负离子涤纶短纤维的研制

1、负离子涤纶短纤维的研制杨瑞玲,曾新(天津石化公司研究院300271摘要:根据负离子粉的特点,采用分散研磨技术制备负离子稳定浆液,在聚合中期加入反应体系中,制备负离子聚酯切片;在工业化装置上试纺1.5dtex×38mm短纤,产品性能指标优良,负氧离子发生量达到都市公园环境水平。关键词:负离子;聚酯纤维;研制中图分类号:TQ342.8文献标识码:B文章编号:1001-7054(200205-0029-03随着人类社会工业化程度的日益提高,空气污染越来越严重,人们已经认识到,空气中负离子含量增加,对健康大有裨益1、2。为使人类拥有幽雅而清新的生活环境,国内外学者对环保材料、功能材料做了大量

2、研究35。自然界中含有稀有元素的矿物质经焙烧、研磨等处理后,可将空气离子化,将这些功能粉体应用到纤维及纺织品中,同样可将空气离子化,对人体产生一种犹如森林浴的松弛作用,甚至能获得洗温泉浴的效果,这种纤维主要用做内衣、短裤、护膝、护腕等69。开发负离子功能纤维主要有共混法和共聚法。共混法是采用负离子母粒与普通聚酯切片混合均匀后通过螺杆挤出进行纺丝;共聚法是把负离子添加剂在聚合过程中加入,制成负离子切片后纺丝。一般共聚法所得切片添加剂分布均匀,纺丝成形性好。1实验1.1负离子浆液的制备将市售负离子粉与乙二醇按一定比例混合,加入少量分散剂,经砂磨、球磨12小时,得到一定浓度的负离子浆液。检测其粒径分

3、布及沉降状况,使达到聚合纺丝级要求。1.2负离子聚酯切片的制备按DM TEG=122.5的摩尔比投入一定量的单体原料及酯交换催化剂,加热升温至甲醇馏出,控制反应温度在170220之间,待甲醇馏出量为理论量的95%时,酯交换反应结束。加入负离子浆液、缩聚催化剂等,升温蒸出过剩的EG。待釜温达到240250时,对系统减压,并逐步使釜温升到280,真空压力控制在100Pa 以下,待聚合达到粘度要求时,反应完毕,氮气加压,出料。1.3负离子聚酯短纤维纺丝设备干燥设备:英国ROSIN公司,硫化床预结晶加充填干燥塔,能力500kg/h;纺丝设备:日本AB E公司,能力480kg/h,最大纺速2000m/m

4、in;后加工设备:德国FL EISSN ER公司,集束能力66万dtex,最大纺速300m/min。1.4分析测试1.4.1负离子浆液粒度对含固体微粒的浆液,用超声震荡器处理约1015分钟,使聚集的微粒充分分散,然后根据含量用蒸馏水稀释至1%浓度备用;沉降液:甘油水溶液;缓冲液:蒸馏水;仪器:L KY-3微粒度测定仪。1.4.2负离子聚酯切片及短纤维物理指标负离子聚酯切片及短纤维物理指标的测试按常规品种企业标准进行。1.4.3负离子发生量负离子发生量的测试由上海计量科学院承担。收稿日期:2002-02-08作者简介:杨瑞玲,女,36岁,1990年毕业于天津纺织工学院化纤专业,现任天津石化公司研

5、究院科研开发部部长,已发表论文6篇。92设备:大气离子浓度相对标准测量装置。2结果与讨论2.1负离子浆液的粒度分布及分散性能干粉状负离子添加剂,一般是天然矿石经气流粉碎技术生产的,平均粒径较大,若直接分散到聚合物熔体中,会给纺丝带来极大负荷,甚至不可纺。而且由于微小粒子的凝聚作用,也常常会形成平均粒径大于1.5m的较大粒子,严重影响切片的纺丝性能。为此,采用分散研磨技术,在分散剂的协同作用下,使添加剂粒子悬浮在EG液中形成一个稳定的悬浮液体系,长时间放置不沉降不分层。负离子粉经湿式研磨处理后,平均粒径0.5m,最大粒径1.75m,99%以上的粒子平均粒径在1m以下。表1负离子浆液稳定性能负离子

6、浆液分散剂浆液沉降情况熔体过滤性能HN-350无两天以上开始分层熔压上升快TM-38四天以上不分层熔压上升正常TS-12四天以上不分层熔压上升正常SEQ TM-38几小时后即分层熔压上升极快TS-12两天后开始分层熔压上升快TMQ四天以上不分层 熔压上升慢注:TM-38、TS-12为市售产品;TMQ为复配品。表1表明:HN-350添加剂浆液的性能极其稳定;而SEQ添加剂的研磨分散性能不太理想,加入分散剂后可明显改善其分散性能,其中尤以复配分散剂TMQ为最佳。分散剂的作用是在负离子的无机相与高聚物的有机相之间形成偶联,从而改善两相之间的相容性。2.2负离子加入量对切片质量指标的影响对于HN-35

7、0和SEQ-TMQ两种负离子稳定浆液,我们进行了不同添加量的聚合实验,负离子粉含量从0.5%3.0%,切片质量指标见表2。表2数据表明:将HN-350-TM和SEQ-TMQ负离子浆液在酯化后期加入到聚合反应体系中,所得切片二甘醇含量及羧基含量与普通切片相当;特性粘度随负离子粉添加量的增加而有所降低;切片熔点随负离子粉含量的增加而降低。特性粘度的下降可能是因为实验控制在相同的搅拌功率下出料,负离子粉的增加致使表观功率达到目标,而实际粘度偏低。熔点的降低主要是由于无机物负离子添加剂交杂在大分子链段之间,影响了分子链的规整性,同时使链段运动变得更容易,熵值S增加,由T m=H/S可知,S 的加大必然

8、导致切片熔点的降低。表2切片质量指标添加量/%特性粘度/dlg-1熔点/乙二醇含量/%羧基含量/molt-11#2#1#2#1#2#1#2#注:1#为HN-350-TM负离子切片,2#为SEQ-TMQ切片。2.3第三单体对切片热性能的改善对表3样品做DSC分析发现:负离子切片除T m降低外,其结晶熔融峰变化更明显,峰温T c随负离子含量的增加向高温方向移动,且峰形变尖变窄。这主要是无机物负离子添加剂的加入起了成核剂的作用,加速了切片的结晶速度。这样的切片在纺丝过程中,熔体在出喷丝板后高温下快速结晶,切片可纺性差,丝条断头率高。为改善负离子切片的可纺性,在聚合过程中加入二元羧酸及其衍生物作为第三

9、单体,来破坏聚酯分子链的规整性,使链段运动位垒增加,结晶速度变慢,表现为切片熔融结晶峰变得宽而平缓,适于纺丝加工。不同样品的DSC降温结晶曲线见图1。图1负离子切片DSC降温曲线A普通聚酯切片;B负离子切片HN-350;C负离子切片SEQ;D第三单体改性后的HN-35032.4负离子涤纶短纤维生产实验2.4.1原料负离子粉:HN-350,添加量3%;负离子切片:天津石化研究院1000L中试装置生产。2.4.2纺丝及后加工工艺(见表3表3纺丝工艺条件螺杆各区温度/箱体温度/过滤器温度/纺速/min-1喂入速度/min-1拉伸槽温度/松弛区温度/总拉伸倍数切断长度/mm2.4.3负离子短纤维成品丝

10、质量指标负离子涤纶短纤维工业化生产过程顺利,纺丝及拉伸过程中无断丝、毛丝现象;负离子短纤维的强度、纤度、疵点等均已达到纺织后加工要求,见表4;产品已成功应用于泰达生态内衣。表4负离子短纤维质量指标2.5纤维负离子发生量的测试对HN-350系列负离子聚酯纤维和SEQ系列负离子聚酯纤维共四个样品进行测试,结果见表5。表5离子纤维负离子释放量测试结果3结论1.HN-350及SEQ负离子粉经分散研磨处理后,可在聚酯反应过程中加入,直接合成负离子切片。2.经第三单体改性后的负离子切片可纺性良好,负离子短纤维各项物理指标达到纺织后加工要求。3.本负离子纤维具有较强的激发空气负离子化的能力,负离子发生量可达

11、到都市花园环境水平。参考文献1邵海荣.世界林业研究.2000,13(5:92林忠宁.生态科学.1999,18(2:87-11442076日本开发温泉效果纤维.中国纺织报.1999,3(1:87能诱发空气负离子的无机氧化物复合粉体以及含其织物.CN-12272058开发温泉效果纤维.国外纺织技术.1999.(4:439负离子健康纤维.国外纺织技术.1999.(4:44TRIAL PROD UCTION OF ANION POLYESTER STAPL E FIBERYAN G Rui-ling,ZEN G Xin(Research Institute of Tianjin Pet rochemical Corperation300271Abstract:The anion polyester chip was produced by adding anion emulsion,which is prepared with scattering and grinding techniques,into the reactive system during the polymerization. 1.5dtex×38mm anion staple fiber was manufactured thro