聚酯中二甘醇的影響與作用

李冬清

(浙江遠(yuǎn)東化纖集團(tuán)有限公司,浙江 紹興 312030）

應(yīng)用技術(shù)

聚酯中二甘醇的影響與作用

李冬清

(浙江遠(yuǎn)東化纖集團(tuán)有限公司,浙江 紹興 312030）

從正反兩方面分析了聚酯中二甘醇含量對(duì)聚酯性能的影響,指出在線添加二甘醇技術(shù)可提升直紡長(zhǎng)絲質(zhì)量,滿足下游用戶要求。

聚酯;二甘醇;在線添加;直紡長(zhǎng)絲

截止2009年底,全國(guó)聚酯產(chǎn)能約26 Mt/a,其中用于紡長(zhǎng)絲的聚酯約12 Mt/a,紡短纖的聚酯約0.5 Mt/a,共占聚酯總量的65%。

這些聚酯從嚴(yán)格意義上講,應(yīng)該稱為共聚酯,因?yàn)榫埘ブ泻袊?guó)標(biāo)規(guī)定的小于等于1.2%(w）的二甘醇。

二甘醇是聚酯產(chǎn)品的伴生物。由于聚酯的主要原料之一是乙二醇,而二甘醇是由乙二醇脫水生成,所以伴隨著聚酯的生產(chǎn),二甘醇的存在成為必然。但其含量隨生產(chǎn)負(fù)荷、工藝路線、原料質(zhì)量、配料摩爾比、第一酯化釜的工藝條件等變化而變化。

1990年以前,聚酯工作者大多認(rèn)為二甘醇的存在,是醚化副反應(yīng)程度的標(biāo)識(shí),是導(dǎo)致聚酯在紡絲過(guò)程中可紡性變差的重要因素。因此,評(píng)價(jià)聚酯產(chǎn)品質(zhì)量的重要標(biāo)志之一是聚酯的二甘醇含量的高低,認(rèn)為越低越好。

此后,隨著聚酯和紡絲過(guò)程關(guān)聯(lián)度的提高,聚酯和紡絲工作者共同關(guān)注了聚酯中二甘醇含量對(duì)紡絲過(guò)程甚至織、染過(guò)程的影響。對(duì)二甘醇的認(rèn)識(shí)由越低越好逐步演變成在小于等于1.2%(w）的基礎(chǔ)上,波動(dòng)范圍越窄越好。

現(xiàn)在,隨著大容量熔體直紡生產(chǎn)技術(shù)的成熟,尤其是差別化、細(xì)旦多孔長(zhǎng)絲的開(kāi)發(fā)、深染和環(huán)保染色的要求,在聚酯生產(chǎn)線上添加二甘醇的生產(chǎn)技術(shù)越來(lái)越成熟,應(yīng)用也越來(lái)越廣。

1 二甘醇對(duì)聚酯產(chǎn)品性能的影響

1.1 二甘醇含量對(duì)聚酯熔點(diǎn)的影響

純聚酯的結(jié)晶性能是由大分子鏈間的作用力使其排列規(guī)整來(lái)實(shí)現(xiàn)的。二甘醇的存在使大分子的規(guī)整排列受到破壞,使熔點(diǎn)下降,如見(jiàn)表1所示。

表1 二甘醇含量對(duì)聚酯熔點(diǎn)的影響[1]

1.2 二甘醇含量對(duì)聚酯玻璃化轉(zhuǎn)變溫度的影響

有研究報(bào)道[2],玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg）與聚酯中DEG含量的關(guān)系為:Tg=80-1.575DEG%。由于聚酯中的二甘醇鏈段為柔性鏈段,聚酯大分子鏈段活動(dòng)能力隨DEG含量增加而增加,導(dǎo)致玻璃化轉(zhuǎn)變溫度隨DEG含量增加而下降。

1.3 二甘醇含量對(duì)聚酯熱氧化穩(wěn)定性的影響

二甘醇是非常容易氧化的醚鍵,受熱時(shí)容易產(chǎn)生降解。筆者對(duì)不同DEG含量的切片進(jìn)行熱氧化穩(wěn)定性測(cè)試,結(jié)果表明聚酯中的二甘醇隨DEG含量的增加,大分子鏈中弱點(diǎn)增加,熱氧化穩(wěn)定性下降,如表2所示。

表2 二甘醇含量對(duì)聚酯熱氧化穩(wěn)定性的影響

2 二甘醇對(duì)聚酯使用性能的作用

聚酯中由于存在二甘醇,能夠使熔點(diǎn)下降、結(jié)晶性能下降、分子規(guī)整性下降,因此在纖維的加工染整中,充分利用二甘醇的特性進(jìn)行適量添加,可改善聚酯的各項(xiàng)使用性能。

2.1 改善熔體流動(dòng)性能

二甘醇使聚酯的熔點(diǎn)下降,熔融冷卻結(jié)晶溫度下降,使得相同分子質(zhì)量的熔體在相同溫度下,其動(dòng)力粘度隨DEG含量增加而下降,熔體在輸送過(guò)程中流動(dòng)性能變好,使得可紡性能變好,紡絲工藝窗口增大。

2.2 改善染色性能

二甘醇使得聚酯大分子鏈規(guī)整性下降,增加了染料分子在聚酯非晶區(qū)的擴(kuò)散速率,乙二醇?xì)埢呐允綐?gòu)象成分增多,增加了與染料的親和力,上染速率和染色均勻性有所改善。

2.3 改善纖維的收縮性能

二甘醇使聚酯大分子鏈的柔性增加,熱熵變大,鏈段活動(dòng)容易,纖維受熱后收縮率亦有變大,如表3所示。

表3 不同二甘醇含量下的FDY纖維收縮率[3]

3 二甘醇添加技術(shù)

隨著聚酯產(chǎn)能的快速增加,聚酯產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈,低成本競(jìng)爭(zhēng)成為企業(yè)的首要競(jìng)爭(zhēng)舉措,由此使得二甘醇穩(wěn)定控制的難度增大:

a）聚酯負(fù)荷隨市場(chǎng)變化快速調(diào)節(jié),短時(shí)間內(nèi)升降負(fù)荷頻繁;

b）PTA和EG的低料位、低庫(kù)存使得PTA、EG原料來(lái)源復(fù)雜,導(dǎo)致聚酯產(chǎn)品二甘醇變化;

c）聚酯生產(chǎn)中回用EG比例無(wú)規(guī)調(diào)節(jié),隨意性大;

d）后接直紡長(zhǎng)絲品種變更頻繁,使得聚酯熔體的停留時(shí)間變化較大。

為了恒定聚酯產(chǎn)品中的DEG含量,聚酯生產(chǎn)商開(kāi)發(fā)了二甘醇添加技術(shù),并成功用于直紡細(xì)旦長(zhǎng)絲,收到了良好的效果。對(duì)于不同的聚酯生產(chǎn)裝置,二甘醇可加入不同的位置。

a）對(duì)于德國(guó)吉瑪?shù)奈甯に?二甘醇添加到PTA打漿釜,添加量<0.5%(w）;

b）對(duì)于原杜邦的三釜工藝,二甘醇添加至酯化到預(yù)縮的低聚物管道上,添加量0.2%～0.5% (w）;

c）對(duì)于瑞士伊文達(dá)裝置,二甘醇添加到第二酯化釜進(jìn)口,添加量0.2%～0.5%(w）;

d）對(duì)于中紡院裝置,二甘醇添加到第二酯化釜,可由二氧化鈦管線一起加入,添加量<0.3% (w）。

筆者認(rèn)為,上述4種二甘醇添加方法,以第4種效果較好。首先,聚酯產(chǎn)品中75%的二甘醇在第一酯化釜生成,所以在第二酯化釜加入,起到了抑制后續(xù)的醚化副反應(yīng)和調(diào)節(jié)穩(wěn)定產(chǎn)品中二甘醇的目的;其次,采用二氧化鈦輸送管線加入的方法,不僅減少了管線投資,而且解決了二甘醇的蒸發(fā)問(wèn)題;再者,對(duì)直紡長(zhǎng)絲品種變更的反應(yīng)靈敏,調(diào)節(jié)迅速。

下列報(bào)道進(jìn)一步說(shuō)明二甘醇添加技術(shù)在直紡細(xì)旦長(zhǎng)絲上具有顯著效果[4]。添加0.29%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的二甘醇,55 dtex/144 f FDY直紡長(zhǎng)絲的染色一等品率由85%上升到95%[5];在伊文達(dá)5釜聚合裝置上,外添加二甘醇后,DTY的染色M率平均提高5%以上,加彈速度提高了30～50 m/min[6];恢復(fù)啟用杜邦在低聚物管線設(shè)計(jì)的二甘醇加注系統(tǒng)后,可精確、穩(wěn)定地控制二甘醇含量,特別在較低的生產(chǎn)負(fù)荷時(shí)效果更明顯。

5 結(jié) 語(yǔ)

a）生產(chǎn)線中添加二甘醇來(lái)改善聚酯熔體的理化性能,可以提高熔體的可紡性與染色性;

b）調(diào)整二甘醇加入的位置與方法,保證產(chǎn)品中DEG的含量穩(wěn)定;

c）隨著大容量熔體直紡生產(chǎn)技術(shù)的成熟,尤其是差別化、細(xì)旦多孔長(zhǎng)絲的開(kāi)發(fā)、深染和環(huán)保染色的要求,在聚酯生產(chǎn)線上添加二甘醇的生產(chǎn)技術(shù)越來(lái)越成熟,應(yīng)用也越來(lái)越廣。

1 武榮瑞,張?zhí)祢?成纖聚合物的合成與改性[M].北京:中國(guó)石化出版社,2003.118

2 李德宏,等.二甘醇含量對(duì)PET熱性能的影響[J].合成纖維, 2003,(1）:15～17

3 曾曉玲.聚酯二甘醇波動(dòng)對(duì)直紡長(zhǎng)絲的影響[J].合成技術(shù)及應(yīng)用,2004,(4）:48～50

4 王朝生,李建武,等.二甘醇對(duì)滌綸染色性能的影響[J].合成纖維工業(yè),2009,(5）:33～35

5 沙望波,等.添加二甘醇對(duì)改善滌綸染色性及可紡性的作用[J].化纖與紡織技術(shù),2006,(3）:16～17

6 廖忠東.二甘醇對(duì)染色性能的影響[J].聚酯工業(yè),2006(1）:33～34

The influence and function of diethylene glycol in polyester

LiDongqing
(Zhejiang,Yuandong new polyester Co.,Ltd.,Shaoxing Zhejiang312030,China）

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TQ323.4

B

1006-334X(2010）03-0049-03

2010-06-11

李冬清(1977-）,浙江蘭溪人,現(xiàn)主要從事聚酯生產(chǎn)技術(shù)與管理工作。