玉米基多组分二元醇共聚酯纤维的制备及性能研究

摘要

2005年大成集团以自主技术率先在国际上成功实现了以玉米为原料制备乙二醇、丙二醇和丁二醇等工业聚酯的主要原料。大成玉米基乙二醇中含有少量丙二醇和丁二醇等多组分二元醇,不能直接利用现有成熟的工业化聚合工艺与PTA聚合。本课题是受企业委托,对大成集团的玉米基乙二醇如何应用到聚酯工业中来进行基础研究和工业化实验探究。
　　 本课题研究的主要目的是对PET进行第三单体PDO共聚改性或添加纳米SiO2改性,生成新型共聚酯纤维,研究不同添加量的PDO共聚改性后玉米基聚酯纤维的结构性能、可纺性及染色性能的变化。该研究首先在常规PET聚合工艺的基础上使用长春大成集团的玉米基乙二醇和PDO进行共聚制成PET-PTT共聚酯,研究新型共聚酯的制备工艺及第三单体的添加量对共聚酯结构性能的影响,由此得到共聚最优比例选择；再通过DSC、红外光谱(FTIR)、X-ray衍射(WAXD)、核磁共振(NMR)等测试方法,对其结构及结晶性能进行了研究。结果表明:从DSC和X衍射分析得知共聚改性后,由于PTT链段的引入,对聚酯的大分子结构产生了影响,使得共聚酯大分子链的柔顺性增加,玻璃化温度、结晶温度、熔点都有所下降,同时结晶度降低,无定形区增加。
　　 通过流变试验,得出共聚酯合适的剪切温度均低于对照的纯PET样品20-30度。POY熔融纺丝实验发现:1)螺杆挤压机5个区的温度相应要降低15-20度,纺丝才可顺利进行；2)只有当箱体的温度比常规PET的降低15℃左右时,POY纺丝才能满卷；3)当PDO含量为12％时,3200M/min的纺丝速度下的POY丝的伸长达143％,将纺丝速度提高到3500M/min时,伸长仍有134％。这表明PDO添加量为12％时的PET-PTT共聚酯切片有良好的可纺性。
　　 实验结果得出:第三单体PDO添加量为12％的PET-PTT共聚酯纤维的可纺性和染色性能均达到最优。最后,再对最优比例的共聚纤维进行纳米SiO2改性,由此获得综合性能较为理想,低成本、高质量的聚酯新品种。
　　 实验还表明:PET-PTT/纳米SiO2共聚酯纤维用分散染料100℃常压染色,其上染率、色饱和度、鲜亮度和光泽度均比纯PET的好。
　　 综上所述,纯度为97％的大成玉米基乙二醇完全可以应用于聚酯工业；加入少量第三单体、纳米SiO2改性后的聚酯纤维的可纺性和染色性均得到提高,由此可以获得综合性能较为理想,低成本、高质量的新型共聚酯纤维。目前,该研究成果已被企业采纳,并计划投入生产。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 前言

1.2 PET纤维的发展状况

1.3 PTT纤维的发展现状

1.3.1 PTT的发展

1.3.2 PTT的性能

1.4 PET与PTT纤维的染色对比

1.5 PET改性纤维

1.5.1 目前国内外PET纤维的改性方法

1.5.2 目前已研制出的PET改性纤维

1.6 本课题采用的改性方法

1.7 本论文研究的主要目的、内容和创新点

1.7.1 研究的目的和意义

1.7.2 研究的主要内容

1.7.3 本研究的主要创新点

参考文献

第二章 第三单体改性新型共聚酯的制备

2.1 前言

2.2 实验

2.2.1 实验仪器及装置

2.2.2 实验原料及规格

2.2.3 实验方法

2.3 结果与讨论

2.3.1 特性粘度与共聚酯的关系

2.3.2 酯化反应温度对共聚物组成的影响

2.3.3 酯化反应温度对反应速率的影响

2.3.4 真空缩聚反应温度对反应速率的影响

2.3.5 真空缩聚反应时间对反应速度的影响

2.3.6 缩聚反应真空度对反应速度的影响

2.3.7 PDO添加量对共聚酯分子量的影响

2.4 本章小结

参考文献

第三章 新型共聚酯的结构及性能表征

3.1 前言

3.2 实验

3.2.1 实验原料

3.2.2 实验方法

3.3 结果与讨论

3.3.1 共聚酯的广角X-ray衍射(WAXD)图谱分析

3.3.2 共聚酯的红外光谱(FTIR)分析

3.3.3 共聚酯的核磁图谱(1HNMR)分析

3.3.4 DSC结果分析

3.3.5 热台偏光显微镜结果分析

3.3.6.TGA的结果分析

3.4 本章小结

参考文献

第四章 PET-PTT/纳米SiO2共聚酯的制备及性能研究

4.1 前言

4.2 实验

4.2.1 实验仪器及装置

4.2.2 实验原料及规格

4.2.3 实验方法

4.3 结果与讨论

4.3.1 纳米SiO2对共聚酯特性的影响

4.3.2 SEM观测结果

4.3.3 纳米SiO2对共聚酯结晶性能的影响

4.3.4 纳米SiO2对共聚酯起始结晶温度的影响

4.3.5 纳米SiO2对共聚酯热稳定性的影响

4.3.6 纳米SiO2对共聚酯纤维接触角的影响

4.4 本章小结

参考文献

第五章 新型共聚酯的流变性能研究

5.1 前言

5.2 实验

5.2.1 实验原料

5.2.2 新型共聚酯流变特性的测定

5.3 结果与讨论

5.3.1 新型共聚酯的流变性能[11,12]

5.3.2 共聚酯的非牛顿指数

5.3.3 新型共聚酯剪切应力与剪切速率之间的关系

5.3.4 新型共聚酯粘度与剪切速率之间的关系

5.4.本章小结

参考文献

第六章 新型共聚酯纤维的制备及性能研究

6.1 前言

6.2 实验

6.2.1 实验原料

6.2.2 新型共聚酯纤维的制备

6.2.3 新型共聚酯的性能测试方法及仪器

6.3 结果与讨论

6.3.1 干燥条件对纺丝的影响

6.3.2 纺丝温度对新型共聚酯可纺性的影响

6.3.3 拉伸工艺对新型共聚酯纤维性能的影响

6.3.4 PDO添加量对新型共聚酯纤维断裂伸长的影响

6.3.5 PDO添加量对新型共聚酯纤维取向度的影响

6.3.6 PDO添加量对新型共聚酯纤维结晶度的影响

6.3.7 PDO添加量对新型共聚酯纤维沸水收缩率的影响

6.3.8 PDO添加量对新型共聚酯纤维上染率的影响

6.4 本章小结

参考文献

第七章 结论

研究生在读期间学术论文发表情况

致谢