[发明专利]一种可完全生物降解脂肪族共聚酯预取向丝的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种可完全生物降解脂肪族共聚酯预取向丝(POY)的制备方法，特别是一种连续聚合、熔体直纺可完全生物降解脂肪族共聚酯长丝的制备方法，属于化学纤维领域。

背景技术

随着环境问题的日益突出，可生物降解材料越来越受到世界各国的关注。脂肪族聚酯主链中含有易水解的酯键，且主链柔顺，很容易在微生物的作用下通过酶的催化而发生降解，其作为环境友好材料已成为世界范围内研究开发的热点。其中已成功产业化的有聚乳酸（PLA）、聚己内酯（PCL）和脂肪族二元醇酸聚酯等，如聚丁二酸丁二醇酯（PBS）作为一类典型的生物降解脂肪族聚酯，由于其综合性能优异，性价比合理而备受青睐，近几年发展较快，是当前国内外研究和开发最多、技术相对成熟、产业化规模最大的生物降解材料，也是进入市场最早的品种之一，主要用于生产包装、薄膜、农林水产和土木资材等，实现可完全生物降解，减小对环境的污染。但同时因其生产成本较高，加上熔点较低，使得在高温纺丝条件下的熔体强度较低，因此纺丝性能较差，严重阻碍了其在纤维领域的应用，至今未见有PBS在纺织纤维上的应用报道。

聚丁二酸乙二醇酯（PES）聚酯是PBS聚酯的同系列聚合物，也是结晶性聚合物，其熔点约为104℃，玻璃化温度约为-12.5℃，结晶速度较快，热稳定性较好，可生物降解，且生产成本低于PBS。有关PES聚酯的合成，相关文献也有报道。如以丁二酸酐和环氧乙烷为原料进行开环聚合，得到了相对分子质量较高的PES，但因环氧乙烷的毒性较大，容易污染环境并危害操作人员的身体健康，需要很严格的控制反应。以十氢萘为溶剂，通过溶液聚合合成了较高相对分子量的聚丁二酸乙二醇酯PES，但溶液聚合反应速度较慢，以及需要对溶剂回收处理，生产成本较高，难以得到实际应用。此外，报道通过熔融缩聚法合成出PES，但其缩聚反应时间过长。专利申请号：200810132792.2，专利名称为：一种聚丁二酸乙二醇酯制备方法，以丁二酸（SA）和乙二醇（EG）为原料，以溶液聚合的方法先制得预聚体，然后通过扩链的方法制得高分子量的PES，用于塑料生产，但该方法存在需溶剂回收、反应时间长等不足。尽管国内外对PES的研究刚刚开始，尚未有商业化产品的推出，但无论从原料来源上，还是从PES的性能和成本角度而言，PES均是一类极具潜力的环境友好性聚酯。

因此，克服上述PES的制备方法中存在的工艺流程复杂、生产成本高、切片结晶干燥难、重新熔融后分子量下降大、熔体强度低，难以满足高速纺丝的工艺加工要求等不足，仍应是研究和突破的重点。

发明的内容

本发明的目的在于提供了一种可完全生物降解脂肪族共聚酯预取向丝的制备方法，针对现有技术的不足，采用熔体直接纺丝，避免了因PES熔点低，水分不易去除，造成熔融纺丝时粘度降太大的问题，且生产成本明显下降。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种可完全生物降解脂肪族共聚酯预取向丝(POY)的制备方法，包括如下步骤：1）制备脂肪族共聚酯熔体：以丁二酸和乙二醇为原料，季戊四醇为改性单体，并加入锑系催化剂，在打浆釜内打成浆料；将上述浆料连续稳定输送至反应釜中进行酯化反应制得酯化物；再将上述制得的酯化物采用泵输送到缩聚工段进行缩聚制得脂肪族共聚酯熔体；2）制备脂肪族共聚酯预取向丝(POY)：将步骤1）制得的脂肪族共聚酯熔体通过熔体输送设备，经计量、挤出、吹风冷却、上油、卷绕，制得可完全生物降解脂肪族共聚酯预取向丝(POY)。

所述的步骤1）具体为以丁二酸和乙二醇为原料，季戊四醇为改性单体，并加入锑系催化剂，在打浆釜内打成浆料；将上述浆料连续稳定输送至酯化-Ⅰ反应釜中，控制压力为0.12MPa，温度为200.0℃，反应时间为2.5小时；再将酯化-Ⅰ反应釜反应结束后的物料送入酯化-Ⅱ反应釜中，并加入稳定剂，控制温度为210℃，反应时间为0.5小时，控制酯化率为97.0%～98.5%；再将上述制得的的酯化物采用泵输送到缩聚工段进行缩聚反应，反应温度为225～240℃，真空度为10～0.1KPa，反应时间小于200min，制得数均分子量大于5万的脂肪族共聚酯熔体。

所述的步骤1）中丁二酸与乙二醇的摩尔比为1:1.05～1.25；所述的季戊四醇与丁二酸的摩尔百分比为0.1～0.3%；所述的季戊四醇配制成季戊四醇占乙二醇的摩尔百分比为5%的溶液；所述的锑系催化剂与丁二酸的重量百分比为500PPM；所述的稳定剂与丁二酸的重量百分比为200PPM。