聚酯中二甘醇的影響與作用

李冬清

(浙江遠東化纖集團有限公司,浙江 紹興 312030）

應用技術

聚酯中二甘醇的影響與作用

李冬清

(浙江遠東化纖集團有限公司,浙江 紹興 312030）

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

聚酯;二甘醇;在線添加;直紡長絲

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

這些聚酯從嚴格意義上講,應該稱為共聚酯,因為聚酯中含有國標規定的小于等于1.2%(w）的二甘醇。

二甘醇是聚酯產品的伴生物。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,二甘醇的存在成為必然。但其含量隨生產負荷、工藝路線、原料質量、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,聚酯工作者大多認為二甘醇的存在,是醚化副反應程度的標識,是導致聚酯在紡絲過程中可紡性變差的重要因素。因此,評價聚酯產品質量的重要標志之一是聚酯的二甘醇含量的高低,認為越低越好。

此后,隨著聚酯和紡絲過程關聯度的提高,聚酯和紡絲工作者共同關注了聚酯中二甘醇含量對紡絲過程甚至織、染過程的影響。對二甘醇的認識由越低越好逐步演變成在小于等于1.2%(w）的基礎上,波動范圍越窄越好。

現在,隨著大容量熔體直紡生產技術的成熟,尤其是差別化、細旦多孔長絲的開發、深染和環保染色的要求,在聚酯生產線上添加二甘醇的生產技術越來越成熟,應用也越來越廣。

1 二甘醇對聚酯產品性能的影響

1.1 二甘醇含量對聚酯熔點的影響

純聚酯的結晶性能是由大分子鏈間的作用力使其排列規整來實現的。二甘醇的存在使大分子的規整排列受到破壞,使熔點下降,如見表1所示。

表1 二甘醇含量對聚酯熔點的影響[1]

1.2 二甘醇含量對聚酯玻璃化轉變溫度的影響

有研究報道[2],玻璃化轉變溫度(Tg）與聚酯中DEG含量的關系為: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能力隨DEG含量增加而增加,導致玻璃化轉變溫度隨DEG含量增加而下降。

1.3 二甘醇含量對聚酯熱氧化穩定性的影響

二甘醇是非常容易氧化的醚鍵,受熱時容易產生降解。筆者對不同DEG含量的切片進行熱氧化穩定性測試,結果表明聚酯中的二甘醇隨DEG含量的增加,大分子鏈中弱點增加,熱氧化穩定性下降,如表2所示。

表2 二甘醇含量對聚酯熱氧化穩定性的影響

2 二甘醇對聚酯使用性能的作用

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

2.1 改善熔體流動性能

二甘醇使聚酯的熔點下降,熔融冷卻結晶溫度下降,使得相同分子質量的熔體在相同溫度下,其動力粘度隨DEG含量增加而下降,熔體在輸送過程中流動性能變好,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整性下降,增加了染料分子在聚酯非晶區的擴散速率,乙二醇殘基的旁式構象成分增多,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

隨著聚酯產能的快速增加,聚酯產品的市場競爭日趨激烈,低成本競爭成為企業的首要競爭舉措,由此使得二甘醇穩定控制的難度增大:

a）聚酯負荷隨市場變化快速調節,短時間內升降負荷頻繁;

b）PTA和EG的低料位、低庫存使得PTA、EG原料來源復雜,導致聚酯產品二甘醇變化;

c）聚酯生產中回用EG比例無規調節,隨意性大;

d）后接直紡長絲品種變更頻繁,使得聚酯熔體的停留時間變化較大。

為了恒定聚酯產品中的DEG含量,聚酯生產商開發了二甘醇添加技術,并成功用于直紡細旦長絲,收到了良好的效果。對于不同的聚酯生產裝置,二甘醇可加入不同的位置。

a）對于德國吉瑪的五釜工藝,二甘醇添加到PTA打漿釜,添加量<0.5%(w）;

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

c）對于瑞士伊文達裝置,二甘醇添加到第二酯化釜進口,添加量0.2%～0.5%(w）;

d）對于中紡院裝置,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,起到了抑制后續的醚化副反應和調節穩定產品中二甘醇的目的;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問題;再者,對直紡長絲品種變更的反應靈敏,調節迅速。

下列報道進一步說明二甘醇添加技術在直紡細旦長絲上具有顯著效果[4]。添加0.29%質量分數的二甘醇,55 dtex/144 f FDY直紡長絲的染色一等品率由85%上升到95%[5];在伊文達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];恢復啟用杜邦在低聚物管線設計的二甘醇加注系統后,可精確、穩定地控制二甘醇含量,特別在較低的生產負荷時效果更明顯。

5 結 語

a）生產線中添加二甘醇來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）調整二甘醇加入的位置與方法,保證產品中DEG的含量穩定;

c）隨著大容量熔體直紡生產技術的成熟,尤其是差別化、細旦多孔長絲的開發、深染和環保染色的要求,在聚酯生產線上添加二甘醇的生產技術越來越成熟,應用也越來越廣。

1 武榮瑞,張天驕.成纖聚合物的合成與改性[M].北京:中國石化出版社,2003.118

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

3 曾曉玲.聚酯二甘醇波動對直紡長絲的影響[J].合成技術及應用,2004,(4）:48～50

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

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

6 廖忠東.二甘醇對染色性能的影響[J].聚酯工業,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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1006-334X(2010）03-0049-03

2010-06-11

李冬清(1977-）,浙江蘭溪人,現主要從事聚酯生產技術與管理工作。