本發(fā)明涉及一種聚酯材料的制備方法，具體涉及一種纖維級聚2,3-萘二甲酸乙二醇酯材料直接聚合制備方法。

背景技術(shù)：

纖維級聚酯切片包含廣泛，隨著科技的不斷進步，具有優(yōu)良的阻隔性能的材料運用越來越廣泛。普通的PET的阻隔性是0.1 Mg/(L·24h·0.1MPa）（制成厚度為20微米的薄片氧氣透過率），不能滿足對阻隔性要求比較高的產(chǎn)品需求。

聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN），其化學(xué)結(jié)構(gòu)與PET相似，不同之處在于分子鏈中PEN由剛性更大的萘環(huán)代替了PET中的苯環(huán)，萘環(huán)結(jié)構(gòu)使PEN比PET具有更高的物理機械性能、氣體阻隔性能、化學(xué)穩(wěn)定性及耐熱、耐紫外線、耐輻射等性能。它是由2,6-萘二甲酸二甲酯（NDC）或2,6-萘二甲酸（NDA）與乙二醇（EG）縮聚而成，是一種新興的優(yōu)良聚合物。但是現(xiàn)有的聚萘二甲酸乙二醇酯（PEN）在反應(yīng)時，需要經(jīng)過酯交換過程，產(chǎn)品制成率低，且成本高。對其推廣引用帶來限制。尋求一種成本低、制成率高且阻隔性好的纖維級聚酯切片，成為行業(yè)專注的熱點。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種阻隔性能優(yōu)異的纖維級聚2,3-萘二甲酸乙二醇酯材料直接聚合制備方法，該方法具有制成率高，成本低的優(yōu)點。

本發(fā)明解決上述問題所采用的技術(shù)方案為：一種纖維級聚2,3-萘二甲酸乙二醇酯材料直接聚合制備方法，以2,3-萘二甲酸和乙二醇為基本原料，按摩爾比1:1~2.3制備成漿料，攪拌均勻后，通過漿料泵加入到反應(yīng)釜內(nèi)進行酯化反應(yīng)，反應(yīng)時間為1~6小時，生成齊聚物，得到的特性粘度在0.3~0.4dL/g，經(jīng)泵將酯化后的齊聚物連同齊聚物進縮聚釜管線上的各添加劑一起注入預(yù)縮聚反應(yīng)釜，在管線上有紅外吸收微粒等離子體裝置，預(yù)縮聚反應(yīng)釜的反應(yīng)溫度在258~290℃，真空度為0.3~25mmHg，反應(yīng)時間為1~6小時，然后產(chǎn)物進入最終縮聚反應(yīng)釜，最終縮聚反應(yīng)釜的反應(yīng)溫度為280~290℃，真空度≤1mmHg，反應(yīng)時間為1~5小時，經(jīng)快速冷卻、切粒、干燥后，得到聚2,3-萘二甲酸乙二醇酯切片，也可通過增壓泵將熔體直接連接紡絲車間進行紡絲工序。

所述紅外吸收微粒等離子體裝置包括：一密閉的可抽真空的殼體、設(shè)置于殼體內(nèi)的超聲波槽體、以及設(shè)置于超聲波槽體上的紅外線發(fā)射裝置和等離子體發(fā)生裝置；

所述超聲波裝置的工作頻率為30-50KH，超聲功率為：800-1200W。

所述紅外線發(fā)射裝置輸出電流0.3-0.6安培，750-850nm波長的紅外光照射，每分鐘15-25次脈沖照射。

所述等離子體發(fā)生裝置采用的電源頻率為30-50KHz，放電電壓為15-25KV。

所述2,3-萘二甲酸分子結(jié)構(gòu)式為：

所述聚2,3-萘二甲酸乙二醇酯的數(shù)均分子量在10000~50000之間，結(jié)構(gòu)如式為：

所述齊聚物進預(yù)聚釜管線上的添加劑包括催化劑、調(diào)色劑和二甘醇中的一種或幾種物質(zhì)。

所述催化劑為金屬化合物；所述金屬化合物包括銻系、鍺系、鈦系、鋁系或鈷系化合物。

所述調(diào)色劑采用醋酸鈷或紅藍劑。

所述添加劑先分別溶于乙二醇中，在常溫或加熱到100℃±10℃并攪拌5±2小時，制成各自的混合液，再通過泵和注入器添加到所述齊聚物中，進入預(yù)聚釜。

優(yōu)選地，所述的2,3-萘二甲酸和乙二醇的投料摩爾比優(yōu)選為1:2~2.2。

優(yōu)選地，所述的聚2,3-萘二甲酸乙二醇酯的數(shù)均分子量在15000~30000之間。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：

本申請中采用2,3-萘二甲酸為原料與乙二醇直接進行聚合反應(yīng)，不需要進行酯交換的中間反應(yīng)步驟，生產(chǎn)成本降低；但是直接聚合反應(yīng)時，反應(yīng)速度慢，易產(chǎn)生有機小分子，酯化率有待提高，增加紅外吸收微粒等離子體裝置后，通過紅外作用減少有機小分子產(chǎn)生，提高酯化率，提高成品的透明度和強度，同時通過紅外吸收微粒等離子體裝置，乙二醇可以帶負電荷，具有加快反應(yīng)的作用。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例中一種纖維級聚2,3-萘二甲酸乙二醇酯材料直接聚合制備方法的工藝流程圖。

具體實施方式

實施例1：

本實施例提供一種聚2,3-萘二甲酸乙二醇酯的制備方法，其包括如下步驟：

（1）將2,3-萘二甲酸和乙二醇按摩爾比1:2制備成漿料，攪拌均勻后，通過漿料泵加入到反應(yīng)釜內(nèi)進行酯化反應(yīng)，反應(yīng)溫度220℃，反應(yīng)時間為2.5小時，生成齊聚物；

（2）經(jīng)泵將酯化后的齊聚物連同齊聚物進縮聚釜管線上的催化劑乙二醇銻一起注入預(yù)縮聚反應(yīng)釜，在管線上有紅外吸收微粒等離子體裝置，預(yù)縮聚反應(yīng)釜的反應(yīng)溫度在280℃，真空度為15mmHg，反應(yīng)時間為1.5小時，得到預(yù)縮聚產(chǎn)物；

催化劑使用前將其溶于乙二醇中，加熱到100℃±10℃并攪拌5±2小時，再通過泵和注入器添加到所述齊聚物中，進入預(yù)聚釜；

所述紅外吸收微粒等離子體裝置包括：一密閉的可抽真空的殼體、設(shè)置于殼體內(nèi)的超聲波槽體、以及設(shè)置于超聲波槽體上的紅外線發(fā)射裝置和等離子體發(fā)生裝置；所述超聲波裝置的工作頻率為40KH，超聲功率為：1000W；紅外線發(fā)射裝置輸出電流0.5安培， 800nm波長的紅外光照射，每分鐘20次脈沖照射；所述等離子體發(fā)生裝置采用的電源頻率為40KHz，放電電壓為20KV；

（3）、將預(yù)縮聚產(chǎn)物通入終縮聚反應(yīng)釜，在溫度285℃，真空度0.7mmHg下，反應(yīng)時間為1.5小時，經(jīng)鑄帶頭去水槽快速冷卻、切粒、干燥后制得，得到聚2,3-萘二甲酸乙二醇酯切片（直接聚合法質(zhì)量指標見表1），GPC法分子量為23000。

表1

也可通過增壓泵將熔體直接連接紡絲車間進行紡絲工序。

實施例2：

本實施例提供一種聚2,3-萘二甲酸乙二醇酯的制備方法，其包括如下步驟：

（1）將2,3-萘二甲酸和乙二醇按摩爾比1:2.1制備成漿料，攪拌均勻后，通過漿料泵加入到反應(yīng)釜內(nèi)進行酯化反應(yīng)，反應(yīng)溫度220℃，反應(yīng)時間為2.5小時，生成齊聚物；

（2）經(jīng)泵將酯化后的齊聚物連同齊聚物進縮聚釜管線上的催化劑乙二醇銻一起注入預(yù)縮聚反應(yīng)釜，在管線上有紅外吸收微粒等離子體裝置，預(yù)縮聚反應(yīng)釜的反應(yīng)溫度在275℃，真空度為10mmHg，反應(yīng)時間為2小時，得到預(yù)縮聚產(chǎn)物；

催化劑使用前將其溶于乙二醇中，加熱到100℃±10℃并攪拌5±2小時，再通過泵和注入器添加到所述齊聚物中，進入預(yù)聚釜；

所述紅外吸收微粒等離子體裝置包括：一密閉的可抽真空的殼體、設(shè)置于殼體內(nèi)的超聲波槽體、以及設(shè)置于超聲波槽體上的紅外線發(fā)射裝置和等離子體發(fā)生裝置；所述超聲波裝置的工作頻率為40KH，超聲功率為：1000W；紅外線發(fā)射裝置輸出電流0.5安培， 800nm波長的紅外光照射，每分鐘20次脈沖照射；所述等離子體發(fā)生裝置采用的電源頻率為40KHz，放電電壓為20KV；

（3）、將預(yù)縮聚產(chǎn)物通入終縮聚反應(yīng)釜，在溫度280℃，真空度0.8mmHg下，反應(yīng)時間為1.5小時，經(jīng)鑄帶頭去水槽快速冷卻、切粒、干燥后制得，得到聚2,3-萘二甲酸乙二醇酯切片（直接聚合法質(zhì)量指標見表2），GPC法分子量為22000。

表2

也可通過增壓泵將熔體直接連接紡絲車間進行紡絲工序。

實施例3：

本實施例提供一種聚2,3-萘二甲酸乙二醇酯的制備方法，其包括如下步驟：

（1）將2,3-萘二甲酸和乙二醇按摩爾比1:1.6制備成漿料，攪拌均勻后，通過漿料泵加入到反應(yīng)釜內(nèi)進行酯化反應(yīng)，反應(yīng)溫度220℃，反應(yīng)時間為2.5小時，生成齊聚物；

（2）經(jīng)泵將酯化后的齊聚物連同齊聚物進縮聚釜管線上的催化劑乙二醇銻一起注入預(yù)縮聚反應(yīng)釜，在管線上有紅外吸收微粒等離子體裝置，預(yù)縮聚反應(yīng)釜的反應(yīng)溫度在275℃，真空度為10mmHg，反應(yīng)時間為2小時，得到預(yù)縮聚產(chǎn)物；

催化劑使用前將其溶于乙二醇中，在常溫下攪拌5±2小時，再通過泵和注入器添加到所述齊聚物中，進入預(yù)聚釜；

所述紅外吸收微粒等離子體裝置包括：一密閉的可抽真空的殼體、設(shè)置于殼體內(nèi)的超聲波槽體、以及設(shè)置于超聲波槽體上的紅外線發(fā)射裝置和等離子體發(fā)生裝置；所述超聲波裝置的工作頻率為40KH，超聲功率為：1000W；紅外線發(fā)射裝置輸出電流0.5安培， 800nm波長的紅外光照射，每分鐘20次脈沖照射；所述等離子體發(fā)生裝置采用的電源頻率為40KHz，放電電壓為20KV；

（3）、將預(yù)縮聚產(chǎn)物通入終縮聚反應(yīng)釜，在溫度280℃，真空度0.6mmHg下，反應(yīng)時間為2小時，經(jīng)鑄帶頭去水槽快速冷卻、切粒、干燥后制得，得到聚2,3-萘二甲酸乙二醇酯切片（直接聚合法質(zhì)量指標見表2），GPC法分子量為26000。

表3

也可通過增壓泵將熔體直接連接紡絲車間進行紡絲工序。

對比例1：

此對比例與實施例1的區(qū)別僅在于，對比例1中不采用所述紅外吸收微粒等離子體裝置，制成的產(chǎn)品檢測結(jié)果見表4。

表4

對比例2：

此對比例與實施例1的區(qū)別僅在于，對比例2中采用2,6-萘二甲酸代替2,3-萘二甲酸，制成的產(chǎn)品檢測結(jié)果見表5。

表5

對比例3：

此對比例與對比例1的區(qū)別僅在于，對比例3中采用2,6-萘二甲酸代替2,3-萘二甲酸，制成的產(chǎn)品檢測結(jié)果見表6。

表6

市售PET、PEN性能見表7。

表7

通過數(shù)據(jù)對比可知，本方法制備的聚2,3-萘二甲酸乙二醇酯，阻隔性能好，且制成率高；另外，由于聚2,3-萘二甲酸乙二醇酯羧基含量低，反應(yīng)充分，生產(chǎn)周期短，小分子產(chǎn)物少，制成率高，生產(chǎn)成本低，制品的氧氣透過率低，在相同的氧氣透過率條件下，PEN就更加高，PEN合成較困難，有的采用酯交換法生產(chǎn)和間歇法，收率低，生產(chǎn)周期較長，因為對于聚2,3-萘二甲酸乙二醇酯采用直接聚合法一步法來說的合成而言，比PEN就更低的成本了。

除上述實施例外，本發(fā)明還包括有其他實施方式，凡采用等同變換或者等效替換方式形成的技術(shù)方案，均應(yīng)落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護范圍之內(nèi)。