[发明专利]一种共聚酯及其生产方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种耐水解共聚酯及其生产方法和用途。

技术背景

对苯二甲酸二乙酯（PET）具有优异的机械和化学性能，广泛应用于纤维、树脂、薄膜等领域，特别是服饰及产业资财领域。

但是一方面，普通的聚酯存在分子链紧密、结晶度高等结构特点，使得其并不像天然纤维一样容易染色，使用分散染料时，需要在130℃高温、高压的条件下才能进行。此时除了会增加设备投资外，还会增加操作成本。

另外，在干热情况下，聚酯的耐水解性能极佳，但在湿热条件下聚酯易发生水解断裂，主要是由于亲水基团末端羧基和羟基的影响。因为聚酯水解为自加速反应，酸含量的增加会加速水解，所以羧基含量越高，耐水解性能越差。水解使得聚酯的力学性能和其他性能变差，极大的限制了它的应用领域。

通过长时间的研究，本领域技术人员提出了多种改善上述两方面缺陷的方法，其中应用较多的是向聚酯反应中添加其他的共聚单体。并且同时涉及这两方面性能的文献鲜有。

中国专利CN201110026330.4公开了采用添加间苯二甲酸二甲酯-5-磺酸盐和2,2-二甲基-1,3-丙二醇共聚的方法提高聚酯的染色性，但是由于共聚成分的加入，所得聚酯的黏度和熔点都偏低，耐热性差，同时结晶性能变差，这就很大程度上限制了纤维的后加工过程，导致纤维用途的局限。中国专利CN1312327通过采用具有环氧基和胺基的高级封端剂封端来提高聚酯的耐水解性能，但是封端剂合成过程复杂，成本高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种常压分散可染性好，且具有高耐热性和高耐水解性的共聚酯及生产方法。

本技术的技术解决方案如下：

本发明中的共聚酯主要由对苯二甲酸和二元醇共聚而成，构成共聚酯的酸成分中含有90mol%以上的对苯二甲酸结构单元，构成共聚酯的醇成分中，乙二醇占15～96.5mol%,2,2-二甲基-1,3-丙二醇（简称NPG）占2.0～80mol%，聚乙二醇（简称PEG）占1.5～5mol%。另外共聚酯中还加入相对于共聚酯重量0.5～30ppm的钛元素。

2,2-二甲基-1,3-丙二醇结构单元带有侧链，能够改善共聚酯的结晶和非晶形态，使结晶区部分微晶化、降低非晶区部分的活性，从而降低聚合物材料在高温高湿环境下的活动性，进而提高共聚酯的耐水解性。在构成共聚酯的醇成分中，2,2-二甲基-1,3-丙二醇结构单元的含量为2.0～80.0mol%。在此范围内，既可以保留共聚酯本身的特性，也能提高共聚酯的染色性和耐水解性能。若共聚酯醇成分中该结构单元含量大于80mol%，则共聚酯的结晶性能变差；若共聚酯醇成分中该结构单元含量小于2mol%，则对共聚酯的性能没有改善效果。本发明优选该结构单元的含量为4.0～60.0mol%。

聚乙二醇结构单元作为柔性链可使共聚酯的结晶能力增强，而且其本身不水解，一定程度上有利于增强共聚酯的耐水解性。但聚乙二醇结构单元具有吸水性，如果共聚酯中该结构单元含量太高则不仅起不到提高共聚酯耐水解性的作用，还会降低共聚酯的耐水解性。因此，在添加的共聚酯的醇成分中，聚乙二醇结构单元占1.5～5mol%，在该范围内既能提高共聚酯的分散可染性，又能进一步增强耐水解性。

由于聚乙二醇的亲水性随分子量的增大而下降，本发明共聚酯中聚乙二醇结构单元的分子量为1000～8000g/mol，若低于此范围则共聚酯的耐水解性下降；高于此范围则反应性下降。

共聚酯中所述钛元素来自用于聚合反应的钛系催化剂，具体是指钛酸四甲酯、钛酸四乙酯、钛酸四丙酯、钛酸四丁酯或钛酸四异丙酯中的一种或几种。钛元素含量占共聚酯重量的0.5～30ppm。

本发明所述共聚酯中还含有相对于共聚酯重量为10～100ppm的磷元素，该磷元素来自于稳定剂磷化合物，此时共聚酯的耐热性好。

本发明还涉及一种共聚酯的生产方法，包括酯化反应和缩聚反应，其步骤如下：

（1）先将对苯二甲酸和乙二醇以1：1.15～1.3的摩尔比进行酯化反应得到低聚物，反应温度为240℃～250℃；

（2）将步骤（1）得到的低聚物在250～290℃及真空条件下进行缩聚反应，在缩聚反应前添加2，2-二甲基-1，3-丙二醇、聚乙二醇和钛催化剂，反应结束后得到共聚酯，最终反应温度为270℃～280℃。最终聚合真空度在0.05Kpa～0.1Kpa之间。

上述2,2-二甲基-1,3-丙二醇的添加量相当于总醇成分的2.0～80.0mol%的，聚乙二醇的添加量相当于总醇成分的1.5～5mol%。