子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，也在一定程度上提高了改性聚酯的自然降解性能。本专利技术在聚酯中引入固体杂多酸粉体以改善聚酯的自然降解性能。由于聚酯体系中的端羧基是聚酯水解最先发生的位置，羧基中的羟基氧原子上的未共用电子对与羰基的π电子共扼，发生电子的离域作用，离域的结果是氢氧键作用力减弱，使羧酸离解成负离子和质子，离解后生成的羧基负离子也由于电子的离域使羧基的负电荷平均分配于两个氧原子上，增加了羧基负离子的稳定性，有利于羧酸离解成离子。本专利技术通过在聚酯制备过程中引入固体杂多酸，固体杂多酸能够离解产生H+离子，H+离子能够进攻羧基负离子生成带正离子的四面体的中间体，使得羰基的氧质子化，氧上带正电荷，从而吸引羰基碳上的电子，使羰基碳具有正电性，从而更容易被碱性较弱的亲核试剂(比如H2O)进攻，亲核试剂进攻后，四面体的中间体的酰氧基发生断裂，分解成酸和醇，如此循环，羰基不断被破坏，大分子链不断断裂，端羧基含量不断增加，进一步促进了聚酯水解，提高了水解速率。固体杂多酸SiO2-TiO2具体制备过程为：按重量份计，首先，将1份二氧化硅粉体和50-60份水搅拌分散，逐滴加入2-3份浓度为4-5wt％的硫酸氧钛溶液，再用浓度为0.5-1.0mol/L的氢氧化钠溶液调节pH值至中性，接着用浓度为8-10wt％的硫酸调节pH值为8，陈化1-2h后，去离子水洗涤至无SO42-后抽滤，滤饼用无水乙醇多次洗涤，再置于干燥箱中在100℃温度条件下烘干，最后将样品分别在400℃-700℃下煅烧2-4h，得到固体杂多酸SiO2-TiO2。固体杂多酸SiO2-ZrO2具体制备过程为：按重量份计，首先，将1份的二氧化硅粉体和50-60份水搅拌分散，逐滴加入2-3份浓度为4-5wt％的硫酸锆溶液，再用浓度为0.5-1.0mol/L的氢氧化钠溶液调节pH值至中性，接着用浓度为8-10wt％的硫酸调节pH值为8，陈化1-2h后，去离子水洗涤至无SO42-后抽滤，滤饼用无水乙醇多次洗涤，再置于干燥箱中在100℃温度条件下烘干，最后将样品分别在400℃-700℃下煅烧2-4h，得到固体杂多酸SiO2-ZrO2。固体杂多酸B2O3-Al2O3具体制备过程为：按重量份计，首先，向1份的硼酸中逐滴加入2-3份浓度为4-5wt％硫酸铝溶液，再用浓度为0.5-1.0mol/L的氢氧化钠溶液调节pH值至中性，接着用浓度为8-10wt％的硫酸调本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种易染聚酯FDY纤维的制备方法，其特征是：按FDY工艺由改性聚酯熔体制得改性聚酯FDY丝，即得易染聚酯FDY纤维；所述改性聚酯的制备方法为：将对苯二甲酸、乙二醇、带叔丁基侧基的二元酸和经过高温焙烧的固体杂多酸粉体混合均匀后先后进行酯化反应和缩聚反应；带叔丁基侧基的二元酸为5‑叔丁基‑1,3‑苯二甲酸、2‑叔丁基‑1,6‑己二甲酸、3‑叔丁基‑1,6‑己二甲酸或2,5‑二叔丁基‑1,6‑己二甲酸；固体杂多酸粉体高温焙烧的温度为400～700℃，固体杂多酸为SiO2‑TiO2、SiO2‑ZrO2、B2O3‑Al2O3、TiO2‑ZnO和SiO2‑CaO中的一种以上。

【技术特征摘要】
1.一种易染聚酯FDY纤维的制备方法，其特征是：按FDY工艺由改性聚酯熔体制得改性聚酯FDY丝，即得易染聚酯FDY纤维；所述改性聚酯的制备方法为：将对苯二甲酸、乙二醇、带叔丁基侧基的二元酸和经过高温焙烧的固体杂多酸粉体混合均匀后先后进行酯化反应和缩聚反应；带叔丁基侧基的二元酸为5-叔丁基-1,3-苯二甲酸、2-叔丁基-1,6-己二甲酸、3-叔丁基-1,6-己二甲酸或2,5-二叔丁基-1,6-己二甲酸；固体杂多酸粉体高温焙烧的温度为400～700℃，固体杂多酸为SiO2-TiO2、SiO2-ZrO2、B2O3-Al2O3、TiO2-ZnO和SiO2-CaO中的一种以上。2.根据权利要求1所述的一种易染聚酯FDY纤维的制备方法，其特征在于，所述2-叔丁基-1,6-己二甲酸、3-叔丁基-1,6-己二甲酸和2,5-二叔丁基-1,6-己二甲酸的合成方法为：首先将钨酸和过氧化氢混合，在室温下搅拌10～15min，然后加入原料醇先在80～85℃的温度条件下反应1～2h，再升温至90～95℃反应2～3h，反应过程中，反应物始终处于回流状态，最后进行冷却结晶、洗涤和精制；反应开始时，钨酸、原料醇和过氧化氢的摩尔比为1:30～40:120～150；所述2-叔丁基-1,6-己二甲酸、3-叔丁基-1,6-己二甲酸和2,5-二叔丁基-1,6-己二甲酸对应的原料醇分别为2-叔丁基环己醇、4-叔丁基环己醇和2,4-二叔丁基环己醇。3.根据权利要求2所述的一种易染聚酯FDY纤维的制备方法，其特征在于，高温焙烧的时间为2～4h；SiO2-TiO2、SiO2-ZrO2、B2O3-Al2O3、TiO2-ZnO和SiO2-CaO中TiO2、ZrO2、Al2O3、ZnO和CaO的含量分别为30～50wt％、30～50wt％、20～40wt％、20～40wt％和20～50wt％；固体杂多酸在高温焙烧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所述的一种易染聚酯FDY纤维的制备方法，其特征在于，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二元酸配成浆料，加入经过高温焙烧的固体杂多酸粉体、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...

【专利技术属性】
技术研发人员：王丽丽，王小雨，胡景波，
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