[发明专利]使用钛系催化剂制造PET聚酯直接纺短纤维的方法

说明书

技术领域

本发明专利涉及纺织领域，具体涉及一种使用钛系催化剂制造PET聚酯直接纺短纤维的方法。

背景技术

大型工业化（100吨/天以上）PET聚酯短纤维的合成过程，通常是使用锑(Sb)系催化剂为聚缩催化剂，使用精PTA(PTA)与EG(EG)为原料，经过酯化(Esterification)及聚缩反应(Polycondensation)，在聚缩反应中加入锑(Sb)系催化剂（如三氧化二锑、EG锑或醋酸锑等），在真空和高温条件下，合成具有相当分子量的熔融聚合物，并通过管道输送至纺丝；通过侧向骤冷风冷却丝束，经过对丝束拉伸、定型、卷曲和切断得到短纤维。

据不完全统计，至2013年底，全球PET聚酯产能为7200万吨，其中聚酯PET纤维为4000万吨（民用长丝、短纤维和高黏度涤纶工业丝，不包括560万吨再生纤维），占PET聚酯的56％，PET瓶、双向拉伸薄膜（Bo-PET）和热塑性工程塑料占44％。中国大陆PET纤维占总量的88％。在产业化合成PET聚酯过程中，95%以上采用重金属锑系催化剂，在聚酯中至少含有150-300ppm（百万分之一）。年消耗锑系催化剂超过1万吨，全球锑资源应用的70％源自中国大陆，中国聚酯产业在为全球做出重大贡献的同时，也给中国大陆的资源消耗、环境污染带来不可逆转的影响。

1976年和1979年，欧盟和美国分别将锑列为优先关注的污染物，其它国家也纷纷对锑制定了严格的环境标准。

2013年，欧盟对纺织品中的重金属含量提出了新的限制要求。如果产品中不含锑，此产品可以“ECO卷标”区别辨识，即生态纺织品标签Eco-label（生态纺织品技术标准Oeko-Tex®Standard100由国际生态纺织品研究和检验协会制定）。2013年4月1日起执行最新版本。

在北美和欧洲部分食品包装用PET已经产业化实现了不含重金属催化剂的所谓环保、节能和清洁型的产品，包括PET瓶和包装薄膜。

此外，北美、欧盟也已开始禁止或限制在电气电子类高聚物（包括PET工程塑料）上使用锑、锡、铅等重金属催化剂和添加剂。

上世纪90年代起，随着高分子聚合物化学理论及技术的进步，德国Acordis公司研制的C-94催化剂属于TiO₂/SiO₂复合固体催化剂，克服了锑系催化剂的缺点，催化活性至少为锑系催化剂的6－8倍。

美国伊士曼化工1994年申请一项钛系催化剂发明专利，其技术特征是采用钛酸烷基酯与磷化合物、钴化合物、调色剂组成催化体系，催化活性至少是Sb₂O₃的6.6倍。日本帝人公司研制的钛磷络合物聚酯催化剂，由钛化合物和磷化合物反应生成，利用磷的强配位改善钛的稳定性和活性。其中钛化合物可以为烷氧基钛、烷氧基钛与羧酸或酸酐反应的产物。

德国Sachtleben公司开发了商品名为HombifastPC的高活性TiO₂聚酯催化剂，已应用于纤维级和瓶级切片的生产。该催化剂为固体粉末，由大比表面积的多孔粒子组成，使溶剂分子容易进入孔内，溶解钛酸盐粒子成为TiO₂+催化活性体。它的添加量为20－30µg/g，可使产能增加15%。

采用高效、环保的非重金属催化剂取代锑系催化剂成为当今聚酯产业可持续发展的关键。已经成功商业化应用钛系催化剂合成PET的有美国伊士曼化工、威尔曼聚酯、日本帝人、日本东洋纺等。但都局限在非纤聚酯领域，采用直接纺丝工艺生产聚酯PET短纤维尚未见报道。

采用钛系催化剂应用于直接酯化、连续缩聚PET合成工业最显著的优点除了环保、安全、提高效率外，还有可以比较大的幅度降低合成、纺丝过程的温度，降低了能耗；还可以使熔体更为洁净，使纤维的物理机械性能更均匀，生产过程的稳定性大为提高，降低了物料消耗；但同时也存在几项比较难以克服的问题，一是固体PET的b值偏高（观感偏黄），二是固体PET在干燥熔融纺丝过程中的大分子降解速率比较锑系催化剂高1倍以上，在同样分子量条件下，纤维的物理机械性能相对较低。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种使用钛系催化剂制造PET聚酯直接纺短纤维的方法，该方法制得的PET聚酯短纤维表观色泽b值较低，且物理机械性能更均匀。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种使用钛系催化剂制造PET聚酯直接纺短纤维的方法，其步骤包括：