一种改性PET聚酯及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种改性PET聚酯及其制备方法和应用，属于改性聚酯领域。改性PET聚酯包括气凝胶颗粒和聚对苯二甲酸乙二醇脂，气凝胶颗粒均匀分散在聚对苯二甲酸乙二醇脂的分子链间；气凝胶颗粒的粒径为2‑3μm，在改性PET聚酯中的含量为1‑10wt%。将气溶胶粉末加入乙二醇中置于研磨机中研磨，制得混合浆液，将混合浆液与对苯二酸混合后进行酯化反应和聚合反应，制得改性PET。将改性PET切片—计量—喷丝—冷却—上油—拉伸—热定型—卷绕成形，制得改性PET纤维。本发明专利技术在PET聚酯聚合前引入气凝胶颗粒，制得的改性PET可纺性好，可以生产各种粗细的改性PET纤维应用范围广，可以满足各种织物的生产需要。

A modified PET polyester and preparation method and application thereof

The invention relates to a modified PET polyester and its preparation method and application, belonging to the field of modified polyester. The modified PET polyester including aerogel particles and polyethylene glycol terephthalate, aerogel particles dispersed in the molecular chain of polyethylene glycol terephthalate between aerogel particles; particle size of 2 3 m, the content of modified PET polyester in 1 10wt%. The aerosol powder was added into ethylene glycol and grinded in the grinding machine to prepare the mixed slurry. The mixed slurry was mixed with terephthalic acid for esterification and polymerization, and the modified PET was prepared. The modified PET fiber was made from modified PET slice - metering - spinneret - cooling - oil - Stretching - heat setting - winding forming. In the present invention, the aerogel particles are introduced before the polymerization of PET polyester, and the modified PET has good spinnability, and can produce various modified PET fibers with various thickness and wide application range, which can meet the production needs of various fabrics.

【技术实现步骤摘要】
一种改性PET聚酯及其制备方法和应用
本专利技术属于改性聚酯领域，具体涉及一种气凝胶改性PET聚酯及其制备方法和应用。
技术介绍
涤纶(PET纤维)是世界产量最大，应用最广泛的合成纤维品种，涤纶占世界合成纤维产量的60％以上。大量用于衣料、床上用品、各种装饰布料、国防军工特殊织物等纺织品以及其他工业用纤维制品，如过滤材料、绝缘材料、轮胎帘子线、传送带等。随着国内经济持续快速增长和国内居民消费能力的不断提高，国内地区涤纶短纤维的需求量也不断增长。中国涤纶系列产品产能以惊人的速度增长着，涤纶纤维产能的迅速增长，使得中国正逐渐发展成为世界涤纶类产品的重要加工基地。气凝胶又称蓝烟，是一种结构可控的轻质多孔非晶态无机纳米材料，具有连续三维网状结构，其孔隙率高达80％～99.8％，孔洞尺寸为1～100nm，高比表面积200～1000㎡/g，低密度变化范围50～100kg/m3，常温常压下导热系数小于0.016～0.022W/(m·K)，比静止空气的热导率0.026W/(m·K)还低，是目前导热率最低的固体材料。常规涤纶纤维存在不吸水、染色性差、穿着不舒适以及易着火和助燃等方面的缺点。现有技术为了改善涤纶在易着火和助燃方面的缺点，采用卤素改性涤纶制备阻燃涤纶纤维，这种方法可以使涤纶具有阻燃效果，但整体的生产成本增加近一倍，不适宜大规模生产和推广应用。申请号为201310347276.2的中国专利为了改善涤纶纤维的保温性能将气凝胶加入到纤维中改性，主要步骤是将气凝胶粉末和聚合物树脂混合，在混炼机中混炼造粒；将混炼造粒得到的母粒熔融喷丝，得到合成纤维。但是该方法制备将合成纤维的导热系数降到0.015-0.02w/m.k左右，大大降低了材料导热系数，使合成纤维的保温性能得到明显提高。但是直接将气凝胶粉末和聚合物树脂混合时会出现混合不均匀得问题，在后续纺丝会出现拉伸强度降低的问题，易断丝和毛丝，通常只能生产较粗的纤维，限制了大规模的应用。公开号为CN102557577A的中国专利技术专利申请提供了一种二氧化硅气凝胶复合材料的制备及方法，以正硅酸乙酯为硅源，工业化生产的玻璃纤维或纤维棉材料作为增强体，所制得的二氧化硅气凝胶复合材料具有高孔隙率、高比表面积、低密度、低介电常数和低热导率等特性，具有良好的成型性，但是正硅酸乙酯有毒且价格昂贵，硅醇盐作为硅源适合工业生产。因此，如何制备性能优异的气凝胶，并将此气凝胶有效应用在PET纤维中是目前需要解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的不足，提供一种气凝胶改性PET聚酯及其制备方法和应用。本专利技术将气凝胶粉末加入乙二醇中研磨粒径为2-3μm的颗粒后加入对苯二甲酸，直接聚合成改性PET聚酯，从而使得气凝胶颗粒均匀分散在聚对苯二甲酸乙二醇脂的分子链间；且本专利技术在PET聚酯聚合前引入气凝胶颗粒，生产工艺简单。本专利技术的改性PET纤维除了具有PET纤维本身的优良特性外，在阻燃、透气及吸湿排汗性方面的效果也有明显提高。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案:一种改性PET聚酯，所述改性PET聚酯包括气凝胶颗粒和聚对苯二甲酸乙二醇脂，所述气凝胶颗粒均匀分散在聚对苯二甲酸乙二醇脂的分子链间；气凝胶颗粒在改性PET聚酯中的含量为1-10wt％；气凝胶颗粒的粒径为2-3μm；所述气凝胶颗粒为硅气凝胶颗粒。纳米粒子的表面原子存在许多悬空键，具有不饱和性质，因而极易与其他原子相结合而趋于稳定，具有很高的化学活性。对改性PET聚酯复合的体系来讲，纳米粒子的聚集体越小越好，增强增韧效果越明显；纳米粒子的聚集体大于一定尺寸时会使复合体系失去的意义。因此，在PET/气凝胶颗粒复合材料的制备过程中，如何将气凝胶以纳米尺寸分散在聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)中是至关重要的。本专利技术采用将气凝胶粉末加入乙二醇中研磨，只有当研磨粒径为2-3μm的颗粒后，气凝胶颗粒才能均一的分散在乙二醇溶液中，后续加入对苯二甲酸，直接聚合成改性PET聚酯，气凝胶颗粒可以作为有效的成核剂，提高结晶速率，改善结晶性能，同时，由于气凝胶颗粒在PET聚酯聚合前就均匀分散在上述聚合体系中，因此，在聚合后使得气凝胶颗粒均匀分散在聚对苯二甲酸乙二醇脂的分子链间，气凝胶颗粒的分散效果好，从而在保证PET聚酯本身优良性能的同时，具有气凝胶颗粒复合带来的阻燃、保温性能。另外，硅气凝胶颗粒内部三维立体空间结构对其保温性能的发挥具有重要作用，在产品制备过程中粘结剂或其它材料进入其三维立体空间封堵多孔结构后会使其降低或丧失阻燃、保温性能；乙二醇的作用是润湿硅气凝胶颗粒，占据硅气凝胶颗粒内部三维立体空间的多孔结构，防止在产品制备过程中粘结剂或其它材料进入其三维立体空间封堵多孔结构，产品干燥后，乙二醇自然挥发，硅气凝胶颗粒内部仍然保持其三维立体空间结构，发挥阻燃、保温性能。作为优选的技术方案：如上所述的改性PET聚酯，所述气凝胶颗粒为以硅酸钠为硅源的气凝胶颗粒；硅气凝胶需要通过硅气凝胶前驱体制备，硅气凝胶前驱体的制备方法为：(1)制备硅源和溶剂的混合溶液取摩数3.0-4.0的硅酸钠装入反应釜中，加入硅酸钠质量1-3倍的去离子水进行稀释，反应釜以80-200转/分钟的速度搅拌30分钟，经200目筛过滤，得到硅酸钠溶液；硅酸钠的水溶液俗称水玻璃，它是由不同比例的碱金属和二氧化硅所组成，其化学式为R2O·nSiO2，式中R2O为碱金属氧化物，n为二氧化硅与碱金属氧化物摩尔数的比值，称为水玻璃的摩数，最常用的是硅酸钠水玻璃Na2O·nSiO2；(2)溶胶取A酸，在A酸中加入A酸金属盐和稀土A酸盐，混合均匀后，以喷淋的方式加入至步骤(1)得到的硅酸钠溶液；喷淋的同时以1200-2000转/分的速度对反应釜内的物料进行快速搅拌，控制硅酸钠溶液的pH值为1.5-3.0，得到溶胶；(3)凝胶取氢氧化钠或氨水，加入去离子水稀释至pH值为10-11.5，以喷淋的方式加入至反应釜中；喷淋的同时以1200-2000转/分的速度对反应釜内的物料进行快速搅拌，当反应釜内物料的pH值为4.5-5.5时，终止喷淋，得到凝胶；(4)老化反应釜内以20-50转/分的速度继续搅拌3-10小时，对反应釜内的物料进行老化，控制反应釜内物料温度为35-50摄氏度；现有技术一般是采用静置的方式进行老化，耗时3～5天，并不会对凝胶进行搅拌，原因是现有技术普遍认为老化的过程中是需要静置的，静置能够便于气凝胶的结构生长；(5)溶剂置换在反应釜内进行持续搅拌60-180分钟，同时加入与步骤(4)反应釜内老化物料同体积的置换溶剂，以置换出剩余的水分；现有技术担心搅拌会破坏其结构，一般不会在置换时进行搅拌，会采取静置处理，导致耗时较长；本专利技术提供的制备方法在溶剂置换时进行搅拌60～180min，能够极大缩短置换周期，微观结构并没有受到破坏；(6)表面修饰在反应釜内进行持续搅拌，同时继续加入与步骤(4)反应釜内老化物料同体积的偶联剂；经过搅拌60-180分钟，得到包覆有置换溶剂和偶联剂的气凝胶前驱体。上述步骤(6)表面修饰加入的偶联剂将硅气凝胶微孔内的水置换出来，偶联剂填充进硅气凝胶微孔内，能够提高微孔结构的稳定性，提高孔径大小的平均性；此外，通过对加入不同的偶联剂进行表面修饰后，能够调整硅气凝胶疏水性、亲水本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改性PET聚酯，其特征是：所述改性PET聚酯包括气凝胶颗粒和聚对苯二甲酸乙二醇脂，所述气凝胶颗粒均匀分散在聚对苯二甲酸乙二醇脂的分子链间；气凝胶颗粒在改性PET聚酯中的含量为1‑10wt%；气凝胶颗粒的粒径为2‑3μm；所述气凝胶颗粒为硅气凝胶颗粒。

【技术特征摘要】
1.一种改性PET聚酯，其特征是：所述改性PET聚酯包括气凝胶颗粒和聚对苯二甲酸乙二醇脂，所述气凝胶颗粒均匀分散在聚对苯二甲酸乙二醇脂的分子链间；气凝胶颗粒在改性PET聚酯中的含量为1-10wt%；气凝胶颗粒的粒径为2-3μm；所述气凝胶颗粒为硅气凝胶颗粒。2.根据权利要求1所述的改性PET聚酯，其特征在于，硅气凝胶需要通过硅气凝胶前驱体制备，硅气凝胶前驱体的制备方法为：（1）制备硅源和溶剂的混合溶液取摩数3.0-4.0的硅酸钠装入反应釜中，加入硅酸钠质量1-3倍的去离子水进行稀释，反应釜以80-200转/分钟的速度搅拌30分钟，经200目筛过滤，得到硅酸钠溶液；（2）溶胶取A酸，在A酸中加入A酸金属盐和稀土A酸盐，混合均匀后，以喷淋的方式加入至步骤（1）得到的硅酸钠溶液；喷淋的同时以1200-2000转/分的速度对反应釜内的物料进行快速搅拌，控制硅酸钠溶液的pH值为1.5-3.0，得到溶胶；（3）凝胶取氢氧化钠或氨水，加入去离子水稀释至pH值为10-11.5，以喷淋的方式加入至反应釜中；喷淋的同时以1200-2000转/分的速度对反应釜内的物料进行快速搅拌，当反应釜内物料的pH值为4.5-5.5时，终止喷淋，得到凝胶；（4）老化反应釜内以20-50转/分的速度继续搅拌3-10小时，对反应釜内的物料进行老化，控制反应釜内物料温度为35-50摄氏度；（5）溶剂置换在反应釜内进行持续搅拌60-180分钟，同时加入与步骤（4）反应釜内老化物料同体积的置换溶剂，以置换出剩余的水分；（6）表面修饰在反应釜内进行持续搅拌，同时继续加入与步骤（4）反应釜内老化物料同体积的偶联剂；经过搅拌60-180分钟，得到包覆有置换溶剂和偶联剂的气凝胶前驱体。3.根据权利要求2所述的改性PET聚酯，其特征在于，步骤（2）中，所述A酸为硫酸、盐酸、草酸或硝酸，用去离子水调节至6-15mol/L；所述A酸金属盐为A酸锆盐或A酸铝盐；所述稀土A酸盐为A酸铈盐、A酸钇盐或A酸镧盐；步骤（2）中，所述A酸金属盐和稀土A酸盐以氧化物计，两者的摩尔比是100:1-6；A酸金属盐的氧化物和硅酸钠中氧化硅的摩尔比2-5:100；步骤（5）中，所述的置换溶剂为甲醇、丙酮、正己烷或庚烷中的一种以上；步骤（5）或步骤（6）中所述的搅拌是在反应釜中心提供快速的顺向搅拌，反应釜中心的外围提供折流板；步骤（6）中所述偶联剂为六甲基二硅氮烷、双(三甲硅基)乙酰胺、甲氧基三甲基硅烷、二甲氧基二甲基硅烷...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑善，
申请(专利权)人：郑善，
类型：发明
国别省市：天津,12