[发明专利]一种耐水解聚酯纤维及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种耐水解聚酯纤维及该纤维的制备方法。

背景技术

现今聚酯纤维得到越来越广泛的运用，但是其自身的一些缺点也限制了使用领域，比如说，聚酯纤维的水解现象，即在潮湿的环境里，由于聚酯纤维中酯键与水会发生反应而造成酯键的断裂，潮湿环境温度越高，酯键断裂速度越快，同时，水解反应形成的酸性体系更加促进了聚酯纤维的水解进程。这种水解现象导致了聚酯纤维的力学等性能急剧恶化，从而不能运用到温湿度较大的环境中。因此，人们对聚酯纤维的抗水解性能进行了诸多研究。中国专利CN 200810019423.2公开了一种通过抗水解剂碳化二亚胺与聚酯混合再进行熔融纺丝制得的耐水解聚酯纤维。但是，在聚酯中直接混合抗水解剂会对聚酯纤维的其它性能产生不利影响，而且相对于一般工艺该方法较为复杂且成本高。另外，使用较高添加量的碳化二亚胺制造的耐水解纤维在分解过程中可能会产生更多的有害物质而严重污染环境。

发明内容

本发明的目的在于提供一种耐水解性能优异的聚酯纤维及其制备方法，通过一种可以与聚酯末端羧基进行反应的含有环氧基团的缩水甘油醚，可大大地降低聚酯的末端羧基含量，进而使由该聚酯制得的纤维获得相当优异的耐水解性能。

本发明的技术解决方案是：

一种耐水解聚酯纤维，其中含有如式1或式2所示的结构单元，其含量相当于纤维中由芳香族二元酸或其酯化物形成的结构单元的0.01～5mol%，

式1

式2

该纤维中还含有如式3或式4所示的缩水甘油醚，其含量相当于纤维重量的1000ppm以下，

式3

式4

式1～4中，R₁和R₂分别为碳原子数6～18的芳香基，或碳原子数1～18的脂肪基或其衍生物。

本发明中所述耐水解聚酯纤维的伸度为8～50%。选择这样的伸度范围，主要是考虑到该耐水解聚酯纤维的实用性和功能性两个方面。实用性方面，该纤维主要是作为工业纤维来使用，伸度低于8%时使用意义不大；而功能性方面，如果该纤维伸度大于了50%，即其内部分子链的致密化程度还不够充分，水分子容易侵入导致耐水解性能大打折扣。

纤维中如式1所示的结构单元由式3所示单环氧缩水甘油醚和聚酯末端羧基反应得到，式中R₁基团在链段末端形成封端结构，减少聚酯端羧基含量，弱化端羧基捕捉环境中的水分子而发生水解反应的机率。纤维中如式2所示的结构单元由式4所示双环氧缩水甘油醚和聚酯末端羧基反应得到，即双环氧缩水甘油醚作为连接结构，通过与端羧基的反应将两个聚酯链段连接起来，由此减少了聚酯端羧基含量而提高其耐水解性能。基团R₁和R₂分别为碳原子数6～18的芳香基，或碳原子数1～18的脂肪基或其衍生物，具体的可以是苯基、苄基、对叔丁基苯基、4-任基苯基、4-葵基苯基或间苯二酚基、正丙烷基、正十二烷基、正十六烷基或其衍生物，其中优选苯基、苄基、对叔丁基苯基、4-任基苯基或间苯二酚基。

本发明中所述如式1或式2所示的结构单元，其含量相当于纤维中由芳香族二元酸或其酯化物形成的结构单元的0.01～5mol%，优选0.02～4.5mol%。如果如式1或式2所示结构单元的含量小于0.01mol%，则所得聚酯纤维得不到优异的耐水解性能；而如果该化合物的含量超过0.5mol%，聚酯纤维的耐热性变差，同时也会在较大程度上影响纤维的力学性能。

本发明中所述如式3或式4所示的结构单元，其含量相当于纤维重量的1000ppm以下，要求这样一个含量范围主要是考虑到尽可能使纤维中残留较少的小分子，以免破坏纤维的拉伸强度等力学性能。

本发明中所述的耐水解聚酯纤维的一种制备方法包括如下步骤：

（1）将芳香族二元酸或其酯化物和脂肪族二元醇通过酯化或酯交换反应得到低聚物，然后将低聚物进行熔融缩聚，在熔融缩聚反应结束时添加如式3或式4所示的缩水甘油醚并搅拌使其能与熔融聚合物充分反应，所述缩水甘油醚的添加量相当于芳香族二元酸或其酯化物的0.03～5.5mol%，

式3

式4

其中，R₁和R₂分别为碳原子数6～18的芳香基，或碳原子数1～18的脂肪基或其衍生物；

（2）将步骤（1）得到的熔融缩聚物进行固相聚合得到聚酯，固相聚合的温度为220～240℃；

（3）将聚酯干燥后纺丝，经最终延伸加工后得到耐水解聚酯纤维。