一种PBAT纤维的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种PBAT纤维的制备方法，PBAT纤维纺丝时，依次经过冷却、集束、上油、牵伸和卷绕工序，冷却采用缓冷和强冷相结合的方式，冷却段包括缓冷段和强冷段；所述缓冷段是指在丝条冷却至110～130℃时，在10～15米的冷却甬道下，丝条冷却至50～70℃；所述强冷段是指在缓冷段结束后，将丝条冷却至室温，冷却风温为5～10℃。本发明专利技术通过对PBAT纺丝冷却过程进行优化，即当丝条冷却到结晶温度附近时，采用缓冷的方式，设定在PBAT结晶温度附近下进行保温，给予PBAT充分的结晶时间，使PBAT结晶完善，提高PBAT的结晶度，结晶度的提高可以避免PBAT纤维在集束、卷绕等过程中发生的丝条粘连现象，提高了PBAT纤维的品质。

【技术实现步骤摘要】
一种PBAT纤维的制备方法
本专利技术属高分子纤维制备
，涉及一种PBAT纤维及制备方法。
技术介绍
聚(己二酸丁二醇酯－对苯二甲酸丁二醇酯)(PBAT)作为一种新兴的生物可降解类共聚酯，主要是以1,4-丁二醇(BDO)、己二酸(AA)、对苯二甲酸(PTA)为原料制备得到。PBAT既具有PBT良好的热稳定性和力学性能，又兼具脂肪族聚酯良好的拉伸性和延展性，还可以在自然条件下降解为水，二氧化碳。PBAT可用于包装、医疗和农用薄膜等领域。作为性能优异的可降解塑料，PBAT同样可以用于纺织服装领域。但PBAT在纺丝过程中，因初生纤维结晶度低、玻璃化转变温度低、结晶速度慢因素造成的纤维粘连问题，致使纤维无法连续稳定成形，同时制品也存在在高温条件出现粘结，面料手感差等问题，严重制约了PBAT纤维的应用推广。影响纺丝成形稳定性的因素可归为两种，第一种为聚合物本身物性，主要是聚合物结晶度。影响聚合物结晶的因素有很多种，分子链的规整性是影响聚合物结晶性能好坏的决定性因素，分子链规整性越好，聚合物结晶能力越强；此外，聚合物的结晶受成核和分子链运动控制，加快结晶速度，提高结晶温度可通过引入成核剂来实现。专利“一种结晶速度快的PBAT材料及其制备方法”(201810122762.7)给出了一种结晶速度快的PBAT材料及其制备方法，其是通过添加成核剂亚二甲基苯基双烷基脲来实现，但是这种方式并没有改变聚合物本身的结晶性能，对于聚合物结晶度的提升并没有帮助，仍然无法解决在加工使用过程中纤维粘连的问题。除了加入成核剂之外，研究者还通过在PBAT中加入PLA、PHBV等高聚物进行共混纺丝来改善PBAT的纺丝性能，然而与加入成核剂一样，对于提高聚合物结晶度没有显著帮助，同时还面临相容性的问题。第二种为纺丝成形工艺，在纤维成形加工过程中，高聚物在不同温度、张力等外界环境中所获得的纤维结晶也有很大区别，且不同高聚物种类、组成所要求的结晶环境也不一样，因此需要根据高聚物结晶特点来合理设计冷却成形工艺，专利“一种PBAT纤维及其制备方法”(201210349313.9)在纺丝过程中设计了一段长冷却过程，强化了纤维的冷却效果，但仅从增加冷却段长度不能达到高速纺丝的要求，专利中所涉及到的纺丝速度为500-1200m/min。本专利技术通过聚合过程中分子结构调控、纺丝过程中的工艺调控相结合的方式，有效提高了纺丝过程中的稳定性，实现了高速纺丝的连续稳定，性能品质均达到了下游产品应用要求。
技术实现思路
本专利技术涉及一种PBAT纤维及制备方法，包括了酯化、预缩聚、终缩聚、纺丝等阶段。通过调节各组分之间的链段长度来提高PBAT的结晶性能，同时引入第三组分，在提高PBAT制品后处理性能稳定性的同时，进一步提升了PBAT制品的染色性能以及耐污性能；纺丝过程中通过调控冷却成形工艺，采用缓冷与强冷相结合，并延长冷却时间的方式制备PBAT纤维，最终可连续稳定生产PBAT纤维，并改善其制品在后处理、使用过程中的稳定性。所获产品可以广泛应用于纺织服装领域。为达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：一种PBAT纤维的制备方法，PBAT纤维纺丝时，依次经过冷却、集束、上油、牵伸和卷绕工序，冷却采用缓冷和强冷相结合的方式，冷却段包括缓冷段和强冷段；所述缓冷段是指在丝条冷却至110～130℃时，在10～15米的冷却甬道下，丝条冷却至50～70℃(缓冷段保温冷却的方式，不然冷得快，不利于控制结晶)；丝条温度过高，分子链运动剧烈，分子链无法规整排布形成晶体；丝条温度过低，分子链运动能力差，分子链同样无法进行规整排布形成晶区。同时，冷却结晶还需要一定时间，即提供一定长度的冷却通过，时间太短，分子链来不及进行运动排布，影响结晶，时间太长，对设备投资成本提出更高的要求，生产成本也会提高，同时，结晶度过高也会影响后加工性能，本专利技术的目的是使所获POY纤维的结晶度在25～30％之间为宜，所获FDY纤维的结晶度在35～45％为宜。所述强冷段是指在缓冷段结束后，将丝条冷却至室温，冷却风温为5～10℃。作为优选的技术方案：如上所述的一种PBAT纤维的制备方法，对苯二甲酸和己二酸分别进行酯化，再分别进行预缩聚，随后将得到的两种预聚物混合，并加入间苯二甲酸-5-磺酸钠酯化物，再进行终缩聚，最后通过熔融纺丝的方法制备得到PBAT纤维。如上所述的一种PBAT纤维的制备方法，具体步骤如下：第一步，对苯二甲酸(PTA)酯化：将对苯二甲酸、丁二醇(BDO)、催化剂Ⅰ和抗氧剂Ⅰ按照一定比例混合均匀后进行酯化反应获得对苯二甲酸酯化物；第二步，己二酸酯化：将己二酸、丁二醇、催化剂Ⅱ和抗氧剂Ⅱ按照一定比例混合均匀后进行酯化反应获得己二酸酯化物；第三步，间苯二甲酸-5-磺酸钠(SSIPA)酯化：将间苯二甲酸-5-磺酸钠、丁二醇、催化剂Ⅲ和抗氧剂Ⅲ按照一定比例混合均匀后进行酯化反应获得间苯二甲酸-5-磺酸钠酯化物；第四步，对苯二甲酸酯化物预缩聚：将第一步中所获对苯二甲酸酯化物进行预缩聚反应，获得PBT预聚物；第五步，己二酸酯化物预缩聚：将第二步中所获己二酸酯化物进行预缩聚反应，获得PBA预聚物；第六步，终缩聚：将第三至五步中所获产物进行终缩聚反应，获得PBAT切片；第七步，将第六步中所获PBAT切片经熔融纺丝后获得PBAT纤维。如上所述的一种PBAT纤维的制备方法，第一步中，催化剂Ⅰ为钛酸四丁酯和乙二醇钛中的一种以上，催化剂Ⅰ的添加量为相对于对苯二甲酸的5～100ppm(质量浓度)；抗氧剂Ⅰ为磷酸三苯酯、抗氧剂300和抗氧剂164中的一种以上，抗氧剂Ⅰ的添加量为相对于对苯二甲酸的100～500ppm(质量浓度)；对苯二甲酸和丁二醇的摩尔比为1:1.1～1.4；酯化反应的温度为180～240℃，绝对压力为100Pa～0.6MPa，酯化时间为90～300min；当出水量大于等于理论出水量的98％时视为酯化结束；获得的对苯二甲酸酯化物的聚合度为2～10。如上所述的一种PBAT纤维的制备方法，第二步中，催化剂Ⅱ为钛酸四丁酯和乙二醇钛中的一种以上，催化剂Ⅱ的添加量为相对于己二酸的5～100ppm(质量浓度)；抗氧剂Ⅱ为磷酸三苯酯、抗氧剂300和抗氧剂164中的一种以上，抗氧剂Ⅱ的添加量为相对于己二酸的100～500ppm(质量浓度)；己二酸与丁二醇的摩尔比为1:1.1～1.4；酯化反应的温度为140～200℃，绝对压力为100Pa～0.5MPa，酯化时间为90～280min，当出水量大于等于理论出水量的98％时视为酯化结束；获得的己二酸酯化物的聚合度为2～10。如上所述的一种PBAT纤维的制备方法，第三步中，催化剂Ⅲ为钛酸四丁酯和乙二醇钛中的一种以上，催化剂Ⅲ的添加量为相对于间苯二甲酸-5-磺酸钠的5～100ppm(质量浓度)；抗氧剂Ⅲ为磷酸三苯酯、抗氧剂300和抗氧剂164中的一种以上，抗氧剂Ⅲ的添加量为相对于间苯二甲酸-5-磺酸本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种PBAT纤维的制备方法，PBAT纤维纺丝时，依次经过冷却、集束、上油、牵伸和卷绕工序，其特征在于：冷却采用缓冷和强冷相结合的方式，冷却段包括缓冷段和强冷段；/n所述缓冷段是指在丝条冷却至110～130℃时，在10～15米的冷却甬道下，丝条冷却至50～70℃；/n所述强冷段是指在缓冷段结束后，将丝条冷却至室温，冷却风温为5～10℃。/n

【技术特征摘要】
1.一种PBAT纤维的制备方法，PBAT纤维纺丝时，依次经过冷却、集束、上油、牵伸和卷绕工序，其特征在于：冷却采用缓冷和强冷相结合的方式，冷却段包括缓冷段和强冷段；
所述缓冷段是指在丝条冷却至110～130℃时，在10～15米的冷却甬道下，丝条冷却至50～70℃；
所述强冷段是指在缓冷段结束后，将丝条冷却至室温，冷却风温为5～10℃。


2.根据权利要求1所述的一种PBAT纤维的制备方法，其特征在于，对苯二甲酸和己二酸分别进行酯化，再分别进行预缩聚，随后将得到的两种预聚物混合，并加入间苯二甲酸-5-磺酸钠酯化物，再进行终缩聚，最后通过熔融纺丝的方法制备得到PBAT纤维。


3.根据权利要求2所述的一种PBAT纤维的制备方法，其特征在于具体步骤如下：
第一步，对苯二甲酸酯化：将对苯二甲酸、丁二醇、催化剂Ⅰ和抗氧剂Ⅰ按照一定比例混合均匀后进行酯化反应获得对苯二甲酸酯化物；
第二步，己二酸酯化：将己二酸、丁二醇、催化剂Ⅱ和抗氧剂Ⅱ按照一定比例混合均匀后进行酯化反应获得己二酸酯化物；
第三步，间苯二甲酸-5-磺酸钠酯化：将间苯二甲酸-5-磺酸钠、丁二醇、催化剂Ⅲ和抗氧剂Ⅲ按照一定比例混合均匀后进行酯化反应获得间苯二甲酸-5-磺酸钠酯化物；
第四步，对苯二甲酸酯化物预缩聚：将第一步中所获对苯二甲酸酯化物进行预缩聚反应，获得PBT预聚物；
第五步，己二酸酯化物预缩聚：将第二步中所获己二酸酯化物进行预缩聚反应，获得PBA预聚物；
第六步，终缩聚：将第三至五步中所获产物进行终缩聚反应，获得PBAT切片；
第七步，将第六步中所获PBAT切片经熔融纺丝后获得PBAT纤维。


4.根据权利要求3所述的一种PBAT纤维的制备方法，其特征在于，第一步中，催化剂Ⅰ为钛酸四丁酯和乙二醇钛中的一种以上，催化剂Ⅰ的添加量为相对于对苯二甲酸的5～100ppm；
抗氧剂Ⅰ为磷酸三苯酯、抗氧剂300和抗氧剂164中的一种以上，抗氧剂Ⅰ的添加量为相对于对苯二甲酸的100～500ppm；
对苯二甲酸和丁二醇的摩尔比为1:1.1～1.4；
酯化反应的温度为180～240℃，绝对压力为100Pa～0.6MPa，酯化时间为90～300min；当出水量大于等于理论出水量的98％时视为酯化结束；
获得的对苯二甲酸酯化物的聚合度为2～10。


5.根据权利要求3所述的一种PBAT纤维的制备方法，其特征在于，第二步中，催化剂Ⅱ为钛酸四丁酯和乙二醇钛中的一种以上，催化剂Ⅱ的添加量为相对于己二酸的5～100ppm；

【专利技术属性】
技术研发人员：丁建萍，王华平，翟春军，吉鹏，黎万丽，张志峰，刘博，
申请(专利权)人：新疆蓝山屯河化工股份有限公司，新疆蓝山屯河高端新材料工程技术研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：新疆;65