玉米基乙二醇/丁二酸/PTA共聚酯纤维的研究

论文摘要

利用可再生的玉米资源生产聚酯化工原料——乙二醇/丙二醇,是国家发改委支持的2005年度重大项目,这对降低石油资源的依赖度,促进聚酯产业的可持续发展具有重要意义。2005年长春大成集团与东华大学合作,率先在国际上成功实现了以玉米为原料制备乙二醇(简称:玉米基乙二醇),丙二醇和丁二醇等聚酯工业的主要原料的工业化试验,并成功共聚出以乙二醇为主的聚对苯二甲酸多组分二元醇酯(简称:PDT)。也就是说,按重量比来看,PDT中还有三分之二的二元酸原料来自石油工业。本课题得到上海市科委支持,探索现有聚酯原料中另外三分之二重量的二元酸能否部分也来自于可再生资源(如:丁二酸(SA)),如能成功,这将符合我国聚酯工业发展要减少对石油原料依赖性的国家战略,该研究结果将为有关决策者在振兴东北工业项目(开发丁二酸)的选择方面提供一个参考。本课题研究的主要内容是:在现有的工业化聚合设备条件下,探索可用多少丁二酸来取代对苯二甲酸(PTA),共聚改性后的共聚酯(PSET)纤维的可纺性及染色性;以及共聚酯纤维的结构变化。为加快产业化,本文先完成了实验室6升釜上的一系列共聚试验:将玉米基乙二醇(EG)和丁二酸(SA)、PTA进行共聚,制得一系列的共聚酯(PSET);研究SA的添加量对共聚酯(PSET)的结构性能的影响;DSC、红外光谱(FTIR)以及核磁共振(NMR)等测试方法证实了共聚是成功的;同时表明:在PET大分子链中无规引入SA后,共聚物的玻璃化温度(T_g),结晶温度(T_c),及熔点(T_m)等均有所下降。而后,本文讨论了二釜30升10kg级的一系列聚合结果,和对聚合切片所作的纺丝和染色结果。结果得出:1)随SA含量增加,聚合难度增加;当PTA:SA的mol比为1∶1时(接近等规共聚),聚合困难;2)加入0.1%纳米二氧化硅,有利于聚合;3)只要含5%SA的共聚酯(PSET)就已有优于PET的纺丝性能和染色性能,其上染率、色牢度、和耐磨擦度均比纯PET好。最后,在上述研究基础上,本文完成了含5%SA的玉米基乙二醇共聚酯(PSET)的15吨级的工业化聚合试验,和POY高速纺丝工业化试验。结果表明:玉米基乙二醇完全可以用于共聚酯纤维工业;加入少量丁二酸和纳米微粒改性后的共聚酯(PSET)纤维的可纺性优于PET;该共聚酯(PSET)纤维能够实现常压沸染。由此,本文为长春大成集团20万吨玉米基二元醇项目2008年全面投产后的市场开发提供了一种高质量的新型共聚纤维。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的背景和意义
• 1.2 乙二醇的性能及制备工艺
• 1.2.1 乙二醇的性质
• 1.2.2 石油基乙二醇的制备方法
• 1.2.3 玉米基乙二醇的制备方法
• 1.3 丁二酸的性能及制备
• 1.4 PET纤维的性能及制备
• 1.4.1 PET纤维的性能
• 1.4.2 PET的制备
• 1.5 PET改性纤维
• 1.5.1 目前国内外PET纤维的改性方法
• 1.5.2 目前已研制出的PET改性纤维
• 1.6 PET纤维的染色
• 1.7 本论文研究的主要目的、内容和创新点
• 1.7.1 研究的目的和意义
• 1.7.2 本课题研究的内容
• 1.7.3 本课题的主要创新点
• 参考文献
• 第二章 第三单体丁二酸（SA）改性玉米基共聚酯的制备
• 2.1 前言
• 2.2 实验原材料
• 2.3 实验仪器和设备
• 2.4 实验方法
• 2.4.1 PSET共聚酯的制备
• 2.5 分析测试
• 2.5.1 共聚酯PSET分子量的估算
• 2.5.2 红外光谱（FTIR）扫描
• 2.5.3 核磁共振（NMR）测试
• 2.5.4 差示扫描量热（DSC）的测试
• 2.6 结果与讨论
• 2.6.1 特性粘度与共聚酯PSET的关系
• 2.6.2 酯化反应温度对共聚酯PSET组成的影响
• 2.6.3 酯化反应温度对反应速率的影响
• 2.6.4 真空缩聚反应温度对反应速率的影响
• 2.6.5 真空缩聚反应时间对反应速率的影响
• 2.6.6 缩聚反应真空度对反应速度的影响
• 2.6.7 催化剂用量对反应速度的影响
• 2.6.8 不同SA添加量对共聚酯PSET分子量的影响
• 2.7 本章小结
• 参考文献
• 第三章 玉米基共聚酯的结构及性能
• 3.1 前言
• 3.2 玉米基共聚酯PSET的性能分析
• 3.2.1 玉米基共聚酯PSET的红外光谱（FTIR）分析
• 3.2.2 玉米基共聚酯PSET的热性能（DSC）分析
• 3.2.2.1 SA添加量对玉米基共聚酯PSET的热性能的影响
• 1NHMR）分析'>3.2.3 玉米基共聚酯PSET的核磁谱图（¹NHMR）分析
• 3.3 本章小结
• 参考文献
• 第四章 玉米基共聚酯纤维的制备
• 4.1 前言
• 4.2 实验
• 4.2.1 实验原料
• 4.2.2 实验仪器
• 4.2.3 玉米基共聚酯PSET纤维的制备
• 4.2.4 玉米基共聚酯PSET纤维的性能测试
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 干燥条件对玉米基共聚酯PSET纺丝的影响
• 4.3.2 纺丝温度对玉米基共聚酯PSET可纺性的影响
• 4.3.3 拉伸工艺对玉米基共聚酯PSET纤维性能的影响
• 4.3.4 SA添加量对新型共聚酯PSET纤维断裂伸长的影响
• 4.3.5 SA添加量对玉米基共聚酯PSET纤维取向度的影响
• 4.3.6 SA添加量对玉米基共聚酯PSET纤维沸水收缩率的影响
• 4.4 本章小结
• 参考文献
• 第五章 玉米基共聚酯纤维的染色性能
• 5.1 前言
• 5.2 实验
• 5.2.1 实验原料
• 5.2.2 实验及测试设备
• 5.2.3 玉米基共聚酯PSET纤维的染色
• 5.2.4 玉米基共聚酯PSET纤维染料上染率的测定
• 5.2.5 玉米基共聚酯PSET纤维染色牢度的测定
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 染料的影响
• 5.3.2 温度影响
• 5.3.3 pH值的影响
• 5.3.4 第三单体SA添加量对玉米基共聚酯PSET纤维的上染率的影响
• 5.3.5 第三单体SA添加量对玉米基共聚酯PSET纤维的染色牢度的影响
• 5.3.6 第三单体SA添加量对玉米基共聚酯PSET纤维的密度/染色性能影响
• 5.3.7 X射线衍射分析共聚酯PSET纤维结晶度测试
• 5.4 本章小结
• 参考文献
• 第六章 工业化吨级试验及结论
• 6.1 工业化吨级试验
• 6.2 结论
• 致谢
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