專利名稱：：一種聚對苯二甲酸乙二醇酯短纖維及生產(chǎn)方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及一種聚對苯二甲酸乙二醇酯短纖維及生產(chǎn)方法。
背景技術：
：近年來，隨著人類生存環(huán)境的日益惡化，人們越來越關注開發(fā)環(huán)境友好性材料和使用可再生原材料。石油作為不可再生資源，是最重要的化工原料，但是由于在使用工程中以及最終廢棄中大量C02的排放，C02大量排放導致了全球氣候變暖等一系列的問題，并且直接威脅人類的生存。如果利用生物原料，則不會再新增加環(huán)境中的C02含量，達到減少溫室效應保護環(huán)境的目的，還能為農(nóng)作物市場增收。因此如何利用生物基原料，減少石油的使用，是人們面臨重要研究問題之一。目前人們已經(jīng)利用可再生生物資源生產(chǎn)出了多種聚合物生產(chǎn)原料產(chǎn)品以及多種聚合物產(chǎn)品，例如杜邦公司通過對玉米進行發(fā)酵，經(jīng)過生物和化工過程，制備得到l，3-PDO，并開發(fā)出了含有約36wtM來源于生物材料而非石油材料的聚對苯二甲酸丙二醇酯(PTT)聚合物。Natureworks公司同樣以農(nóng)作物為原料，經(jīng)過生物和化工過程，生產(chǎn)出了純生物來源和易于生物降解的聚乳酸(PLA)聚合物。在CN200610028411.7中，東華大學公開一種玉米基乙二醇的制備方法及利用該方法制備得到的乙二醇直接聚合制備PDT共聚酯纖維的方法。
發(fā)明內容本發(fā)明的目的在于提供一種符合環(huán)保需要的聚對苯二甲酸乙二醇酯短纖維及生產(chǎn)方法。本發(fā)明的技術解決方案是一種聚對苯二甲酸乙二醇酯短纖維，其特征在于制備聚對苯二甲酸乙二醇酯的原料乙二醇，是其中的碳元素來源于生物材料的乙二醇。所述生物材料為玉米、甘蔗、小麥或者其他農(nóng)作物秸稈。其中所述玉米、小麥為其種子和/或秸稈。所述原料乙二醇純度為95.0-99.9%，并且在波長190nm—350nm范圍內光透過率為50%99%。短纖維長度為4-10mm，纖度為6.5-6.8dtex，強度為3.0-4.OcN/dtex，伸長為20-40%。一種聚對苯二甲酸乙二醇酯短纖維的生產(chǎn)方法，包括前紡和后紡工序，前紡工序包括切片轉鼓干燥、螺桿擠壓熔融、熔體過濾、紡絲、冷卻成形、巻繞上油、落桶，后紡工序包括集束、導絲輥導絲、一道拉伸、拉伸浴槽、二道拉伸、蒸汽加熱、三道拉伸、疊絲、巻曲、冷卻輸送、噴霧上油、切斷、松馳熱定型、打包，其特征在于前紡工序中紡絲溫度為260-290°C，紡絲速度為800-1200m/min;后紡工序中拉伸時的拉伸溫度為60-70°C，總拉伸倍數(shù)為3.0-4.0。松馳熱定型時烘箱溫度140-160°C，定型時間3-5分鐘。本發(fā)明中的聚對苯二甲酸乙二醇酯短纖維其中聚酯的生產(chǎn)原料乙二醇來源于生物原料，釆用先將生物材料制成淀粉、經(jīng)液化糖化生成葡萄糖、再加氫制得山梨醇、再用鎳催化劑催化制成二元醇和多元醇的混合物粗餾分，然后對粗餾分進行紫外光、高頻電場、強磁場以及納米粒子處理的工藝得到乙二醇。采用上述工藝路線得到的生物基乙二醇純度達到95.0-98.0%，含有少量其它二醇和有機雜質和催化劑。該乙二醇在150-200°C經(jīng)過2小時加熱處理后，經(jīng)過活性炭過濾，使得其在光波波長190nm—350nm范圍內，光透過率為50°/?！?9%，純度為95.0-99.9%。將此生物基乙二醇與對苯二甲酸或者DMT進行酯化或者酯交換反應得到聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)。本發(fā)明中可以利用對苯二甲酸和生物乙二醇先酯化反應或利用對苯二甲酸二甲酯與生物乙二醇進行酯交換合成聚對苯二甲酸乙二醇酯，催化劑可以用三氧化二銻、鈦酸四丁酯、鈦酸異丙酯、正丁基錫酸、醋酸錳、醋酸鈷或醋酸鎂，穩(wěn)定劑采用磷化合物磷酸、磷酸三甲酯或磷酸三苯酯，可以是市售的磷系的三價或五價的抗氧化劑，如市售PEP36、AP1500、AX-71、PW9225。另外在聚合階段還可以加入常用的含磺酸金屬鹽基的間苯二甲酸成分，這樣可以提高產(chǎn)品的染色性能，這些含磺酸金屬鹽基的間苯二甲酸成分可以是間苯二甲酸二乙二醇酯-5-磺酸納(SIPE)、間苯二甲酸二甲酯一5—磺酸鈉(SIPM)。縮聚反應的溫度控制在255290°C，真空度緩慢的達到200Pa以下，脫出小分子二醇，當聚合物的粘度為0.550.75范圍內，即可結束反應得到本發(fā)明的聚對苯二甲酸乙二醇酯。本發(fā)明的聚對苯二甲酸乙二醇酯和用常規(guī)石油原料二醇制備得到的聚對苯二甲酸乙二醇酯沒有區(qū)別。本發(fā)明的聚對苯二甲酸乙二醇酯可以使用間斷式的釜式聚合、半連續(xù)聚合、連續(xù)聚合的方法進行生產(chǎn)。本發(fā)明中也可以將常規(guī)石油乙二醇和生物基乙二醇混合使用制備聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)。本發(fā)明生產(chǎn)的短纖維與常規(guī)石油來源二醇制備的聚對苯二甲酸乙二醇酯熔融紡絲得到的短纖維沒有差別，性能優(yōu)良，具有很好的透氣性。通過固定纖維與纖維間以及纖維內部間的空氣層，使其既有優(yōu)良的保暖性，又具有濕度調節(jié)功能，作為填充纖維在毯子、墊子、枕頭、床墊、襯墊或用于帶軟墊的家具的無紡布上。本發(fā)明提供的生物基聚酯短纖維具有較小的纏結趨向。纖度與切割長度的比值為0.2-4的生物基聚酯短纖維有很廣泛的應用，特別是用于與羽絨混合的纖維類型。將聚對苯二甲酸乙二醇酯短纖維用在具有至少一種其他纖維類型的纖維或羽絨和羽毛的混合物中，與其他合成纖維或者天然纖維混合使用作為填充材料，用在毯子、墊子、枕頭、床墊、襯墊或用于帶軟墊的家具的無紡布上。其中聚對苯二甲酸乙二醇酯短纖維含量30-50%,其它短纖維包括Lyocell纖維、聚酰胺纖維、聚丙烯纖維和聚乳酸酯纖維，或者羽絨和羽毛。紡織混合物可以以無紡布的形式存在。本發(fā)明中的短纖維可以用在汽車內飾材料上，本短纖維經(jīng)鋪網(wǎng)、針刺后浸以合成樹脂，短纖維覆貼在骨架構件外部，用在汽車內飾板上，也可以和其他材料混合制成汽車用腳墊。在制作汽車內飾板或者腳墊等材料時可以和其他纖維混合使用，其他纖維包括麻纖維、聚酰胺纖維、聚乙烯纖維等。本發(fā)明的短纖維可以用在建筑裝飾材料上，將此短纖維制成無紡布或者氈布，浸在合成樹脂板或者其他構架板上，用作如酒店、禮堂等場所的墻面材料，能起到很好的隔音、保溫、防塵的作用。本發(fā)明的短纖維可以和其他材料混合制成無紡布，用作地毯。用在建筑裝飾材料時可以和其他纖維混合使用，其他纖維包括麻纖維、聚酰胺纖維、聚乙烯纖維等。本發(fā)明中原料切片可以是含磷系阻燃成分或者其他無機阻燃粒子的生物基PET，用這種生物基PET制備短纖維，使本發(fā)明的短纖維具有阻燃效果，更好的用在家用紡織品、汽車用內飾材料、建筑裝飾材料上。本發(fā)明中原料切片可以是含有機導電成分或者無機導電粒子的生物基PET，用這種生物基PET制備短纖維，使本發(fā)明的短纖維具有抗靜電、導電效果，用在飾材，或者電器元件上。本發(fā)明中原料切片可以是含無機納米粒子的生物基PET，用這種生物基PET制備短纖維，使本發(fā)明的短纖維功能化，具有抗菌吸塵作用、抗紫外作用或者產(chǎn)生紅外起到保健作用。本發(fā)明與現(xiàn)有短纖維相比，在聚酯短纖維的制備上利用生物基乙二醇替代常規(guī)石油來源乙二醇，減少了對石油的依賴，緩解能源危機，同時提高了農(nóng)作物的利用，起到了增值創(chuàng)收的效果，符合環(huán)保需要。下面結合實施例對本發(fā)明作進一步說明。具體實施例方式實施例主要原輔聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)切片l:生物基。生物基乙二醇生物制乙二醇一長春大成集團生產(chǎn)，純度98%;購買后在190t經(jīng)過2小時加熱處理后，經(jīng)過活性炭過濾后備用，光波長250nm時透過率為60%，300nm時透過率為90%。在帶有攪拌與精餾塔的裝置內投入生物基乙二醇5.6千克、對苯二甲酸13千克的混合漿料，逐漸升溫到240-250°0范圍內進行酯化反應，收集副產(chǎn)物水；當酯化反應率為95%以上時，結束酯化反應，加入0.82克的磷酸后，加入4.125克三氧化二銻，加入0.9g醋酸鈷，再加入346克13wt。/。的Ti02的EG溶液，在255-29(TC范圍下進行縮聚反應，達到設定的聚合物粘度IV-0.65時，吐出聚合物，切粒后備用。合成的PET切片l粘度0.65，熔點256"C。常規(guī)PET切片2:楊子石化有限公司，粘度0.65，熔點258。C。對比例前紡常規(guī)PET切片2經(jīng)過轉鼓干燥一螺桿擠壓熔融一熔體過濾器一紡絲一冷卻成形一巻繞上油一落桶。其中，熔體過濾器精度為25剛，濾網(wǎng)為400目，過濾砂采用20目與40目的海砂按1:1比例混合，紡絲時箱體螺桿溫度為275°C，紡絲速度970m/min，冷卻成形時空調風壓為3000Pa，風溫為23。C士1°C，風速為3.2m/S。后牽伸集束一八輥導絲一第一拉伸機一拉伸浴槽--第二拉伸機--蒸汽加熱箱一第三拉伸機一疊絲機一巻曲機--冷卻輸送帶一噴霧上油一切斷一松馳熱定型機一打包--成品纖維。其中，第一拉伸在65士2T:，第二拉伸、第三拉伸都是在65士2i:條件下進行，牽伸倍率為1.01和3.55。松馳熱定型前以NT硅油作為含有活性端基的聚二烴基硅基垸噴于纖維表面，松馳熱定型時烘箱溫度為155°C，定型時間4分鐘。定型后的絲束進行切斷。紡絲速度850m/min。前紡PET切片1經(jīng)過轉鼓干燥--螺桿擠壓熔融一熔體過濾器一紡絲一冷卻成形一巻繞上油一落桶。其中，熔體過濾器精度為25Mm，濾網(wǎng)為400目，過濾砂采用20目與40目的海砂按1:1比例混合，紡絲時箱體螺桿溫度為27(TC，紡絲速度970m/min，冷卻成形時空調風壓為3000Pa，風溫為23'C士1°C，風速為3.2m/S。后牽伸集束一八輥導絲一第一拉伸機一拉伸浴槽一第二拉伸機一蒸汽加熱箱一第三拉伸機--疊絲機一巻曲機一冷卻輸送帶一噴霧上油—切斷一松馳熱定型機--打包一成品纖維。其中，第一拉伸在65士2。C，第二拉伸、第三拉伸都是在65士2t:條件下進行，牽伸倍率為1.01和3.55。松馳熱定型前以NT硅油作為含有活性端基的聚二烴基硅基烷噴于纖維表面，松馳熱定型時烘箱溫度為150°C，定型時間4分鐘。切斷。紡絲速度850m/min。通過上述工藝，生產(chǎn)的滌綸短纖維檢測的產(chǎn)品各參數(shù)指標為線密度偏差1.2%長度偏差-9.4%巻曲數(shù)7.8個/25mm巻曲率12.0%膨松性110Vi/cm3g1，20V2/cmV壓縮彈性回復率80%倍長纖維含量6mg/10g評價方法斷裂強度和斷裂伸長采用GB/T9997-1988。<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>權利要求1、一種聚對苯二甲酸乙二醇酯短纖維，其特征在于制備聚對苯二甲酸乙二醇酯的原料乙二醇，是其中的碳元素來源于生物材料的乙二醇。2、根據(jù)權利要求1所述的聚對苯二甲酸乙二醇酯短纖維，其特征在于所述生物材料為玉米、甘蔗、小麥或者其他農(nóng)作物秸稈。3、根據(jù)權利要求1或2所述的聚對苯二甲酸乙二醇酯短纖維，其特征在于所述原料乙二醇純度為95.0-99.9%，并且在波長190nm—350nm范圍內光透過率為50°/。99%。4、根據(jù)權利要求1或2所述的聚對苯二甲酸乙二醇酯短纖維，其特征在于短纖維長度為4-10mm，纖度為6.5-6.8dtex，強度為3.0-4.OcN/dtex，伸長為20-40%。5、一種權利要求1所述的聚對苯二甲酸乙二醇酯短纖維的生產(chǎn)方法，包括前紡和后紡工序，前紡工序包括切片轉鼓干燥、螺桿擠壓熔融、熔體過濾、紡絲、冷卻成形、巻繞上油、落桶，后紡工序包括集束、導絲輥導絲、一道拉伸、拉伸浴槽、二道拉伸、蒸汽加熱、三道拉伸、疊絲、巻曲、冷卻輸送、噴霧上油、切斷、松馳熱定型、打包，其特征在于前紡工序中紡絲溫度為260-290°C，紡絲速度為800-1200m/min;后紡工序中拉伸時的拉伸溫度為60-70°C，總拉伸倍數(shù)為3.0-4.0。6、根據(jù)權利要求5所述的聚對苯二甲酸乙二醇酯短纖維的生產(chǎn)方法，其特征是松馳熱定型時烘箱溫度140-160°C，定型時間3-5分鐘。全文摘要本發(fā)明公開了一種聚對苯二甲酸乙二醇酯短纖維及生產(chǎn)方法，制備聚對苯二甲酸乙二醇酯的原料乙二醇，是其中的碳元素來源于生物材料的乙二醇。采用常規(guī)前紡和后紡工藝得到的短纖維切斷長度為4-10mm，纖度為6.5-6.8dtex，強度為3.0-4.0cN/dtex，伸長為20-40％。本發(fā)明與現(xiàn)有短纖維相比，在聚酯短纖維的制備上利用生物基乙二醇替代常規(guī)石油來源乙二醇，減少了對石油的依賴，緩解能源危機，同時提高了農(nóng)作物的利用，起到了增值創(chuàng)收的效果。文檔編號D01D5/08GK101525782SQ20081001863公開日2009年9月9日申請日期2008年3月4日優(yōu)先權日2008年3月4日發(fā)明者吳興立,本田圭介,旭李,盛思義申請人:東麗纖維研究所(中國)有限公司