一种亲水性聚酯的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种亲水性聚酯的制备方法，制备方法为：先将PTA、EG和聚酯钛系催化剂复合材料体系混合后进行酯化反应，再向其中加入A和B后依次进行酯化反应和缩聚反应制得亲水性聚酯，A为纤维素酶或山梨醇，B为PEG；PEG为PEG‑2000、PEG‑4000或者PEG‑6000；聚酯钛系催化剂复合材料体系主要由聚合度为5～30的聚酯预聚体以及分散在聚酯预聚体中的片状钛系聚酯催化剂组成。本发明专利技术通过采用聚合度为5～30的聚酯预聚体包裹催化剂，有效避免了团聚；同时本发明专利技术在聚酯合成过程中能呈现出高分散性；本发明专利技术的催化剂既可以在酯化反应前加入，也可以在酯化反应后加入。

A preparation method of hydrophilic polyester

【技术实现步骤摘要】
一种亲水性聚酯的制备方法
本专利技术属于功能聚酯
，涉及一种亲水性聚酯的制备方法。
技术介绍
聚酯及聚酯纤维从1970年起步入大规模工业化生产，发展速度极快，特别是在中国，约占世界聚酯纤维产量的70％。聚酯纤维的物理机械性能如强力、耐磨性、回弹性和尺寸稳定性均能较好，能满足各种用途的需要。但是目前的聚酯纤维大多都是疏水性纤维，回潮率只有0.4％，水接触角为81.3°，在高湿高温状态，会有闷热感，湿热状态下，由于人与衣服的摩擦力增大，沉重感也随之增加，同时亲水性能的不良会给织造带来一系列问题。当钛系催化剂应用于直接酯化、连续缩聚PET工艺具有环保、安全、高效率以及大幅度降低合成和纺丝过程温度及降低能耗，同时使纤维的物理机械性能更均匀，生产过程稳定性提高，提高了物料利用率。已商品化的钛系催化剂，包括两个大类：1)催化剂与乙二醇的复配/分散液，呈液态，如：乙二醇钛纳米颗粒的乙二醇分散液(其中引入了调色剂如醋酸钴)、引入P、S、N等杂化成分的钛酸酯/乙二醇混合液、钛磷络合物的乙二醇分散液或钛-锂复配物的乙二醇分散液，上述催化剂的长期稳定性和分散性能不佳，因此其在运输和储存过程中会发生团聚和颗粒变大现象，还会因水解而影响催化活性，容易变质，更会在合成聚酯的高温下发生更大程度的水解反应而破坏催化剂的催化活性；2)催化剂的固体粉末，通过应用时配制乙二醇分散液引入聚酯合成体系，一般会通过引入一定比例的Si元素调控钛元素的催化活性，且设计颗粒尺寸为微米级，以抑制颗粒的团聚，但上述催化剂仍存在下述缺点：其一，因为在引入其他元素如Si元素的化合物时无疑会进一步增加固体催化剂的粒径，催化剂粒径较大，分散性不佳；其二，为了改善固体类催化剂的分散效果，其表面改性等方法，工艺复杂，成本较高；其三，其在合成聚酯的高温下会发生大程度的水解反应而破坏催化剂的催化活性。因此，研究一种分散性好且既可以在酯化反应阶段加入也可以在缩聚反应阶段加入的钛系催化剂，进而由其制备得到亲水性聚酯的方法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聚酯催化剂分散性差以及只能在缩聚反应阶段加入的缺陷，提供一种亲水性聚酯的制备方法，通过采用聚合度为5～30的聚酯预聚体包裹催化剂，有效避免了团聚；同时本专利技术的聚酯预聚体为制备聚酯高聚物的中间体，其与高聚物合成的中间体系有着本征的良好相容性，在聚酯合成过程中能呈现出高分散性。为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种亲水性聚酯的制备方法，先将PTA、EG和聚酯钛系催化剂复合材料体系混合后进行酯化反应，再向其中加入A和B后依次进行酯化反应和缩聚反应制得亲水性聚酯，A为纤维素酶或山梨醇，B为PEG；PEG为PEG-2000、PEG-4000或者PEG-6000；聚酯钛系催化剂复合材料体系主要由聚合度为5～30的聚酯预聚体以及分散在聚酯预聚体中的片状钛系聚酯催化剂组成。采用传统聚合工艺制备亲水性聚酯时，催化剂由于分散性能不佳在加入反应釜之前往往容易发生团聚，导致影响催化活性，容易变质，为了避免催化剂团聚，一般采用的方法为通过引入一定比例的Si元素调控钛元素的催化活性，且设计颗粒尺寸为微米级，以抑制颗粒的团聚，然而这些方法存在以下问题：1)因为在引入其他元素如Si元素的化合物时无疑会进一步增加固体催化剂的粒径，催化剂粒径较大，分散性不佳；2)为了改善固体类催化剂的分散效果，其表面改性等方法，工艺复杂，成本较高；3)其在合成聚酯的高温下会发生大程度的水解反应而破坏催化剂的催化活性；本专利技术通过采用聚合度为5～30的聚酯预聚体包裹催化剂，有效避免了团聚，解决了上述问题，聚酯预聚体的熔点较高，在聚酯合成过程中，其只会在较高温度下熔融而释放出催化剂，从而可避免其在运输或储存中过程中的二次团聚现象，同时本专利技术的聚酯预聚体为制备聚酯高聚物的中间体，其与高聚物合成的中间体系有着本征的良好相容性，因此其在聚酯合成过程中能呈现出高分散性；此外，采用传统聚合工艺制备聚酯时，催化剂一般是在酯化反应结束后加入到预缩聚釜中的，主要原因是在高温的酯化反应及其生成水的作用下，易于水解而使得催化活性降低乃至丧失，然而催化剂虽然主要发挥的是缩聚催化作用，但是其自身还具有酯化催化作用，在酯化反应结束后加入使得不能发挥酯化催化作用，不能充分发挥催化剂的效用；本专利技术的催化剂既可以在酯化反应阶段加入，也可以在酯化反应后加入，既能发挥酯化催化作用，也能发挥缩聚催化作用，主要原因是本专利技术的催化剂为片状钛系聚酯催化剂，其具有优良的耐水解性能，作为负载基体的聚合度为5～30的聚酯预聚体能够在其加入聚合体系之前避免催化剂的团聚，解决分散性差的问题，同时能够在酯化反应过程中熔融，释放出催化剂，使其能够发生酯化催化作用。作为优选的技术方案：如上所述的一种亲水性聚酯的制备方法，具体步骤如下：(1)将PTA、EG和聚酯钛系催化剂复合材料体系混合后进行第一酯化反应得到第一酯化产物，第一酯化反应在氮气氛围下进行，压力为100～400KPa，温度为225～250℃，时间为0.5～4h；本专利技术酯化反应的温度较低，主要原因是在传质条件较好的前提下，本专利技术的钛系催化剂的高活性可以得到充分的发挥，酯化速度更快，因而所需的酯化反应温度也相对较低；(2)将第一酯化产物、A和B混合后进行第二酯化反应得到第二酯化产物，第二酯化反应反应的压力为10～100KPa，温度为250～260℃，时间为0.5～1h；(3)将第二酯化产物进行预缩聚反应得到预缩聚产物，预缩聚反应的压力为100～0.1KPa，温度为260～270℃，时间为0.5～2h；(4)将预缩聚产物进行终缩聚反应得到亲水性聚酯熔体，终缩聚反应的压力为150～200Pa，温度为270～290℃，时间为1～2h；(5)将亲水性聚酯熔体进行冷却和切粒制得亲水性聚酯切片。如上所述的一种亲水性聚酯的制备方法，步骤(1)中，PTA和EG的摩尔比为1:1.1～1:1.6，以钛元素的质量计，第一酯化反应过程中聚酯钛系催化剂复合材料体系中含有的片状钛系聚酯催化剂的加入量相当于亲水性聚酯理论质量的3～8ppm；传统工艺中，钛系催化剂因为分散性和不耐水解的问题，加入量相当于亲水性聚酯理论质量的20ppm左右，对比可以看出，本专利技术显著降低了催化剂的加入量，主要原因是本专利技术的聚酯钛系催化剂复合材料只会在较高温度下熔融而释放出钛系催化剂，因而能够减小乃至避免储存运输过程中含有的水引起的钛系催化剂水解反应，同时本专利技术催化剂为片状钛系聚酯催化剂，其具有优良的耐水解性能，能够避免酯化反应产生的水引起的水解反应；步骤(2)中，A的加入量为步骤(1)中PTA加入量的0.1～2mol％，B的加入量为步骤(1)中PTA加入量的0.018～0.2mol％；步骤(4)中，亲水性聚酯熔体的特性粘度为0.50～0.85dL/g，从亲水性聚酯熔体中取样得到的亲水性聚酯树脂的色度L值为86～90，b值为5.0～5本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种亲水性聚酯的制备方法，其特征是：先将PTA、EG和聚酯钛系催化剂复合材料体系混合后进行酯化反应，再向其中加入A和B后依次进行酯化反应和缩聚反应制得亲水性聚酯，A为纤维素酶或山梨醇，B为PEG；/nPEG为PEG-2000、PEG-4000或者PEG-6000；/n聚酯钛系催化剂复合材料体系主要由聚合度为5～30的聚酯预聚体以及分散在聚酯预聚体中的片状钛系聚酯催化剂组成。/n

【技术特征摘要】
1.一种亲水性聚酯的制备方法，其特征是：先将PTA、EG和聚酯钛系催化剂复合材料体系混合后进行酯化反应，再向其中加入A和B后依次进行酯化反应和缩聚反应制得亲水性聚酯，A为纤维素酶或山梨醇，B为PEG；
PEG为PEG-2000、PEG-4000或者PEG-6000；
聚酯钛系催化剂复合材料体系主要由聚合度为5～30的聚酯预聚体以及分散在聚酯预聚体中的片状钛系聚酯催化剂组成。


2.根据权利要求1所述的一种亲水性聚酯的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
(1)将PTA、EG和聚酯钛系催化剂复合材料体系混合后进行第一酯化反应得到第一酯化产物，第一酯化反应在氮气氛围下进行，压力为100～400KPa，温度为225～250℃，时间为0.5～4h；
(2)将第一酯化产物、A和B混合后进行第二酯化反应得到第二酯化产物，第二酯化反应反应的压力为10～100KPa，温度为250～260℃，时间为0.5～1h；
(3)将第二酯化产物进行预缩聚反应得到预缩聚产物，预缩聚反应的压力为100～0.1KPa，温度为260～270℃，时间为0.5～2h；
(4)将预缩聚产物进行终缩聚反应得到亲水性聚酯熔体，终缩聚反应的压力为150～200Pa，温度为270～290℃，时间为1～2h；
(5)将亲水性聚酯熔体进行冷却和切粒制得亲水性聚酯切片。


3.根据权利要求2所述的一种亲水性聚酯的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，PTA和EG的摩尔比为1:1.1～1:1.6，以钛元素的质量计，第一酯化反应过程中聚酯钛系催化剂复合材料体系中含有的片状钛系聚酯催化剂的加入量相当于亲水性聚酯理论质量的3～8ppm；
步骤(2)中，A的加入量为步骤(1)中PTA加入量的0.1～2mol％，B的加入量为步骤(1)中PTA加入量的0.018～0.2mol％；
步骤(4)中，亲水性聚酯熔体的特性粘度为0.50～0.85dL/g，亲水性聚酯树脂的色度L值为86～90，b值为5.0～5.5；
步骤(5)中，亲水性聚酯切片的表面接触角为40～65°。


4.根据权利要求1所述的一种亲水性聚酯的制备方法，其特征在于，所述聚酯预聚体中还含有稳定剂和调色剂，聚酯钛系催化剂复合材料体系中片状钛系聚酯催化剂、稳定剂和调色剂的质量含量分别为0.5～20wt％、5～15wt％和0.5～8wt％。


5.根据权利要求4所述的一种亲水性聚酯...

【专利技术属性】
技术研发人员：詹伟东，孙宾，刘萍，
申请(专利权)人：上海慧翌新材料科技有限公司，东华大学，
类型：发明
国别省市：上海;31