一种改性涤纶母粒制备方法及应用[发明专利]

(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910570766.6
(22)申请日 2019.06.28
(71)申请人 宿迁恒达纺织有限公司
地址 223600 江苏省宿迁市沭阳县经济开
发区义乌路东侧南首(宿迁恒达纺织
有限公司院内)
(72)发明人 滕召部　张玉进　
(51)Int.Cl.
C08J 3/22(2006.01)
C08K 9/10(2006.01)
C08K 3/38(2006.01)
D01F 6/92(2006.01)
D01F 1/10(2006.01)
C08L 67/02(2006.01)
(54)发明名称
一种改性涤纶母粒制备方法及应用
(57)摘要
本发明公开了一种负离子粉的改性方法及
其在制备负氧离子涤纶纤维中的应用，包括如下
步骤：将纳米负离子粉与乙二醇混合；加入2,5-
二羟基对苯二甲酸(或2-羟基对苯二甲酸)、催化
剂、消光剂，进行原位聚合，聚合完毕后冷却切
粒，得到外层包裹改性涤纶的负离子粉母粒；在
涤纶纺丝线上通过色母粒添加装置将负离子粉
母粒在螺杆挤出机入口之前加入；经过熔融挤
出、纺丝等常规工序得到负氧离子涤纶纤维。

本
发明方案中包裹在负离子粉外表面的改性涤纶
与常规涤纶的相容性很好，有助于负离子粉在涤
纶纤维中均匀分布，且改性涤纶具有一定的亲水
性，有助于负氧离子的产生。

本发明整体制备工
艺简单，
适于在现有聚酯纤维生产企业推广。

权利要求书2页 说明书6页CN 112142996 A 2020.12.29
C N 112142996
A
1.一种改性涤纶母粒制备方法，其特征在于，由如下步骤而组成：
a、将负离子粉与乙二醇混合，常温下搅拌0.5-1小时使负离子粉浸润；
b、加入2,5-二羟基对苯二甲酸、催化剂、消光剂，并升温至80-100℃搅拌1-2小时使催化剂溶解；
c、继续升温至250-270℃反应，观察出水，当酯化率达到90％以上时，继续升温至280-290℃反应3-5小时；
d、当熔体粘度达到0.55-0.65时，终止反应，冷却切粒，制得改性涤纶母粒；
或
a、将负离子粉与乙二醇混合，常温下搅拌0.5-1小时使负离子粉浸润；
b、加入2-羟基对苯二甲酸、催化剂、消光剂，并升温至80-100℃搅拌1-2小时使催化剂溶解；
c、继续升温至250-270℃反应，观察出水，当酯化率达到90％以上时，继续升温至280-290℃反应3-5小时；
d、当熔体粘度达到0.55-0.65时，终止反应，冷却切粒，制得改性涤纶母粒；
其中的任一种制备方法。

2.根据权利要求1所述的改性涤纶母粒制备方法，其特征在于，所述的负离子粉包括电气石、蛇纹石、稀土矿物其中的任一种或组合。

3.根据权利要求1所述的改性涤纶母粒制备方法，其特征在于，所述负离子粉的添加量为制得的改性涤纶母粒重量的25wt％-50wt％，所述负离子粉的粒径为20-200nm。

4.根据权利要求1所述的改性涤纶母粒制备方法，其特征在于，2,5-二羟基对苯二甲酸：乙二醇的摩尔比为x:y＝1:1～1.005；
或
2-羟基对苯二甲酸：乙二醇的摩尔比为x:y＝1:1～1.005。

5.根据权利要求1所述的改性涤纶母粒制备方法，其特征在于，所述催化剂为三氧化二锑、二氧化锗、钛酸四正丁酯中的任一种或组合；所述催化剂添加量为制得的改性涤纶母粒
重量的0.01％-0.05％。

6.根据权利要求1所述的改性涤纶母粒制备方法，其特征在于，所述消光剂为二氧化钛、氧化硅、氧化铝中的任一种或组合；所述消光剂添加量为制得的改性涤纶母粒重量的0.05％-0.1％。

7.一种负氧离子涤纶纤维的制备方法，其特征在于，在涤纶纺丝工艺中，将制得的改性涤纶母粒与涤纶母粒混合后熔融挤出，纺丝得到负氧离子纤维。

8.根据权利要求7所述的负氧离子涤纶纤维的制备方法，其特征在于，所述改性涤纶母粒的添加量占总重量的10％～30％。

一种改性涤纶母粒制备方法及应用
技术领域
[0001]本发明属于纤维制造技术领域，具体涉及一种负离子粉的改性方法及其在负氧离子涤纶纤维制造中的应用。

背景技术
[0002]负氧离子是空气中一种带负电荷的气体离子，负氧离子对人体及其他生物的生命活动有着十分重要的影响，因此它又被称为"空气维生素"。

当我们在空调房或超洁净的实验室内头昏脑涨的时候，来到森林或海边立感神清气爽，这就是自然界看不到摸不着无色无味的负氧离子的作用。

[0003]由于空气污染、房间密闭等各种因素，我们的卧室，办公室，娱乐场所等环境能够提供的负氧离子量远远小于我们身体的需要量。

这种供求之间的巨大反差，往往容易导致肺炎，气管炎的呼吸道疾病。

因此人们也开始使用能够释放负氧离子的设备或者产品，补充人体每天所需的负氧离子。

负氧离子纤维织物即是其中之一，系采用负离子粉与高分子载体经过共混、纺丝、织造而成。

负离子粉是一种天然矿物粉末或者多种天然矿物粉末的复配物的简称，其特点是能够电离空气中的水和氧并稳定释放负氧离子。

[0004]现有的负氧离子纤维的制备方法主要是将负离子粉与高分子载体共混，并经过挤出、喷丝等纺丝工艺程序制备负氧离子纤维。

如专利CN104532382B、CN100351439C等。

其技术关键在于负离子粉尺寸要尽可能小，且必须在高分子载体尽量均匀分布。

其中负离子粉的表面处理是重中之重。

这是因为负离子粉是无机物，与有机高分子的相容性较差，很难在高分子载体中均匀分布，容易由于负离子粉团聚而导致纺丝断头频繁、生产效率降低，纤维成本增加。

因此需要发展有效的对负离子粉进行表面处理方法，以改善负离子粉在高分子载体中的分散性和减小团聚现象。

目前采用的多是使用有机硅烷类偶联剂，由于有机硅烷与涤纶的相容性不佳，因此在改性负离子粉表面、制备负氧离子涤纶纤维方面的效果不是很理想。

[0005]此外，负离子粉要通过电离空气中的氧和水产生负氧离子，因此需要在负离子粉周围有足够的氧和水存在才能产生足够的负氧离子。

而涤纶纤维是疏水性的，这是制约负氧离子涤纶纤维织物的负氧离子产生量的重要因素。

目前的技术都是着重于对负离子粉改性让负离子粉在涤纶中尽可能均匀分布，对涤纶具有疏水性导致织物负离子释放量不佳这一点并没有较好的解决方案。

发明内容
[0006]针对现有技术的不足，本发明提供了一种低成本高效率的负离子粉的表面改性方法及其在负氧离子涤纶纤维制备中的应用。

[0007]本发明技术方案如下：
[0008]一种负离子粉的表面改性方法，其特征在于改性剂是与涤纶结构非常类似但亲水性更好的改性涤纶聚2,5-二羟基对苯二甲酸乙二酯或者聚2-二羟基对苯二甲酸乙二酯，结
构式如下：
[0009]
[0010]其中，n为聚合度，其大小与聚合反应工艺有关。

在聚酯工业中一般通过检测聚酯的熔体粘度来间接反应n的大小，本发明中要求聚合物的熔体粘度在0.55～0.65之间，方能达到本发明的目的。

[0011]所述的负离子粉为无放射性且具有明显的负离子发生作用的天然矿物粉末，包括但不限于电气石、蛇纹石、稀土矿物等，为其中一种矿物粉末或者多种矿物粉末的混合体。

由于这类矿物具有永久极化的物理特性，因此具有稳定的负离子发生功能，且其无放射性，可用于制备人体服装织物或者室内纺织品。

[0012]一种负离子粉的表面改性方法，其特征在于是采用原位聚合的方法将改性涤纶包裹在负离子粉的表面。

原位聚合有助于负离子粉在改性涤纶中以尽可能小的尺寸均匀分布。

[0013]一种负离子粉在负氧离子涤纶纤维制备中的应用，其特征在于，在常规涤纶纺丝工艺中，通过色母粒添加装置将改性涤纶包裹的负离子粉母粒在螺杆挤出机入口前加入，熔融挤出，纺丝得到负氧离子纤维。

负离子粉表面包裹的改性涤纶与涤纶的相容性很好，不会出现负离子粉团聚和导致断头增加、纤维性能劣化等现象。

[0014]本发明的具体实施步骤如下：
[0015] 1.先将负离子粉与乙二醇混合，常温下搅拌0.5-1小时使负离子粉充分浸润。

然后加入2,5-二羟基对苯二甲酸(或2-羟基对苯二甲酸)、催化剂、消光剂，并升温至80-100℃搅拌1-2小时使催化剂溶解，然后继续升温至250-270℃反应，观察出水，当酯化率达到90％以上时，继续升温至280-290℃反应3-5小时，当熔体粘度达到0.55-0.65时，终止反应，冷却切粒，制得改性涤纶包裹的负离子粉涤纶母粒。

其原位聚合反应式如下：
[0016]
[0017]或
[0018]
[0019]所述步骤1中2,5-二羟基对苯二甲酸(或2-羟基对苯二甲酸)：乙二醇的摩尔比为x:y＝1:1～1.005。

[0020]所述步骤1中催化剂为三氧化二锑、二氧化锗、钛酸四正丁酯中的一种或一种以上的组合。

添加量为聚合物料总重量的0.01％-0.05％。

[0021]所述步骤1中消光剂为二氧化钛、氧化硅、氧化铝中的一种或一种以上组合。

添加量为聚合物料总重量的0.05％-0.1％。

[0022]所述步骤1中的负离子粉为无放射性的且具有明显的负离子发生作用的天然矿物粉末，包括但不限于电气石、蛇纹石、稀土矿物等。

为其中一种矿物粉末或者多种矿物粉末的混合体。

添加量为聚合物料总重量的25wt％-50wt％，粒径为20-200nm。

[0023] 2.将含改性涤纶的负离子母粒添加到普通涤纶的纺丝工序，制备负氧离子涤纶纤维。

所述负氧离子母粒的添加量为常规涤纶量的10％～30％，纺丝工艺无须做特别的变动。

[0024]具体的
[0025]一种改性涤纶母粒制备方法，由如下步骤而组成：
[0026]a、将负离子粉与乙二醇混合，常温下搅拌0.5-1小时使负离子粉浸润；
[0027]b、加入2,5-二羟基对苯二甲酸、催化剂、消光剂，并升温至80-100℃搅拌1-2小时使催化剂溶解；
[0028]c、继续升温至250-270℃反应，观察出水，当酯化率达到90％以上时，继续升温至280-290℃反应3-5小时；
[0029]d、当熔体粘度达到0.55-0.65时，终止反应，冷却切粒，制得改性涤纶母粒；[0030]
[0031]或
[0032]a、将负离子粉与乙二醇混合，常温下搅拌0.5-1小时使负离子粉浸润；
[0033]b、加入2-羟基对苯二甲酸、催化剂、消光剂，并升温至80-100℃搅拌1-2小时使催化剂溶解；
[0034]c、继续升温至250-270℃反应，观察出水，当酯化率达到90％以上时，继续升温至280-290℃反应3-5小时；
[0035]d、当熔体粘度达到0.55-0.65时，终止反应，冷却切粒，制得改性涤纶母粒；[0036]
[0037]其中的任一种。

[0038]进一步的，所述的负离子粉包括电气石、蛇纹石、稀土矿物其中的任一种或组合。

[0039]进一步的，所述负离子粉的添加量为制得的改性涤纶母粒重量的25wt％-50wt％，所述负离子粉的粒径为20-200nm。

[0040]进一步的，2,5-二羟基对苯二甲酸：乙二醇的摩尔比为x:y＝1:1～1.005；[0041]或
[0042]2-羟基对苯二甲酸：乙二醇的摩尔比为x:y＝1:1～1.005。

[0043]进一步的，所述催化剂为三氧化二锑、二氧化锗、钛酸四正丁酯中的任一种或组合；所述催化剂添加量为制得的改性涤纶母粒重量的0.01％-0.05％。

[0044]进一步的，所述消光剂为二氧化钛、氧化硅、氧化铝中的任一种或组合；所述消光剂添加量为制得的改性涤纶母粒重量的0.05％-0.1％。

[0045]进一步的，在涤纶纺丝工艺中，将制得的改性涤纶母粒与涤纶母粒混合后熔融挤出，纺丝得到负氧离子纤维
[0046]进一步的，所述改性涤纶母粒的添加量占总重量的10％～30％
[0047]与现有技术相比，本发明的显著改进在于：
[0048] 1.本发明中先将负离子粉在乙二醇中浸润，由于负离子粉与乙二醇都是亲水性的，因此两者能够很好的浸润，负离子粉能够在体系中均匀分散而不团聚，这样使得随后进行的聚合反应能够在负离子粉的表面原位进行，保证了负离子粉在聚合后得到的高分子(改性涤纶)中也是均匀分布，解决了目前常用的负离子粉表面处理方法难以使负离子粉在高分子载体中均匀分布的技术难题。

[0049] 2.本发明中在负离子粉表面原位聚合形成的聚2,5-二羟基对苯二甲酸乙二酯或聚2-羟基对苯二甲酸乙二酯，与涤纶(对苯二甲酸乙二酯)结构非常接近，相容性好，因此在负离子粉母粒加入到普通涤纶中以后，不会由于相容性差导致团聚和纺丝过程断头增加、纤维性能劣化。

[0050] 3.负离子粉必须通过电离空气中的氧和水产生负氧离子，因此需要在负离子粉周围有足够的氧和水存在才能产生足够的负氧离子。

而普通涤纶纤维是疏水性的，这是制约负氧离子涤纶纤维织物的负氧离子产生量的重要因素。

本发明中负离子表面改性用的聚2,
5-二羟基对苯二甲酸乙二酯或聚2-羟基对苯二甲酸乙二酯是一种亲水性涤纶，由于其有亲水性，可以将空气中的水分子源源不断的聚集于涤纶织物表面，能大幅度提高负离子粉产生负氧离子的效率。

[0051] 4.本发明中对负离子粉表面处理用的聚2,5-二羟基对苯二甲酸乙二酯或聚2-羟基对苯二甲酸乙二酯，与涤纶(聚对苯二甲酸乙二酯)的熔点和流变性能非常接近，加入后对现有的涤纶纺丝工艺不会产生较大的影响，也不会由于熔点和流变性能的大幅度改变带来的纺丝参数设置和工艺控制上的复杂和困难。

[0052] 5.本发明整体制备工艺简单，可使用现有的涤纶生产用聚合和纺丝设备，不需要进行特殊聚合设备，仅需做工艺参数上的调整，适于在现有聚酯纤维生产企业推广。

具体实施方式
[0053]实施例1
[0054]将67.2公斤电气石粉(粒径120nm)与62公斤乙二醇(1000摩尔)混合，常温下搅拌0.5小时使负离子粉充分浸润。

然后加入将198.2公斤的2,5-二羟基对苯二甲酸(1000摩尔)、83克催化剂三氧化二锑、220克消光剂二氧化钛，升温至80℃搅拌1小时使催化剂溶解，然后继续升温至250℃反应，观察出水，4小时后酯化率达到90％，继续升温至290℃反应5小时，熔体粘度达到0.58，终止反应，冷却切粒，制得改性涤纶包裹的负离子粉母粒。

其原位聚合反应式如下：
[0055]
[0056]在常规涤纶纤维生产线上，将负离子粉母粒通过色母粒添加装置在螺杆挤出机之前加入，添加量为常规涤纶喂料量的15％(重量比)，纺速3300米，箱体温度为285℃。

得到负氧离子涤纶纤维，实测负离子释放量为4500个/cm3。

[0057]实施例2
[0058]改变实施例1中的电气石粉加入量为85公斤，其余物料加入量和操作步骤、工艺参数同实施例1。

熔体粘度达到0.61时，终止反应，冷却切粒，制得改性涤纶包裹的负离子粉涤纶母粒。

[0059]在常规涤纶纤维生产线上，将负离子粉涤纶母粒通过色母粒添加装置在螺杆挤出机之前加入，添加量为常规涤纶喂料量的15％(重量比)，纺速3300米，箱体温度为285℃。

得到负氧离子涤纶纤维，实测负离子释放量为5200个/cm3。

[0060]实施例3
[0061]将67.2公斤电气石粉(粒径120nm)与62公斤乙二醇(1000摩尔)混合，常温下搅拌0.5小时使负离子粉充分浸润。

然后加入将182公斤的2,5-二羟基对苯二甲酸(1000摩尔)、
83克催化剂三氧化二锑、220克消光剂二氧化钛，升温至85℃搅拌1小时使催化剂溶解，然后继续升温至250℃反应，观察出水，3小时后酯化率达到90％，继续升温至290℃反应5小时，熔体粘度达到0.55，终止反应，冷却切粒，制得改性涤纶包裹的负离子粉涤纶母粒。

其原位聚合反应式如下：
[0062]
[0063]纺丝工艺同实施例1，纺丝得到的负氧离子涤纶纤维，实测其负离子释放量为3700个/cm3。

[0064]以上实施例只为说明本发明的构思基本特点，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

与本发明的权利要求书相当的含义和范围内的任何改变，都应认为是包括在权利要求书的范围内。