双组份橘瓣型复合纤维及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种双组份橘瓣型复合纤维及其制备方法，先将对苯二甲酸、1,4‑丁二醇、带三甲硅基侧基的二元醇、带叔丁基侧基的二元酸和掺杂改性的Bi2O3粉体混合均匀后先后进行酯化反应和缩聚反应制得改性聚酯，然后采用复合纺丝法将改性聚酯熔体和锦纶熔体经计量、橘瓣型喷丝板中同一喷丝孔挤出、冷却、上油、拉伸、热定型和卷绕制得双组份橘瓣型复合纤维；锦纶中分散有掺杂改性的Bi2O3粉体。制得产品在温度为25℃且相对湿度为65％的条件下放置60个月后，锦纶的特性粘度下降16～21％，改性聚酯的特性粘度下降14～19％。本发明专利技术的制备方法，工艺简单，成本低廉；制得的产品，自然降解速率快，应用前景好。

Two-component orange petal composite fiber and its preparation method

The invention relates to a two-component orange petal composite fiber and its preparation method. First, the modified polyester is prepared by mixing terephthalic acid, 1,4 butanediol, dibasic alcohol with trimethylsilyl side group, dibasic acid with tert-butyl side group and doped modified Bi2O3 powder evenly, then esterification reaction and polycondensation reaction are carried out successively, and then the modified polyester melt and nylon melt are prepared by composite spinning method. Two-component orange-petal composite fibers were prepared by metering, extrusion through the same spinneret hole in orange-petal spinneret, cooling, oiling, stretching, heat setting and winding, and Bi2O3 powder doped and modified was dispersed in nylon. The intrinsic viscosity of nylon decreased by 16-21% and that of modified polyester decreased by 14-19% after 60 months at 25 C and 65% relative humidity. The preparation method of the invention has the advantages of simple process and low cost, fast natural degradation rate and good application prospect.

【技术实现步骤摘要】
双组份橘瓣型复合纤维及其制备方法
本专利技术属于改性纤维
，涉及一种双组份橘瓣型复合纤维及其制备方法，特别涉及一种通过对PBT进行改性进而制得双组份橘瓣型复合纤维的方法。
技术介绍
材料复合是21世纪材料科学的发展趋势之一，纺织材料也不例外。复合即是把两种或两种以上不同性能及形态的材料结合在一起，因而可集众家之长于一身，赋予纤维新的功能，如各种纤维的混纺、交织、涂层等，而在一根单丝中实现多种材料的复合更是目前的研究热点。复合纤维是差别化纤维中重要的一大类，它是利用特殊的分配板把两种或两种以上的高聚物熔体分流，然后在同一个喷丝板孔中挤出成形制得的。在每根复合纤维的单丝或丝束中均含有两种或两种以上的不同组分，可在进行后加工时用物理或化学的方法将单丝剥裂开，成为更细的多根异形纤维。复合纤维按所含组分的多少可分为双组分和多组分复合纤维，按其截面结构的形状可分为并列型、双侧型、皮芯型、海岛型及橘瓣型复合纤维等。常规的橘瓣型复合纤维是利用聚酯和聚酰胺(PA6)两种聚合物间的不相容性，通过两根螺杆分别熔融挤出、计量后，进入特殊的复合纺丝组件，按照预定的要求在喷丝孔中有规律地排列成熔体流，经喷丝孔喷出冷却成形后，再经假捻变形等后加工处理而形成的复合纤维。其既有锦纶耐磨、高强、易染及吸湿的特点，又有聚酯纤维弹性好、保型性好、挺括及免烫的特点，特别适用于纺制清洁布、擦拭布、浴巾、浴衣、浴帽及表面有桃皮绒效果的织物。桃皮绒是一种新型的薄型超细起绒织物，织物的光泽柔和高雅，是继人造鹿皮产品后发展的仿皮织物。其以橘瓣型复合超细纤维为原料，纤维桔瓣部分为聚酯，连接桔瓣部分为锦纶。采用碱液开纤，利用锦纶在高温时会裂解的特性使复合丝开纤，开纤后纤维截面为三角型或桔瓣的骨架型，这赋予了纤维良好的柔软性和丰满的手感，高吸水性和透气性，极强的清洁能力。但随着PBT产业的快速发展，虽然PBT不会直接对环境造成危害，但由于其使用后的废品数目巨大且对大气和微生物试剂的抵抗性很强，聚酯纤维废弃不易处理，会给环境间接造成危害。目前聚酯纤维废弃物的处理方法主要有：填埋、焚烧及回收利用。从环境角度而言，填埋和焚烧虽然是最简单的方法，却有许多缺陷，对环境亦会造成一定的污染。化学降解回收是处理PBT废弃物有效而科学的途径，主要方法包括醇解、氨解等，化学降解的产物如醇、酸、酯等还可以作为化学原料重新利用。但由于PBT结构致密、结晶度高，自然降解时间很长(常规聚酯纤维的降解周期可达16～48年)，这大大限制了化学降解回收在PBT废弃物处理领域的应用，此外，复合纤维除含有PBT外还含有锦纶，其两者的最佳降解(回收)条件并不同，进一步限制了化学降解回收在PBT/锦纶复合纤维处理领域的应用。因此，开发一种自然降解速率快的橘瓣型PBT/锦纶复合丝极具现实意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术自然降解速率慢的缺陷，提供一种自然降解速率快的橘瓣型PBT/锦纶复合丝及其制备方法。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：双组份橘瓣型复合纤维的制备方法，采用复合纺丝法将改性聚酯熔体和锦纶熔体经计量、橘瓣型喷丝板中同一喷丝孔挤出、冷却、上油、拉伸、热定型和卷绕制得双组份橘瓣型复合纤维；所述改性聚酯的制备方法为：将对苯二甲酸、1,4-丁二醇、带三甲硅基侧基的二元醇、带叔丁基侧基的二元酸和掺杂改性的Bi2O3粉体混合均匀后先后进行酯化反应和缩聚反应；带三甲硅基侧基的二元醇的结构式如下：式中，R为-CH2-、-CH(CH3)-或-C((CH3)2)-；带叔丁基侧基的二元酸为5-叔丁基-1,3-苯二甲酸、2-叔丁基-1,6-己二甲酸、3-叔丁基-1,6-己二甲酸或2,5-二叔丁基-1,6-己二甲酸；锦纶中分散有掺杂改性的Bi2O3粉体；Bi2O3掺杂改性的过程为：首先将含Ca2+的溶液与含Bi3+的溶液混合均匀，然后滴加沉淀剂至混合液的pH值为9～10，最后煅烧沉淀产物。聚酯中含氧还原催化剂时，空气中的氧气能够通过聚酯材质中的自由体积渗入聚酯内部，在氧还原催化剂表面发生氧还原反应，使聚酯的酯键断裂从而加速聚酯降解，但纯氧还原催化剂的降解效率的进一步提高仍然受到限制。本专利技术使用带三甲硅基侧基的二元醇(3-三甲硅基-1,2-丙二醇、3-三甲硅基-3-甲基-1,2-丙二醇或3-三甲硅基-3,3-二甲基-1,2-丙二醇)和带叔丁基侧基的二元酸(5-叔丁基-1,3-苯二甲酸、2-叔丁基-1,6-己二甲酸、3-叔丁基-1,6-己二甲酸或2,5-二叔丁基-1,6-己二甲酸)对聚酯进行改性，带三甲硅基侧基的二元醇和带叔丁基侧基的二元酸能够显著增大改性聚酯的空间自由体积，特别是带三甲硅基侧基的二元醇中三甲硅基及带叔丁基侧基的二元酸中叔丁基的存在会引起主链活动性的变化，从而改变了链单元间的相互作用力，分子链单元间的距离亦会发生相应的改变，增大改性聚酯空洞自由体积。空洞自由体积的增大能够降低氧和水的渗入聚酯内部的难度，一定程度上将加速聚酯降解。本专利技术的改性聚酯及锦纶中还分散有掺杂改性的Bi2O3粉体，其与仅将氧化钙与三氧化二铋物理共混制得的混合物相比，氧化钙掺杂Bi2O3能够破坏Bi2O3的晶面结构，一方面，掺杂后的Bi2O3的比表面积增大，能够提高单位质量Bi2O3的氧气吸附量，另一方面，掺杂后的Bi2O3的吸附方式由单斜Bi2O3表面的端式吸附改为掺杂Bi2O3表面的侧式吸附，且吸附不受表面Bi原子的“空间位阻效应”影响，O2分子在Bi原子位的化学吸附增强，催化剂的氧还原催化效率提高，因此分散掺杂改性的Bi2O3粉体的复合丝回收处理时的降解效率高，有利于保护环境。本专利技术通过增大空洞自由体积和添加的掺杂改性的Bi2O3粉体相互配合进一步提高了复合丝的自然降解速率。作为优选的技术方案：如上所述的双组份橘瓣型复合纤维的制备方法，所述带三甲硅基侧基的二元醇的合成步骤如下：(1)按1:5～10:10～15的摩尔比将原料烯、过乙酸和二氯甲烷混合，在35～40℃的温度条件下反应5～8h，反应时伴以搅拌，反应结束后去除溶剂，经提纯和精制得到三甲硅基丙烯环氧化物；(2)将水、浓硫酸和三甲硅基丙烯环氧化物混合，在搅拌条件下水浴加热至80～85℃，保温反应l0～15min，反应结束后冷却至室温，经中和、蒸馏、分离和提纯得到带三甲硅基侧基的二元醇，所述浓硫酸为质量浓度70％的硫酸，反应开始时，三甲硅基丙烯环氧化物与水的摩尔比为1:20～40，浓硫酸的质量占混合物质量之和的0.1～0.15％；所述带三甲硅基侧基的二元醇的结构式中R为-CH(CH3)-和-C((CH3)2)-时，所述原料烯对应为3-三甲硅基-3-甲基丙烯和3-三甲硅基-3,3-二甲基丙烯；所述2-叔丁基-1,6-己二甲酸、3-叔丁基-1,6-己二甲酸和2,5-二叔丁基-1,6-己二甲酸的合成方法为：首先将钨酸和过氧化氢混合，在室温下搅拌10～15min，然后加入原料醇先在80～85℃的温度条件下反应1～2h，再升温至90～95℃反应2～3h，反应过程中，反应物始终处于回流状态，最后进行冷却结晶、洗涤和精制；反应开始时，钨酸、原料醇和过氧化氢的摩尔比为1:30～40:120～150；所述2-叔丁基-1,6-己二甲酸、3-叔丁基-1,6-己二甲酸本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.双组份橘瓣型复合纤维的制备方法，其特征是：采用复合纺丝法将改性聚酯熔体和锦纶熔体经计量、橘瓣型喷丝板中同一喷丝孔挤出、冷却、上油、拉伸、热定型和卷绕制得双组份橘瓣型复合纤维；所述改性聚酯的制备方法为：将对苯二甲酸、1,4‑丁二醇、带三甲硅基侧基的二元醇、带叔丁基侧基的二元酸和掺杂改性的Bi2O3粉体混合均匀后先后进行酯化反应和缩聚反应；带三甲硅基侧基的二元醇的结构式如下：

【技术特征摘要】
1.双组份橘瓣型复合纤维的制备方法，其特征是：采用复合纺丝法将改性聚酯熔体和锦纶熔体经计量、橘瓣型喷丝板中同一喷丝孔挤出、冷却、上油、拉伸、热定型和卷绕制得双组份橘瓣型复合纤维；所述改性聚酯的制备方法为：将对苯二甲酸、1,4-丁二醇、带三甲硅基侧基的二元醇、带叔丁基侧基的二元酸和掺杂改性的Bi2O3粉体混合均匀后先后进行酯化反应和缩聚反应；带三甲硅基侧基的二元醇的结构式如下：式中，R为-CH2-、-CH(CH3)-或-C((CH3)2)-；带叔丁基侧基的二元酸为5-叔丁基-1,3-苯二甲酸、2-叔丁基-1,6-己二甲酸、3-叔丁基-1,6-己二甲酸或2,5-二叔丁基-1,6-己二甲酸；锦纶中分散有掺杂改性的Bi2O3粉体；Bi2O3掺杂改性的过程为：首先将含Ca2+的溶液与含Bi3+的溶液混合均匀，然后滴加沉淀剂至混合液的pH值为9～10，最后煅烧沉淀产物。2.根据权利要求1所述的双组份橘瓣型复合纤维的制备方法，其特征在于，所述带三甲硅基侧基的二元醇的合成步骤如下：(1)按1:5～10:10～15的摩尔比将原料烯、过乙酸和二氯甲烷混合，在35～40℃的温度条件下反应5～8h，反应时伴以搅拌，反应结束后去除溶剂，经提纯和精制得到三甲硅基丙烯环氧化物；(2)将水、浓硫酸和三甲硅基丙烯环氧化物混合，在搅拌条件下水浴加热至80～85℃，保温反应l0～15min，反应结束后冷却至室温，经中和、蒸馏、分离和提纯得到带三甲硅基侧基的二元醇，所述浓硫酸为质量浓度70％的硫酸，反应开始时，三甲硅基丙烯环氧化物与水的摩尔比为1:20～40，浓硫酸的质量占混合物质量之和的0.1～0.15％；所述带三甲硅基侧基的二元醇的结构式中R为-CH(CH3)-和-C((CH3)2)-时，所述原料烯对应为3-三甲硅基-3-甲基丙烯和3-三甲硅基-3,3-二甲基丙烯；所述2-叔丁基-1,6-己二甲酸、3-叔丁基-1,6-己二甲酸和2,5-二叔丁基-1,6-己二甲酸的合成方法为：首先将钨酸和过氧化氢混合，在室温下搅拌10～15min，然后加入原料醇先在80～85℃的温度条件下反应1～2h，再升温至90～95℃反应2～3h，反应过程中，反应物始终处于回流状态，最后进行冷却结晶、洗涤和精制；反应开始时，钨酸、原料醇和过氧化氢的摩尔比为1:30～40:120～150；所述2-叔丁基-1,6-己二甲酸、3-叔丁基-1,6-己二甲酸和2,5-二叔丁基-1,6-己二甲酸对应的原料醇分别为2-叔丁基环己醇、4-叔丁基环己醇和2,4-二叔丁基环己醇。3.根据权利要求2所述的双组份橘瓣型复合纤维的制备方法，其特征在于，所述含Ca2+的溶液的浓度为2～3wt％，溶剂为水，溶液中的阴离子为NO3-；所述含Bi3+的溶液为浓度20～25wt％的Bi2O3的溶液，溶剂为硝酸；所述沉淀剂为浓度2mol/L的氨水；沉淀开始时，混合液中Ca2+与Bi3+的摩尔比为5～8:100；所述煅烧前对沉淀产物进行洗涤和干燥，干燥的温度为105～110℃，时间为2～3h；所述煅烧的过程为：首先升温至400℃后保温2～3h，然后升温至700℃后保温1～2h，最后在空气中冷却；Bi2O3在掺杂改性后进行粉碎得到平均粒径小于0.5微米的粉体。4.根据权利要求3所述的双组份橘瓣型复合纤维的制备方法，其特征在于，所述掺杂改性的Bi2O3粉...

【专利技术属性】
技术研发人员：王山水，汤方明，陈锋，
申请(专利权)人：江苏恒力化纤股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32