连续聚合直纺阳离子可染高收缩聚酯长丝的制备方法 【技术领域】
本发明涉及一种改性共聚酯长丝的制造方法，特别是一种连续聚合直纺阳离子可染高收缩聚酯长丝的制备方法，属于化学纤维领域。
背景技术
由于聚酯(涤纶)纤维众多的优良性能，因此，其在世界范围内得到了迅速的发展。但聚酯分子链紧密敛集，结晶度和取向度较高，极性较小，在聚酯长链分子间没有可适当容纳染料分子的间隙，因此染料粒子不易进入纤维，其染色性能差，可使用染料的种类少，一般聚酯纤维只能采用分散染料高温或在载体存在下染色。阳离子染料可染改性聚酯纤维，由于具有吸色性好、色泽艳丽、色谱齐全等特点，已成为目前聚酯类最大的改性品种。随着其应用领域的不断拓展、织物新产品的不断开发，对具有较高收缩率的阳离子可染高收缩聚酯纤维的需求越来越大，应用前景良好。
高收缩纤维是指纤维沸水大于25％的化学纤维。根据其热收缩程度的不同，可以得到不同风格及性能的最终产品。如高收缩涤纶纤维与其他纤维复合，利用纤维间的收缩差，可增加织物的立体感、蓬松性等，已在服装、毛毯、人造毛皮、人造皮革等产品上得到广泛的应用
涤纶高收缩纤维的制备主要有物理改性或化学改性和物理改性相结合两种方法。物理改性主要是以改变纺丝牵伸条件而实现的，但这种仅仅通过物理改性制得的高收缩纤维其收缩率稳定性较差、纤维强度低，所以目前多以化学改性和物理改性相结合的方法进行生产，即在常规聚酯的生产过程中通过添加第三、第四单体，破坏大分子的规整性，降低结晶能力，并结合纺丝牵伸过程的物理改性，使制得的高收缩纤维，沸水收缩率高且收缩率稳定，强伸度指标优良，更好地满足后加工的要求。如日本专利(特开平5-302210)公开的是一种“聚酯高收缩纤维的生产方法”，它是采用添加6.0-10.0％的间苯二甲酸共聚制得的切片，通过重新熔融、热管牵伸定型、高速纺丝，制得沸水收缩率大于12％的纤维。日本专利(特开2002-20930)公开的是一种“聚酯高收缩纤维”，它是先制得添加间苯二甲酸及2.2-双(4-羟基苯基)丙烷共聚组分的共聚酯，然后采用纺丝牵伸一步法生产高收缩纤维。但此类产品只能采用分散染料进行染色，为了实现阳离子染料可染，日本专利(特开平11-93020)公开了一种“阳离子可染聚酯纤维及制造方法”，它是采用添加间苯二甲酸乙二醇酯-5-磺酸钠及其它共聚组分的共聚酯切片，然后熔融低速纺丝、牵伸二步法制得阳离子可染的高收缩聚酯长丝。公开号200710040570.3，公开的是“一种改性的共聚酯切片或纤维及其制备方法”，涉及一种改性的共聚酯切片或纤维及制备方法，该共聚酯切片是由对苯二甲酸、乙二醇、间苯二元酸烷烃酯磺酸钠(或钾)及含有侧链的脂肪族二元醇(或其烷氧化物)四组分共聚而成，纺制的纤维对阳离子染料和分散性染料均可以染成深色，并具高收缩性。
上述阳离子可染高收缩聚酯纤维的制备方法，都是先在间歇缩聚装置上通过化学改性制得改性共聚酯切片，然后将改性共聚酯切片重新结晶、干燥、熔融，经纺丝、后加工的物理改性生产高收缩聚酯纤维。在间歇聚合装置上生产的改性共聚酯切片，存在着同一批料由于出料时间不同，粘度等指标波动较大，而且批与批之间，因为反应釜内壁残留熔体的裂解等，易造成批与批之间产品性能的差异，这些问题都会直接影响后加工纺丝性能和最终产品的内在质量。同时改性共聚酯切片需重新结晶干燥和熔融，工艺流程长、生产环节多、生产成本较高。
公开号200710068740.9，公开了一种“连续缩聚直纺阳离子染料可染聚酯长丝的制备方法”，在连续聚酯设备上，先将精对苯二甲酸和乙二醇单体打浆，然后在酯化阶段添加间苯二甲酸乙二醇酯-5-磺酸钠及醚防剂，稳定剂，制得阳离子染料可染聚酯熔体；再通过熔体输送管道，经计量、挤出、牵伸、卷绕制得阳离子染料可染涤纶预取向丝或阳离子染料可染涤纶全取向丝，但该产品生产的是常规阳离子染料可染聚酯长丝。
【发明内容】
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供了一种连续聚合直纺阳离子可染高收缩聚酯长丝的制备方法。本发明流程短、工序少、工艺合理，熔体质量稳定，纺丝性能优良；制得的高收缩纤维收缩率稳定性好，染色均匀，生产成本低的特点。
为达到上述的目的，本发明采用如下技术方案：
一种连续聚合直纺阳离子可染高收缩聚酯长丝的制备方法，采用连续法聚酯制备工艺，包括连续聚合改性共聚酯熔体的制备工艺和直纺阳离子可染高收缩聚酯长丝的制备工艺；且在连续聚合改性共聚酯熔体的制备工艺中采用精对苯二甲酸(PTA)、乙二醇(EG)单体为原料，添加间苯二甲酸(IPA)和间苯二甲酸乙二醇酯-5-磺酸钠(SIPE)分别作为第三单体和第四单体的原料，制得改性共聚酯熔体，然后上述改性共聚酯熔体直接通过熔体输送管道设备，经计量、挤出、吹风冷却、牵伸热定型、卷绕步骤分别制得阳离子可染高收缩涤纶预取向丝(POY)或阳离子可染高收缩涤纶牵伸丝(FDY)中的一种。
所述的连续聚合改性共聚酯熔体的制备工艺包括如下步骤：首先在连续聚酯设备上，采用精对苯二甲酸(PTA)、间苯二甲酸(IPA)、乙二醇(EG)和间苯二甲酸乙二醇酯-5-磺酸钠(SIPE)单体，按间苯二甲酸(IPA)占总二元酸(精对苯二甲酸、间苯二甲酸和间苯二甲酸乙二醇酯-5-磺酸钠地总和)的摩尔百分比6.0-10.0、总二元酸与二元醇(乙二醇)的摩尔比1∶1.15-1∶1.20的比例先将精对苯二甲酸(PTA)、间苯二甲酸(IPA)、乙二醇(EG)各自连续稳定地计量并加入到浆料釜中打浆，打浆釜内加入催化剂；上述浆料连续稳定输送至酯化-I、酯化-II反应釜中，酯化-II反应釜中同时连续添加占总二元酸的摩尔百分比2.0-4.0的间苯二甲酸乙二醇酯-5-磺酸钠及醚防剂、稳定剂，控制酯化-II反应釜温度245-255℃，停留时间30-50分钟，混合均匀的酯化物泵送到缩聚工段，按常规缩聚工艺在温度260-285℃，真空度0.1-10KPa的条件下制得改性共聚酯熔体。
所述的阳离子可染高收缩聚酯长丝的制备工艺包括如下步骤：将上述改性共聚酯熔体，通过熔体输送管道设备，输送到相应的熔体直纺长丝生产设备上，经计量、挤出、吹风冷却、牵伸热定型、卷绕工艺，其中控制熔体输送管道的温度为270-280℃，纺丝箱体温度为280-290℃，侧吹风风速0.3-0.8米/秒，纺丝速度2500-3500米/分，制得阳离子可染高收缩涤纶预取向丝(POY)。
所述的阳离子可染高收缩聚酯长丝的制备工艺包括如下步骤：将上述改性共聚酯熔体，通过熔体输送管道设备，输送到相应的熔体直纺长丝生产设备上，经计量、挤出、吹风冷却、牵伸热定型、卷绕工艺，控制熔体输送管道的温度为270-280℃，纺丝箱体温度为280-290℃，侧吹风风速0.3-0.8米/秒，第一热辊速度800-1500米/分，温度60-85℃，第二热辊速度3500-4200米/分，温度90-110℃，制得阳离子可染高收缩涤纶牵伸丝(FDY)。
所述的催化剂采用乙二醇锑、三氧化二锑和醋酸锑中的一种。
所述的醚防剂为采用醋酸钠、醋酸钾中的一种。
所述的稳定剂采用亚磷酸、磷酸三甲酯和亚磷酸三苯酯中的一种。
所述的间苯二甲酸粉体的输送采用螺杆式连续称量输送设备。
本发明的有益效果是：本发明综合成本和性能因素，优选间苯二甲酸(IPA)作为第三单体，间苯二甲酸乙二醇酯-5-磺酸钠(SIPE)为第四单体，在常规的连续法聚酯制备过程中，通过在浆料调配过程添加6.0-10.0％的IPA，在酯化阶段添加2.0-4.0％的SIPE(众指占总二元酸的摩尔百分比)，制得改性共聚酯熔体；上述改性共聚酯熔体直接通过熔体输送设备(管道)，经计量、挤出、吹风冷却、牵伸热定型、卷绕分别制得高收缩涤纶预取向丝(POY)和高收缩涤纶牵伸丝(FDY)。本发明的连续聚合直纺高收缩聚酯长丝的制备方法，由于流程短、工序少、工艺合理，熔体的端羧基含量(-COOH)≤30.0mol/t，特性粘度[η]偏差±0.010，产品质量稳定，制得的纤维收缩率大于40％，且收缩率稳定，染色均匀，纺丝性能优良，生产成本明显下降。
【具体实施方式】
下面通过具体实施例，对本发明作进一步的描述。其中特性粘度偏差dl/g，连续法指24小时内的特性粘度最大值与最小值的差；间歇法指同一批料中头料与尾料的特性粘度差。沸水收缩率的测定是取切断前的长丝束，按一般涤纶长丝的测试方法进行。以下实施例中的IPA、SIPE的添加量都指占总二元酸(PTA，IPA和SIPE总和)的摩尔百分比；催化剂、稳定剂的含量都指占总产能的重量百分比。
实施例1
改性共聚酯的制备工艺：在连续聚酯设备上设定6000kg/hr的生产能力，将PTA、IPA和EG单体按IPA占总二元酸(PTA，IPA和SIPE总和)的摩尔百分比6.0、总二元酸与二元醇(EG)按1∶1.20的摩尔比加入到浆料釜中，同时打浆釜内加入450PPM(总产能的重量百分比)的缩聚催化剂乙二醇锑，上述浆料连续稳定输送至酯化-I反应釜中，控制酯化-I反应釜压力为0.12MPa，温度258.0℃，料位60.0％，将酯化-I反应釜中物料送入酯化-II反应釜中，控制酯化-II反应釜温度255℃，料位60.0％，停留时间50分钟，同时连续添加占总二元酸的摩尔百分比4.0的调配浓度为40.0％的SIPE，300PPM(占总产能的重量百分比)的醚防剂醋酸钠、100PPM(占总产能的重量百分比)的稳定剂磷酸三甲酯，然后用预聚物泵送到缩聚工段，按常规缩聚工艺制得改性共聚酯。(结果见表1)
实施例2
本实施例的方法基本与实施例1相同，所不同的是：IPA的添加量为8.0％，酯化-I反应釜温度259.0℃，酯化-II反应釜温度258℃，SIPE的添加量为3.0％，然后用预聚物泵送到缩聚工段，按常规缩聚工艺制得改性共聚酯。(结果见表1)
实施例3
本实施例的方法基本与实施例1相同，所不同的是：IPA的添加量为10.0％，酯化-I反应釜温度260.0℃，酯化-II反应釜温度260℃，SIPE的添加量为2.0％，然后用预聚物泵送到缩聚工段，按常规缩聚工艺制得改性共聚酯。(结果见表1)
实施例4
本实施例的方法基本与实施例1相同，所不同的是：IPA的添加量为8.0％，总二元酸与二元醇按1∶1.18的摩尔比加入到浆料釜中，酯化-I反应釜温度259.0℃，酯化-II反应釜温度258℃，SIPE的添加量为3.0％，然后用预聚物泵送到缩聚工段，按常规缩聚工艺制得改性共聚酯。(结果见表1)
实施例5
本实施例的方法基本与实施例1相同，所不同的是：IPA的添加量为8.0％，总二元酸与二元醇按1∶1.15的摩尔比加入到浆料釜中，酯化-I反应釜温度260.0℃，酯化-II反应釜温度260℃，SIPE的添加量为3.0％，然后用预聚物泵送到缩聚工段，按常规缩聚工艺制得改性共聚酯。(结果见表1)
实施例6
如实施例4所述：将实施例4制得的改性共聚酯熔体，直接输送到相应的熔体直纺长丝生产设备上，经计量、挤出、吹风冷却、牵伸热定型、卷绕工艺，其中控制熔体输送管道的温度为275℃，纺丝箱体温度为285℃，侧吹风风速0.6米/秒，纺丝速度2800米/分，制得110dtex/48f预取向丝(POY)。(结果见表2)
实施例7
如实施例4所述：将实施例4制得的改性共聚酯熔体，直接输送到相应的熔体直纺长丝生产设备上，经计量、挤出、吹风冷却、牵伸热定型、卷绕工艺，其中控制熔体输送管道的温度为275℃，纺丝箱体温度为290℃，侧吹风风速0.6米/秒，纺丝速度3200米/分，制得110dtex/48f预取向丝(POY)。(结果见表2)
实施例8
如实施例4所述：将实施例4制得的改性共聚酯熔体，直接输送到相应的熔体直纺长丝生产设备上，经计量、挤出、吹风冷却、牵伸热定型、卷绕工艺，其中控制熔体输送管道的温度为275℃，纺丝箱体温度为285℃，侧吹风风速0.5米/秒，第一热辊速度1000米/分，温度65℃，第二热辊速度3600米/分，温度80℃，制得35dtex/24f牵伸丝(FDY)。(结果见表2)
实施例9
如实施例4所述：将实施例4制得的改性共聚酯熔体，直接输送到相应的熔体直纺长丝生产设备上，经计量、挤出、吹风冷却、牵伸热定型、卷绕工艺，其中控制熔体输送管道的温度为275℃，纺丝箱体温度为290℃，侧吹风风速0.5米/秒，第一热辊速度1200米/分，温度70℃，第二热辊速度3800米/分，温度85℃，制得牵伸丝(FDY)。制得35dtex/24f牵伸丝(FDY)。(结果见表2)
比较例1
在生产能力为约3500KG/批的间歇聚酯设备上，将2700KG的TPA、300KG的IPA、1500L的EG单体加入到浆料釜中，打浆釜内加入450ml的稳定剂(磷酸三甲酯)，1500g缩聚催化剂(乙二醇锑)，混合均匀后，上述浆料连续稳定输送至酯化-I反应釜中，控制酯化-I反应釜温度255.0℃，压力为常压，待酯化水出水达680L后，将酯化-I反应釜内物料送入酯化-II反应釜中，控制酯化-II反应釜温度240-250℃，添加浓度为40.0％的SIPE460L，控制停留时间40-50分钟，酯化结束，然后用氮气压送到缩聚工段，按常规缩聚工艺制得改性共聚酯。(结果见表1)
比较例2
如比较例1所述：将比较例1制得的改性共聚酯切片，经结晶干燥，控制干切片含水率≤50PPM，螺杆温度为270-285℃，纺丝箱体温度为285℃，侧吹风风速0.6米/秒，纺丝速度3200米/分，制得110dtex/48f预取向丝(POY)。(结果见表2)
比较例3
如比较例1所述：将比较例1制得的改性共聚酯切片，经结晶干燥，控制干切片含水率≤50PPM，螺杆温度为270-285℃，纺丝箱体温度为285℃，侧吹风风速0.5米/秒，第一热辊速度1200米/分，温度70℃，第二热辊速度3800米/分，温度85℃，制得牵伸丝(FDY)。制得35dtex/24f牵伸丝(FDY)。(结果见表2)
表1
表2