專利名稱：一種生物質聚酯短纖及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種短纖及其制備方法，特別是涉及一種生物質聚酯短纖及其制備方法。
背景技術：
聚酯滌綸纖維本身具有優異的性能和低廉的價格，是我國三大合成纖維中最具代表性、產量最大的纖維品種，而其主要原料乙二醇基本來源于石油工業產品，因此，從行業可持續發展的角度，必需尋找能替代石油基乙二醇的新材料和新工藝，使聚酯行業能有效規避石化原料持續上漲的價格風險。最近以生物基乙二醇作為石油基乙二醇的一種替代補充產品，受到越來越越多的關注。如杜邦公司通過對玉米進行發酵，經過生物和化工過程，制得1，3_丙二醇，開發出了含有約36wt%來源于生物質的聚對苯二甲酸丙二醇酯(PTT)，并成功的運用到服裝、薄膜、工程塑料等領域。而長春大成集團首先利用玉米為原料，通過生物發酵和化工氫化裂解方法，成功開拓世界上第三條以玉米為資源生產生物基二元醇的工業化路線。此類生物基乙二醇也可直接作為聚酯工業的原料，并可利用現有的聚合設備與精對苯二甲酸進行酯化，再縮聚，制得紡絲性能和染色性能比現有聚酯更為優異的新型共聚酯纖維TOT(聚對苯二甲酸多組分二兀醇酯，PolyDihydricalcoholsTerephthalate)。目前，此類 F1DT 聚酯纖維制備的現有技術并不成熟，比如現在只停留在對乙二醇含量進行標示，并沒有單獨限定生物基乙二醇中其余多元醇如丙二醇、丁二醇、山梨醇等的含量，如東華大學在 CN200610028411. 7專利中公開了一種玉米基乙二醇的制備方法，以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，得到多組分多元醇的成分穩定，其限定了乙二醇和丙二醇的含量，卻沒有涉及到其余組分含量以及后續纖維紡絲工藝的設計，這樣容易導致聚酯本身性能指標的不穩定，繼而影響后續的紡織品(例如短纖)的紡絲過程，無法滿足工廠批量生產，不方便廠家對產品參數進行控制，所得紡織品的在品質及穩定性上存在不足。有鑒于此，本發明人針對所述問題，提出了一種生物質聚酯短纖及其制備方法，本
案由此產生。

發明內容
本發明的一目的是提供一種生物質聚酯短纖，其采用的原料為生物質，緩解了石油能源短缺的壓力，而且所得的生物質聚酯短纖具有品質優異、性能穩定等特點。本發明的另一目的是提供一種生物質聚酯短纖的制備方法，其制備的工藝簡單， 所制得的生物質聚酯短纖具有高質量、穩定性好、品質優異等特點。一種生物質聚酯短纖，主要由摩爾配比為I : I. 05 I : I. 5的苯二甲酸、生物質多組分多元醇制備而成，該生物質多組分多元醇包括如下重量比組份乙二醇90 99. 2wt%, I, 2-丙二醇 O. 4 5wt%, I, 2-丁二醇 O. 2 2wt%,戍二醇 O. I 2wt %,山梨醇O. I Iwt % ;所述生物聚酯短纖的長度為38 76mm,纖度為O. 8 7dtex,強度為3. 5 6cN/dtex，伸長率為20 40%。上述對苯二甲酸與生物質多組分多元醇的摩爾比為I : 1.2 I : 1.5。上述生物質多組分多元醇由生物發酵后提純制得。一種生物質聚酯短纖的制備方法，包括以下步驟(I)將對苯二甲酸與生物質多組分多元醇按照I : I. 05 I : I. 5的摩爾比配制成漿料；上述生物質多組分多元醇包括如下重量比組份乙二醇90 99. 2wt%,l,2-丙二醇 O. 4 5wt%, I, 2- 丁二醇 O. 2 2wt%,戍二醇 O. I 2wt%,山梨醇 O. I Iwt% ；(2)將配置好的漿料加入酯化反應釜進行酯化反應，再進行縮聚反應，經過縮聚反應制得生物質聚酯；(3)將制得的上述生物質聚酯切片干燥，之后再將上述切片依次進行前紡、后紡工序，即可得生物質聚酯短纖；上述前紡工序中，將切片擠壓熔融后依次經過熔體過濾器、紡絲組件、卷繞集束， 最后落桶，其中控制紡絲溫度為270 300°C，紡絲速度為800 1500m/min ;后紡工序包括并束、導絲、預拉伸、一道拉伸、二道拉伸、緊張熱定型、上油、卷曲、松弛熱定型，最后切斷打包，其中控制拉伸溫度為60 80°C，預拉伸倍率為I. 02 I. 10，一道拉伸倍率為2. 80 3. 20，二道拉伸倍率為I. 05 I. 15。上述酯化反應的溫度為225 280°C，時間為O. 5 4h，相對壓力為O O. 3MPa。上述縮聚反應的溫度保持在260 290°C，持續反應時間為2 6h。上述對苯二甲酸與生物質多組分多元醇的摩爾比為I : 1.2 I : 1.5。上述酯化反應還加入鈦系催化劑和/或銻系催化劑，加入量為120 550ppm，基數為上述對苯二甲酸的質量；上述鈦系催化劑為二氧化鈦和/或鈦酸四丁酯，上述銻系催化劑為三氧化二銻、 醋酸銻、乙二醇銻中的一種或多種。上述酯化反應還加入熱穩定劑和/或抗氧化劑，該熱穩定劑的加入量為所述對苯二甲酸的O O. 02wt%，該抗氧化劑的加入量為所述對苯二甲酸的O O. 03wt%。上述抗氧化劑為抗氧化劑1010、抗氧化劑168、抗氧化劑616中的一種或幾種，上
述熱穩定劑為磷酸三甲酯、烷基磷酸二酯、三壬苯基亞磷酸酯中的一種或幾種。本發明的一種生物質聚酯短纖，采用的切片為新型綠色生物質聚酯(聚酯roT) 切片，其所用的生產原料多組分多元醇來源于生物質工業淀粉原料，如玉米、小麥、土豆、地瓜、甜菜、甜高粱、菊芋和木薯等等農作物產品或者秸桿，其中涉及的多組分二元醇也可由常規石油基乙二醇和生物質多組分多元醇混合使用，各組分含量滿足上述要求即可。所述的一種綠色生物質聚酯短纖，其生產工藝可以在常規普通聚酯短纖的生產設備上直接進行，無需對設備進行任何改動，但對其的工藝參數，如紡絲溫度、紡絲速度、拉伸溫度、預拉伸倍率、一道拉伸倍率及二道拉伸倍率有特別的要求，產品適應工廠模式，可工業化生產。所述的一種綠色生物質聚酯短纖，可以是某種功能性短纖，使用上述原料切片與某種功能性母?；蚬δ芴砑觿┕不旒徑z，如添加納米銀系無機抗菌劑共混后紡絲而制備得到的纖維可具有良好的抗菌效果，或者與遠紅外劑進行熔紡獲得遠紅外短纖，或者是導電、 抗靜電、阻燃、抗紫外、磁性、芳香和消臭等等功能性短纖，不再贅述。
本發明的一種綠色生物質聚酯短纖，與現有技術相比，其有益效果為I)原料采用獨特的新型綠色生物質聚酯(聚酯TOT)切片，聚酯PDT切片的原料為多組分多元醇，并非傳統的石油基乙二醇，因此從本質上改善了化纖行業對石油化工行業的依賴性，對企業低碳排放、節能降耗有重要意義，是一種綠色可再生資源型產品，而且有利于環境保護和可持續發展；2)首次明確限定聚酯PDT切片中多組分多元醇中各個多元醇的含量，并可對含量進行調控，而且根據混合多元醇含量的變化，對聚合工藝進行相應的調控，能充分保證原料聚酯的質量，從根本上保證后續生產短纖的高質量和穩定性；3)本發明提出并確定了一種新型綠色生物質聚酯短纖的工藝條件，不同于常規 PET聚酯短纖，其在長鏈大分子中引入-CH3，增加了一定數量的支鏈，非晶態結構增加，共聚物的熔點有所下降，因此本產品具有其獨特的紡絲工藝要求，如紡絲過程的溫度相比PET 低；另外該生產工藝可以在常規普通聚酯短纖的生產設備上直接進行，無需對設備進行任何改動，通過調整紡絲工藝參數即可生產，方便可行；4)本發明的綠色生物質聚酯短纖，與常規聚酯短纖相比，強度低，柔軟性好，可低溫染色，印染效果極佳，水洗牢度和熨燙牢度高PET半級，且具抗靜電和低起球效果，可廣泛使用于非織造，經紡成紗線后，可用于機織、緯編針織、經編針織類織物及復合材料的粘合性纖維等等領域。由此，本發明的一種綠色生物質聚酯短纖，其原料切片來源于生物質，減少了對石油資源的依賴，緩解了能源緊張的局面；生物質二元醇成分固定，獲得產品質量穩定可控; 制得的短纖維親水性好，柔軟性好，印染效果極佳，水洗牢度和熨燙牢度高，應用領域廣。
具體實施例方式下面結合具體實施方式
，進一步闡述本發明。應理解，這些實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發明講授的內容之后，本領域技術人員可以對本發明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定的范圍。實施例I原料生物聚酯PDT為連續式聚合工藝生產，即將對苯二元酸與生物質多組分多元醇按照I : 1.05的摩爾比配制成漿料，經過酯化反應、縮聚反應，制得生物質聚酯(聚酯 PDT);其中，生物質多組分多元醇由生物質工業淀粉發酵后制得，其包括如下重量比組份 乙二醇 90wt%, 1,2-丙二醇 5wt%, 1,2- 丁二醇 2wt%,戍二醇 2wt%,山梨醇 Iwt % ;酯化反應的溫度為280°C，相對壓力為O. 3MPa ;縮聚反應溫度約保持在290°C，持續時間為6h ； 上述酯化反應中還加入催化劑、熱穩定劑及抗氧化劑，其中催化劑為二氧化鈦，加入量為 500ppm，熱穩定劑為三氧化二銻，加入量為O. 02wt%，抗氧化劑為抗氧化劑1010，加入量為 O. 03wt%，所述催化劑、熱穩定劑和抗氧化劑的加入量的基數都為所述對苯二甲酸的質量。采用上述所得的生物質聚酯制備生物聚酯短纖的生產方法如下I、切片干燥首先將生物質聚酯進行切片，再將該切片經真空轉鼓干燥，干燥溫度為160°C，干燥時間4h，干燥后切片含水量降低到30ppm以下。
2、前紡將上述干燥后的切片送入螺桿裝置，待擠壓熔融后分別經過熔體過濾器、紡絲組件、卷繞集束，最后進行落桶。3、后紡后紡工序依次為并束、導絲、預拉伸、一道拉伸、二道拉伸、緊張熱定型、上油、卷曲、松弛熱定型、切斷、打包至成品生物質聚酯短纖。上述各工序的詳細工藝參數如下表I所示，其中，紡絲溫度(即箱體熔體溫度)為 2700C，紡絲速度為800m/min，拉伸溫度(即牽伸浴槽溫度)為60°C，預拉伸倍率為I. 10，一道拉伸倍率為3. 20，二道拉伸倍率為I. 15 ;通過上述工藝，所生產得到的該綠色生物質聚酯短纖指標為短纖長度為51mm,纖度為I. 5dtex,強度為4cN/dtex,伸長率為20%。表I 一種綠色生物質聚酯短纖的生產工藝參數
權利要求
1.一種生物質聚酯短纖，其特征在于主要由摩爾配比為I : I. 05 I : I. 5的苯二甲酸、生物質多組分多元醇制備而成，該生物質多組分多元醇包括如下重量比組份乙二醇 90 99. 2￥七％，1，2-丙二醇0.4 5￥七％，1，2-丁二醇0. 2 2wt%，戊二醇 0. I 2wt%， 山梨醇0. I Iwt % ;所述生物聚酯短纖的長度為38 76mm，纖度為0. 8 7dtex，強度為3.5 6cN/dtex，伸長率為20 40 %。
2.如權利要求I所述的一種生物質聚酯短纖，其特征在于上述對苯二甲酸與生物質多組分多元醇的摩爾比為I : 1.2 I : 1.5。
3.如權利要求I所述的一種生物質聚酯短纖，其特征在于上述生物質多組分多元醇由生物發酵后提純制得。
4.如權利要求I所述的一種生物質聚酯短纖的制備方法，其特征在于，包括以下步驟(1)將對苯二甲酸與生物質多組分多元醇按照I: 1.05 I : 1.5的摩爾比配制成漿料；上述生物質多組分多元醇包括如下重量比組份乙二醇90 99. 2wt%,l,2-丙二醇0.4 5wt%, I, 2- 丁二醇 0. 2 2wt%,戍二醇 0. I 2wt%,山梨醇 0. I Iwt% ；(2)將配置好的漿料加入酯化反應釜進行酯化反應，再進行縮聚反應，經過縮聚反應制得生物質聚酯；(3)將制得的上述生物質聚酯切片干燥，之后再將上述切片依次進行前紡、后紡工序， 即可得生物質聚酯短纖；上述前紡工序中，將切片擠壓熔融后依次經過熔體過濾器、紡絲組件、卷繞集束，最后落桶，其中控制紡絲溫度為270 300°C，紡絲速度為800 1500m/min ;后紡工序包括并束、導絲、預拉伸、一道拉伸、二道拉伸、緊張熱定型、上油、卷曲、松弛熱定型，最后切斷打包，其中控制拉伸溫度為60 80°C，預拉伸倍率為I. 02 I. 10，一道拉伸倍率為2. 80 3.20，二道拉伸倍率為I. 05 I. 15。
5.如權利要求4所述的一種生物質聚酯短纖的制備方法，其特征在于上述酯化反應的溫度為225 280°C，時間為0. 5 4h，相對壓力為0 0. 3MPa。
6.如權利要求4所述的一種生物質聚酯短纖的制備方法，其特征在于上述縮聚反應的溫度保持在260 290°C，持續反應時間為2 6h。
7.如權利要求4所述的一種生物質聚酯短纖的制備方法，其特征在于上述對苯二甲酸與生物質多組分多元醇的摩爾比為I : 1.2 I : 1.5。
8.如權利要求4所述的一種生物質聚酯短纖的制備方法，其特征在于上述酯化反應還加入鈦系催化劑和/或銻系催化劑，加入量為120 550ppm，基數為上述對苯二甲酸的質量；上述鈦系催化劑為二氧化鈦和/或鈦酸四丁酯，上述銻系催化劑為三氧化二銻、醋酸銻、乙二醇銻中的一種或多種。
9.如權利要求4所述的一種生物質聚酯短纖的制備方法，其特征在于上述酯化反應還加入熱穩定劑和/或抗氧化劑，該熱穩定劑的加入量為所述對苯二甲酸的0 0. 02wt%, 該抗氧化劑的加入量為所述對苯二甲酸的0 0. 03wt%。
10.如權利要求9所述的一種生物質聚酯短纖的制備方法，其特征在于上述抗氧化劑為抗氧化劑1010、抗氧化劑168、抗氧化劑616中的一種或幾種，上述熱穩定劑為磷酸三甲酯、烷基磷酸二酯、三壬苯基亞磷酸酯中的一種或幾種。
全文摘要
本發明公開一種生物質聚酯短纖及其制備方法，將對苯二甲酸與生物質混合多元醇按摩爾比1∶1.05～1∶1.5配置成漿料，進行酯化、縮聚反應，制得生物質聚酯切片，生物質多組分多元醇包括如下重量比組分乙二醇90～99.2wt％，1，2-丙二醇0.4～5wt％，1，2-丁二醇0.2～2wt％，戊二醇0.1～2wt％，山梨醇0.1～1wt％；利用常規聚酯紡絲設備將生物質聚酯切片進行加工獲得本發明綠色生物質聚酯短纖，工序中控制特定的工序參數；本發明的一種綠色生物質聚酯短纖原料切片來源于生物質，減少了對石油資源的依賴，緩解了能源緊張的局面。生物質二元醇成分固定，獲得產品質量穩定可控，制得的短纖維親水性好，柔軟性好，印染效果極佳，水洗牢度和熨燙牢度高，應用領域廣。
文檔編號D01D5/12GK102586940SQ20121006919
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月15日 優先權日2012年3月15日
發明者張雯, 李晚享, 王啟明, 王朝生, 蔣宇, 陳向玲 申請人:泉州海天材料科技股份有限公司