專利名稱：：一種阻燃共聚改性聚酯的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種阻燃共聚改性聚酯及其制備方法，特別涉及一種阻燃性能優(yōu)良、熱穩(wěn)定性好、可紡性優(yōu)異、絲物理性能穩(wěn)定的阻燃共聚聚酯，以及可以高效率、低成本穩(wěn)定生產(chǎn)阻燃共聚改性聚酯的制備方法。技術(shù)背景由于公眾對(duì)災(zāi)害防御意識(shí)的不斷提高，要求纖維制品應(yīng)具有一定的阻燃性能，對(duì)阻燃聚酯纖維的研究和應(yīng)用開發(fā)日益活躍，各種阻燃聚酯纖維品種不斷出現(xiàn)。同時(shí)由于法律法規(guī)對(duì)纖維產(chǎn)品阻燃效果及應(yīng)用范圍的要求日益增強(qiáng)，在國(guó)內(nèi)外阻燃聚酯纖維的需求有明顯的增長(zhǎng)?？梢灶A(yù)料，未來對(duì)于阻燃聚酯纖維的需求將會(huì)有更進(jìn)一步的增長(zhǎng)。阻燃聚酯纖維的改性可分為共混改性及共聚改性兩種方法。共混改性采用的方法是在聚酯生產(chǎn)的后期添加阻燃劑或在紡絲過程中添加阻燃劑或阻燃母粒，該方法的特點(diǎn)是采用的阻燃劑為非反應(yīng)型，阻燃劑以游離的形式分散在聚酯中。共聚改性的方法是聚酯生產(chǎn)中添加阻燃劑，該方法的特點(diǎn)是阻燃劑參與聚合反應(yīng)，通過在聚酯分子中引入阻燃基團(tuán)達(dá)到阻燃性能。共混改性聚酯中阻燃劑在產(chǎn)品中難于分散均勻、阻燃劑容易游離揮發(fā)，影響其長(zhǎng)期阻燃效果。而共聚改性聚酯因其阻燃劑參與聚合反應(yīng)，其阻燃基團(tuán)引入聚酯分子，其分散性能較好、阻燃劑不易游離揮發(fā)，因此其產(chǎn)品阻燃性能能長(zhǎng)期保持。目前共聚改性聚酯研究主流采用磷系阻燃劑，采用共聚改性法。濟(jì)南齊魯化纖曾提供過一種阻燃改性聚酯，在它的專利(專利號(hào)02109909)中提到其采用2—羧乙基苯磷酸為阻燃劑，阻燃劑在縮聚中加入，催化劑等其它常規(guī)助劑在酯化中加入。自貢三立藥化有限公司也提供過一種阻燃改性聚酯，在它的專利(申請(qǐng)?zhí)?00410022250.1)中，以2—羧乙基苯磷酸與乙二醇的酯化物丙酸乙二醇酯基苯磷酸乙二醇酯為阻燃劑。加入阻燃劑后聚酯的熱穩(wěn)定性變差，該專利僅按常規(guī)聚酯生產(chǎn)工藝進(jìn)行生產(chǎn)，并未對(duì)其酯化、縮聚工藝進(jìn)行優(yōu)化，其產(chǎn)品存在的二甘醇含量偏高、熱穩(wěn)定性較差、紡絲粘度降過大、紡絲及后加工狀況不佳等缺陷。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)之不足，通過改良阻燃共聚改性聚酯的生產(chǎn)配方及優(yōu)化酯化、縮聚生產(chǎn)工藝，提供一種端羧基含量較低、二甘醇含量較低、熱穩(wěn)定性及可紡性優(yōu)異，后加工適應(yīng)性強(qiáng)的阻燃共聚改性聚酯的制備方法，使其制備工藝調(diào)整方便，不僅常規(guī)紡絲、還能進(jìn)行細(xì)旦紡絲且加工狀況優(yōu)異。在復(fù)合紡絲機(jī)上制成海島型纖維，即使經(jīng)堿液處理后得到超細(xì)纖維，其織物仍具有優(yōu)良的阻燃效果，極大的提高其終端產(chǎn)品的使用價(jià)值。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種阻燃共聚改性聚酯的方法，是采用精對(duì)苯二甲酸、乙二醇為基本原料，2—羧乙基苯基次膦酸與乙二醇的酯化液作為阻燃劑，添加抗氧化劑、催化劑、穩(wěn)定劑等助劑，進(jìn)行直接酯化反應(yīng)、縮聚反應(yīng)制造聚酯。將精對(duì)苯二甲酸、乙二醇配成漿料，在總摩爾比為1.051.1、反應(yīng)溫度24025(TC條件下進(jìn)行酯化反應(yīng)，穩(wěn)定劑在酯化階段加入，阻燃劑2—羧乙基苯基次膦酸與乙二醇的酯化液、抗氧化劑、催化劑在縮聚階段加入，在減壓條件下進(jìn)行聚合反應(yīng)，聚酯在真空條件下出料，保證批內(nèi)產(chǎn)品的穩(wěn)定性。前述的阻燃共聚改性聚酯，其阻燃劑是2—羧乙基苯基次膦酸與乙二醇的酯化液，阻燃劑的添加含量以磷含量占阻燃共聚改性聚酯的重量比為0.21.0%。該阻燃酯化液由德州長(zhǎng)興公司以該公司產(chǎn)品CX18與乙二醇進(jìn)行預(yù)酯化而成，其酯化率達(dá)7085%,該酯化液的含磷量為5.86.2%。2—羧乙基苯基次膦酸與乙二醇的酯化產(chǎn)物為丙酸乙二醇酯基苯磷酸乙二醇酯，分子式如下<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>5本發(fā)明在酯化過程中加入占阻燃共聚改性聚酯重量50500ppm穩(wěn)定劑，穩(wěn)定劑可以是磷酸或亞磷酸及其酯類如磷酸、磷酸三甲酯、磷酸三苯酯、亞磷酸三苯酯等。穩(wěn)定劑的加入能有效降低金屬催化劑在反應(yīng)中的催化效能，降低熱降解、提高產(chǎn)品的熱穩(wěn)定性，有效降低產(chǎn)品端羧基及二甘醇的含量。本發(fā)明在聚合過程中加入占阻燃共聚改性聚酯重量0.10.5%的抗氧化劑，抗氧化劑可以是1010、1076、1425、HT6021、PW-9225B、albritectPM1等或其它抗氧化劑?？梢源_保在聚合及后加工過程中的熱穩(wěn)定性，有效降低產(chǎn)品端羧基及二甘醇的含量。本發(fā)明必須在聚合過程中加入占阻燃共聚改性聚酯重量200—800ppra的催化劑，催化劑采用三氧化二銻、乙二醇銻、醋酸銻等或其它聚酯縮聚催化劑。作為改善各種物理性能的目的，可以在本發(fā)明的阻燃共聚改性聚酯中添加耐光劑、消光劑等，這些添加劑的投入可以在制造工序中的任意工序中進(jìn)行。本發(fā)明采用低摩爾比的配漿條件，漿料摩爾比在1.051.1之間，較低的摩爾比能有效降低二甘醇的生成。本發(fā)明采用較低的酯化溫度，酯化反應(yīng)的溫度控制在240250'C，較低的酯化反應(yīng)溫度能降低二甘醇，提高產(chǎn)品的色相。本發(fā)明采用在真空條件下出料，出料時(shí)的真空度在0.150kPa。一般充氮出料要破壞體系真空，引起聚酯降解，粘度下降，造成每批批頭、批尾的粘度差異很大。而真空出料能有效避免上述問題，熔體的均一性很好。在實(shí)際使用中，在打漿釜中的精對(duì)苯二甲酸和乙二醇配成漿料，向打槳釜的投入口中投入穩(wěn)定劑，然后將該漿料加入酯化釜中，在酯化釜內(nèi)有事先制備的精對(duì)苯二甲酸的熱母液，并進(jìn)行酯化反應(yīng)形成低聚物，酯化反應(yīng)在常壓條件下進(jìn)行，溫度為240—250'C，反應(yīng)時(shí)間為l一5小時(shí)，根據(jù)酯化水的采出量決定反應(yīng)終點(diǎn)；將生成的低聚物導(dǎo)入預(yù)縮釜，在預(yù)縮釜的投入口添加阻燃劑2—羧乙基苯基次膦酸與乙二醇的酯化液、抗氧化劑、催化劑，添加完畢，反應(yīng)壓力由常壓平穩(wěn)抽至絕對(duì)壓力lkpa以下，該階段溫度控制在220—275'C，反應(yīng)時(shí)間為0.5—3小時(shí)；然后物料導(dǎo)入終縮釜中，并逐步抽真空，使釜內(nèi)壓降至絕對(duì)壓力100pa以下，溫度控制在275295X:,時(shí)間為15小時(shí)，根據(jù)終縮釜攪拌器馬達(dá)功率情況掌握反應(yīng)終點(diǎn)；熔體采用真空條件下出料，出料真空度在0.150kPa;酯條從出料口至冷卻水浴中，通過截?cái)嘌b置將擠出的酯條造粒。本發(fā)明制得的阻燃共聚改性聚酯，特性粘度為0.680.75dl/g,端羧基含量為2025mol/t，熔點(diǎn)238242'C,色度b值為4.08.0，色度L值為7080，灰份為0.71.5%,二甘醇含量在2.0~3.0%重量，熱失重0.5~1.2%。本發(fā)明的有益效果是，由于采用精對(duì)苯二甲酸、乙二醇為基本原料，配漿采用低摩爾比，在酯化中加入穩(wěn)定劑，酯化采用低溫條件，并在聚合階段加入阻燃劑2—羧乙基苯基次膦酸與乙二醇的酯化液、抗氧化劑、催化劑以批次形式進(jìn)行共聚而制成阻燃共聚改性聚酯，該阻燃共聚改性聚酯的端羧基、二甘醇含量低，熱穩(wěn)定性。通過設(shè)置熔體泵可以做到在真空狀態(tài)下出料，從而避免由于聚合物擠出的時(shí)效變化，而產(chǎn)生開始擠出時(shí)的聚合物粘度和擠出結(jié)束時(shí)的聚合物粘度不同、各批量之間的聚合物物理性能差別大的問題，避免了出料時(shí)批頭與批尾熔體粘度差別大的問題，極大的提高了熔體的均一性，使切片可紡性能優(yōu)異，絲物理性能穩(wěn)定，不僅可進(jìn)行常規(guī)紡絲，還能進(jìn)行細(xì)旦紡絲及在復(fù)合紡絲機(jī)上制成海島型纖維經(jīng)后處理后得到超細(xì)纖維，大大提高了終端產(chǎn)品的使用價(jià)值。以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明；但本發(fā)明的一種阻燃共聚改性聚酯的制備方法不局限于實(shí)施例。圖1是本發(fā)明制備方法的過程示意圖。圖中符號(hào)說明1打漿釜；2酯化釜；3預(yù)縮釜；4終縮釜；a加料口b加料口；c出料口。具體實(shí)施方式本發(fā)明的一種阻燃共聚改性聚酯的制備方法，包括以下幾個(gè)環(huán)節(jié)1、酯化反應(yīng)階段在打漿釜1中將精對(duì)苯二甲酸和乙二醇按摩爾比為1.051.1配成均勻漿料，從投料口a中加入穩(wěn)定劑如磷酸、磷酸三甲酯、磷酸三苯酯、亞磷酸三苯酯等，然后以一定流量連續(xù)加入留有一定量熱酯化液的酯化釜2中，進(jìn)行酯化反應(yīng)形成酯化物；該酯化反應(yīng)在常壓條件下進(jìn)行，溫度為240—250'C,反應(yīng)時(shí)間為1一5小時(shí)。以酯化水餾出量達(dá)到設(shè)定值時(shí)為反應(yīng)終點(diǎn)(計(jì)算公式酯化水量(kg)=對(duì)苯二甲酸進(jìn)料量(kg)X0.217)。2、縮聚反應(yīng)階段A、縮聚反應(yīng)低真空階段酯化反應(yīng)完成后，將生成的酯化物分批導(dǎo)入預(yù)縮釜3,然后從預(yù)縮釜的投入口b中添加阻燃劑2—羧乙基苯基次膦酸與乙二醇的酯化液、添加催化劑如三氧化二銻、乙二醇銻、三醋酸銻；添加抗氧化劑如1010、1076、1425、HT6021、PW-9225B、albritectPM1等或其它抗氧化劑等；添加完畢，反應(yīng)壓力由常壓平穩(wěn)抽至絕對(duì)壓力lkpa以下，該階段溫度控制在220—275'C，反應(yīng)時(shí)間為0.5—3小時(shí)。B、縮聚反應(yīng)髙真空階段上述物料經(jīng)過低真空階段后，導(dǎo)入終縮釜4，并逐步抽真空，使釜內(nèi)壓降至絕對(duì)壓力100pa以下，溫度控制在275295'C，時(shí)間為15小時(shí)，根據(jù)反應(yīng)釜攪拌器馬達(dá)功率及自循環(huán)管道上的在線粘度計(jì)數(shù)值，掌握反應(yīng)終點(diǎn)；3、成品階段到達(dá)反應(yīng)終點(diǎn)后，聚酯熔體由出料口c并經(jīng)熔體泵從鑄帶頭擠出，經(jīng)水下切粒機(jī)切粒、干燥，成品打包。本發(fā)明制得的阻燃共聚改性聚酯，特性粘度為0.680.75dl/g，端羧基含量為2025raol/t，熔點(diǎn)238~242'C，色度b值為4.08.0，色度L值為7080,灰份為0.71.59b，二甘醇含量在2.03.0%重量，熱失重0.51.2%。以下對(duì)上述的阻燃共聚改性聚酯特征值的測(cè)定方法作如下說明(一)特性粘度IV切片的特性粘度iv測(cè)定用的樣品采集按如下進(jìn)行，對(duì)于每一批量聚酯開始擠出和擠出剛結(jié)束的聚酯粒，以及在擠出過程中采集適宜的聚合粒并將其作為樣品；在苯酚/四氯乙烷=1:1(重量比)的混合溶劑中，在25TC條件下，用AVSPR0自動(dòng)粘度儀測(cè)定樣品。(二)二甘醇量就二甘醇量來說，將聚酯粒用1.6己二醇-甲醇溶液在280'C下進(jìn)行溶解酯交換，2小時(shí)后取出冷卻，再進(jìn)行氣相色譜分析可得。(三)色度b、L值將樣品置于比色皿內(nèi)，使用色差儀直接測(cè)定。(四)灰分在已恒重的瓷坩堝中稱樣品先放置于電爐上燒至不冒煙，再將其移入400'C的高溫爐中灼燒至800'C，取出后放入干燥器中恒重可測(cè)得。(五)熔點(diǎn)用DSC(Differentscanningcalorimetry)差熱分析儀(美國(guó)TA公司2010型)或熔點(diǎn)儀直接測(cè)得。DSC測(cè)試條件氮?dú)夥諊瑲怏w流速40ml/min，分別稱取lOmg樣品于樣品盒中與參比物一起放入樣品室中升溫，升溫速率10'C/min。(六)端羧基含量稱取樣品重量(g),加入苯酚-氯仿溶劑加熱溶解，再將其用苯酚-氯仿沖洗，使用702SM自動(dòng)電位滴定儀進(jìn)行測(cè)算。(七)阻燃性能將阻燃切片經(jīng)過紡絲、織造后送至專業(yè)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行相關(guān)阻燃織物標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)，由其出具檢測(cè)報(bào)告。(八)熱穩(wěn)定性(熱失重)用熱重分析儀(美國(guó)TA公司TGAQ"500型)對(duì)聚酯粒進(jìn)行分析。測(cè)試條件氮?dú)鈿夥?，氣體流速40ml/min，樣品重約10mg,升溫速率20XVmin。本發(fā)明制得的改性聚酯，具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性及可紡性能優(yōu)異，絲物理性能穩(wěn)定，不僅可進(jìn)行常規(guī)紡絲，還能進(jìn)行細(xì)旦紡絲及在復(fù)合紡絲機(jī)上制成海島型纖維經(jīng)后處理后得到超細(xì)纖維，大大提高了終端產(chǎn)品的使用價(jià)值。這種半連續(xù)的制造方法可以高效率、低成本生產(chǎn)出易溶性聚酯，制程工藝調(diào)整方便，可根據(jù)用戶需求隨時(shí)調(diào)整產(chǎn)品風(fēng)格，尤其是在設(shè)備檢修保養(yǎng)或異常情況出現(xiàn)時(shí)，可以避免巨大的損失。下面通過三組實(shí)施例對(duì)改性聚酯及其制備過程作更詳細(xì)說明，表1記載了不同條件下進(jìn)行的三組實(shí)施例l、2、3及對(duì)比例。實(shí)施例1在打漿釜1中將精對(duì)苯二甲酸和乙二醇計(jì)量后按摩爾比為1.1配成均勻漿料，100卯ra重量(相對(duì)阻燃共聚改性聚酯)的磷酸三甲酯攪拌均勻然后設(shè)定漿料螺桿泵轉(zhuǎn)速50HZ，使?jié){料均勻加入留有前一批一半量酯化液的酯化釜2中進(jìn)行酯化反應(yīng)，維持酯化溫度240250X:,待酯化水餾出量達(dá)計(jì)算值(計(jì)算公式酯化水量(kg)=對(duì)苯二甲酸進(jìn)料量(kg)X0.217)時(shí)，酯化反應(yīng)完成。將一半的酯化物移入預(yù)縮釜3中，從投入口b加入磷含量占阻燃共聚改性聚酯5000ppm阻燃劑2—羧乙基苯基次膦酸與乙二醇的酯化液、占阻燃共聚改性聚酯重量500ppm的溶解于乙二醇的三氧化二銻，占聚酯2000ppra重量的抗氧化劑，常壓縮聚后逐漸升溫至250275'C,并逐步減壓，在15小時(shí)內(nèi)將絕對(duì)壓力降至lKpa,將聚酯移入終縮釜4中繼續(xù)減壓至絕對(duì)壓力100pa以下，并逐漸升溫至275295'C，當(dāng)終縮釜4攪拌器馬達(dá)功率達(dá)到6A且自循環(huán)管道上的在線粘度計(jì)數(shù)值達(dá)到3.5時(shí)，反應(yīng)到達(dá)終點(diǎn)，開始出料。實(shí)施例2除表1記載漿料摩爾比為1.05、投入磷含量占阻燃共聚改性聚酯8000ppra的阻燃劑2—羧乙基苯基次膦酸與乙二醇的酯化液外，進(jìn)行與實(shí)施例1相同的聚合反應(yīng)，得到表l記載的改性聚酯。實(shí)施例3除表l抗氧化劑加入量為占阻燃共聚改性聚酯重量4000卯m外，進(jìn)行與實(shí)施例1相同的聚合反應(yīng)，得到表l記載的改性聚酯。對(duì)比例1除表1記載漿料摩爾比為1.3外,進(jìn)行與實(shí)施例1相同的聚合反應(yīng)，得到表1記載的改性聚酯。對(duì)比例2除表1記載不添加抗氧化劑外，進(jìn)行與實(shí)施例l相同的聚合反應(yīng)，得到表1記載的改性聚酯。上述實(shí)施例僅用來進(jìn)一步說明本發(fā)明的一種阻燃共聚改性聚酯的制備方法，但本發(fā)明并不局限于實(shí)施例，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均落入本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>紡絲操作性好較好好較差很差權(quán)利要求1.一種阻燃共聚改性聚酯的制備方法，其特征在于是采用精對(duì)苯二甲酸、乙二醇為基本原料，將精對(duì)苯二甲酸、乙二醇按摩爾比為1.05～1.1配成漿料，在溫度為240～250℃條件下進(jìn)行酯化反應(yīng)，酯化過程中加入穩(wěn)定劑，酯化反應(yīng)時(shí)間1-5小時(shí)；酯化反應(yīng)完成后聚合反應(yīng)開始前加入催化劑、抗氧化劑以及作為阻燃劑的2-羧乙基苯基次膦酸與乙二醇的酯化液，經(jīng)過低真空階段、高真空階段的聚合反應(yīng)后，聚酯在真空條件下出料；其中，在低真空階段，反應(yīng)壓力由常壓平穩(wěn)抽至絕對(duì)壓力1kpa以下，溫度為220-275℃，反應(yīng)時(shí)間為0.5-3小時(shí)；在高真空階段，釜內(nèi)壓在100帕(pa)以下，溫度為275-295℃，反應(yīng)時(shí)間為1-5小時(shí)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種阻燃共聚改性聚酯的制備方法，其特征在于所述聚酯具有如下特征特性粘度為0.68~0.72dl/g,端羧基含量為20~25mol/t，熔點(diǎn)238~242'C,色度b值為5.07.0,色度L值為7080,灰份為0.71.5%,二甘醇含量在2.0~3.0%重量，熱失重0.51.2%。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種阻燃共聚改性聚酯的制備方法，其特征在于所述穩(wěn)定劑為磷酸或亞磷酸或磷酸三甲酯或磷酸三苯酯或亞磷酸三苯酯，添加比例為占阻燃共聚改性聚酯重量的50500ppm。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種阻燃共聚改性聚酯的制備方法，其特征在于所述阻燃劑的添加含量以磷含量占阻燃共聚改性聚酯的重量比為0.21.0%。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種阻燃共聚改性聚酯的制備方法，其特征在于所述的作為阻燃劑的2—羧乙基苯基次膦酸與乙二醇的酯化液，酯化率為7085%，酯化液的含磷量為5.86.2%。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種阻燃共聚改性聚酯的制備方法，其特征在于所述抗氧化劑為1010抗氧化劑或1076抗氧化劑或1425抗氧化劑或PW-9225B抗氧化劑，按以占阻燃共聚改性聚酯0.10.5%重量比進(jìn)行添加。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種阻燃共聚改性聚酯的制備方法，其特征在于聚酯采用在真空條件下出料，出料時(shí)的真空度在0.150kPa。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種阻燃共聚改性聚酯的制備方法，其特征在于所述催化劑為三氧化二銻或乙二醇銻或醋酸銻，添加比例為占阻燃共聚改性聚酯重量的200—800ppm。全文摘要本發(fā)明公開了一種阻燃共聚改性聚酯的制備方法，是以精對(duì)苯二甲酸、乙二醇為基本原料，采用半連續(xù)直接酯化法生產(chǎn)，在縮聚階段加入阻燃劑2-羧乙基苯基次膦酸與乙二醇的酯化液，經(jīng)共聚而制成改性聚酯。本發(fā)明通過將在酯化階段加入穩(wěn)定劑及在聚合階段加入抗氧化劑等工藝改變，降低端羧基及二甘醇含量，提高熱穩(wěn)定性，使阻燃共聚改性聚酯品質(zhì)穩(wěn)定，可紡性優(yōu)異，后加工適應(yīng)性強(qiáng)，大大提高了終端產(chǎn)品的使用價(jià)值，不僅可進(jìn)行常規(guī)紡絲，還能進(jìn)行細(xì)旦紡絲及在復(fù)合紡絲機(jī)上制成海島型纖維，經(jīng)堿液處理后得到超細(xì)纖維，仍具有優(yōu)良的阻燃效果。文檔編號(hào)C08K5/524GK101333287SQ20071000917公開日2008年12月31日申請(qǐng)日期2007年6月29日優(yōu)先權(quán)日2007年6月29日發(fā)明者陳耀南申請(qǐng)人:廈門翔鷺化纖股份有限公司