专利名称：纳米改性聚酯高强工业丝的生产方法
技术领域：
本发明涉及聚酯工业丝的生产方法，尤其涉及高强度聚酯工业丝的生产方法，特别为一种利用纳米改性聚酯生产高强度聚酯工业丝的方法，属于聚酯合成及后加工技术领域。
背景技术：
聚酯工业丝是工业用化纤原料的主要品种，具有强度较高、机械稳定性和化学稳定性较好、耐磨、耐腐蚀等优良特性，被广泛应用于轮胎帘子布、输送带、三角皮带、夹网布、土工织物等领域。与尼龙等其它高聚物工业长丝相比，聚酯工业丝在断裂强度指标上有一定的差距，使其应用领域受到限制。但是，聚酯工业丝又因为低廉的价格、质轻、耐磨等优异特性而备受生产厂商的青睐。因此，如何在保持聚酯工业丝各项优异性能的基础上进一步提高断裂强度这一关键指标，对此人们进行了大量研究，取得了一定的进展。
在这些研究当中，主要集中在提高聚酯的分子量，研究不同的聚合工艺包括各种固相缩聚工艺对提高聚酯高聚物分子量的影响，从而达到提高聚酯工业丝断裂强度的目的。遵循这种研究思路，人们已经取得了不少成果，但生产成本明显增加，且生产工艺复杂、不稳定，生产周期延长，严重影响了正常的生产流程。另外，对断裂强度的影响因素方面的研究也较多，主要是纺丝温度、延缓冷却的条件以及多级牵伸参数的配比等。结果表明，现有技术中通过提高聚酯的分子量以及优化聚酯工业丝生产过程的关键工艺来提高断裂强度的方法，不仅效果有限而且会影响到正常生产过程的稳定性。
发明内容
本发明的目的是提供一种纳米改性聚酯高强工业丝的生产方法，该方法通过在聚合阶段形成纳米改性聚酯，在不影响聚酯工业丝的正常生产过程的情况下，获得高强度聚酯工业丝。
本发明的目的通过以下技术方案来实现纳米改性聚酯高强工业丝的生产方法，以对苯二甲酸和乙二醇为基本生产原料，通过酯化、聚合、固相缩聚生成特性粘度为0.94～1.2dl/g的聚酯树脂，然后在282℃～310℃纺丝温度下经过螺杆挤出机熔融挤出，再经过延缓冷却上油工序之后，进行多对热辊的多级牵伸，最后卷绕成型，其特征在于在反应原料中还加入了能够与聚酯酯化过程中产生的水分子发生反应、原位形成纳米级无机粒子的添加剂，其加入量是使形成的纳米级无机粒子的重量占聚酯树脂重量的0.5‰～3％。
进一步地，上述纳米改性聚酯高强工业丝的生产方法中，所述的纳米级无机粒子是二氧化钛，所述的添加剂是钛醇盐或者钛的无机盐。其中，钛醇盐优选钛酸乙酯、钛酸异丙酯或者钛酸四丁酯，无机盐优选四氯化钛、硫酸钛或者草酸钛。
另外，上述纳米改性聚酯高强工业丝的生产方法中，所述的纳米级无机粒子也可以是二氧化硅，所述的添加剂是硅酸乙酯。
更具体地，上述纳米改性聚酯高强工业丝的生产方法中，所述的酯化过程是在225℃～260℃、0～3.0bar表压条件下进行，所述的聚合过程是在270℃～290℃、绝对压力小于100Pa条件下进行，所述的固相缩聚过程是在氮气气氛中或者绝对压力小于60Pa、温度为210℃～230℃条件下进行。
本专利为制备高强度的聚酯工业丝提供了一种简单而有效的方法。经过纳米无机粒子改性的聚酯能够改善聚酯的结晶和取向性能，在固相缩聚阶段可以缩短反应时间，预结晶时间可以比常规聚酯切片减少2～4小时，并可有效减少高温固相缩聚时容易发生的切片粘连现象。由于聚酯聚合物大分子周围均匀分散着纳米无机粒子，可以①提高聚酯工业丝的纺丝速度；②提高多级牵伸倍率；③适当提高聚酯工业长丝的断裂强度。以常规纺丝速度500m/min作对比，本发明纺丝速度提高到800m/min以上仍能保持良好的可纺性；常规聚酯工业丝的总牵伸倍率大概在5.80～6.2范围之内，应用本发明纳米改性聚酯可以有效提高牵伸性能，总牵伸倍率可以提高到6.0～6.5；同比条件下，常规聚酯工业丝的断裂强度一般在7.8cN/dt左右，本发明可以提高到8.0cN/dt以上。
具体实施例方式
本发明通过在聚酯合成反应原料中加入添加剂，利用聚酯酯化过程中产生的水分子，使钛醇盐、钛的无机盐、硅酸乙酯等物质在分子级别上发生水解反应，可以原位形成纳米级二氧化钛或者二氧化硅无机粒子，而此时体系已具有一定的粘度，进而可以保证纳米形态的保持。这些无机粒子均匀分散于聚合物大分子周围，改善了聚酯的结晶和取向性能，从而利用常规工艺流程和设备即可生产出高强度聚酯工业丝。生产过程中的纺丝速度、多级牵伸倍率，以及最终产品的断裂强度，与现有技术相比均有明显改善和提高。因此，本发明为普通聚酯的纳米改性提供了全新的应用领域，同时也为工业用长丝产品提供了更多选择，起到提高生产效率、降低生产成本的效果。
下面结合具体实施例对本发明技术方案作进一步说明。这些例子仅是一些应用范例，本发明要求保护的权利范围并不受其限制。
实施例一在聚合反应釜中投入120kg对苯二甲酸(PTA)，62kg乙二醇(EG)，同时加入600g钛醇乙酯，控制酯化反应温度230℃～255℃、酯化体系压力(表压)0～3.0bar进行酯化，酯化结束后将体系温度升至270℃～290℃、绝对压力＜100Pa进行聚合反应。得到的纳米改性聚酯在真空或者N2氛围、210℃～230℃温度下进行常规的固相缩聚，将特性粘度提高到0.94～1.2dl/g，然后用螺杆挤出机在282℃～310℃下熔融挤出，180℃～230℃的延缓冷却上油，再进行多对热辊的多级牵伸，最后卷绕成型，得到高强度的聚酯工业丝。常规纺丝速度在450m/min左右，总牵伸倍率在5.98；本专利纳米改性聚酯纺丝速度可以达到800m/min以上，总牵伸倍率达到6.2，最终产品的断裂强度8.2cN/dt。
实施例二在聚合反应釜中投入120kg对苯二甲酸(PTA)，62kg乙二醇(EG)，同时加入400g四氯化钛，控制酯化反应温度230℃～255℃、酯化体系压力(表压)0～3.0bar进行酯化，酯化结束后将体系温度升至270℃～290℃、绝对压力＜100Pa进行熔融缩聚反应。得到的纳米改性聚酯在真空或者N2氛围、210℃～230℃温度下进行常规的固相缩聚，将特性粘度提高到0.94～1.2dl/g，然后用螺杆挤出机在282℃～310℃下熔融挤出，180℃～230℃的延缓冷却上油，再进行多对热辊的多级牵伸，最后卷绕成型，得到高强度的聚酯工业丝。常规纺丝速度在450m/min左右，总牵伸倍率在5.98；本专利纳米改性聚酯纺丝速度可以达到800m/min以上，总牵伸倍率达到6.2，最终产品的断裂强度达到8.2cN/dt。
实施例三在聚合反应釜中投入120kg对苯二甲酸(PTA)，62kg乙二醇(EG)，同时加入450g硅酸乙酯，控制酯化反应温度230℃～255℃、酯化体系压力(表压)0～3.0bar进行酯化，酯化结束后将体系温度升至270℃～290℃、绝对压力＜100Pa进行熔融缩聚反应。得到的纳米改性聚酯在真空或者N2氛围、210℃～230℃温度下进行常规的固相缩聚，将特性粘度提高到0.94～1.2dl/g，然后用螺杆挤出机在282℃～310℃下熔融挤出，180℃～230℃的延缓冷却上油，再进行多对热辊的多级牵伸，最后卷绕成型，得到高强度的聚酯工业丝。常规纺丝速度在450m/min左右，总牵伸倍率在5.98；本专利纳米改性聚酯纺丝速度可以达到800m/min以上，总牵伸倍率达到6.2，最终产品的断裂强度8.2cN/dt。
权利要求
1.纳米改性聚酯高强工业丝的生产方法，以对苯二甲酸和乙二醇为基本生产原料，通过酯化、熔融缩聚、固相缩聚生成特性粘度为0.94～1.2dl/g的聚酯树脂，然后在282℃～310℃纺丝温度下经过螺杆挤出机熔融挤出，再经过延缓冷却上油工序之后，进行多对热辊的多级牵伸，最后卷绕成型，其特征在于在反应原料中还加入了能够与聚酯缩合过程中产生的水分子发生反应、原位形成纳米级无机粒子的添加剂，其加入量是使形成的纳米级无机粒子的重量占聚酯树脂重量的0.5‰～3％。
2.根据权利要求1所述的纳米改性聚酯高强工业丝的生产方法，其特征在于所述的纳米级无机粒子是二氧化钛，所述的添加剂是钛醇盐或者钛的无机盐。
3.根据权利要求2所述的纳米改性聚酯高强工业丝的生产方法，其特征在于所述的钛醇盐是钛酸乙酯、钛酸异丙酯或者钛酸四丁酯。
4.根据权利要求2所述的纳米改性聚酯高强工业丝的生产方法，其特征在于所述的钛的无机盐是四氯化钛、硫酸钛或者草酸钛。
5.根据权利要求1所述的纳米改性聚酯高强工业丝的生产方法，其特征在于所述的纳米级无机粒子是二氧化硅，所述的添加剂是硅酸乙酯。
6.根据权利要求1所述的纳米改性聚酯高强工业丝的生产方法，其特征在于所述的酯化过程，是在225℃～260℃、0～3.0bar表压条件下进行；所述的聚合过程，是在270℃～290℃、绝对压力小于100Pa条件下进行；所述的固相缩聚过程，是在惰性气氛或者绝对压力小于60Pa、温度为210℃～230℃条件下进行。
全文摘要
本发明涉及高强度聚酯工业丝的生产方法。通过在聚酯合成反应原料中加入添加剂，利用聚酯酯化过程中产生的水分子，使钛醇盐、钛的无机盐、硅酸乙酯等物质发生水解反应，原位形成纳米级二氧化钛或者二氧化硅无机粒子，这些无机粒子均匀分散于聚合物大分子周围，改善了聚酯的结晶和取向性能，从而利用常规工艺流程和设备即可生产出高强度聚酯工业丝。其生产过程中的纺丝速度、多级牵伸倍率，以及最终产品的断裂强度，与现有技术相比均有明显改善和提高。本发明为普通聚酯的纳米改性提供了全新的应用领域，同时也为工业用长丝产品提供了更多选择。
文档编号C08G63/00GK1904157SQ20051004125
公开日2007年1月31日 申请日期2005年7月29日 优先权日2005年7月29日
发明者马建平, 李贯通, 李海明, 张玲 申请人:中国石化仪征化纤股份有限公司