常壓陽離子染料可染聚酯及其生產方法和用途的製作方法

2023-05-27 03:23:16

專利名稱：常壓陽離子染料可染聚酯及其生產方法和用途的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種常壓下陽離子染料可染的聚酯及其生產方法和用途。
背景技術：
由芳香族二元酸和脂肪族二元醇共聚而得到的聚酯，被廣泛地應用於樹脂、纖維、 薄膜等領域。當前，人們越來越重視環境保護和能源節省，在纖維應用方面，可在常壓低溫下使用陽離子染料進行染色的聚酯成為新的需求。作為在一些已知的可在大氣壓力及在100°C或更低的溫度下用陽離子染料染色的共聚酯聚合物和共聚酯纖維，株式會社曉星公司的中國專利CN101298493公開了可在大氣壓力下用陽離子染料染色的共聚酯聚合物、其製造方法、及其製得的共聚酯纖維。具體的是公開了一種共聚酯聚合物，該聚合物包含了佔總二元酸組分的1摩爾％至20摩爾％的二元脂肪酸以及佔總二元酸組分的1. 0摩爾％至2. 0摩爾％的具有金屬磺酸鹽的間苯二甲酸雙羥乙酯，且聚合物末端羧基濃度為30當量/噸至50當量/噸。但是，由該發明所製備的可在大氣壓力下用陽離子染料染色的共聚酯聚合物在紡絲性上存在較嚴重的缺陷，在紡絲過程中，濾壓上升較快，因此難以在工業上應用。另外，隨著全球環境意識的增強，人們對聚酯中使用的催化劑是否環保，是否對人體有害提出新的和更高的要求，許多國家就針對此項要求制訂了相關的法律和法規。但是， 目前使用的聚酯催化劑都或多或少的含有對人體有害的重金屬和有毒元素，難以達到相應法律法規的要求。因此，人們需要一種能夠製備可在大氣壓力下用陽離子染料染色的共聚酯聚合物和它的製備方法以及該聚合物所製造的纖維，且在製造和使用過程中還要環保，對人體無害。

發明內容
本發明的目的是提供一種可紡性良好、產品安全性良好、節省能源型的常壓下陽離子染料可染的聚酯、該聚酯的製備方法，以及使用該聚酯所製造的纖維。本發明重點要解決的問題是在生產中使用無毒環保的催化劑代替現用的對環境和人體有害的或含有重金屬的催化劑、以及在紡絲過程中的可紡性問題。本發明的技術方案是一種常壓陽離子染料可染聚酯，該聚酯由對苯二甲酸二甲酯、乙二醇、脂肪族二元酸或其衍生物及具有金屬磺酸鹽基團的間苯二甲酸二甲酯在可溶性鈦系化合物的催化作用下共聚而成；相對於聚酯重量，聚酯中硫元素的含量為300 llOOOppm，脂肪族二元酸或其衍生物的結構單元的含量為0. 1 IOwt %，鈦元素的含量為 1 lOOOppm，銻元素含量為3ppm以下；聚酯中鹼性化合物的含量在10-5000ppm。所述脂肪族二元酸或其衍生物優選己二酸或己二酸二甲酯。本發明的聚酯的熔點為220 M0°C，聚酯的末端羧基含量為30當量/噸以下，優選25當量/ton以下。當末端羧基的含量大於30當量/ton時，會使共聚酯的耐熱性降低，可紡性下降，且紗線性能差，強度低。本發明通過添加磷化合物穩定劑更有效地控制聚酯末端羧基含量，從而改善聚酯的耐熱性，提高可紡性以及紗線性能；另外，磷化物穩定劑還可以有效地改善聚合過程中產生的異物量，很好地改善可紡性，減緩紡絲壓力上升速度，提高紡絲周期，降低紡絲成本。所述的磷化合物穩定劑可以是磷酸、亞磷酸、磷酸三甲酯等，其中優選五價的磷化物。磷化合物穩定劑的添加量以P元素相對於聚酯重量為5 150ppm來計算，優選5 IOOppm。本發明的聚酯中二甘醇DEG的含量為2. 以下。當二甘醇的含量高於2.
時，會使共聚酯的耐熱性降低，可紡性下降，在紡絲過程中出現的斷絲、飄絲現象。本發明在酯化反應或縮聚反應中還加入含鉀元素化合物、含鋰元素化合物或有機胺類化合物中的一種或幾種作為鹼性催化劑，其添加總量相對於聚酯總量為IOppm 5000ppm，有效地解決了聚酯中二甘醇含量偏高問題，從而提高了可紡性。其中有機胺類催化劑為優選，主要由於它是不含有金屬元素的催化劑，在異物的產生上少於含有金屬元素的鹼性催化劑，可以極大地改善聚酯的可紡性。有機胺類催化劑優選氫氧化四乙基胺、三乙胺以及三正辛胺等，更優選氫氧化四乙基胺，一般加入氫氧化四乙基胺的含量為聚酯重量的10 2000ppm，此時可將聚酯的DEG 含量控制在2. Owt %以下。本發明的常壓陽離子染料可染聚酯的生產方法，包括酯化反應和縮聚反應，具有金屬磺酸鹽基團的間苯二甲酸二甲酯在酯化反應階段加入，脂肪族二元酸或其衍生物在酯化反應階段加入；採用以對苯二甲酸二甲酯(DMT)和乙二醇(EG)為基礎原料進行合成聚酯的工藝方法。在酯化反應中加入對苯二甲酸二甲酯(DMT)、乙二醇(EG)及具有金屬磺酸鹽基團的間苯二甲酸二甲酯，在酯化反應階段加入脂肪族二元酸或其衍生物。脂肪族二元酸或其衍生物的添加量優選相對於聚酯重量為0. 1 10wt%。具有金屬磺酸鹽基團的間苯二甲酸二甲酯的添加量優選相對於聚酯重量為 0. 1 10wt%。具有金屬磺酸鹽的間苯二甲酸二甲酯是反應單體之一，其中的金屬為鹼性類金屬，優選鈉、鉀或鋰等。由於銻催化劑環境和對人體健康有間接或直接的汙染和傷害，因此，本發明針對環境和對人體健康的保護，用可溶性鈦系化合物催化劑來代替銻催化劑，但在使用的催化劑中可能會含有微量的銻元素，本發明提出嚴格銻元素含量，要求銻元素含量< 3ppm，以保證本發明的產品對環境和對人體健康無傷害。本發明分別在酯化反應或和聚合反應中添加催化劑，所加的催化劑包括可溶性鈦化合物催化劑、鹼性催化劑、磷穩定劑、抗氧劑、消光劑二氧化鈦等。詳細地說，本發明以可溶性鈦化合物為酯化反應和聚合反應的主要催化劑。可溶性鈦化合物可以是正鈦酸四丁酯、鈦酸四異丙酯、鈦酸異丙酯或乙二醇鈦等的鈦金屬醇鹽； 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等。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。催化劑還包括其它的金屬化合物催化劑，具體是指醋酸鈣、氯化鈣等鈣化合物，醋酸鎂、氯化鎂、碳酸鎂等鎂化合物，氧化鍺、氯化鍺等鍺化合物。本發明的常壓陽離子染料可染聚酯，DEG的含量低，耐熱性能好。本發明的聚酯有著熔點高、熱穩定性高、可紡性好的特性，由其製造的纖維織物有著較好的染色性，並具有常壓可染性。本發明的共聚酯可通過直接聚合法或DMT法製造。還可以通過間歇聚合法或連續聚合法來製造。另外，本發明的共聚酯可通過公知的方法做成纖維、進而形成織物，製得的成品具有良好的染色性和較高的耐熱性。
具體實施例方式下面通過實施例對本發明作更詳細的說明。另外，實施例中的物性值由以下方法測定。(1)聚酯的固有粘度IV以鄰氯苯酚作為溶劑在25°C下進行測定。(2)聚酯中的末端基羧基COOH(當量/ton)以鄰甲苯酚作為溶劑，在25°C下用濃度0. 02mol/L的NaOH水溶液在自動滴定裝置 (平沼產業公司製造的C0M-550)上進行測定。(3)聚酯中二甘醇DEG的含量(wt % )以單乙醇胺作為溶劑，與1，6_乙二醇/甲醇混合後加熱溶解，然後加入甲醇用超聲波清洗器清洗10分鐘。然後加入酸進行中和處理，過濾後，使用氣相色譜儀(島津製作所制GC-14A)測定濾液。(4)聚酯中的金屬含量將6g聚合物壓成片狀，用螢光X線分析裝置(理學電氣公司製造的X線分析裝置 3270型)測定它的強度，用已知金屬含量的樣品事先作成的檢測線進行換算。(5)聚合物色調聚合物的色調使用分光光度計來測定色調白度L和黃度b值。實施例1在酯化釜中加入15000g的DMT(對苯二甲酸二甲酯)和8600g的EG(乙二醇)， 再加入含有磺酸基團的間苯二甲酸二甲酯(AD2100)415g，再加入己二酸二甲酯150g，並且加入催化劑鈦化合物PC-502. 5g，，以及催化劑醋酸鎂90g，，同時加入催化劑鹼性醋酸鋰 150g，攪拌並在4小時內升溫到240度；通過對副產物的判斷，待酯化反應率達到97%以上，將所製備的BHT低聚物移入聚合釜；在室溫下，先添加磷穩定劑磷酸三甲酯，再加入消光劑二氧化鈦；隨後，進行減壓升溫，用常規的聚酯縮聚法進行聚合，從而製得常壓陽離子可染共聚物。所得聚酯的固有粘度為0. 67、末端基COOH的濃度為19當量/ton，聚酯中硫元素的含量為^70ppm，脂肪族二元酸基團的含量為lwt%，可溶性鈦元素的含量為lOppm，磷原子的含量為18ppm、銻元素的含量為2ppm、二氧化鈦粒子的含量為0. 07wt%, DEG的含量為1. 46wt%。將得到的共聚物切片乾燥使其水分率保持在50ppm以下，然後在290°C的紡絲溫度下熔融紡絲，3000m的牽引速度下卷取。得到的未拉伸絲在拉伸溫度90°C、拉伸倍率1. 65 倍的條件下進行拉伸，然後在130°C下熱定型後卷取，得到56dtex/24f的拉伸絲。將得到的絲進行筒編，用下述條件進行染色評價。用高溫染色試驗機 UR · MINI-COLOR(紅外線小型染色劑(TEXAM技術研究製造)在95°C X30min的條件下攪拌處理液、染色。此時所用處理液的藥劑如下所示。Dianix Blue E-Plus (德司達公司製造、分散染料)5owf%NIKKA SUNSALT (日華化學公司製造、勻染劑)lg/1醋酸(pH調節劑)0. 5g/l染色後，在80°C X20min的條件下使用下面的藥劑配製處理液，進行還原清洗。氫氧化鈉0. 6g/l亞硫酸氫鈉2g/l然後，將筒編物水洗、風乾後用作評價樣品。將樣品重疊成8層後用分光測色計 (Datacolor Asia Pacific (H. K.) Ltd.製造的 Datacolor650)測色，L* = 30. 0。L* 是指 L*、a*和b*表色系中的明度，數值越小染色性越好。結果如表1所示。實施例2在實施例1基礎上，控制己二酸二甲酯的添加量，使得脂肪族二元酸基團的含量為6% ；具體如表1所示，在本發明範圍內的共聚酯的耐熱性好，在紡絲過程中不會發生斷絲現象，而且其纖維織物具有良好的染色性。實施例3在實施例1基礎上，控制己二酸二甲酯的添加量，使得脂肪族二元酸基團的含量為10% ；具體如表1所示。實施例4在實施例1基礎上，控制己二酸二甲酯的添加量，使得脂肪族二元酸基團的含量為6% ；並控制AD2100的添加量使得聚酯中S元素含量為300pm ；具體如表1所示。實施例5在實施例1基礎上，控制己二酸二甲酯的添加量，使得脂肪族二元酸基團的含量為6%，並控制AD2100的添加量使得聚酯中S元素含量為5000pm ；具體如表1所示。實施例6在實施例1基礎上，控制己二酸二甲酯的添加量，使得脂肪族二元酸基團的含量為6%，並控制AD2100的添加量使得聚酯中S元素含量為11000pm ；具體如表1所示。實施例7在實施例1基礎上，控制己二酸二甲酯的添加量，使得脂肪族二元酸基團的含量為6%，並控制磷穩定劑的添加量使得聚酯中P元素含量為0 ；具體如表1所示。實施例8在實施例1基礎上，控制己二酸二甲酯的添加量，使得脂肪族二元酸基團的含量為6%，並控制磷穩定劑的添加量使得聚酯中P元素含量為5ppm ；結果如表1所示。實施例9
在實施例1基礎上，控制己二酸二甲酯的添加量，使得脂肪族二元酸基團的含量為6%，並控制磷穩定劑的添加量使得聚酯中P元素含量為IOOppm ；具體如表1所示。實施例10在實施例1基礎上，控制己二酸二甲酯的添加量，使得脂肪族二元酸基團的含量為6%，並控制磷穩定劑的添加量使得聚酯中P元素含量為150ppm ；具體如表1所示。但此時隨著磷穩定劑量的增加，聚合反應時間也急劇增加，尤其在達到150ppm時，聚合時間超過了 4小時，因此，它不適合於工業化的生產。實施例11在實施例1基礎上，控制己二酸二甲酯的添加量，使得脂肪族二元酸基團的含量為6%，並控制可溶性鈦催化劑添加量使得聚酯中鈦元素含量為Ippm ；；具體如表1所示。實施例12在實施例1基礎上，控制己二酸二甲酯的添加量，使得脂肪族二元酸基團的含量為6%，並控制可溶性鈦催化劑添加量使得聚酯中鈦元素含量為20ppm ；；具體如表1所示。實施例13在實施例1基礎上，控制己二酸二甲酯的添加量，使得脂肪族二元酸基團的含量為6%，並控制可溶性鈦催化劑添加量使得聚酯中鈦元素含量為Ippm ；具體如表1所示。實施例14在實施例1基礎上，控制己二酸二甲酯的添加量，使得脂肪族二元酸基團的含量為6%，另將IOOOppmLAH變換成IOOOppmEAH ；具體如表1所示。實施例15在實施例1基礎上，控制己二酸二甲酯的添加量，使得脂肪族二元酸基團的含量為6%，另將IOOOppmLAH降低到0 ；具體如表1所示。實施例16在實施例1基礎上，控制己二酸二甲酯的添加量，使得脂肪族二元酸基團的含量為6%，另將IOOOppmLAH變換成500ppmLAH和500ppmEAH ；具體如表1所示。實施例17在實施例1基礎上，控制己二酸二甲酯的添加量，使得脂肪族二元酸基團的含量為6%，另將IOOOppmLAH變換成5000ppm，具體如表1所示。實施例18用PTA(對苯二甲酸)代替DMT，其餘條件同實施例1。具體如表1所示。其相關性能指標與用DMT時相仿。比較例1在實施例1基礎上，控制己二酸二甲酯的添加量，使得脂肪族二元酸基團的含量為6%，並控制AD2100的添加量使得聚酯中S元素含量為15000pm，具體如表1所示；染色溫度為95°C時L*的值為37. 5。發現當AD2100的S元素在聚酯中含量15000ppm時，在紡絲過程中出現嚴重斷絲現象。比較例2在實施例1基礎上，控制己二酸二甲酯的添加量，使得脂肪族二元酸基團的含量為15%，具體如表1所示；發現當PEG4000的含量增加到15%時，在紡絲過程中出現嚴重斷絲現象。在以上實施例在實施中，均採用非銻化合物作為催化劑，其中以可溶性鈦化合物作為主催化劑，但在催化劑本身或者原料中可能存在微量銻元素，這不是人為原因帶入的， 是催化劑與原料的純度所造成的，但本發明對所使用的催化劑和原料品質進行控制，且最終聚合物中的銻元素含量全部在3ppm以下。以上各實施例和比較例中的英文簡稱具體解釋如下(a) AA:己二酸(b) DMA 己二酸二甲酉旨(c)AD2100 :5_磺酸鈉-間苯二甲酸二甲酯(d) PC-50 鈦化合物(杜邦公司鈦系催化劑)(e) LAH:醋酸鋰(f) EAH 四乙基氫氧化銨(g) DMT 對苯二甲酸二甲酯(h) PTA:對苯二甲酸
權利要求
1.一種常壓陽離子染料可染聚酯，其特徵是該聚酯由對苯二甲酸二甲酯、乙二醇、脂肪族二元酸或其衍生物，以及具有金屬磺酸鹽基團的間苯二甲酸二甲酯在可溶性鈦系化合物的催化作用下共聚而成；相對於聚酯重量，聚酯中硫元素的含量為300 IlOOOppmJg 肪族二元酸或其衍生物的結構單元的含量為0. 1 10wt%，可溶性鈦元素的含量為1 lOOOppm，銻元素含量為3ppm以下；在聚酯中鹼性化合物的含量在10-5000ppm。
2.根據權利要求1所述的常壓陽離子染料可染聚酯，其特徵是所述脂肪族二元酸或其衍生物為己二酸或己二酸二甲酯。
3.根據權利要求1或2所述的常壓陽離子染料可染聚酯，其特徵是該聚酯的熔點為 220 240°C，聚酯的末端羧基含量為30當量/噸以下，聚酯中二甘醇的含量為2. 以下。
4.一種權利要求1所說常壓陽離子染料可染聚酯的生產方法，包括酯化反應和縮聚反應，其特徵是具有金屬磺酸鹽基團的間苯二甲酸二甲酯在酯化反應階段加入，脂肪族二元酸或其衍生物在酯化反應階段加入。
5.根據權利要求4所說常壓陽離子染料可染聚酯的生產方法，其特徵是脂肪族二元酸或其衍生物的添加量相對於聚酯重量為0. 1 10wt%。
6.根據權利要求4所說常壓陽離子染料可染聚酯的生產方法，其特徵是具有金屬磺酸鹽基團的間苯二甲酸二甲酯的添加量相對於聚酯重量為0. 1 10wt%。
7.根據權利要求4 6的任一項所說常壓陽離子染料可染聚酯的生產方法，其特徵是在酯化反應或縮聚反應中還加入含鉀元素化合物、含鋰元素化合物或有機胺類化合物中的一種或幾種作為鹼性催化劑，且鹼性催化劑的添加總量相對於聚酯總量為IOppm 5000ppm。
8.權利要求1所說的常壓陽離子染料可染聚酯在製備常壓陽離子染料可染纖維中的應用。
全文摘要
本發明公開了一種常壓陽離子染料可染聚酯及其生產方法和用途，該聚酯由對苯二甲酸二甲酯、乙二醇、脂肪族二元酸或其衍生物及具有金屬磺酸鹽基團的間苯二甲酸二甲酯在可溶性鈦系化合物的催化作用下共聚而成；相對於聚酯重量，聚酯中硫元素的含量為300～11000ppm，脂肪族二元酸基團的含量為0.1～10wt％，可溶性鈦元素的含量為1～1000ppm，銻元素含量為3ppm以下；在聚酯中鹼性化合物的含量在10-5000ppm；本發明採用無毒環保型的鈦系化合物作為催化劑，所得到的聚酯有著熔點高、熱穩定性高、可紡性好的特性，由其製造的纖維織物有著較好的染色性，並具有常壓可染性。
文檔編號C08G63/85GK102276814SQ20101020539
公開日2011年12月14日 申請日期2010年6月10日 優先權日2010年6月10日
發明者望月克彥, 楊娟, 柏立軍 申請人:東麗纖維研究所(中國)有限公司