一种易碱溶聚酯及其制备方法.pdf

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摘要
申请专利号:

CN201210067183.X

申请日:

2012.03.15

公开号:

CN103304794A

公开日:

2013.09.18

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情:

授权|||实质审查的生效IPC(主分类):C08G 63/695申请日:20120315|||公开

IPC分类号:

C08G63/695; C08G63/83; C08G63/87; C08G77/392

主分类号:

C08G63/695

申请人:

东丽纤维研究所(中国)有限公司

发明人:

单伯军; 李旭; 望月克彦

地址:

226009 江苏省南通市经济技术开发区新开南路58号

优先权:

专利代理机构:

代理人:

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内容摘要

本发明公开了一种易碱溶聚酯及其制备方法,所述聚酯由对苯二甲酸、乙二醇、间苯二甲酸二乙二酯-5-磺酸钠和硅化合物共聚而成。其方法为先将对苯二甲酸和乙二醇通过酯化反应得到低聚物,再将所得低聚物进行缩聚制得聚酯,在酯化和/或缩聚反应阶段添加催化剂锂化合物,在缩聚反应阶段添加间苯二甲酸二乙二酯-5-磺酸钠、硅化合物和稳定剂磷化合物,制得易碱溶聚酯。该聚酯具有优异的碱溶出性能以及较好的耐热性能,可用于纺丝、薄膜、树脂等领域。

权利要求书

权利要求书
1.   一种易碱溶聚酯,其特征是:所述聚酯由对苯二甲酸、乙二醇、间苯二甲酸二乙二酯‑5‑磺酸钠和如式1所示的硅化合物共聚而成,其中间苯二甲酸二乙二酯‑5‑磺酸钠共聚单元的含量为相当于总二元酸单元的2~12mol%,硅化合物共聚单元的含量为相当于聚酯总量的0.1~30wt%,催化剂锂化合物的含量以锂元素计为相当于聚酯总量的5~500ppm,
                                                            式1,
式中n为1~500的整数,R1~R6分别为碳原子数为1~18的烷基或6~18的芳香基。

2.   根据权利要求1所述的易碱溶聚酯,其特征是:所述硅化合物共聚单元的含量为相当于聚酯总量的0.1~15wt%。

3.   根据权利要求1所述的易碱溶聚酯,其特征是:所述n为10~200的整数。

4.   根据权利要求1、2或3所述的易碱溶聚酯,其特征是:所述R1~R6分别为甲基、乙基或苯基。

5.   根据权利要求1、2或3所述的易碱溶聚酯,其特征是:所述聚酯中还含有催化剂有机磺酸,其含量为相当于聚酯总重量的0.001~0.05wt%。

6.   根据权利要求1、2或3所述的易碱溶聚酯,其特征是:所述聚酯中含有稳定剂磷化合物,其含量以磷元素计相当于聚酯总重量的12~1300ppm。

7.   一种权利要求1所述易碱溶聚酯的制备方法,先将对苯二甲酸和乙二醇通过酯化反应得到低聚物,再将所得低聚物进行缩聚制得聚酯,其特征是:在酯化和/或缩聚反应阶段添加金属催化剂,在缩聚反应阶段添加间苯二甲酸二乙二酯‑5‑磺酸钠、如式1所示的硅化合物,具体添加量如下:
A)间苯二甲酸二乙二酯‑5‑磺酸钠的添加量为相当于总二元酸单元的3~13mol%,
B)硅化合物的添加量为相当于聚酯总量的0.2~35wt%,
C)金属催化剂中锂化合物的添加量为以锂元素计相当于聚酯总量的6~600ppm。

8.   根据权利要求7所述的易碱溶聚酯的制备方法,其特征是:在缩聚反应阶段添加相当于聚酯总量0.005~0.12wt%的催化剂有机磺酸。

9.   根据权利要求7或8所述的易碱溶聚酯的制备方法,其特征是:在缩聚反应阶段添加以磷元素计相当于聚酯总量的15~1350ppm的稳定剂磷化合物。

说明书

说明书一种易碱溶聚酯及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种易碱溶聚酯和该聚酯的制备方法。
背景技术
现在碱溶性改性聚酯得到越来越广泛的应用,其需求量也逐年扩大,特别是在化纤领域,如将生产得到的海岛型和割纤型的复合纤维通过碱处理将易碱溶聚酯组分溶解掉可以制得超细纤维,此外一些异形断面纤维也可以通过溶解易碱溶聚酯组分而制得。因此,为了满足如此大的市场同时又兼顾生产工艺符合环保的要求,对具有优异的易碱水溶解性且对环境友好的易碱溶聚酯的研究越来越多。
在目前的工艺中,主要通过添加聚乙二醇共聚成分制备易碱溶聚酯,如中国专利CN03112011.3公开了通过添加5‑磺酸钠‑间苯二甲酸乙二醇酯(SIPE)、间苯二甲酸(IPA)和聚乙二醇(PEG)制备易碱溶聚酯的方法,但是如果聚乙二醇添加过多,聚合物中含有大量的气泡,并且耐热性较差;为了提高聚酯的耐热性能,在反应中会加入抗氧剂,使用最多的为受阻酚类抗氧剂。但是在聚酯的使用过程中,这种受阻酚类抗氧剂会从聚酯中析出,污染环境。
发明内容
本发明的目的在于提供一种碱水溶解性能佳、耐热性好且对人体和环境友好的易碱溶聚酯及其制备方法。
本发明的技术解决方案是:
一种易碱溶聚酯,由对苯二甲酸、乙二醇、间苯二甲酸二乙二酯‑5‑磺酸钠和如式1所示的硅化合物共聚而成,其中间苯二甲酸二乙二酯‑5‑磺酸钠共聚单元的含量为相当于总二元酸单元的2~12mol%,硅化合物共聚单元的含量为相当于聚酯总量的0.1~30wt%,催化剂锂化合物的含量以锂元素计为相当于聚酯总量的5~500ppm,
                                                            式1,
式中n为1~500的整数,R1~R6分别为碳原子数为1~18的烷基或6~18的芳香基。
本发明所述聚酯中间苯二甲酸二乙二酯‑5‑磺酸钠(SIPE)的含量为相当于总二元酸单元的2~12mol%,优选2~8mol%。若间苯二甲酸二乙二酯‑5‑磺酸钠的含量小于2mol%,则所得聚酯得不到优异的碱水溶解性能;而如果间苯二甲酸二乙二酯‑5‑磺酸钠的含量超过12mol%,则在聚合过程中会造成聚酯的凝胶化严重,难以得到足够聚合度的聚酯。
本发明所述聚酯中硅化合物的结构式如式1所示,其含量为相当于聚酯总量的0.1~30wt%,优选0.1~15wt%。如果聚酯中硅化合物的含量小于0.1wt%,则所得聚酯的碱水溶解性不好;如果聚酯中硅化合物的含量大于30wt%,则聚合得到的聚酯的熔点、耐热性等性能低下。
式1中n为1~500的整数,优选10~200的整数。所述硅化合物作为共聚单元共聚进入聚酯的链段里面,如果n值太小即硅化合物的数均分子量太低的话,在反应过程中抽真空时其损失率大,硅化合物的反应率低;如果n值太大即硅化合物的数均分子量太高的话,共聚困难。式中R1~R6分别为碳原子数为1~18的烷基或6~18的芳香基,具体的可以分别是甲基、乙基、丙基、丁基、异丁基、十二烷基、苯基、苯甲基或萘基,优选甲基、乙基或苯基。
本发明所述聚酯中含有催化剂锂化合物,其含量以锂元素计为相当于聚酯总量的5~500ppm,优选100~400ppm。聚酯中催化剂锂化合物过量的话,聚酯的耐热性能下降、色调变黄;而催化剂锂化合物含量过少的话,会导致聚酯中二甘醇含量偏高从而影响聚酯性能。
本发明所述聚酯中优选还含有催化剂有机磺酸,其含量为相当于聚酯总量的0.001~0.05wt%,更优选0.005~0.05wt%。聚酯中催化剂有机磺酸的含量过多的话会导致聚酯耐热性能下降、色调变黄。催化剂有机磺酸优选对甲苯磺酸或甲磺酸。
为了防止聚酯反应中异物的产生导致后续纺丝工程的压力波动,优选在本发明所述聚酯中还含有稳定剂磷化合物,其含量为以磷元素计相当于聚酯总量的12~1300ppm,优选250~1000ppm。稳定剂磷化合物优选磷酸。
本发明所述的易碱溶聚酯的制备方法为:
先将对苯二甲酸和乙二醇通过酯化反应得到低聚物,再将所得低聚物进行缩聚制得聚酯,在酯化和/或缩聚反应阶段添加金属催化剂,在缩聚反应阶段添加间苯二甲酸二乙二酯‑5‑磺酸钠、如式1所示的硅化合物,各物质的具体添加量如下:
A)间苯二甲酸二乙二酯‑5‑磺酸钠的添加量为相当于总二元酸单元的3~13mol%,
B)硅化合物的添加量为相当于聚酯总量的0.2~35wt%,
C)金属催化剂中锂化合物的添加量为以锂元素计相当于聚酯总量的6~600ppm。
为了更好的抑制反应中DEG的产生及聚酯端羧基含量,本发明使用的催化剂中含有锂化合物,且锂化合物可以在反应的任何阶段添加,即酯化和/或缩聚反应阶段。
由于锂化合物在本发明所述的酯化和/或缩聚反应中的催化活性相对较低,在金属催化剂中还含有其他常规的催化剂,如催化剂锑化合物和/或钛化合物。所述催化剂锑化合物优选三氧化二锑和/或醋酸锑,其添加量以锑元素计为相当于聚酯总量的50~1000ppm,优选50~800ppm。所述催化剂钛化合物优选钛酸四丁酯,其添加量以钛元素计为相当于聚酯总量的0.5~30ppm,优选0.5~20ppm。反应中将催化剂锑化合物和/或钛化合物的添加量控制在上述范围内,催化剂的添加量太大的话,所得聚酯的耐热性不好,且色调差;如果催化剂的添加量太小的话,聚合反应活性不够。
为了尽可能减少聚酯中金属元素的含量,使得聚酯在使用过程中不至于由于金属的析出而污染环境及危害人体,本发明中优选用有机磺酸代替其他常规的金属催化剂,与锂化合物共同使用作为聚酯的催化剂,同时由于磺酸基团的存在可以提高聚酯的碱溶性能。催化剂有机磺酸在缩聚反应阶段添加,其添加量为相当于聚酯总量的0.005~0.12wt%,添加量过多的话,过量的硫元素会导致聚酯耐热性能下降,添加量过少的话,会导致聚合反应困难,甚至在一定程度上影响聚酯的耐水解性能。
本发明优选在缩聚反应阶段添加以磷元素计相当于聚酯总量的15~1350ppm的稳定剂磷化合物。
本发明中选用间苯二甲酸二甲酯‑5‑磺酸钠和如式1所示的硅化合物作为共聚成分,配合催化剂锂化合物和催化剂有机磺酸的使用,既能赋予聚酯优异的碱水溶解性能,还能使溶解后的成分中不含有害物质,对人体和环境都十分友好。本发明所述的易碱溶聚酯可用于纺丝、薄膜、树脂等领域。
具体实施方式
本发明的实施例中具体使用到的硅化合物如下,但本发明并不局限于所列举的硅化合物:
 n=100       式A,
n=50        式B,
       n=400       式C,
n=10   式D。
对本发明中所涉及的测试方法说明如下:
(1)金属元素含量:
通过ICP‑MS进行测定。
(2)磷元素含量:
将5g聚酯切片在热台上熔融后,用液压机将其压成板状,然后用荧光X射线元素分析仪进行测试。根据测定结果和化学式中各元素的摩尔比来推算聚酯中来自稳定剂磷化合物中的磷元素。
(3)硅化合物含量:
根据核磁共振的氢谱可测得硅化合物中的与硅元素连接的烷基或芳香基的总量,再根据含硅化合物的化学式推算出硅化合物的含量。
(4)聚酯中有机磺酸含量:
测出聚酯中金属元素钠的含量后推算出聚酯中来自间苯二甲酸二乙二酯‑5‑磺酸钠的硫元素的量S1,聚酯经AQF‑100(日本三菱化学制)燃烧法前处理由IC(ICS‑2000,Dionex)定量测定其中总的硫元素含量S,则来自有机磺酸的硫元素的量为S2=S-S1,最后根据有机磺酸的种类算出聚酯中有机磺酸的含量。
(5)碱溶出性能:
将试样在130℃、全真空条件下干燥5小时,干燥后的试样冷却至常温并称得重量M1,然后算出其表面积S;用15wt%氢氧化钠溶液处理干燥后的试样两个小时,处理后的试样用离子交换水洗净,洗净后在130℃、全真空条件下干燥5小时,干燥后冷却至常温并称得重量M2;最后计算溶出性,
溶出性=(M1-M2)/S。
(6)耐热性能:
将试样在80℃的温度下用热风干燥机干燥3小时,再在真空条件下150℃干燥15小时,然后在290℃油浴、氮气条件下保持4小时,取出样品测定其特性粘度IV1和端羧基含量COOH1;测定未经上述处理的试样的特性粘度IV2和端羧基含量COOH2;最后计算ΔIV和ΔCOOH量,
              ΔIV=IV1―IV2;
            ΔCOOH=COOH1―COOH2。
以下通过实施例来说明本发明的内容,但是本发明并不局限于实施例所列内容。
实施例1
在250℃下将166重量份的对苯二甲酸(TPA)和72重量份的乙二醇(EG)(即EG与TPA的摩尔比为1.15)进行酯化反应,通过副产物水的生产量,待酯化反应率达到97%以上,将制得的对苯二甲酸二乙二酯(BHT)低聚物转移到聚合釜中。向聚合釜中依次添加添加相当于聚酯中总二元酸单元5mol%的间苯二甲酸二乙二酯‑5‑磺酸钠(SIPE),相当于聚酯总量10wt%的硅化合物(式A),以磷元素计相当于聚酯总量625ppm的稳定剂磷酸(PA),以锂元素计相当于聚酯总量250ppm的催化剂醋酸锂(LAH),相当于聚酯总量0.02wt%的催化剂对甲苯磺酸(TsOH),反应开始后经1小时从常压减压至100Pa、经1.5小时将温度从250℃升温至290℃,整个反应过程为1~4小时,达到所需要的聚合物粘度后吐出、冷却切粒,制得易碱溶聚酯。
实施例2 
在250℃下将166重量份TPA和72重量份EG进行酯化反应,在酯化过程中添加以锂元素计相当于聚酯总量250ppm的催化剂LAH,通过副产物水的生产量,待酯化反应率达到97%以上,将制得的BHT低聚物转移到聚合釜中。向聚合釜中依次添加相当于聚酯中总二元酸单元5mol%的SIPE,相当于聚酯总量10wt%的硅化合物(式A),以磷元素计相当于聚酯总量625ppm的稳定剂PA,相当于聚酯总量0.02wt%的催化剂TsOH,其他步骤同实施例1。
实施例3
在250℃下将166重量份TPA和72重量份EG进行酯化反应,在酯化过程中添加以锂元素计相当于聚酯总量50ppm的催化剂LAH,通过副产物水的生产量,待酯化反应率达到97%以上,将制得的BHT低聚物转移到聚合釜中。向聚合釜中依次添加相当于聚酯中总二元酸单元5mol%的SIPE,相当于聚酯总量10wt%的硅化合物(式A),以磷元素计相当于聚酯总量625ppm的稳定剂PA,以锂元素计相当于聚酯总量200ppm的LAH,相当于聚酯总量0.02wt%的催化剂TsOH,其他步骤同实施例1。
实施例4
在250℃下将已有的通过EG/TPA摩尔比为1.15制得的BHT熔融,再将166重量份TPA和72重量份EG的混合溶液加入该熔融体系中进行酯化反应,通过副产物水的生产量,待酯化反应率达到97%以上,将所制得的BHT低聚物转移到聚合釜中。向聚合釜中依次添加相当于聚酯中总二元酸单元5mol%的SIPE,相当于聚酯总量10wt%的硅化合物(式A),以磷元素计相当于聚酯总量250ppm的稳定剂PA,五以锂元素计相当于聚酯总量100ppm的催化剂LAH,相当于聚酯总量0.05wt%的催化剂TsOH,其他步骤同实施例1。
实施例5
    在250℃下将166重量份TPA和69重量份EG(即EG与TPA的摩尔比为1.10)进行酯化反应,将制得的BHT低聚物转移到聚合釜中。向聚合釜中依次添加相当于聚酯中总二元酸单元6mol%的SIPE,相当于聚酯总量5wt%的硅化合物(式A),以磷元素计相当于聚酯总量500ppm的稳定剂PA,以锂元素计相当于聚酯总量200ppm的催化剂LAH,相当于聚酯总量0.02wt%的催化剂TsOH,其他步骤同实施例1。
实施例6
    在缩聚过程中依次添加相当于聚酯中总二元酸单元3mol%的SIPE,相当于聚酯总量20wt%的硅化合物(式A),以磷元素计相当于聚酯总量125ppm的稳定剂PA,以锂元素计相当于聚酯总量50ppm的催化剂LAH,相当于聚酯总量0.1wt%的催化剂TsOH,其他步骤同实施例1。
实施例7
    在缩聚过程中依次添加相当于聚酯中总二元酸单元13mol%的SIPE,相当于聚酯总量0.5wt%的硅化合物(式A),以磷元素计相当于聚酯总量25ppm的稳定剂PA,以锂元素计相当于聚酯总量10ppm的催化剂LAH,相当于聚酯总量0.02wt%的催化剂TsOH,其他步骤同实施例1。
实施例8
    在缩聚过程中依次添加相当于聚酯中总二元酸单元5mol%的SIPE,相当于聚酯总量10wt%的硅化合物(式B),以磷元素计相当于聚酯总量625ppm的稳定剂TMPA,以锂元素计相当于聚酯总量250ppm的催化剂LAH,相当于聚酯总量0.02wt%的催化剂甲磺酸(MsOH),其他步骤同实施例1。
实施例9
    在缩聚过程中依次添加相当于聚酯中总二元酸单元5mol%的SIPE,相当于聚酯总量10wt%的硅化合物(式C),以磷元素计相当于聚酯总量625ppm的稳定剂PA,以锂元素计相当于聚酯总量250ppm的催化剂LAH,相当于聚酯总量0.02wt%的催化剂1,3‑丙二磺酸(PDSA),其他步骤同实施例1。
实施例10
    在缩聚过程中依次添加相当于聚酯中总二元酸单元5mol%的SIPE,相当于聚酯总量1wt%的硅化合物(式D),以磷元素计相当于聚酯总量625ppm的稳定剂PA,以锂元素计相当于聚酯总量250ppm的催化剂丁基锂,相当于聚酯总量0.02wt%的催化剂MsOH,其他步骤同实施例1。
实施例11
    在缩聚过程中依次添加相当于聚酯中总二元酸单元5mol%的SIPE,相当于聚酯总量10wt%的硅化合物(式A),以磷元素计相当于聚酯总量625ppm的稳定剂PA,以锂元素计相当于聚酯总量250ppm的催化剂LAH,以锑元素计相当于聚酯总量100ppm的催化剂三氧化二锑(AO3),其他步骤同实施例1。
实施例12
    在缩聚过程中依次添加相当于聚酯中总二元酸单元5mol%的SIPE,相当于聚酯总量10wt%的硅化合物(式A),以磷元素计相当于聚酯总量625ppm的稳定剂PA,以锂元素计相当于聚酯总量250ppm的催化剂LAH,以锑元素计相当于聚酯总量500ppm的催化剂AO3和250ppm的催化剂醋酸锑(SAH),其他步骤同实施例1。
实施例13
在缩聚过程中依次添加相当于聚酯中总二元酸单元5mol%的SIPE,相当于聚酯总量10wt%的硅化合物(式A),以磷元素计相当于聚酯总量625ppm的稳定剂PA,以锂元素计相当于聚酯总量250ppm的催化剂LAH,以锑元素计相当于聚酯总量1000ppm的催化剂五氧化二锑(AO5),其他步骤同实施例1。
实施例14
   在缩聚过程中依次添加相当于聚酯中总二元酸单元5mol%的SIPE,相当于聚酯总量10wt%的硅化合物(式A),以磷元素计相当于聚酯总量625ppm的稳定剂PA,以锂元素计相当于聚酯总量250ppm的催化剂LAH,以钛元素计相当于聚酯总量10ppm的催化剂钛酸四丁酯(TBT),其他步骤同实施例1。
实施例15
    在缩聚过程中依次添加相当于聚酯中总二元酸单元5mol%的SIPE,相当于聚酯总量10wt%的硅化合物(式A),以磷元素计相当于聚酯总量625ppm的稳定剂PA,以锂元素计相当于聚酯总量250ppm的催化剂LAH,以锑元素计相当于聚酯总量60ppm的催化剂AO3和以钛元素计相当于聚酯总量1ppm的催化剂TBT,其他步骤同实施例1。
实施例16
    在缩聚过程中依次添加相当于聚酯中总二元酸单元5mol%的SIPE,相当于聚酯总量10wt%的硅化合物(式A),以磷元素计相当于聚酯总量625ppm的稳定剂PA,以锂元素计相当于聚酯总量250ppm的催化剂LAH,以钛元素计相当于聚酯总量31ppm的催化剂钛酸异丙酯(TPT),其他步骤同实施例1。
比较例1
不添加硅化合物,其他步骤同实施例1。
比较例2
不添加SIPE,其他步骤同实施例1。
比较例3
在250℃下将166重量份TPA和72重量份EG进行酯化反应,通过副产物水的生产量,待酯化反应率达到97%以上,将制得的BHT低聚物转移到聚合釜中。向聚合釜中依次添加相当于聚酯中总二元酸单元5mol%的SIPE,相当于聚酯总量10wt%的硅化合物(式A),十以磷元素计相当于聚酯总量25ppm的稳定剂PA,以锂元素计相当于聚酯总量10ppm的催化剂LAH,反应开始后经1小时从常压减压至100Pa、经1.5小时将温度从250℃升温至290℃,长时间无法聚合。
比较例4
    不添加SIPE和硅化合物,其他步骤同实施例1。
比较例5
    在缩聚过程中仅添加以锑元素计相当于聚酯总量240ppm的催化剂AO3,其他步骤同实施例1。
实施例和比较例中制备聚酯具体参数及聚酯的物理性能见附表1、附表2和附表3,表中锂化合物的添加量(Li)指以锂元素计催化剂锂化合物的添加量,稳定剂磷化合物的添加量(P)指以磷元素计磷化合物的添加量,其他金属催化剂的添加量是指以催化剂中金属元素计的添加量。


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1、(10)申请公布号 CN 103304794 A (43)申请公布日 2013.09.18 CN 103304794 A *CN103304794A* (21)申请号 201210067183.X (22)申请日 2012.03.15 C08G 63/695(2006.01) C08G 63/83(2006.01) C08G 63/87(2006.01) C08G 77/392(2006.01) (71)申请人 东丽纤维研究所 ( 中国 ) 有限公司 地址 226009 江苏省南通市经济技术开发区 新开南路 58 号 (72)发明人 单伯军 李旭 望月克彦 (54) 发明名称 一种易碱溶聚酯及。

2、其制备方法 (57) 摘要 本发明公开了一种易碱溶聚酯及其制备方 法, 所述聚酯由对苯二甲酸、 乙二醇、 间苯二甲酸 二乙二酯 -5- 磺酸钠和硅化合物共聚而成。其方 法为先将对苯二甲酸和乙二醇通过酯化反应得到 低聚物, 再将所得低聚物进行缩聚制得聚酯, 在 酯化和 / 或缩聚反应阶段添加催化剂锂化合物, 在缩聚反应阶段添加间苯二甲酸二乙二酯 -5- 磺 酸钠、 硅化合物和稳定剂磷化合物, 制得易碱溶聚 酯。该聚酯具有优异的碱溶出性能以及较好的耐 热性能, 可用于纺丝、 薄膜、 树脂等领域。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 10 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (。

3、12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书10页 (10)申请公布号 CN 103304794 A CN 103304794 A *CN103304794A* 1/1 页 2 1. 一种易碱溶聚酯, 其特征是 : 所述聚酯由对苯二甲酸、 乙二醇、 间苯二甲酸二乙二 酯 -5- 磺酸钠和如式 1 所示的硅化合物共聚而成, 其中间苯二甲酸二乙二酯 -5- 磺酸钠 共聚单元的含量为相当于总二元酸单元的 2 12mol%, 硅化合物共聚单元的含量为相当 于聚酯总量的 0.1 30wt%, 催化剂锂化合物的含量以锂元素计为相当于聚酯总量的 5 500ppm, 式 1, 式中 n 为 1 500 的整数,。

4、 R1 R6分别为碳原子数为 1 18 的烷基或 6 18 的芳香 基。 2. 根据权利要求 1 所述的易碱溶聚酯, 其特征是 : 所述硅化合物共聚单元的含量为相 当于聚酯总量的 0.1 15wt%。 3. 根据权利要求 1 所述的易碱溶聚酯, 其特征是 : 所述 n 为 10 200 的整数。 4. 根据权利要求 1、 2 或 3 所述的易碱溶聚酯, 其特征是 : 所述 R1 R6分别为甲基、 乙 基或苯基。 5. 根据权利要求 1、 2 或 3 所述的易碱溶聚酯, 其特征是 : 所述聚酯中还含有催化剂有 机磺酸, 其含量为相当于聚酯总重量的 0.001 0.05wt%。 6. 根据权利要求。

5、 1、 2 或 3 所述的易碱溶聚酯, 其特征是 : 所述聚酯中含有稳定剂磷化 合物, 其含量以磷元素计相当于聚酯总重量的 12 1300ppm。 7. 一种权利要求 1 所述易碱溶聚酯的制备方法, 先将对苯二甲酸和乙二醇通过酯化反 应得到低聚物, 再将所得低聚物进行缩聚制得聚酯, 其特征是 : 在酯化和 / 或缩聚反应阶段 添加金属催化剂, 在缩聚反应阶段添加间苯二甲酸二乙二酯-5-磺酸钠、 如式1所示的硅化 合物, 具体添加量如下 : A) 间苯二甲酸二乙二酯 -5- 磺酸钠的添加量为相当于总二元酸单元的 3 13mol%, B) 硅化合物的添加量为相当于聚酯总量的 0.2 35wt%, 。

6、C) 金属催化剂中锂化合物的添加量为以锂元素计相当于聚酯总量的 6 600ppm。 8. 根据权利要求 7 所述的易碱溶聚酯的制备方法, 其特征是 : 在缩聚反应阶段添加相 当于聚酯总量 0.005 0.12wt% 的催化剂有机磺酸。 9. 根据权利要求 7 或 8 所述的易碱溶聚酯的制备方法, 其特征是 : 在缩聚反应阶段添 加以磷元素计相当于聚酯总量的 15 1350ppm 的稳定剂磷化合物。 权 利 要 求 书 CN 103304794 A 2 1/10 页 3 一种易碱溶聚酯及其制备方法 技术领域 0001 本发明涉及一种易碱溶聚酯和该聚酯的制备方法。 背景技术 0002 现在碱溶性改。

7、性聚酯得到越来越广泛的应用, 其需求量也逐年扩大, 特别是在化 纤领域, 如将生产得到的海岛型和割纤型的复合纤维通过碱处理将易碱溶聚酯组分溶解掉 可以制得超细纤维, 此外一些异形断面纤维也可以通过溶解易碱溶聚酯组分而制得。 因此, 为了满足如此大的市场同时又兼顾生产工艺符合环保的要求, 对具有优异的易碱水溶解性 且对环境友好的易碱溶聚酯的研究越来越多。 0003 在目前的工艺中, 主要通过添加聚乙二醇共聚成分制备易碱溶聚酯, 如中国专利 CN03112011.3公开了通过添加5-磺酸钠-间苯二甲酸乙二醇酯 (SIPE) 、 间苯二甲酸 (IPA) 和聚乙二醇 (PEG) 制备易碱溶聚酯的方法,。

8、 但是如果聚乙二醇添加过多, 聚合物中含有大量 的气泡, 并且耐热性较差 ; 为了提高聚酯的耐热性能, 在反应中会加入抗氧剂, 使用最多的 为受阻酚类抗氧剂。 但是在聚酯的使用过程中, 这种受阻酚类抗氧剂会从聚酯中析出, 污染 环境。 发明内容 0004 本发明的目的在于提供一种碱水溶解性能佳、 耐热性好且对人体和环境友好的易 碱溶聚酯及其制备方法。 0005 本发明的技术解决方案是 : 一种易碱溶聚酯, 由对苯二甲酸、 乙二醇、 间苯二甲酸二乙二酯 -5- 磺酸钠和如式 1 所 示的硅化合物共聚而成, 其中间苯二甲酸二乙二酯 -5- 磺酸钠共聚单元的含量为相当于总 二元酸单元的 2 12mo。

9、l%, 硅化合物共聚单元的含量为相当于聚酯总量的 0.1 30wt%, 催 化剂锂化合物的含量以锂元素计为相当于聚酯总量的 5 500ppm, 式 1, 式中 n 为 1 500 的整数, R1 R6分别为碳原子数为 1 18 的烷基或 6 18 的芳香 基。 0006 本发明所述聚酯中间苯二甲酸二乙二酯 -5- 磺酸钠 (SIPE) 的含量为相当于总二 元酸单元的 2 12mol%, 优选 2 8mol%。若间苯二甲酸二乙二酯 -5- 磺酸钠的含量小于 2mol%, 则所得聚酯得不到优异的碱水溶解性能 ; 而如果间苯二甲酸二乙二酯 -5- 磺酸钠的 含量超过 12mol%, 则在聚合过程中会。

10、造成聚酯的凝胶化严重, 难以得到足够聚合度的聚酯。 0007 本发明所述聚酯中硅化合物的结构式如式 1 所示, 其含量为相当于聚酯总量的 说 明 书 CN 103304794 A 3 2/10 页 4 0.1 30wt%, 优选 0.1 15wt%。如果聚酯中硅化合物的含量小于 0.1wt%, 则所得聚酯的 碱水溶解性不好 ; 如果聚酯中硅化合物的含量大于 30wt%, 则聚合得到的聚酯的熔点、 耐热 性等性能低下。 0008 式 1 中 n 为 1 500 的整数, 优选 10 200 的整数。所述硅化合物作为共聚单元 共聚进入聚酯的链段里面, 如果 n 值太小即硅化合物的数均分子量太低的话。

11、, 在反应过程 中抽真空时其损失率大, 硅化合物的反应率低 ; 如果 n 值太大即硅化合物的数均分子量太 高的话, 共聚困难。式中 R1 R6分别为碳原子数为 1 18 的烷基或 6 18 的芳香基, 具 体的可以分别是甲基、 乙基、 丙基、 丁基、 异丁基、 十二烷基、 苯基、 苯甲基或萘基, 优选甲基、 乙基或苯基。 0009 本发明所述聚酯中含有催化剂锂化合物, 其含量以锂元素计为相当于聚酯总量的 5 500ppm, 优选 100 400ppm。聚酯中催化剂锂化合物过量的话, 聚酯的耐热性能下降、 色调变黄 ; 而催化剂锂化合物含量过少的话, 会导致聚酯中二甘醇含量偏高从而影响聚酯 性能。

12、。 0010 本发明所述聚酯中优选还含有催化剂有机磺酸, 其含量为相当于聚酯总量的 0.001 0.05wt%, 更优选 0.005 0.05wt%。聚酯中催化剂有机磺酸的含量过多的话会导 致聚酯耐热性能下降、 色调变黄。催化剂有机磺酸优选对甲苯磺酸或甲磺酸。 0011 为了防止聚酯反应中异物的产生导致后续纺丝工程的压力波动, 优选在本发明所 述聚酯中还含有稳定剂磷化合物, 其含量为以磷元素计相当于聚酯总量的 12 1300ppm, 优选 250 1000ppm。稳定剂磷化合物优选磷酸。 0012 本发明所述的易碱溶聚酯的制备方法为 : 先将对苯二甲酸和乙二醇通过酯化反应得到低聚物, 再将所得。

13、低聚物进行缩聚制得聚 酯, 在酯化和 / 或缩聚反应阶段添加金属催化剂, 在缩聚反应阶段添加间苯二甲酸二乙二 酯 -5- 磺酸钠、 如式 1 所示的硅化合物, 各物质的具体添加量如下 : A) 间苯二甲酸二乙二酯 -5- 磺酸钠的添加量为相当于总二元酸单元的 3 13mol%, B) 硅化合物的添加量为相当于聚酯总量的 0.2 35wt%, C) 金属催化剂中锂化合物的添加量为以锂元素计相当于聚酯总量的 6 600ppm。 0013 为了更好的抑制反应中 DEG 的产生及聚酯端羧基含量, 本发明使用的催化剂中含 有锂化合物, 且锂化合物可以在反应的任何阶段添加, 即酯化和 / 或缩聚反应阶段。。

14、 0014 由于锂化合物在本发明所述的酯化和 / 或缩聚反应中的催化活性相对较低, 在金 属催化剂中还含有其他常规的催化剂, 如催化剂锑化合物和 / 或钛化合物。所述催化剂 锑化合物优选三氧化二锑和 / 或醋酸锑, 其添加量以锑元素计为相当于聚酯总量的 50 1000ppm, 优选50800ppm。 所述催化剂钛化合物优选钛酸四丁酯, 其添加量以钛元素计为 相当于聚酯总量的 0.5 30ppm, 优选 0.5 20ppm。反应中将催化剂锑化合物和 / 或钛化 合物的添加量控制在上述范围内, 催化剂的添加量太大的话, 所得聚酯的耐热性不好, 且色 调差 ; 如果催化剂的添加量太小的话, 聚合反应。

15、活性不够。 0015 为了尽可能减少聚酯中金属元素的含量, 使得聚酯在使用过程中不至于由于金 属的析出而污染环境及危害人体, 本发明中优选用有机磺酸代替其他常规的金属催化剂, 与锂化合物共同使用作为聚酯的催化剂, 同时由于磺酸基团的存在可以提高聚酯的碱溶 性能。催化剂有机磺酸在缩聚反应阶段添加, 其添加量为相当于聚酯总量的 0.005 说 明 书 CN 103304794 A 4 3/10 页 5 0.12wt%, 添加量过多的话, 过量的硫元素会导致聚酯耐热性能下降, 添加量过少的话, 会导 致聚合反应困难, 甚至在一定程度上影响聚酯的耐水解性能。 0016 本发明优选在缩聚反应阶段添加以磷。

16、元素计相当于聚酯总量的 15 1350ppm 的 稳定剂磷化合物。 0017 本发明中选用间苯二甲酸二甲酯-5-磺酸钠和如式1所示的硅化合物作为共聚成 分, 配合催化剂锂化合物和催化剂有机磺酸的使用, 既能赋予聚酯优异的碱水溶解性能, 还 能使溶解后的成分中不含有害物质, 对人体和环境都十分友好。本发明所述的易碱溶聚酯 可用于纺丝、 薄膜、 树脂等领域。 具体实施方式 0018 本发明的实施例中具体使用到的硅化合物如下, 但本发明并不局限于所列举的硅 化合物 : n=100 式 A, n=50 式 B, n=400 式 C, n=10 式 D。 0019 对本发明中所涉及的测试方法说明如下 :。

17、 说 明 书 CN 103304794 A 5 4/10 页 6 (1) 金属元素含量 : 通过 ICP-MS 进行测定。 0020 (2) 磷元素含量 : 将 5g 聚酯切片在热台上熔融后, 用液压机将其压成板状, 然后用荧光 X 射线元素分析 仪进行测试。 根据测定结果和化学式中各元素的摩尔比来推算聚酯中来自稳定剂磷化合物 中的磷元素。 0021 (3) 硅化合物含量 : 根据核磁共振的氢谱可测得硅化合物中的与硅元素连接的烷基或芳香基的总量, 再根 据含硅化合物的化学式推算出硅化合物的含量。 0022 (4) 聚酯中有机磺酸含量 : 测出聚酯中金属元素钠的含量后推算出聚酯中来自间苯二甲酸二。

18、乙二酯 -5- 磺酸钠 的硫元素的量 S1, 聚酯经 AQF-100 (日本三菱化学制) 燃烧法前处理由 IC (ICS-2000,Dionex) 定量测定其中总的硫元素含量S, 则来自有机磺酸的硫元素的量为S2SS1, 最后根据有 机磺酸的种类算出聚酯中有机磺酸的含量。 0023 (5) 碱溶出性能 : 将试样在 130、 全真空条件下干燥 5 小时, 干燥后的试样冷却至常温并称得重量 M1, 然后算出其表面积 S ; 用 15wt% 氢氧化钠溶液处理干燥后的试样两个小时, 处理后的试样用 离子交换水洗净, 洗净后在 130、 全真空条件下干燥 5 小时, 干燥后冷却至常温并称得重 量 M2。

19、; 最后计算溶出性, 溶出性 (M1 M2)/S。 0024 (6) 耐热性能 : 将试样在 80的温度下用热风干燥机干燥 3 小时, 再在真空条件下 150干燥 15 小 时, 然后在 290油浴、 氮气条件下保持 4 小时, 取出样品测定其特性粘度 IV1和端羧基含 量 COOH1; 测定未经上述处理的试样的特性粘度 IV2和端羧基含量 COOH2; 最后计算 IV 和 COOH 量, IV=IV1IV2; COOH=COOH1COOH2。 0025 以下通过实施例来说明本发明的内容, 但是本发明并不局限于实施例所列内容。 0026 实施例 1 在 250下将 166 重量份的对苯二甲酸 。

20、(TPA) 和 72 重量份的乙二醇 (EG)(即 EG 与 TPA 的摩尔比为 1.15) 进行酯化反应, 通过副产物水的生产量, 待酯化反应率达到 97% 以上, 将 制得的对苯二甲酸二乙二酯 (BHT) 低聚物转移到聚合釜中。向聚合釜中依次添加添加相当 于聚酯中总二元酸单元 5mol% 的间苯二甲酸二乙二酯 -5- 磺酸钠 (SIPE) , 相当于聚酯总量 10wt%的硅化合物 (式A) , 以磷元素计相当于聚酯总量625ppm的稳定剂磷酸 (PA) , 以锂元素 计相当于聚酯总量 250ppm 的催化剂醋酸锂 (LAH) , 相当于聚酯总量 0.02wt% 的催化剂对甲 苯磺酸 (Ts。

21、OH) , 反应开始后经 1 小时从常压减压至 100Pa、 经 1.5 小时将温度从 250升温 至 290, 整个反应过程为 1 4 小时, 达到所需要的聚合物粘度后吐出、 冷却切粒, 制得易 碱溶聚酯。 0027 实施例 2 说 明 书 CN 103304794 A 6 5/10 页 7 在250下将166重量份TPA和72重量份EG进行酯化反应, 在酯化过程中添加以锂元 素计相当于聚酯总量250ppm的催化剂LAH, 通过副产物水的生产量, 待酯化反应率达到97% 以上, 将制得的 BHT 低聚物转移到聚合釜中。向聚合釜中依次添加相当于聚酯中总二元酸 单元 5mol% 的 SIPE, 。

22、相当于聚酯总量 10wt% 的硅化合物 (式 A) , 以磷元素计相当于聚酯总量 625ppm 的稳定剂 PA, 相当于聚酯总量 0.02wt% 的催化剂 TsOH, 其他步骤同实施例 1。 0028 实施例 3 在250下将166重量份TPA和72重量份EG进行酯化反应, 在酯化过程中添加以锂元 素计相当于聚酯总量 50ppm 的催化剂 LAH, 通过副产物水的生产量, 待酯化反应率达到 97% 以上, 将制得的 BHT 低聚物转移到聚合釜中。向聚合釜中依次添加相当于聚酯中总二元酸 单元 5mol% 的 SIPE, 相当于聚酯总量 10wt% 的硅化合物 (式 A) , 以磷元素计相当于聚酯。

23、总量 625ppm 的稳定剂 PA, 以锂元素计相当于聚酯总量 200ppm 的 LAH, 相当于聚酯总量 0.02wt% 的催化剂 TsOH, 其他步骤同实施例 1。 0029 实施例 4 在 250下将已有的通过 EG/TPA 摩尔比为 1.15 制得的 BHT 熔融, 再将 166 重量份 TPA 和72重量份EG的混合溶液加入该熔融体系中进行酯化反应, 通过副产物水的生产量, 待酯 化反应率达到 97% 以上, 将所制得的 BHT 低聚物转移到聚合釜中。向聚合釜中依次添加相 当于聚酯中总二元酸单元 5mol% 的 SIPE, 相当于聚酯总量 10wt% 的硅化合物 (式 A) , 以磷。

24、元 素计相当于聚酯总量 250ppm 的稳定剂 PA, 五以锂元素计相当于聚酯总量 100ppm 的催化剂 LAH, 相当于聚酯总量 0.05wt% 的催化剂 TsOH, 其他步骤同实施例 1。 0030 实施例 5 在 250下将 166 重量份 TPA 和 69 重量份 EG(即 EG 与 TPA 的摩尔比为 1.10) 进 行酯化反应, 将制得的 BHT 低聚物转移到聚合釜中。向聚合釜中依次添加相当于聚酯中总 二元酸单元 6mol% 的 SIPE, 相当于聚酯总量 5wt% 的硅化合物 (式 A) , 以磷元素计相当于聚 酯总量 500ppm 的稳定剂 PA, 以锂元素计相当于聚酯总量 。

25、200ppm 的催化剂 LAH, 相当于聚酯 总量 0.02wt% 的催化剂 TsOH, 其他步骤同实施例 1。 0031 实施例 6 在缩聚过程中依次添加相当于聚酯中总二元酸单元 3mol% 的 SIPE, 相当于聚酯总 量 20wt% 的硅化合物 (式 A) , 以磷元素计相当于聚酯总量 125ppm 的稳定剂 PA, 以锂元素计 相当于聚酯总量 50ppm 的催化剂 LAH, 相当于聚酯总量 0.1wt% 的催化剂 TsOH, 其他步骤同 实施例 1。 0032 实施例 7 在缩聚过程中依次添加相当于聚酯中总二元酸单元 13mol% 的 SIPE, 相当于聚酯 总量 0.5wt% 的硅化。

26、合物 (式 A) , 以磷元素计相当于聚酯总量 25ppm 的稳定剂 PA, 以锂元素 计相当于聚酯总量 10ppm 的催化剂 LAH, 相当于聚酯总量 0.02wt% 的催化剂 TsOH, 其他步骤 同实施例 1。 0033 实施例 8 在缩聚过程中依次添加相当于聚酯中总二元酸单元 5mol% 的 SIPE, 相当于聚酯 总量 10wt% 的硅化合物 (式 B) , 以磷元素计相当于聚酯总量 625ppm 的稳定剂 TMPA, 以锂 元素计相当于聚酯总量 250ppm 的催化剂 LAH, 相当于聚酯总量 0.02wt% 的催化剂甲磺酸 说 明 书 CN 103304794 A 7 6/10 。

27、页 8 (MsOH) , 其他步骤同实施例 1。 0034 实施例 9 在缩聚过程中依次添加相当于聚酯中总二元酸单元 5mol% 的 SIPE, 相当于聚酯总 量 10wt% 的硅化合物 (式 C) , 以磷元素计相当于聚酯总量 625ppm 的稳定剂 PA, 以锂元素计 相当于聚酯总量 250ppm 的催化剂 LAH, 相当于聚酯总量 0.02wt% 的催化剂 1,3- 丙二磺酸 (PDSA) , 其他步骤同实施例 1。 0035 实施例 10 在缩聚过程中依次添加相当于聚酯中总二元酸单元 5mol% 的 SIPE, 相当于聚酯总 量 1wt% 的硅化合物 (式 D) , 以磷元素计相当于聚。

28、酯总量 625ppm 的稳定剂 PA, 以锂元素计相 当于聚酯总量 250ppm 的催化剂丁基锂, 相当于聚酯总量 0.02wt% 的催化剂 MsOH, 其他步骤 同实施例 1。 0036 实施例 11 在缩聚过程中依次添加相当于聚酯中总二元酸单元 5mol% 的 SIPE, 相当于聚酯总 量 10wt% 的硅化合物 (式 A) , 以磷元素计相当于聚酯总量 625ppm 的稳定剂 PA, 以锂元素计 相当于聚酯总量250ppm的催化剂LAH, 以锑元素计相当于聚酯总量100ppm的催化剂三氧化 二锑 (AO3) , 其他步骤同实施例 1。 0037 实施例 12 在缩聚过程中依次添加相当于聚。

29、酯中总二元酸单元 5mol% 的 SIPE, 相当于聚酯总 量 10wt% 的硅化合物 (式 A) , 以磷元素计相当于聚酯总量 625ppm 的稳定剂 PA, 以锂元素计 相当于聚酯总量250ppm的催化剂LAH, 以锑元素计相当于聚酯总量500ppm的催化剂AO3和 250ppm 的催化剂醋酸锑 (SAH) , 其他步骤同实施例 1。 0038 实施例 13 在缩聚过程中依次添加相当于聚酯中总二元酸单元 5mol% 的 SIPE, 相当于聚酯总量 10wt%的硅化合物 (式A) , 以磷元素计相当于聚酯总量625ppm的稳定剂PA, 以锂元素计相当 于聚酯总量 250ppm 的催化剂 LA。

30、H, 以锑元素计相当于聚酯总量 1000ppm 的催化剂五氧化二 锑 (AO5) , 其他步骤同实施例 1。 0039 实施例 14 在缩聚过程中依次添加相当于聚酯中总二元酸单元 5mol% 的 SIPE, 相当于聚酯总 量 10wt% 的硅化合物 (式 A) , 以磷元素计相当于聚酯总量 625ppm 的稳定剂 PA, 以锂元素计 相当于聚酯总量 250ppm 的催化剂 LAH, 以钛元素计相当于聚酯总量 10ppm 的催化剂钛酸四 丁酯 (TBT) , 其他步骤同实施例 1。 0040 实施例 15 在缩聚过程中依次添加相当于聚酯中总二元酸单元 5mol% 的 SIPE, 相当于聚酯总 量。

31、 10wt% 的硅化合物 (式 A) , 以磷元素计相当于聚酯总量 625ppm 的稳定剂 PA, 以锂元素计 相当于聚酯总量 250ppm 的催化剂 LAH, 以锑元素计相当于聚酯总量 60ppm 的催化剂 AO3 和 以钛元素计相当于聚酯总量 1ppm 的催化剂 TBT, 其他步骤同实施例 1。 0041 实施例 16 在缩聚过程中依次添加相当于聚酯中总二元酸单元 5mol% 的 SIPE, 相当于聚酯总 量 10wt% 的硅化合物 (式 A) , 以磷元素计相当于聚酯总量 625ppm 的稳定剂 PA, 以锂元素计 说 明 书 CN 103304794 A 8 7/10 页 9 相当于聚。

32、酯总量 250ppm 的催化剂 LAH, 以钛元素计相当于聚酯总量 31ppm 的催化剂钛酸异 丙酯 (TPT) , 其他步骤同实施例 1。 0042 比较例 1 不添加硅化合物, 其他步骤同实施例 1。 0043 比较例 2 不添加 SIPE, 其他步骤同实施例 1。 0044 比较例 3 在 250下将 166 重量份 TPA 和 72 重量份 EG 进行酯化反应, 通过副产物水的生产量, 待酯化反应率达到 97% 以上, 将制得的 BHT 低聚物转移到聚合釜中。向聚合釜中依次添加 相当于聚酯中总二元酸单元 5mol% 的 SIPE, 相当于聚酯总量 10wt% 的硅化合物 (式 A) ,。

33、 十以 磷元素计相当于聚酯总量 25ppm 的稳定剂 PA, 以锂元素计相当于聚酯总量 10ppm 的催化剂 LAH, 反应开始后经1小时从常压减压至100Pa、 经1.5小时将温度从250升温至290, 长 时间无法聚合。 0045 比较例 4 不添加 SIPE 和硅化合物, 其他步骤同实施例 1。 0046 比较例 5 在缩聚过程中仅添加以锑元素计相当于聚酯总量 240ppm 的催化剂 AO3, 其他步骤 同实施例 1。 0047 实施例和比较例中制备聚酯具体参数及聚酯的物理性能见附表 1、 附表 2 和附表 3, 表中锂化合物的添加量 (Li) 指以锂元素计催化剂锂化合物的添加量, 稳定剂磷化合物的 添加量 (P) 指以磷元素计磷化合物的添加量, 其他金属催化剂的添加量是指以催化剂中金 属元素计的添加量。 说 明 书 CN 103304794 A 9 8/10 页 10 说 明 书 CN 103304794 A 10 9/10 页 11 说 明 书 CN 103304794 A 11 10/10 页 12 说 明 书 CN 103304794 A 12 。

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