一种连续聚合直接纺丝阳离子易染高收缩聚酯预取向丝POY的制备方法与流程

一种连续聚合直接纺丝阳离子易染高收缩聚酯预取向丝poy的制备方法
技术领域
1.本发明涉及一种改性共聚酯预取向丝poy的制造方法，特别是一种连续聚合熔体直纺阳离子易染高收缩聚酯预取向丝poy的制备方法，属于化学纤维领域。


背景技术：

2.聚酯纤维是化学纤维中应用最为广泛的品种。由于聚酯分子链规整度较高，结晶度和取向度较高，化学极性较小，染料的分子结构不易进入纤维，因此其染色性能差，可使用染料的种类少，只能采用分散染料实施高温高压载体染色。阳离子染料易染改性聚酯纤维，由于具有吸色性好、色泽艳丽及色谱齐全等优良特点，目前已经成为聚酯类发展前景良好的改性品种，并且随着其应用领域的不断拓展及织物新产品的开发，对具有较高收缩率的阳离子易染高收缩聚酯纤维的需求也逐渐增长，应用前景看好。
3.高收缩纤维是指纤维沸水收缩率大于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。如高收缩涤纶预取向丝与其他预取向丝混纤热牵伸，所得到的产品可增加后续织物的立体感、蓬松性等，已在服装、毛毯、人造毛皮及人造皮革等产品的生产制造中得到广泛的应用。阳离子易染高收缩聚酯纤维除具有上述高收缩涤纶预取向丝poy的性能特点外，还可以采用阳离子染料进行染色。
4.聚酯高收缩纤维的制备主要有物理改性和化学改性两种方法。物理改性主要是通过调整纺丝牵伸工艺实现，但仅仅通过物理改性其收缩率不稳定性，纤维的强度也偏低，所以目前多采用化学改性的方法进行生产，即在常规聚酯的生产过程中添加第三单体，破坏聚酯分子链的规整性，从而降低结晶能力，并结合纺丝牵伸工艺的相应调整，使制得的高收缩纤维体现出高而且稳定的沸水收缩率，同时强伸度指标优良，适合织造等后续加工的要求。现有技术公开了一种“高收缩性聚酯预取向丝poy及制造方法”， 均通过添加间苯二甲酸及其它共聚组分生产共聚酯切片，结合预结晶干燥及熔融纺丝等各工序的工艺调整，生产出高收缩性聚酯预取向丝poy。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易染，现有技术公开了一种“高收缩性共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， 然后熔融纺丝、牵伸制得高收缩性共聚酯预取向丝poy，产品可以采用阳离子染料染色。公开号为cn101173376的专利公开的是一种“阳离子高收缩短纤维的制造方法”，首先在聚酯合成中，加入第三、第四单体间苯二甲酸及间苯二甲酸乙二醇酯-5-磺酸钠，制得改性共聚酯切片，然后经切片干燥、纺丝、牵伸加工过程的工艺调节生产阳离子高收缩聚酯短纤维。
5.上述制备方法，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，然后通过切片的预结晶、干燥、熔融纺丝及后加工等工序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，存在着同一批次不同时间段或不同批次之间的质量差异，主要原因是出料过程中聚合物的温度仍在变化，聚合物不同的釜内停留时间使聚酯产品的粘度、端羧基及色值等指标发生过程变化。批与批之间也由于存在不同的酯化率控制情况或
前批料的釜内壁残留熔体降解影响，易造成批与批之间的相关产品性能指标产生差异，这些问题都会直接影响后加工纺丝或热牵伸性能，并最终影响后续织造产品的质量。


技术实现要素：

6.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熔体直接纺丝阳离子易染高收缩聚酯预取向丝poy的制备方法。本发明工艺流程短、工序少、工艺合理，聚酯熔体的质量稳定，纺丝和热牵伸性能优良；制得的阳离子染料易染高收缩聚酯预取向丝poy，在进一步生产热牵伸丝dty后，dty呈现稳定的收缩率，且染色均匀可控，产品质量稳定。
7.为达到上述的目的，本发明采用如下技术方案：一种连续聚合直接纺丝阳离子易染高收缩聚酯预取向丝poy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易染高收缩聚酯预取向丝poy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）、间苯二甲酸（ipa）、乙二醇（meg）、间苯二甲酸乙二醇酯-5-磺酸钠（sipe）和聚乙二醇（peg）有机化合物单体为原料，其中间苯二甲酸乙二醇酯-5-磺酸钠由间苯二甲酸-5-磺酸钠（sipa）与乙二醇反应合成，制得改性共聚聚酯熔体；然后经聚酯熔体输送、纺丝计量、熔融挤出、吹风冷却、上油集束及卷绕等工序制得阳离子易染高收缩聚酯预取向丝poy。
8.所述连续聚合改性共聚酯熔体的制备工艺包括如下步骤：（1）首先在连续聚酯设备上，采用包括精对苯二甲酸、间苯二甲酸和乙二醇的有机化合物单体，按间苯二甲酸占总二元酸的摩尔百分比6.0％-10.0％、 总二元酸与二元醇的摩尔比1∶1.15-1∶1.20的比例先将精对苯二甲 酸、间苯二甲酸、乙二醇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260ppm催化剂(占总产能的重量百分比)；然后将上述浆料连续稳定输送至第一酯化反应釜；（2）上述原料在第一酯化反应釜完成酯化反应，酯化反应温度为255～260℃，酯化反应压力为40～80kpa，酯化水通过工艺塔进入环保系统实施处理；达到规定酯化率的酯化物可以进入第二酯化反应釜继续实施酯化反应；（3）以酸与醇摩尔比1：10的比例，间苯二甲酸-5-磺酸钠与乙二醇在第四单体配制釜中进行酯化反应，酯化反应温度为160～180℃，酯化反应压力为5～10kpa，合成第四单体间苯二甲酸乙二醇酯-5-磺酸钠的乙二醇溶液；（4）向第二酯化反应釜中同时连续添加占总二元酸的摩尔百分比4.0％-8.0％的间苯二甲酸乙二醇酯-5-磺酸钠及聚乙二醇混合溶液，包括300ppm的防醚化剂及100ppmm的稳定剂(均为占总产能的重量百分比)，控制第二酯化反应釜温度240-245℃，停留时间90-120分钟， 混合均匀的酯化物泵送到缩聚工段；（5）在预缩聚反应釜和终缩聚反应釜中，在温度260-275 ℃，真空度0.2-15kpa的条件下控制缩聚反应，制得改性共聚酯熔体。
9.所述步骤（1）中的催化剂为乙二醇锑、三氧化二锑和醋酸锑中的一种。
10.所述步骤（4）中的防醚化剂为醋酸钠与醋酸钾的混合物。
11.所述步骤（4）中的稳定剂采用亚磷酸、磷酸三甲酯、亚磷酸三苯酯和磷酸乙二醇酯中的一种。
12.所述步骤（1）中的间苯二甲酸为粉体，且输送采用螺杆式连续称量输送设备。
13.纺阳离子易染高收缩聚酯预取向丝poy的制备工艺包括如下步骤：通过熔体输送齿轮泵，过滤及管道设备，将上述改性共聚酯熔体输送到相应的熔体直接纺丝生产装置，聚酯熔体经纺丝计量、熔融挤出、吹风冷却成形、上油集束增强纤维抱合力及卷绕成型工序制得预取向丝poy，再经过热牵伸及加捻变形后，该预取向丝poy可以进一步制得沸水收缩率大于45％的阳离子易染高收缩聚酯牵伸丝dty。熔体输送管道设备通过增压泵加压，熔体输送时熔体的温度为265-275℃。
14.纺丝计量及喷丝板熔融挤出均在纺丝箱体中实现，吹风冷却成形通过环吹风循环系统实现，纺丝速度是卷绕成型工序的重要控制参数。其中，纺丝箱体温度为270-280℃，喷丝板孔数为36至96各系列，环吹风风压450
‑ꢀ
550pa，纺丝速度2750-2950米/分。
15.所述精对苯二甲酸（pta），其外观为白色粉未，纯度≥99%，酸值为675
±
2mgkoh/g，对甲基苯甲酸（pt酸）含量≤150ppm，4-羟基苯甲醛（4-cba）≤25ppm，色相b值≤1.5，灰分≤8ppm，总金属含量≤5ppm，铁含量≤1ppm，色度号（20%水溶液铂-钴）≤10apha，水分≤0.2%。
16.所述乙二醇（meg），初馏点≥196℃，水分≤0.1%，酸度（以乙酸计）≤0.002%，铁含量≤0.1ppm，灰分≤10ppm，醛含量（以甲醛计）≤10ppm，二乙二醇和三乙二醇含量≤0.1%，此外透光率≥70（220nm）, ≥90（275nm）, ≥98（350nm）。
17.所述精间苯二甲酸（ipa），其外观为白色粉未，纯度≥99%，酸值为675
±
2mgkoh/g，间甲基苯甲酸（pt酸）含量≤150ppm，3-羟基苯甲醛（3-cba）≤25ppm，色相b值≤1.5，灰分≤8ppm，总金属含量≤5ppm，铁含量≤1ppm，色度号（20%水溶液铂-钴）≤10apha，水分≤0.2%。
18.所述间苯二甲酸-5-磺酸钠（sipa），其外观为白色粉未，纯度≥99%，酸值为418
±
3mgkoh/g，硫酸盐（so42-）≤500ppm，铁含量（fe）≤10ppm，氯化物（cl-）≤10ppm，透过率≥90%，水中溶解度100%，色度号（20%水溶液铂-钴）≤20apha，水分≤0.2%。
19.所述聚乙二醇（peg），分子量1900～2200，羟值53～59 mgkoh/g，凝固点48～50℃，水分≤0.5%，ph值5.0～7.0。
20.本发明的有益效果是：（1）本发明的制备方法，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，聚乙二醇（peg）为第五单体，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4.0-8.0％的 sipe和peg (指占总二元酸的摩尔百分比)，制得改性共聚酯熔体；（2）上述改性共聚酯熔体直接通过熔体输送设备(齿轮增压泵、管道及熔体冷却器)，经计量、挤出、吹风冷却、上油集束及卷绕等工序，制得阳离子易染高收缩涤纶预取向丝poy。本发明的连续聚合熔体直纺阳离子易染高收缩聚酯预取向丝poy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)≤20.0mol/t，特性粘度[η]偏差
±
0.010dl/g，产品质量稳定，由该预取向丝poy制得的dty纤维沸水收缩率大于45％，且收缩率稳定，染色均匀，纺丝性能优良，较之间歇式聚酯装置和切片纺纺丝装置，生产成本明显下降。
附图说明
[0021]
图1为本发明的的工艺流程简图；图2为合成间苯二甲酸乙二醇酯-5-磺酸钠（sipe）的酯化反应及相关流程简图。
具体实施方式
[0022]
下面通过具体实施例，对本发明作进一步的描述。
[0023]
本实施以详细的工艺流程加以说明：（1）外购袋装pta（单包1.2吨）及ipa（单包500公斤）由卡车送至pta仓库贮存，工艺生产所需的pta及ipa通过电动葫芦吊装至聚酯三楼投料间，再用电动葫芦水平送到浆料调配罐附近，整齐排列。
[0024]
（2）在打浆罐中加入根据摩尔比计算的meg和催化剂含量计算的乙二醇锑，启动搅拌器后连续投入3包pta和1包ipa，装置设置了两台浆料调配罐，分别实施配料作业。在浆料混合充分后打开调配罐的底部阀门，使浆料流入浆料成品罐，再通过两台浆料输送泵送浆料入第一酯化反应釜。
[0025]
（3）酯化反应系统共设置了两台酯化反应釜，在第一酯化反应器中控制一定的反应温度，酯化率可以达到91-92%，通过调节反应器的温度、压力和液位，可以控制反应酯化率。第二酯化反应釜的压力低于第一酯化反应釜，在压差及位差的作用下酯化物通过管道由第一酯化反应釜流入处第二酯化反应釜，在第二酯化反应器中控制一定的反应温度，酯化率可以达到96-97%。第四单体sipe及第五单体peg经过混合后加入第二酯化反应釜的第一室，包括相应的防醚化剂和稳定剂，再通过第二室和第三室进行充分混合。两个酯化反应釜的汽相物采用一个工艺塔用于meg的回收，分离的重组分meg经过输送泵回流至两个酯化反应釜，塔顶轻组分经过列管式换热器冷凝后，一部分凝液回流入工艺塔，其余作为生产废水进入汽提塔，汽提出气相组分到热媒炉燃烧处理，底部废水进入污水处理站进行生化处理，cod达标后排放至工业区污水处理厂进一步处理。
[0026]
（4）设置一台预缩聚反应釜，为上下室结构，酯化物先通过第二酯化釜的出口管道流入预缩聚釜的上反应室，再通过物料自动调节阀进入下反应室，上室利用气流返混，不设搅拌器，在下室设置机械搅拌器。预缩聚釜与终缩聚釜共用一套乙二醇蒸汽喷射泵产生真空，由于聚合度要求不同，下室真空度高于上室。在预缩聚反应釜及其真空喷射系统之间设置了刮板冷凝器，反应生成的气相物进入刮板冷凝器，与喷淋eg逆向接触，捕集气相中的夹带物，主要包括eg、水和低聚物等，meg凝液收集在液封槽内，采用meg泵输送，经过板式换热器冷却后循环使用，多余部分送入工艺塔分离回用meg。预聚物采用齿轮泵出料，送入终聚釜进一步缩聚反应。
[0027]
（5）设置一台终缩聚反应釜，操作压力控制在高真空状态，通过控制真空度使熔体的粘度达到指标要求，制得阳离子染料易染高收缩共聚聚酯熔体。为控制终缩聚系统的真空度，采用冷冻水作为meg喷淋液的冷却介质。新鲜meg加入终缩聚反应釜的刮板冷凝器、eg蒸发器和液环真空泵，meg凝液也收集在液封槽内，由于水含量较低，可以直接用于配制浆料。设置meg蒸发器及meg蒸汽喷射泵产生真空，用液环泵作为系统的不凝性气体排放动力，通过调节补加在喷射泵吸入口的meg蒸汽量控制缩聚反应的真空度。
[0028]
（6）聚酯熔体采用齿轮泵出料和增压，经过熔体过滤器过滤后，通过特殊设计的熔体分配系统，送至poy长丝纺丝装置进行熔体直接纺丝，极少量的部分送切片生产系统铸带切粒。设置了一台手动包装机在车间直接打包，再用叉车送到成品料仓储存。设置了两台700万大卡/小时的天然气导热油锅炉，导热油为氢化三联苯，为聚酯装置提供化学反应及系统保温所需的热量。
5-磺酸钠（sipe）聚乙二醇混合溶液温度控制在100
±
5℃，该溶液通过屏蔽泵连续输送进入聚酯装置的第二酯化反应釜进行酯化物的混合，并根据工序要求实施后续的缩聚反应生产阳离子聚酯纤维。塔顶酯化水收集罐中存贮的反应接受水排放到汽提塔处理，处理后送入厂区污水处理设施进行生化处理，与厂区污水一起处理后达标排放入工业区污水处理系统。
[0038]
实施例1一种连续聚合直接纺丝阳离子易染高收缩聚酯预取向丝poy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易染高收缩聚酯预取向丝poy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）、间苯二甲酸（ipa）、乙二醇（meg）、间苯二甲酸乙二醇酯-5-磺酸钠（sipe）和聚乙二醇（peg）有机化合物单体为原料，其中间苯二甲酸乙二醇酯-5-磺酸钠由间苯二甲酸-5-磺酸钠（sipa）与乙二醇反应合成，制得改性共聚聚酯熔体；然后经聚酯熔体输送、纺丝计量、熔融挤出、吹风冷却、上油集束及卷绕等工序制得阳离子易染高收缩聚酯预取向丝poy。
[0039]
连续聚合改性共聚酯熔体的制备工艺包括如下步骤：（1）首先在连续聚酯设备上，采用精对苯二甲酸、间苯二甲酸和、乙二醇有机化合物单体，按间苯二甲酸占总二元酸的摩尔百分比6.0％-10.0％、 总二元酸与二元醇的摩尔比1∶1.15-1∶1.20的比例先将精对苯二甲 酸、间苯二甲酸、乙二醇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260ppm催化剂(占总产能的重量百分比)；然后将上述浆料连续稳定输送至第一酯化反应釜；（2）上述原料在第一酯化反应釜完成酯化反应，酯化反应温度为255～260℃，酯化反应压力为40～80kpa，酯化水通过工艺塔进入环保系统实施处理；达到规定酯化率的酯化物可以进入第二酯化反应釜继续实施酯化反应；（3）以酸与醇摩尔比1：10的比例，间苯二甲酸-5-磺酸钠与乙二醇在第四单体配制釜中进行酯化反应，酯化反应温度为160～180℃，酯化反应压力为5～10kpa，合成第四单体间苯二甲酸乙二醇酯-5-磺酸钠的乙二醇溶液；（4）向第二酯化反应釜中同时连续添加占总二元酸的摩尔百分比4.0％-8.0％的间苯二甲酸乙二醇酯-5-磺酸钠及聚乙二醇混合溶液，包括300ppm的防醚化剂及100ppmm的稳定剂(均为占总产能的重量百分比)，控制第二酯化反应釜温度240-245℃，停留时间90-120分钟， 混合均匀的酯化物泵送到缩聚工段；（5）在预缩聚反应釜和终缩聚反应釜中，在温度260-275 ℃，真空度0.2-15kpa的条件下控制缩聚反应，制得改性共聚酯熔体。
[0040]
步骤（1）中的催化剂为乙二醇锑、三氧化二锑和醋酸锑中的一种。
[0041]
步骤（4）中的防醚化剂为醋酸钠与醋酸钾的混合物。
[0042]
步骤（4）中的稳定剂采用亚磷酸、磷酸三甲酯、亚磷酸三苯酯和磷酸乙二醇酯中的一种。
[0043]
步骤（1）中的间苯二甲酸为粉体，且输送采用螺杆式连续称量输送设备。
[0044]
纺阳离子易染高收缩聚酯预取向丝poy的制备工艺包括如下步骤：通过熔体输送齿轮泵，过滤及管道设备，将上述改性共聚酯熔体输送到相应的熔体直接纺丝生产装置，聚酯熔体经纺丝计量、熔融挤出、吹风冷却成形、上油集束增强纤维抱合力及卷绕成型工序制
得预取向丝poy，再经过热牵伸及加捻变形后，该预取向丝poy可以进一步制得沸水收缩率大于45％的阳离子易染高收缩聚酯牵伸丝dty。熔体输送管道设备通过增压泵加压，熔体输送时熔体的温度为265-275℃。
[0045]
纺丝计量及喷丝板熔融挤出均在纺丝箱体中实现，吹风冷却成形通过环吹风循环系统实现，纺丝速度是卷绕成型工序的重要控制参数。其中，纺丝箱体温度为270-280℃，喷丝板孔数为36至96各系列，环吹风风压450
‑ꢀ
550pa，纺丝速度2750-2950米/分。
[0046]
精对苯二甲酸（pta），其外观为白色粉未，纯度≥99%，酸值为675
±
2mgkoh/g，对甲基苯甲酸（pt酸）含量≤150ppm，4-羟基苯甲醛（4-cba）≤25ppm，色相b值≤1.5，灰分≤8ppm，总金属含量≤5ppm，铁含量≤1ppm，色度号（20%水溶液铂-钴）≤10apha，水分≤0.2%。
[0047]
乙二醇（meg），初馏点≥196℃，水分≤0.1%，酸度（以乙酸计）≤0.002%，铁含量≤0.1ppm，灰分≤10ppm，醛含量（以甲醛计）≤10ppm，二乙二醇和三乙二醇含量≤0.1%，此外透光率≥70（220nm）, ≥90（275nm）, ≥98（350nm）。
[0048]
精间苯二甲酸（ipa），其外观为白色粉未，纯度≥99%，酸值为675
±
2mgkoh/g，间甲基苯甲酸（pt酸）含量≤150ppm，3-羟基苯甲醛（3-cba）≤25ppm，色相b值≤1.5，灰分≤8ppm，总金属含量≤5ppm，铁含量≤1ppm，色度号（20%水溶液铂-钴）≤10apha，水分≤0.2%。
[0049]
间苯二甲酸-5-磺酸钠（sipa），其外观为白色粉未，纯度≥99%，酸值为418
±
3mgkoh/g，硫酸盐（so42-）≤500ppm，铁含量（fe）≤10ppm，氯化物（cl-）≤10ppm，透过率≥90%，水中溶解度100%，色度号（20%水溶液铂-钴）≤20apha，水分≤0.2%。
[0050]
聚乙二醇（peg），分子量1900～2200，羟值53～59 mgkoh/g，凝固点48～50℃，水分≤0.5%，ph值5.0～7.0。
[0051]
实施例2例如，其余均与实施例1相同，除了表内数据不同，具体如下表： 是否使用第五单体催化剂的类型效果实施例2不使用第五单体聚乙二醇醋酸钠达不到易染的效果，染色时需实施较高的温度与压力，且染色不均匀。
上述实施例仅用于解释说明本发明的发明构思，而非对本发明权利保护的限定，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应落入本发明的保护范围。