一种阳离子可染聚酯纤维及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种阳离子可染聚酯纤维及其制备方法，制备方法为：按FDY工艺由阳离子改性聚酯熔体制得阳离子改性聚酯FDY丝即阳离子可染聚酯纤维；阳离子改性聚酯的分子链包括对苯二甲酸链段、乙二醇链段、间苯二甲酸磺酸钠链段和带叔丁基侧基的二元醇链段，带叔丁基侧基的二元醇的结构式如下：

\u4e00\u79cd\u9633\u79bb\u5b50\u53ef\u67d3\u805a\u916f\u7ea4\u7ef4\u53ca\u5176\u5236\u5907\u65b9\u6cd5

The invention relates to a cationic dyeable polyester fiber and a preparation method thereof. The preparation method is as follows: cationic modified polyester FDY filament, i.e. cationic dyeable polyester fiber, is prepared by cationic modified polyester melt system according to FDY process; the molecular chain of cationic modified polyester includes terephthalic acid chain, ethylene glycol chain, sodium isophthalate chain and dibasic alcohol chain with tert-butyl side group. The structure of dibasic alcohols with tert-butyl side groups is as follows:

【技术实现步骤摘要】
一种阳离子可染聚酯纤维及其制备方法
本专利技术属于聚酯纤维
，涉及一种阳离子可染聚酯纤维及其制备方法。
技术介绍
涤纶是我国聚酯纤维的商品名称，是合成纤维中的一个重要品种，是对苯二甲酸(PTA)或对苯二甲酸二甲酯(DMT)和乙二醇(EG)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(PET)，再经纺丝和后处理制成的纤维。随着人类生活水平的不断提高，服装及装饰等领域对纤维的品质提出了更高的要求。为适应人们不断提高的需求，开发具有高附加值的差异化产品刻不容缓。由于涤纶属于疏水性纤维，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，涤纶纤维的染色性能不佳。此外，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，其分子排列相当紧密，这进一步增大了涤纶纤维的上染难度。目前常规涤纶(PET)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涤纶纤维的应用。为克服这一困难，对涤纶进行改性在涤纶分子中加入SIPE(间苯二甲酸乙二醇酯磺酸钠)在分子链中引入可用阳离子染料进行染色的极性基团磺酸钠制得了阳离子可染聚酯。目前阳离子可染聚酯己成为改性聚酯的第一大品种。然而，阳离子改性聚酯欲得到理想的染色性能需要加入较多的第三单体间苯二甲酸乙二醇酯磺酸钠，间苯二甲酸乙二醇酯磺酸钠的加入量一般为对苯二甲酸加入量的2-3mol％(摩尔百分比)左右，其加入量较大，第三单体的引入，会生成凝聚粒子并与金属离子反应生成沉淀物，同时聚合物的生产过程中引发的副反应较多，使沉淀物成分复杂难以去除，造成阳离子改性聚酯的可纺性较差，纺丝过程中纺丝组件更换时间短，纤维的技术指标稳定性不够优异。此外，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，涤纶纤维废弃不易处理，会给环境间接造成危害。目前涤纶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PET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PET结构致密、结晶度高，自然降解时间很长(常规涤纶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PET废弃物处理领域的应用。因此，开发一种间苯二甲酸乙二醇酯磺酸钠添加量低且自然降解速率快的阳离子可染聚酯纤维极具现实意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是现有技术间苯二甲酸乙二醇酯磺酸钠添加量高且降解速率慢的缺陷，提供一种间苯二甲酸乙二醇酯磺酸钠添加量低且自然降解速率快的阳离子可染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：一种阳离子可染聚酯纤维的制备方法，按FDY工艺由阳离子改性聚酯熔体制得阳离子改性聚酯FDY丝，即得阳离子可染聚酯纤维；所述阳离子改性聚酯的制备方法为：将对苯二甲酸、乙二醇、间苯二甲酸乙二醇酯磺酸钠、带叔丁基侧基的二元醇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醇的结构式如下：式中，R为-H、-CH2CH3、-CH(CH3)2或-C(CH3)3；固体杂多酸高温焙烧的温度为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。带叔丁基侧基的二元醇能够增大阳离子改性聚酯的空洞自由体积，有利于染料分子的进入，进而提升纤维的染色效果，使得第三单体的加入量降低，阳离子改性聚酯的可纺性提升，阳离子改性聚酯纤维的性能提升，如用短支链取代基或长支链取代基替换叔丁基，则效果会显著降低，因为短支链取代基(如甲基、乙基等基团)相对于叔丁基占据的空间位置较小，获得的自由体积较小，不利于染料分子的进入；长支链取代基相对于叔丁基，一方面长支链取代基增大的是狭缝自由体积，叔丁基增大的是空洞自由体积，狭缝自由体积的体积小于空洞自由体积，同时由于其较为狭长，不利于结构较大的染料分子进入，另一方面，长支链取代基的刚性小于叔丁基，分子链之间非常容易发生缠结，导致自由体积增大较小。此外，空洞自由体积的增大，有利于空气或水等分子进入阳离子改性聚酯内部，一定程度上提高了阳离子改性聚酯的自然降解速率。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。本专利技术引入的带叔丁基侧基的二元醇和固体杂多酸还能起到协同作用，固体杂多酸，使得羰基的氧质子化加剧，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。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本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种阳离子可染聚酯纤维的制备方法，其特征是：按FDY工艺由阳离子改性聚酯熔体制得阳离子改性聚酯FDY丝，即得阳离子可染聚酯纤维；所述阳离子改性聚酯的制备方法为：将对苯二甲酸、乙二醇、间苯二甲酸乙二醇酯磺酸钠、带叔丁基侧基的二元醇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醇的结构式如下：

【技术特征摘要】
1.一种阳离子可染聚酯纤维的制备方法，其特征是：按FDY工艺由阳离子改性聚酯熔体制得阳离子改性聚酯FDY丝，即得阳离子可染聚酯纤维；所述阳离子改性聚酯的制备方法为：将对苯二甲酸、乙二醇、间苯二甲酸乙二醇酯磺酸钠、带叔丁基侧基的二元醇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醇的结构式如下：式中，R为-H、-CH2CH3、-CH(CH3)2或-C(CH3)3；固体杂多酸高温焙烧的温度为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所述的一种阳离子可染聚酯纤维的制备方法，其特征在于，所述带叔丁基侧基的二元醇的合成步骤如下：(1)按异丁醇与氢氧化钾的摩尔比为5～6:1的比例将氢氧化钾水溶液和异丁醇混合，在100～110℃的温度条件下反应4～5h制得异丁醇钾，反应时伴以搅拌，氢氧化钾水溶液的质量浓度为40～50％；(2)去除(1)的体系内的杂质并降至常温后，按异丁醇钾与二甲苯的摩尔比为1.3～1.5:2.0～3.0的比例向(1)的体系内加入二甲苯，冷却至0～5℃；(3)向(2)的体系内加入3-甲基-3-羟基丁炔和M后，在25～35℃的温度条件下反应3h，再进行冷却结晶、离心分离和干燥得到辛炔二醇，反应开始时，3-甲基-3-羟基丁炔、M与二甲苯的摩尔比为1:1.2～1.3:2.0～3.0；(4)按2～3:10:0.01～0.03的重量比将辛炔二醇、乙醇和钯催化剂混合，在40～50℃的温度条件下反应50～60min，反应过程中持续通入氢气，反应结束后进行分离和提纯得到带叔丁基侧基的二元醇；所述带叔丁基侧基的二元醇的结构式中R为-H、-CH2CH3、-CH(CH3)2和-C(CH3)3时，M分别对应为2,2-二甲基丙醛、2,2-二甲基-3-戊酮、2,2,4-三甲基-3-戊酮和2,2,4,4-四甲基-3-戊酮。3.根据权利要求2所述的一种阳离子可染聚酯纤维的制备方法，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所述的一种阳离子可染聚酯纤维的制备方法，其特征在于，所述阳离子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、间苯二甲酸乙二醇酯磺酸钠和带叔丁基侧基的二元醇配成浆料，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2...

【专利技术属性】
技术研发人员：王丽丽，王小雨，汤方明，
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