一種陽離子染料可染聚酯及其用途的製作方法
2023-09-22 10:50:55
專利名稱：一種陽離子染料可染聚酯及其用途的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種陽離子染料可染聚酯及其製備纖維的用途。
背景技術：
聚酯中的聚對苯二甲酸乙二醇酯擁有突出的性能，廣泛應用於纖維、薄膜等領域， 特別是服飾、產業資材領域。根據用途不同聚酯纖維的染色方法有很多，但是普通的聚酯纖維由於其分子結構的原因很難被染色，使用分散染料染色的時候，需要130°C的高溫，對於陽離子染料就更困難了。提高聚酯纖維的染色性能，特別賦予聚酯纖維具有陽離子染料可染性能的課題已經有很長的時間的研究了。其中，通過共聚合技術來改善聚合物特性是主要的手段之一。 例如特開昭57-570M號公報，通過在聚合過程中添加間苯二甲酸乙二醇酯-5-磺酸鈉 (SIPE)，從而製備陽離子染料可染的聚酯。此方法生產聚酯每批次之間有差異，影響聚酯的最終性能，同時生產效率較低。CN100497772公告了一種連續生產陽離子染料可染聚酯的製備方法，此方法為連續生產法，生產得到的聚酯性能穩定，但是連續聚合設備的投資大，設備靈活性差。對於靈活應用現有的連續聚合設備與釜式聚合設備生產聚酯更是鮮有報導。
發明內容
本發明的目的在於提供一種具有優異的陽離子染料可染性且成本低的共聚酯。為了解決陽離子染料可染聚酯生產效率低下，降低生產成本，最大限度的利用現有設備，同時賦予聚酯纖維優異的物性，本發明通過深入研究，通過由含硫元素成分的陽離子染料可染聚酯母粒與基體聚酯在帶有混合器的設備中熔融混合而製備，其中在陽離子染料可染聚酯母粒中還含有相對於母粒重量0. 2 10wt%且分子量小於5000的相容劑，通過這個技術解決通常聚酯母粒與聚酯混和後物性低下的問題。本發明的陽離子染料可染聚酯是由硫元素成分含量為0. 6 3wt%的陽離子染料可染聚酯母粒與基體聚酯在帶有混合器的設備中熔融混合而製備，其中陽離子可染聚酯母粒中還含有相對於母粒重量0. 2 10wt%的分子量小於5000的相容劑。本發明中陽離子染料可染聚酯母粒中硫元素成分含量為0. 6 3wt%，母粒中硫元素成分含量為0. 6wt%以下是與聚酯共混時需要較大的母粒切片量，從而生產效率低下， 而S元素成分含量為3wt%以上時，則會在母粒的生產時帶來為聚合控制困難、母粒脆化等性能低下的問題。本發明中其中陽離子染料可染性聚酯中硫元素成分的含量相對於聚酯總重優選為0. 0.5%。若小於0. 則會帶來聚酯的陽離子可染性能下降，上染率不夠等問題， 而大於0. 5%時則會帶來聚酯的其他物性下降太多，從而大大限制了最終產品的應用。本發明中陽離子染料可染聚酯母粒是由含間苯二甲酸磺酸鹽單元與芳香族二元酸單元和二元醇單元共聚而成。
含間苯二甲酸磺酸鹽單元的單體可以用式(1)進行表示
I(1)
SO3X其中R為氫，或者是碳原子數為1 10的烷基，X可以為鹼金屬、季磷酸鹽或者季銨鹽，其中的季磷鹽或者季銨鹽中的四個取代基可以相同的基團，也可以是不同的基團。式⑴具體可以列舉的含間苯二甲酸磺酸鹽的單體可以列舉有間苯二甲酸-5-磺酸鈉、間苯二甲酸-5-磺酸鋰、間苯二甲酸-5-磺酸鉀、間苯二甲酸二乙二醇酯-5-磺酸鈉、間苯二甲酸二乙二醇酯-5-磺酸鋰、間苯二甲酸二乙二醇酯-5-磺酸鉀、間苯二甲酸二甲酯-5-磺酸鈉、間苯二甲酸二乙酯-5-磺酸鈉、還可以是間苯二甲酸-5-磺酸丁基三苯基磷鹽、間苯二甲酸-5-磺酸四丁基季磷鹽、間苯二甲酸-5-磺酸乙基三丁基磷鹽、間苯二甲酸-5-磺酸卞基三丁基磷鹽、間苯二甲酸-5-磺酸四苯基磷鹽、間苯二甲酸-5-磺酸丁基三苯基磷鹽、間苯二甲酸-5-磺酸卞基三苯基磷鹽等。可以是其中的一種或幾種。本發明中其中陽離子染料可染聚酯母粒優選為含間苯二甲酸磺酸鹽單元的聚對苯二甲酸乙二醇酯或含間苯二甲酸磺酸鹽單元的聚對苯二甲酸丁二醇酯。陽離子染料可染聚酯母粒的合成，可以使用通常的聚酯聚合方法，例如直接酯化法或酯交換法，使用的聚合設備可以是釜式間歇聚合設備或連續聚合設備。生產工藝可以是各種原料首先進行酯化或酯交換反應，得到聚酯的低聚物，之後在高溫高真空條件下進一步反應脫出去小分子量二醇得到聚酯母粒。其中含間苯二甲酸磺酸鹽的單元可以是在酯化或酯交換時加入，也可以是在縮聚前的階段加入。從而製備得到含硫元素的陽離子染料可染的聚酯母粒。本發明中基體聚酯優選為聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚對苯二甲酸丙二醇酯或聚對苯二甲酸丁二醇酯，更優選聚對苯二甲酸乙二醇酯，本發明所說的聚對苯二甲酸乙二醇酯是指以對苯二甲酸乙二醇酯為主要重複單元的聚酯，具體指對苯二甲酸乙二醇酯重複單元佔聚酯所有單元數的80%以上。其中還可以含有20%以下的其他共聚單元成分，共聚合的二酸單元可以列舉的有間苯二甲酸、2，6_萘二甲酸、2，7_萘二甲酸、4，4』 -聯苯二甲酸、丁二酸、己二酸、壬二酸、葵二酸等，共聚合的二醇單元可以列舉的有1，2_丙二醇、1，3_丙二醇、丁二醇、戊二醇、己二醇、二乙二醇、三甘醇、環己二醇等。以上的共聚單元可以選擇其中的一種或幾種。本發明中聚酯母粒和基體的合成中可以使用催化劑，可以是酯化催化劑、酯交換催化劑、聚合催化劑。這些催化劑可以列舉的有醋酸鈣、氯化鈣等鈣化合物，醋酸鎂、氯化鎂、碳酸鎂等鎂化合物，三氧化銻、醋酸銻等銻化合物，氧化鍺、氯化鍺等鍺化合物，正鈦酸四丁酯、鈦酸四異丙酯等的鈦金屬醇鹽、乙二胺四乙酸、羥乙基亞氨基二乙酸、二乙撐三胺五乙酸、三乙撐四胺六乙酸，或是作為螯合劑的多價羧酸和/或羥基羧酸和/或含氮的羧基的鈦複合體。所述螯合劑是鄰苯二甲酸、三酸三辛酯、均苯三甲酸、苯連三酸、均苯四甲酸二酐等的羥基羧基酸；或含氮羧酸的乙二胺四乙酸、NTP、羧基亞胺基二乙酸、羧甲基亞胺基二丙酸、二乙撐三胺五乙酸、三乙撐四胺六乙酸、亞胺二醋酸、亞胺基二丙酸、2-羥乙基-亞胺基乙酸、2-羥乙基-亞胺基二丙酸、2-甲氧基乙基-亞胺基乙酸。在添加催化劑的同時還可以加入穩定性能的磷化合物，本發明使用的磷化合物沒有特別的限制，可以是磷酸、亞磷酸、膦酸、或是它們的低級烷基酯和酚醛酯。具體是指，磷酸、磷酸三甲基、磷酸三乙基、磷酸三酚醛、亞磷酸、亞磷酸三甲基、甲基膦酸、酚醛膦酸、二苯基膦酸、甲基膦酸甲酯、酚醛膦酸乙酯、二苯基膦酸酚醛酯、磷醯基乙酸乙酯。本發明的陽離子染料可染聚酯母粒中還含有的相容劑優選為分子量小於5000的聚醚類化合物、有機磺酸鹽化合物中一種或幾種。為本領域中的技術人員所知，在聚酯母粒與聚酯進行共混的過程中，會有分散性差，得到聚酯的滿足不了性能的情況。本發明中通過是使用特定的分子量小於5000的聚醚類化合物或有機磺酸鹽化合物中的一種或幾種作為相容劑，達到本發明的技術效果。分子量小於5000的聚醚類化合物可以列舉的有聚乙二醇、聚丙二醇、聚丁二醇等化合物，本發明發現在分子量大於5000的場合，會影響母粒與基體聚酯的分散性能。本發明優選分子量大於500小於4000的聚乙二醇。本發明中的有機磺酸鹽化合物可以是有機磺酸鹼金屬鹽、有機磺酸季銨鹽、有機磺酸季磷鹽。具體可以列舉有十二烷基苯磺酸鈉(鋰、 鉀)、十二烷基苯磺酸四丁基磷鹽、十二烷基苯磺酸四丁基銨鹽、十二烷基苯磺酸丁基三苯基磷鹽、十二烷基苯磺酸丁基三苯基銨鹽、對氨基苯磺酸鈉、對甲基苯磺酸鈉等。本發明中使用的聚醚類化合物或有機磺酸鹽化合物相容劑，可以在製備陽離子染料可染聚酯母粒的過程中加入，可以在酯化或酯交換階段，可以在聚合階段，也可以在聚合結束階段加入。相容劑的添加量為相對於母粒重量0. 2 IOwt%為好，若含量過低則起不到應用的效果，添加量過大則會影響最終聚酯的性能。本發明的陽離子染料可染聚酯的製備過程中，陽離子染料可染聚酯母粒與基體聚酯在帶有混合器的設備中混合，其中混合器可以靜態混合器，如管道混合器，也可以是擠出機，例如單螺杆擠出機、雙螺杆擠出機等。本發明中在聚酯的製備過程中還可以添加抗氧化劑、耐光劑等添加劑，並不影響本發明的發明效果。本發明的陽離子染料可染性聚酯可以應用於製備陽離子染料可染性纖維。利用本發明的聚酯母粒與基體聚合物製備的陽離子染料可染聚酯，並使用本領域公知的紡絲設備及條件進行紡絲製備出纖維。製備本發明的陽離子染料可染聚酯及利用本發明的陽離子染料可染聚酯製備陽離子染料可染性纖維的方法可以為將熔融後的陽離子染料可染聚酯母粒輸送到已經熔融的基體聚酯管道中，兩者經過混合器混合後，進入紡絲機進行紡絲，製得本發明的陽離子染色可染纖維；也可以進行吐出切粒得到陽離子染料可染聚酯切片後，再經行乾燥後紡絲，值得纖維。為了降低生產成本，提高設備的靈活性及利用率，本發明優選使用釜式聚合設備生產陽離子染料可染聚酯母粒後，熔融後的聚酯母粒直接接入生產基體聚酯的連續聚合設備紡絲前的熔融物管道中。其中在聚酯母粒和基體聚酯熔融的管道中增加混合器，混合器可以是市販的各種紡絲用混合器。也可以是通過將陽離子染料可染聚酯與基體聚酯經過擠出機而混合後進行紡絲。 擠出機可以是單螺杆擠出機，也可以是雙螺杆擠出機。這些擠出機的混合器可以是與紡絲機直接連接起來使用，也可以不連接起來，單獨使用。
本發明得到陽離子染料可染聚酯及其纖維，具有優異的染色性能及纖維物性，並且生產成本低、生產設備靈活性大。
具體實施例方式以下通過實施例來說明本發明的內容，但是本發明並不局限於實施例所列內容。實施例1取用對苯二甲酸二甲酯13. 9重量份，乙二醇10. 4重量份及間苯二甲酸二甲酯-5-磺酸鈉1. 2重量份，加入帶有加熱及攪拌的反應釜中，再加入相對於聚酯0. 3%重量份的醋酸錳、2. 4%重量份醋酸鋰後，逐漸升溫進行酯交換反應，逐漸餾出甲醇，當餾出甲醇量到達理論量的95 %以上時候，完成酯交換反應，將反應生成物移行至聚合釜中，加入分子量為1000的聚乙二醇0. 45重量份，同時加入磷化合物磷酸三甲酯、抗氧化劑IR1010、消泡劑矽油等，然後逐漸升溫至280 290度左右，並減壓至IOOPa以下反應1 3小時，達到所需要的聚合物粘度後，吐出、冷卻切粒後，即得到硫元素成分含量0. 89wt%, PEG1000含量為3wt%的陽離子染料可染的聚酯母粒。使用普通的聚對苯二甲酸連續聚合裝置，投入對苯二甲酸/乙二醇於反應釜中， 經過第1酯化釜、第2酯化釜後、進入預聚合釜，最後經過縮聚釜完成聚合反應，得到熔融的聚對苯二甲酸乙二醇酯基體聚酯。將製備好的硫元素成分含量0. 89wt%, PEG1000含量為3wt%的陽離子染料可染聚酯母粒經過熔融後的流體與基體聚酯按照1 2的比例進入混合器中進行混合後，進入紡絲機按照3000米/分的速度進行紡絲，經過延伸工藝後得到 65T/36F 的 FDY 纖維。實施例2在陽離子染料可染聚酯母粒製備過程中，通過改變間苯二甲酸二甲酯-5-磺酸鈉添加量將聚酯母粒中硫元素含量提高到1.5wt%，不再加入聚乙二醇，而是加入3wt%的十二烷基苯磺酸鈉作為相容劑，在聚酯母粒與基體聚酯進行共混的過程中，聚酯母粒與基體聚酯的比例為1 4進行，其他步驟同實施例1。實施例3在陽離子染料可染聚酯母粒製備過程中，通過改變間苯二甲酸二甲酯-5-磺酸鈉添加量將聚酯母粒中硫元素含量提高到1. 2wt%，不再加入聚乙二醇，而是加入2. Swt %的十二烷基苯磺酸鈉作為相容劑，在聚酯母粒與基體聚酯進行共混的過程中，母粒與基體聚酯的比例為1 3進行，其他步驟同實施例1。實施例4在陽離子染料可染聚酯母粒製備過程中，通過改變間苯二甲酸二甲酯-5-磺酸鈉添加量將母粒中硫元素含量提高到0. 9wt%，不再加入聚乙二醇，而是加入2wt%的十二烷基苯磺酸鈉作為相容劑，在聚酯母粒與基體聚酯進行共混的過程中，聚酯母粒與基體聚酯的比例為1 3進行，其他步驟同實施例1。比較例1在陽離子染料可染聚酯母粒製備過程中，通過改變間苯二甲酸二甲酯-5-磺酸鈉添加量將母粒中硫元素含量提高到1. 2wt%，不再加入為相容劑，在聚酯母粒與基體聚酯進行共混的過程中，聚酯母粒與基體聚酯的比例為1 3進行，其他步驟同實施例1。
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比較例2在陽離子染料可染聚酯母粒製備過程中，通過改變間苯二甲酸二甲酯-5-磺酸鈉添加量將母粒中硫元素含量提高到1. 2wt%，聚合時加入為相容劑PEG6000(6Wt% )，在母粒聚酯與基體聚酯進行共混的過程中，聚酯母粒與基體聚酯的比例為1 3進行，其他步驟同實施例1。實施例中得到纖維進行基本物性的評價，另外得到的纖維進行筒編得到編織物， 進行染色性能評價和耐光性評價G級法評價)。染色性能評價使用市販的陽離子藍色染料CBM6(1% owf)、均染助劑191助劑 lg/LJL15助劑lg/L，在浴比為1 30，120度條件下染色60分鐘，之後在80度溫度、NaOH: 2g/L條件下處理筒編物20分鐘，之後水洗風乾，測定織物的亮度L值，L值越低表示染色效果越好(本發明以優、良、差進行區別性能)。各實施例及比較例的結果如下表所示
權利要求
1.一種陽離子染料可染聚酯，其特徵是該陽離子染料可染聚酯由硫元素含量為 0. 6 3wt%的陽離子染料可染聚酯母粒與基體聚酯在帶有混合器的設備中熔融混合製備而得到，其中陽離子染料可染性聚酯母粒中還含有相對於母粒重量0. 2 10wt%且分子量小於5000的相容劑。
2.根據權利要求1所述的陽離子染料可染聚酯，其特徵是該陽離子染料可染聚酯中的硫元素含量相對於陽離子染料可染聚酯總量為0. 0. 5%。
3.根據權利要求1所述的陽離子染料可染聚酯，其特徵是所說陽離子染料可染聚酯母粒是由含間苯二甲酸磺酸鹽單元與芳香族二元酸單元和二元醇單元共聚而成的。
4.根據權利要求3所述的陽離子染料可染聚酯，其特徵是所說陽離子染料可染聚酯母粒為含間苯二甲酸磺酸鹽單元的聚對苯二甲酸乙二醇酯或含間苯二甲酸磺酸鹽單元的聚對苯二甲酸丁二醇酯。
5.根據權利要求1或2所述的陽離子染料可染聚酯，其特徵是所說基體聚酯為聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚對苯二甲酸丙二醇酯或聚對苯二甲酸丁二醇酯的一種。
6.根據權利要求1所述的陽離子染料可染聚酯，其特徵是所說相容劑為聚醚類化合物或有機磺酸鹽化合物中的一種或幾種。
7.權利要求1所述的陽離子染料可染聚酯在製備陽離子染料可染性纖維中的應用。
全文摘要
本發明公開了一種陽離子染料可染聚酯及其用途，使用硫元素含量為0.6～3％的陽離子染料可染聚酯母粒與基體聚酯在帶有混合器的設備中熔融混和而製備，其中陽離子染料可染聚酯母粒中還含有0.2～10wt％且分子量小於5000的相容劑。本發明得到的聚酯具有陽離子染料可染的優異性能，物性優異，並且製造方法簡單，適用設備範圍廣，生產成本低。
文檔編號D01F8/14GK102337009SQ20101023834
公開日2012年2月1日 申請日期2010年7月20日 優先權日2010年7月20日
發明者望月克彥, 李旭, 柏立軍 申請人:東麗纖維研究所(中國)有限公司