專利名稱：連續(xù)生產(chǎn)阻燃性聚酯的方法及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種阻燃性聚酯的生產(chǎn)方法及設(shè)備。
背景技術(shù)：
據(jù)知，特別是聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚對(duì)苯二甲酸丙二醇酯和聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯，由于其機(jī)械、物理、化學(xué)性能優(yōu)異，因而在纖維、薄膜和其他模塑產(chǎn)品中得到廣泛應(yīng)用。聚酯纖維屬于熔融性可燃纖維，隨著其應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，在某些特殊的使用場(chǎng)合，如航空、娛樂場(chǎng)所、家庭等的裝飾材料或特殊行業(yè)所用的防護(hù)服等方面，則要求其達(dá)到一定的阻燃要求，否則將大大提高火災(zāi)的不安全性。
為了使高分子聚合物具備抗燃性，就需要對(duì)其進(jìn)行阻燃化。目前對(duì)高分子材料進(jìn)行阻燃化大致有兩種方法一種是共聚阻燃改性，即將阻燃單體與聚合物單體一起共聚，二是添加阻燃劑進(jìn)行共混改性。共混改性是在聚酯切片制造過程中添加共混阻燃劑制造阻燃切片或在紡絲時(shí)添加阻燃劑與聚酯熔體共混制成共混阻燃纖維。
共混法對(duì)阻燃劑的要求十分嚴(yán)格，阻燃劑的耐熱性能必須與加工的工藝條件相匹配，要求阻燃劑的熔點(diǎn)大于聚酯干燥溫度，分解溫度大于造粒溫度和紡絲溫度。阻燃劑的粒度細(xì)小程度應(yīng)該與紡絲加工工藝相符并使絲的質(zhì)量穩(wěn)定。另外，阻燃劑要與基體有較好的為分散性與相容性。磷系阻燃劑因其穩(wěn)定性好、無鹵、無毒，阻燃性能穩(wěn)定持久，是其他溴系、共混型阻燃劑無法比擬的。
而作為聚酯生產(chǎn)方法有兩種一種是釜式聚合，另外一種是連續(xù)聚合。釜式聚合可以生產(chǎn)出多品種聚酯品，但是成本比較高并且聚合物品質(zhì)不穩(wěn)定。為了降低生產(chǎn)成本穩(wěn)定聚合物品質(zhì)，越來越多的廠家采用連續(xù)聚合的制造方法。但是，連續(xù)聚合方法所得聚酯品種比較單一，這樣大大限制了聚酯品種多樣性的開發(fā)。
為了得到阻燃性聚酯，人們采用了聚酯共混技術(shù)?，F(xiàn)有生產(chǎn)聚酯共混物技術(shù)中，聚酯都以固體形式送到生產(chǎn)共混物的現(xiàn)場(chǎng)。在所述送料之前該聚酯的生產(chǎn)一般發(fā)生在距共混物生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)很遠(yuǎn)的地方，過程涉及將單體結(jié)構(gòu)單元以化學(xué)鍵連接成一體。以固體形式將聚酯送到共混物生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)要求聚酯在生產(chǎn)裝置中冷卻，隨后任選地造粒已達(dá)到固化，此種常用的傳統(tǒng)方式帶來以下缺點(diǎn)冷卻，固化、造粒、儲(chǔ)藏、運(yùn)輸和熔融等所述步驟，成本高昂，手續(xù)繁多。況且，所要求的能耗必然導(dǎo)致對(duì)環(huán)境的影響。共混組分在混煉設(shè)備中的融融構(gòu)成該聚酯在高溫下的額外暴露，這會(huì)造成降解以及因此生產(chǎn)的共混物品質(zhì)的惡化。這對(duì)于熱敏性聚酯來說尤其嚴(yán)重。最后，對(duì)共混物生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)使用的聚酯在熔融前進(jìn)行干燥可能證明是必須的，倘若運(yùn)輸和儲(chǔ)藏期間所吸收的任何濕氣都會(huì)造成熔體中的聚酯降解。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種方法簡(jiǎn)單、易操作、連續(xù)生產(chǎn)質(zhì)量好的阻燃性聚酯的方法及設(shè)備。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種連續(xù)生產(chǎn)阻燃性聚酯的方法，其特征是包括下列步驟
①將聚合設(shè)備中聚合成的聚酯熔體通過主管道輸入共混合裝置；②將阻燃性功能粒子先加入分散劑在氣流粉粉碎機(jī)中進(jìn)行粉碎和分散處理，然后與聚酯在混合器中混合；③將步驟②得到的混合物加入步驟①中的共混合裝置中共混處理，得阻燃性聚酯。
步驟②中的聚酯是直接加入混合器中的聚酯切片或是從聚合設(shè)備經(jīng)過支管進(jìn)入混合器中的熔融態(tài)聚酯。
聚酯、阻燃性功能粒子和助劑三種組份的原料用量按重量百分比計(jì)為聚酯48％～99.4％，阻燃性功能粒子0.2％～50％，分散劑0.1％～5％。聚酯為聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚對(duì)苯二甲酸丙二醇酯或聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯。分散劑為聚乙二醇、三羥甲基乙烷、硬脂酸金屬鹽、聚乙烯吡咯烷酮或鋁鈦復(fù)合型偶聯(lián)劑。在步驟②混合器中，還加有抗氧劑，是受阻酚類抗氧劑(如抗氧劑IR1010、抗氧劑1076)和亞磷酸酯類抗氧劑(如抗氧劑TNP、168)，抗氧劑的用量為聚酯總重量的0.01～0.5％。
阻燃性功能粒子是磷系阻燃劑，是2-羧乙基苯磷酸、2-羧乙基甲基磷酸酯或2-羧乙基甲基磷酸，其對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)式分別為 優(yōu)選2-羧乙基苯磷酸(濟(jì)南三太阻燃制品有限公司ST共聚阻燃劑)。
熔融態(tài)聚酯是聚對(duì)苯二甲酸烷烴二醇酯，熔優(yōu)選聚對(duì)苯二甲酸烷烴二醇酯，、聚對(duì)苯二甲酸丁二酯或聚對(duì)苯二甲酸1，3-丙二醇酯，尤其優(yōu)選聚對(duì)苯二甲酸乙二酯。熔融態(tài)聚酯的溫度為220～320℃。阻燃性功能粒子與聚酯的混合器為螺桿式混合器。共混合裝置及阻燃性功能粒子與聚酯的混合器，它們的混合長(zhǎng)度與混合直徑的比值為20～601。
一種連續(xù)生產(chǎn)阻燃性聚酯的設(shè)備，其特征是有粒子微加工設(shè)備與混合器連接，混合器和共混合裝置連接，混合器通過主管道與連續(xù)聚合設(shè)備連接。
混合器通過支管與連續(xù)聚合設(shè)備相連接。有多余聚酯輸出管與主管連接。功能粒子與聚酯的混合器為螺桿式混合器。共混合裝置及功能粒子與聚酯的混合器，它們的混合長(zhǎng)度與混合直徑的比值為20～60∶1。
本發(fā)明方法簡(jiǎn)單，設(shè)備結(jié)構(gòu)合理，易操作，阻燃劑分散均一，品種穩(wěn)定，生產(chǎn)的聚酯質(zhì)量好，生產(chǎn)成本低。
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
圖1是本發(fā)明實(shí)施例1～7的設(shè)備結(jié)構(gòu)示圖。
圖2是本發(fā)明實(shí)施例8的設(shè)備結(jié)構(gòu)示圖。
圖3是本發(fā)明實(shí)施例9的設(shè)備結(jié)構(gòu)示圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1以對(duì)苯二甲酸和乙二醇為原料在200～260℃溫度下進(jìn)行酯化反應(yīng)，然后在280～300℃溫度、低于300Pa真空下進(jìn)行重縮聚反應(yīng)，連續(xù)生產(chǎn)粘度達(dá)到0.655的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(簡(jiǎn)寫為PET)(或聚對(duì)苯二甲酸丙二醇酯或聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯)熔體。連續(xù)聚合設(shè)備1中的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯熔體在溫度為220～300℃(例220℃、240℃、280℃、300℃)下，以1000Kg/h速度通過主管道2輸入共混合裝置3，同時(shí)支管4將聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯輸入螺桿式混合器5，供給量為5kg/h；ST阻燃劑(功能粒子)即2-羧乙基苯磷酸阻燃粉體(或2-羧乙基甲基磷酸酯、2-羧乙基甲基磷酸)先加入分散劑聚乙二醇(或三羥甲基乙烷或硬脂酸金屬鹽或聚乙烯吡咯烷酮或鋁鈦復(fù)合型偶聯(lián)劑)在扁平式氣流粉粉碎機(jī)12中進(jìn)行粉碎和分散處理，然后加入到螺桿式混合器5中混合，供給量是5kg/h?；旌衔镞M(jìn)一步進(jìn)入共混合裝置3中共混處理，得阻燃性聚酯。共混合裝置3中的共混溫度為280℃。ST阻燃劑即2-羧乙基苯磷酸阻燃粉體在制得阻燃性聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯中含量為0.5％。分散劑的用量為聚酯、阻燃粉體和分散劑三種原料總用量的0.1～5％。然后采用普通紡絲機(jī)進(jìn)行常規(guī)紡絲及牽伸工藝制成阻燃纖維。纖維極限氧指數(shù)為29。上述共混合裝置3及阻燃性粉體與聚酯的螺桿式混合器5，它們的混合長(zhǎng)度與混合直徑的比值均為20～60∶1，其中直徑為20～100厘米。
實(shí)施例2～6的制備工藝如同實(shí)施例1。其試驗(yàn)結(jié)果如下所示
實(shí)施例7以對(duì)苯二甲酸和乙二醇為原料在200～260℃溫度下進(jìn)行酯化反應(yīng)，然后在280～300℃溫度、低于300Pa真空下進(jìn)行重縮聚反應(yīng)，連續(xù)生產(chǎn)粘度達(dá)到0.655的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(簡(jiǎn)寫為PET)熔體。連續(xù)聚合設(shè)備1中的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯熔體在溫度為220～300℃(例220℃、240℃、280℃、300℃)下，以1000kg/h速度通過主管道2輸入共混合裝置3，同時(shí)支管4將聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯輸入螺桿式混合器5，供給量為5kg/h；ST阻燃劑即2-羧乙基苯磷酸阻燃粉體先加入分散劑聚乙二醇(或三羥甲基乙烷或硬脂酸金屬鹽或聚乙烯吡咯烷酮或鋁鈦復(fù)合型偶聯(lián)劑)在扁平式氣流粉粉碎機(jī)12中進(jìn)行粉碎和分散處理，與抗氧劑IR1010(或抗氧劑1076、抗氧劑TNP、168)混合后加入到螺桿式混合器5中，供給量是5kg/h?；旌衔镞M(jìn)一步進(jìn)入共混合裝置3中共混處理，得阻燃性聚酯。共混合裝置3中的共混溫度為280℃。ST阻燃劑即2-羧乙基苯磷酸阻燃粉體在制得阻燃性聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯中含量為0.5％。抗氧劑IR1010用量為聚酯總重量的0.01～0.5％。分散劑的用量為聚酯、阻燃粉體和分散劑三種原料總用量的0.1～5％。然后采用普通紡絲機(jī)進(jìn)行常規(guī)紡絲及牽伸工藝制成阻燃纖維。纖維極限氧指數(shù)為29。上述共混合裝置3及阻燃性粉體與聚酯的螺桿式混合器5，它們的混合長(zhǎng)度與混合直徑的比值均為20～60，其中直徑為20～100厘米。
實(shí)施例8以對(duì)苯二甲酸和乙二醇為原料在200～260℃溫度下進(jìn)行酯化反應(yīng)，然后在280～300℃溫度、低于300Pa真空下進(jìn)行重縮聚反應(yīng)，連續(xù)生產(chǎn)粘度達(dá)到0.655的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯(簡(jiǎn)寫為PET)熔體。連續(xù)聚合設(shè)備6中的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯熔體在溫度為220～300℃(例220℃、240℃、280℃、300℃)下，以1000kg/h速度通過主管道7輸入共混合裝置8，同時(shí)將聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯切片輸入螺桿式混合器9，供給量為5kg/h；ST阻燃劑即2-羧乙基苯磷酸阻燃粉體先加入分散劑聚乙二醇(或三羥甲基乙烷或硬脂酸金屬鹽或聚乙烯吡咯烷酮或鋁鈦復(fù)合型偶聯(lián)劑)在扁平式氣流粉粉碎機(jī)13中進(jìn)行粉碎和分散處理，然后加入到螺桿式混合器9中，供給量是5kg/h?；旌衔镞M(jìn)一步進(jìn)入共混合裝置8中共混處理，得阻燃性聚酯。共混合裝置8中的共混溫度為280℃。ST阻燃劑即2-羧乙基苯磷酸阻燃粉體在制得阻燃性聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯中含量為0.5％。分散劑的用量為聚酯、阻燃粉體和分散劑三種原料總用量的0.1～5％。然后采用普通紡絲機(jī)進(jìn)行常規(guī)紡絲及牽伸工藝制成阻燃纖維。纖維極限氧指數(shù)為29。上述共混合裝置8及阻燃性粉體與聚酯的螺桿式混合器9，它們的混合長(zhǎng)度與混合直徑的比值均為20～60，其中直徑為20～100厘米。
實(shí)施例9有多余聚酯輸出管10、11與主管連接，其余同實(shí)施例1。這些分流出的多余聚酯，可以直接用于紡絲、成膜加工或制成聚酯切片。
實(shí)施例10聚酯、阻燃性粉體和分散劑三種組份的原料總用量按重量計(jì)為聚酯48％～99.4％(例48％、70％、99％)，阻燃性功能粒子0.2％～50％(例50％、29％、0.2％)，分散劑0.1％～2％(例2％、1％、0.3％)。其余同實(shí)施例1。
比較例1釜式聚合的粘度為0.655聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯切片和ST阻燃粉體在L/D為44的2軸擠出機(jī)共混制造母粒，共混溫度為280℃。母粒中ST阻燃粉體的重量份為50％。然后母粒和上述的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯切片在上述的條件下再次混合制造切片粒子，此切片粒子中ST阻燃粉體的重量份為4％。然后采用普通紡絲機(jī)進(jìn)行常規(guī)紡絲及牽伸工藝制成纖維。纖維的極限氧指數(shù)26～30，斷裂強(qiáng)度3.0～3.4 cN/dtex。
比較例2釜式聚合的粘度為0.655聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯切片和ST阻燃粉體在L/D為44的2軸擠出機(jī)共混制造母粒，共混溫度為280℃。母粒中ST阻燃粉體的重量份為50％。然后母粒和上述的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯切片在上述的條件下再次混合制造切片粒子，此切片粒子中ST阻燃粉體的重量份為18％。然后采用普通紡絲機(jī)進(jìn)行常規(guī)紡絲及牽伸工藝制成纖維。纖維的極限氧指數(shù)27～31，斷裂強(qiáng)度2.9～3.2cN/dtex。
比較例3連續(xù)聚合的粘度為0.655聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯切片和ST阻燃粉體在L/D為44的2軸擠出機(jī)共混制造母粒，共混溫度為280℃。母粒中ST阻燃粉體的重量份為50％。然后母粒和上述的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯切片在上述的條件下再次混合制造切片粒子，此切片粒子中ST阻燃粉體的重量份為4％。然后采用普通紡絲機(jī)進(jìn)行常規(guī)紡絲及牽伸工藝制成纖維。纖維的極限氧指數(shù)31～32，斷裂強(qiáng)度3.8cN/dtex。
比較例4連續(xù)聚合的粘度為0.655聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯切片和ST阻燃粉體在L/D為44的2軸擠出機(jī)共混制造母粒，共混溫度為280℃。母粒中ST阻燃粉體的重量份為50％。然后母粒和上述的聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯切片在上述的條件下再次混合制造切片粒子，此切片粒子中ST阻燃粉體的重量份為18％。然后采用普通紡絲機(jī)進(jìn)行常規(guī)紡絲及牽伸工藝制成纖維。纖維的極限氧指數(shù)32，斷裂強(qiáng)度3.5cN/dtex。
測(cè)試方法極限氧指數(shù)的測(cè)試方法按照GB5454-1997，該標(biāo)準(zhǔn)是非等效采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO45891984斷裂強(qiáng)度測(cè)試方法按照GB/T3923.2-1998紡織品織物拉伸性能第2部分?jǐn)嗔褟?qiáng)力的測(cè)定抓樣法。
權(quán)利要求
1.一種連續(xù)生產(chǎn)阻燃性聚酯的方法，其特征是包括下列步驟①將聚合設(shè)備中聚合成的聚酯熔體通過主管道輸入共混合裝置；②將阻燃性功能粒子先加入分散劑在氣流粉粉碎機(jī)中進(jìn)行粉碎和分散處理，然后與聚酯在混合器中混合；③將步驟②得到的混合物加入步驟①中的共混合裝置中共混處理，得阻燃性聚酯。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)生產(chǎn)阻燃性聚酯的方法，其特征是步驟②中的聚酯是直接加入混合器中的聚酯切片或是從聚合設(shè)備經(jīng)過支管進(jìn)入混合器中的熔融態(tài)聚酯。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的連續(xù)生產(chǎn)阻燃性聚酯的方法，其特征是聚酯、阻燃性功能粒子和分散劑三種組份的原料用量按重量百分比計(jì)為聚酯48％～99.4％，阻燃性功能粒子0.2％～50％，分散劑0.1％～5％；聚酯為聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚對(duì)苯二甲酸丙二醇酯或聚對(duì)苯二甲酸丁二醇酯；分散劑為聚乙二醇、三羥甲基乙烷、硬脂酸金屬鹽、聚乙烯吡咯烷酮或鋁鈦復(fù)合型偶聯(lián)劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的連續(xù)生產(chǎn)阻燃性聚酯的方法，其特征是阻燃性功能粒子是磷系阻燃劑，是2-羧乙基苯磷酸、2-羧乙基甲基磷酸酯或2-羧乙基甲基磷酸，其對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)式分別為
5.一種連續(xù)生產(chǎn)阻燃性聚酯的設(shè)備，其特征是有粒子微加工設(shè)備與混合器連接，混合器和共混合裝置連接，混合器通過主管道與連續(xù)聚合設(shè)備連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的連續(xù)生產(chǎn)阻燃性聚酯的設(shè)備，其特征是混合器通過支管與連續(xù)聚合設(shè)備相連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的連續(xù)生產(chǎn)阻燃性聚酯的設(shè)備，其特征是有多余聚酯輸出管與主管連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的連續(xù)生產(chǎn)阻燃性聚酯的設(shè)備，其特征是功能粒子與聚酯的混合器為螺桿式混合器。
9.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的連續(xù)生產(chǎn)阻燃性聚酯的設(shè)備，其特征是共混合裝置及功能粒子與聚酯的混合器，它們的混合長(zhǎng)度與混合直徑的比值為20～60∶1。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種連續(xù)生產(chǎn)阻燃性聚酯的方法及設(shè)備，方法包括將聚合設(shè)備中聚合成的聚酯熔體通過主管道輸入共混合裝置、將阻燃性功能粒子先加入助劑在氣流粉粉碎機(jī)中進(jìn)行粉碎和分散處理，然后與聚酯在混合器中混合、將得到的混合物加入共混合裝置中共混處理，得阻燃性聚酯。設(shè)備有粒子微加工設(shè)備與混合器連接，混合器和共混合裝置連接，混合器通過主管道與連續(xù)聚合設(shè)備連接。本發(fā)明方法簡(jiǎn)單，設(shè)備結(jié)構(gòu)合理，易操作，分散劑分散均一，品種穩(wěn)定，生產(chǎn)的聚酯質(zhì)量好，生產(chǎn)成本低。
文檔編號(hào)C08K5/521GK101024717SQ20061003851
公開日2007年8月29日 申請(qǐng)日期2006年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月23日
發(fā)明者楊娟, 李旭, 本田圭介 申請(qǐng)人:東麗纖維研究所(中國(guó))有限公司