聚对苯二甲酸乙二醇酯, 即涤纶, 常温下具有优良的机械性能和耐磨性能, 耐酸碱及多种有机溶剂, 吸水性小, 电绝缘性好, 除可用作纺织品外还可作帘子线、化工滤布、光盘基材、耐热绝热漆、轴承等。
低熔点聚酯是一种具有较低熔点的改性聚酯, 它保留了聚酯的部分特性, 其纤维可广泛应用于化纤、无纺布行业, 亦可应用于建材、涂料等行业。低熔点聚酯与普通聚酯有着良好的相容性, 可与普通聚酯复合纺丝, 所得的皮芯复合纤维可用于与羊毛混纺改善精纺毛织物的洗可穿性能[1]。随着我国无纺布产业的高速发展和新产品的不断涌现, 低熔点聚酯是无纺布的理想原料, 其需求量也日益增加, 在热熔粘结纤维领域有着广阔的前景[2]。熔点为120-140℃的共聚酯, 目前大部分依赖进口, 价格昂贵, 开发低熔点聚酯纤维取代进口产品可降低生产成本。
PET聚酯是由重复单元组成的, 大分子中存在大量的苯环结构, 重复单元中酯n基和苯环间又形成共轭体系, 这样分子链的转动能阻较大, 具有较小的熔融熵Δs, 从空间结构看, 大分子链的苯环几乎处在同一平面上, 相邻的锯齿状大分子彼此镶嵌, 具有紧密的敛集状态, 其结晶度很高, 具有较高的熔融热ΔH。对PET进行改性以降低常规PET聚酯的熔点, 常见的有共聚和共混的方法加入改性组分, 利用改性组分破坏常规聚酯紧密的集聚态结构, 即破坏聚酯分子链的规整性, 使聚酯分子链之间的距离增大, 从而使聚酯分子链之间的作用力减弱, 使熔融热ΔH降低[3]。
由共聚法合成低熔点PET聚酯, 通常添加第三组分和第四组分, 第三组分主要改善聚酯分子链的刚性, 第四组分破坏聚酯的规整性。即在常规PET生产中加入适当比例的二元酸和二元醇参与共聚, 可形成嵌段共聚物, 原来规整的PET分子链遭到破坏, 熔点降低。
主要药品:对苯二甲酸 (PTA) , 乙二醇 (EG) , 间苯二甲酸 (IPA) , Sb2O3。装置与仪器:0.5L小型聚酯合成装置, 熔点测试仪
本实验是以一定百分比的IPA作为第三组分采用直接酯化法制备低熔点聚酯。反应的主要方程式为:
(1) 向0.5L高压釜中一次投入物料PTA (49.84g) 、IPA (5.54g) 、催化剂Sb2O3 (20mg) 和乙二醇20.7g (约20ml) , 检查系统是否漏气。当装置气密性良好后打开加热及搅拌开关, 温度控制在160℃ (150~220℃为宜) , 压力0.4MPa, 反应时间为2h。反应过程中通过出气阀不断将生成的水蒸气排出, 并由冷凝装置将其冷却, 用量筒计量出生成水的体积。 (2) 当反应釜内无水蒸气排出时 (压力下降为0 MPa) , 开始进行缩聚反应。缩聚反应需要严格控制真空度为﹤4mm Hg, 温度控制在270℃ (268~275℃为宜) 。反应时间2.5h。
实验过程中考察了醇与酸的比例n (PTA+IPA) :n (EG) 由1:1到1:1.2之间对反应的影响。发现醇量过多会增加排除醇的时间以及会增加副反应发生的几率, 再者如反应物比例为1:1更有利于聚合反应的发生。故实验中醇和酸的比例选择为1:1。
在聚酯的制备中常用的催化剂主要有钛系催化剂和锑系催化剂, 实验中考察了9.6mg (Sb (AC) 3) 、20mg (Sb2O3) 、39mg (Sb2O3) 、70mg (Sb2O3) 等数据, 并无明显差异, 最后选定20mg Sb2O3作为催化剂。
向对苯二甲酸中加入一定比例的间苯二甲酸作为改性剂, 实验考察了聚酯熔点随着IPA的加入量的变化情况, 当IPA含量在20%时, PET熔点降至196℃, IPA含量在50%时, PET熔点降至112℃, 间苯二甲酸的加入能降低聚酯的熔点, 且在其他条件相同时, 聚酯的熔点随着间苯二甲酸的加入而降低, 熔点y与间苯二甲酸添加的百分含量x有着良好的线性关系y=-279.7x+251.9。主要由于间苯二甲酸的加入破坏了常规PET的结构规整性, 降低了分子链段之间的相互吸引力, 使链段更易于活动, 其熔点降低。
本文通过实验加入IPA制备了低熔点聚酯, 证明加入IPA作为改性组分, 可以降低常规聚酯PET熔点。考察了PET熔点随IPA加入量的变化趋势, 当IPA含量在0~50%之间时, PET的熔点与IPA加入的百分含量呈良好的线性关系。
摘要：本文通过实验加入第三组分间苯二甲酸 (IPA) 参与聚对苯二甲酸乙二醇酯 (PET) 的共聚反应制备低熔点聚酯, 并考察了IPA加入量对PET熔点的影响关系, 为低熔点聚酯的工业化生产提供理论及实验基础。
关键词：低熔点聚酯,聚对苯二甲酸乙二酯,间苯二甲酸,共聚
[1] 修福晓.低熔点共聚酯的合成及性能研究[J].合成纤维工业.2006, 4:12-15.
[2] 李志勇.低熔点聚酯纤维的发展概况[J].纺织科学研究.2008, 4:29-33.
[3] 胡国梁, 等.低熔点共聚酯的研制[J].纺织学报2002, 23 (4) .
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