[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

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，导致聚酯纤维力学等各项性能急剧恶化。因此，人们对聚酯纤维的抗水解性能进行了许多研究。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，通过一种可与芳香族二元酸或其酯化物和脂肪族二元醇进行共聚的硅化合物，可有效地降低聚酯纤维的末端羧基含量，同时促进纤维分子链致密化，进而使聚酯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所示的含硅化合物，其含量以硅元素计相对于纤维中由芳香族二元酸或其酯化物形成的结构单元的0.01～0.5mol%，

式1

其中，R₁、R₂、R₃分别为聚酯分子链或碳原子数1～6的烷基，R₁、R₂和R₃中至少有一个为聚酯分子链；R₄为碳原子数0～6的亚烷基，优选亚甲基；R₅为碳原子数2～10的烯烃基、氨基、亚氨基、环氧基或芳香基，或者为碳原子数2～25的烷基或硫羟基，优选苯胺基。

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。

用动态力学性能分析（DMA）法所测得的所述耐水解聚酯纤维的tan(delta)温度为135～180℃。该温度反映了分子链运动的难易程度，tan(delta)温度越高说明分子的反应活性越低，聚酯纤维的耐水解性越好。

本发明中所述如式1所示的含硅化合物的含量以硅元素计相对于纤维中由芳香族二元酸或其酯化物形成的结构单元的0.01～0.5mol%，优选0.05～0.3mol%。如果如式1所示含硅化合物的含量小于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，在熔融缩聚反应阶段添加如式2所示的硅化合物，其添加量相当于芳香族二元酸或其酯化物的0.02～0.6mol%，优选0.06～0.4mol%，

R₅-R₄-Si-( R₆)₃式2

式2中R₄为碳原子数0～6的亚烷基，优选亚甲基，R₅为碳原子数2～10的烯烃基、氨基、亚氨基、环氧基或芳香基，或者是碳原子数2～25的烷基或硫羟基，优选苯胺基，R₆为碳原子数1～6的烷氧基；

（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。

本发明中之所以选择使用如式2所示的硅化合物作为共聚成分，是因为此类化合物末端的三个烷氧基团R₆在共聚时可以与芳香族二元酸或其酯化物的羧基或酯基反应，并且最终形成具有架桥结构的聚酯分子链。这样的好处在于，既降低了聚酯中末端羧基的含量，减缓其催化水解反应，又使分子链经过延伸后更加容易形成致密结构，阻止水分子的侵入。另外，本发明中使用的硅化合物在少量添加时就可以非常好的赋予聚酯优异的耐水解性能，而且该硅化合物结构稳定，不易降解，对人体和环境也较友好。