幾種工業絲用超有光聚酯切片的固相聚合

戴鈞明，殷小波，趙德軍，王樹霞，徐冬冬，錢明球

（1.中國石化儀征化纖股份有限公司技術中心，江蘇 儀征 211900；2.中國石化儀征化纖股份公司聚酯生產中心，江蘇 儀征 211900；3.中國石化儀征化纖股份公司銷售服務部，江蘇 儀征 211900）

研究論文

幾種工業絲用超有光聚酯切片的固相聚合

戴鈞明1，殷小波2，趙德軍3，王樹霞1，徐冬冬1，錢明球1

（1.中國石化儀征化纖股份有限公司技術中心，江蘇 儀征 211900；2.中國石化儀征化纖股份公司聚酯生產中心，江蘇 儀征 211900；3.中國石化儀征化纖股份公司銷售服務部，江蘇 儀征 211900）

采用市售4種工業絲用超有光切片進行固相增粘（SSP）試驗，研究了4種切片增粘速率、粘度增幅隨時間變化的差異，通過反應動力學計算得到了試驗條件下的表觀反應速率常數，對動力學研究中的線性相關系數R2進行了討論。

聚酯（PET）；固相聚合；反應動力學；工業絲

隨著滌綸工業絲應用領域的拓寬，世界主要是中國的滌綸工業絲的產能迅速增加，2008年底中國滌綸工業絲的產能約為670 kt，預計2010年產能將增加50%，達到1 Mt左右，占世界產能的50%。2008年世界十強滌綸工業絲企業中中國占了5家，為浙江古纖道、浙江尤夫、浙江海利得、浙江海富、黑龍江龍滌股份，2010年進入世界十強滌綸工業絲企業的數目還會增加［1］。

滌綸工業絲一般采用先將低粘度切片（η＝0.60～0.66 dL／g）通過固相縮聚方法制成高粘切片（η＝0.80～1.2 dL／g），再將高粘切片紡制成纖維的方法得到。工業絲特別是高模低縮工業絲對于高粘切片的質量要求較高，高粘切片的質量很大程度上受基礎切片及固相增粘工藝的影響，對于固相聚合（SSP）方面的研究已有很多，大都集中在中等粘度（0.7～0.9 dL／g）［2～4］瓶用聚酯方面，對于工業絲用高粘度切片的報道較少。筆者利用市售的幾種用于工業絲生產的超有光低粘切片進行固相增粘試驗，得到各自切片的一些SSP數據。

1 實 驗

1.1 原料

工業絲級超有光基礎切片（PET均聚物）：市售，編號1＃、2＃、3＃、4＃。

1.2 主要試驗設備

BT600真空轉鼓：600 L，德國。

1.3 切片的固相聚合（SSP）

稱取一定量切片投入BT600真空轉鼓中進行固相聚合（SSP），215℃增粘一定時間后，降溫出料，得到目標粘度1.0 dL／g的高粘切片。真空＜50 Pa，中間過程每2 h取樣測試。

1.4 測試

特性粘數［η］：烏式粘度計，溫度（25±0.1）℃，溶劑為苯酚∶四氯乙烷＝3∶2，分子質量用公式［η］＝2.52×10-4×M8［5］計算得到；

二甘醇［DEG］：HP5890系列氣相色譜儀檢測；

端羧基［COOH］：苯酚-氯仿混合溶劑（體積比2∶3）回流溶解后，用乙醇-氫氧化鉀溶液測定樣品的端羧基；

DSC：PerkinElmer 7差式掃描量熱儀測定，升溫速度10℃／min，N2氣氛。

2 結果與討論

2.1 基礎切片的性能

比較固相增粘速率的前提是希望基礎切片的常規性能指標一致，表1給出了4種切片的常規性能，由數據可以看出，1＃的特性粘數最高，其他3個略低些；1＃的二甘醇值最高，利于固相增粘的進行，其他3個二甘醇值相當；百粒重為1＃、3＃相當，均為2.3 g；2＃、4＃相當，均為1.8 g；端羧基含量4個樣品相當。

表1 基礎切片常規性能

可以用DSC原始升溫數據中ΔHc＋ΔHm的數值來表征切片初始結晶度，進而推測切片預結晶時發生粘結機率。表2給出了基礎切片的原始DSC升溫數據。從表2數據可以看出，1＃的初始結晶度最高，利于切片干燥過程預結晶的進行，切片粘結的機率最小。

表2 基礎切片的原始DSC升溫數據

2.2 固相增粘（SSP）速率

2.2.1 SSP總速率比較

影響SSP速率的因素很多，筆者試驗采用相同的SSP工藝，相同的試驗設備，相同的加料量，SSP速率的差異主要由基礎切片本身的差異引起。圖1和表3分別為切片粘度隨時間增長關系圖和4個樣品SSP的時間及特性粘數。由圖1及表3數據可以看出，SSP速度最快的為1＃，最慢的為3＃，增粘速度由快到慢的次序為1＃、4＃、2＃和3＃。

圖1 切片粘度隨時間增長關系

表4 4個樣品SSP過程切片的結晶度（密度梯度法），%

筆者文中2.1節所給出的基礎切片的常規指標除百粒重、二甘醇值外無明顯差異，經咨詢及測試幾種切片的催化劑含量基本相當，表4給出增粘過程樣品的結晶度，幾個樣品也都相當，SSP差異主要是由基礎切片的生產工藝不同導致的微觀結構不同所致，后期會對這方面作繼續深入研究。

2.2.2 增粘速度分布情況

由2.2.1可以看出，4種切片的SSP速率不同，粘度增幅也存在差異。表5給出了4個樣品粘度增幅情況，由此可見4個樣品的粘度增幅分布存在差異。若以每4 h增幅來考察，表4數據顯示1＃粘度增幅8 h時最大，高于平均，4 h、12 h處于平均增幅水平，而最后4 h增幅明顯大幅下降；2＃粘度增幅8 h時最大，高于平均，4 h、12 h低于平均增幅水平，最后4 h增幅也有所下降，但下降程度小于1＃；3＃前3個點均處于平均增幅水平，最后一個點的增幅下降，與其他相當，總的增加速度慢于其他樣品；4＃粘度增幅8 h時最大，高于平均，后兩個點增幅小于平均，最后一個點下降明顯。

表5 增粘過程粘度增加匯總表

圖2為每2 h粘度增幅分布圖，由圖2可以看出，1＃的增幅呈線性均勻下降，這樣粘度可以平穩增長，利于最終切片粘度及其均勻性的控制，利于后道紡絲；其余3個樣呈跳躍式不均勻下降，終樣粘度難以控制，容易超出，且也會造成不均勻性增加，不利于紡絲。這種差異從基礎切片的常規指標上難以判斷得到，可能還是與工藝路線造成的微觀結構不同有關，后續還將進行相關的研究工作。

圖2 粘度增幅分布

2.3 固相縮聚反應動力學

圖3為215℃時不同樣品分子質量與反應時間的關系。從中可以看出，4個樣品的分子質量變化與反應時間均有著較好的線性關系，滿足方程Mη＝M0＋kt，說明反應基本屬于二級反應，經最小二乘法處理可得到各個樣品在215℃下的反應動力學方程，參數列于表6。從表觀反應速率常數k的值來看，在該試驗條件下，1＃表觀反應速度常數最大，2＃、4＃相當，比1＃約低5%，3＃反應常數最低，比1＃低15%。據了解，現國內裝置均基本采用乙二醇銻作催化劑，2＃、4＃的表觀反應速度常數與文獻［6］報道相接近，而1＃稍高于文獻，3＃遠低于文獻，當然與基礎切片的百粒重、SSP工藝等多種因素相關。

圖3 分子質量變化與反應時間關系

為進一步提高線性相關性，將數據分成兩段進行擬合處理，數據如表7、8所示。1＃在兩種分段方式下的線性相關系數均比不分段時有所提高，均在0.99以上，SSP速率較均勻；2＃、3＃和4＃在兩種分段方式下的第一段的線性相關系數均提高到0.990以上，在0～12 h分段時前段能提高到0.993以上，但兩種方式的后段相關系數均較低，特別是12 h～終這段，2＃、4＃的相關系數在0.95以下，偏離二級反應。相對而言，2＃、3＃、4＃的增粘均勻性遠低于1＃，這與粘度增幅不勻相一致。

表6 不同樣品215℃反應動力學方程

表7 不同樣品215℃下分段1反應動力學方程

表8 不同樣品215℃下分段2反應動力學方程

3 結 論

在筆者試驗范圍內，增粘速度由快到慢的次序為1＃、4＃、2＃和3＃；粘度增幅隨時間的變化是1＃為線性下降，2＃、3＃和4＃呈跳躍式下降；1＃表觀反應速度常數最大，2＃和4＃相當，比1＃約低5%，3＃反應常數最低，比1＃低15%；1＃的SSP反應基本為二級反應，2＃、3＃和4＃的前段為二級反應，后段偏離二級反應。

1 王建輝.應對全球金融危機-中國滌綸工業絲行業面對的挑戰［C］.2009產業用纖維技術與市場論壇論文集，2009：25～42

2 白鵬，趙尊偉，沈林河.PET固相縮聚反應速率的影響因素［J］.聚酯工業，2009，22（4）：34～35，56

3 沈希軍，張軍，顧雪萍.聚酯切片結晶行為與固相縮聚過程新流程方案［J］.高分子材料科學與工程，2008，24（8）：155～158

4 肖海燕，趙炯心.瓶級PET固相縮聚反應動力學的研究［J］.聚酯工業，2001，14（6）：18～22

5 戴鈞明，等.CDP固相縮聚的研究［J］.合成纖維，2000，29（5）：29～31

6 戴鈞明，等.銻系催化劑聚酯的熔融及固相聚合［J］.合成技術及應用，2007，22（1）：9～11

Solid-state polycondensation of some PET chip

Dai Junming1，Yin Xiaobo2，Zhao Dejun3，Wang Shuxia1，Xu Dongdong1，Qian Mingqiu1
（1．Technical Center of Yizheng Chemical Fiber Co．Ltd．，Yizheng Jiangsu 211900，China；2．Polyester Center of Yizheng Chemical Fiber Co．Ltd．，Yizheng Jiangsu 211900，China；3．Marketing＆Customer service dept．of Yizheng Chemical Fiber Co．Ltd．，Yizheng Jiangsu 211900，China）

The solid state polycondensation of some indusrial yarn grade PET chip was studied.Through analysis，we obtain the differences among the speed of SSP and Δη of the four chip.Through dynamic calculation，the apparent reative speed constants were gained，R2were discussed at the same time.

PET；SSP；reactive dynamic；industrial yarn

TQ342.2

：A

：1006-334X（2010）01-0001-03

2010-02-21

戴鈞明（1967-），女，江蘇泰興人，高級工程師，長期從事聚酯改性的合成及應用研究工作。