异山梨醇改性聚酯纤维的开发及应用研究

论文摘要

聚酯纤维可能是除石油能源之外消耗石油资源的最大品种。而来自于可再生生物资源的山梨醇的制造成本非常低,山梨醇的价格只有乙二醇的三分之一,我国东北现山梨醇原料富余。为探索我国聚酯纤维工业的可持续发展途径,并为振兴东北工业提供项目依据,本文探索了是否能用异山梨醇作为聚酯纤维工业原料。本文对山梨醇到异山梨醇的制备方法和转化率进行了讨论;并利用异山梨醇与对苯二甲酸、乙二醇共聚,合成了聚对苯二甲酸乙二醇异山梨醇酯(PESIT);在实验室1L共聚成功的基础上,完成了30L、10公斤级的中试共聚实验;最后又用所得的10公斤级的PESIT,在现有的聚酯工业化POY高速纺丝设备上进行纺丝试验,对PESIT的纺丝工艺、可纺性和PESIT纤维的性能作了初步的评价。山梨醇到异山梨醇的制备是一种脱水转变。本文试尝了几种方法后,最终还是采用了现已工业化的、以浓硫酸为催化剂的处理方法。对脱水产物进行了质谱、红外、紫外和核磁分析,确定了产物确为异山梨醇,同时,得出该方法中的异山梨醇的得率最高约为30%。本文讨论了异山梨醇含量分别为3%、5%、10%和20%四种聚对苯二甲酸乙二醇异山梨醇酯(PESIT)的聚合工艺。利用核磁和红外测试结果对样品进行了。PESIT共聚结构的确认;对PESIT作了DSC、TG热性能分析和特性粘度分析。核磁和红外分析表明:聚合物中含有异山梨醇结构单元;随着异山梨醇含量增加,聚合物中亚甲基含量降低而异山梨醇结构单元数增加。DSC分析表明:异山梨醇结构的引入使共聚酯玻璃化转变温度(T_g)和结晶温度(T_c)均比参照的PET样品高,异山梨醇含量越高,上述温度也越高。可能因为异山梨醇为杂环结构,使大分子运动活性降低。而与此相反,TG分析表明:随着异山梨醇结构单元数的增加,热分解温度降低,这可能是由于异山梨醇结构中含有醚键,醚键容易氧化所致。X衍射、声速取向仪、电子拉伸试验机和SEM的测试结果表明:PESIT纤维结晶度和取向度均比PET低,并且随含量增加而降低;纤维的力学分析表明:该类纤维断裂强度及断裂伸长要比常规PET纤维有明显提高,这与在纺丝过程中观察到较低断头率一致,PESIT切片有比PET更好的可纺性;上染率测试表明:PESIT纤维的上染率只比PET纤维有少许提高。本文从异山梨醇的制备起、到聚对苯二甲酸乙二醇异山梨醇酯(PESIT)的合成、再到PESIT纤维的制备、再到纤维性能测试的整个实验结果表明:完全可利用现有的聚酯工业中的聚合设备和纺丝设备制备聚对苯二甲酸乙二醇异山梨醇酯(PESIT)纤维;PESIT纤维有比PET纤维更好的可纺性和与PET纤维相近的性能;只要异山梨醇能够实现大规模的工业化、降低制造成本,PESIT纤维将可能是PET纤维的潜在替代品种之一;异山梨醇在共聚纤维中的含量可达20%,开发异山梨醇是降低我国对石油资源依赖的可能途径;这条产业链的瓶颈是采用现有的由山梨醇到异山梨醇的工艺的得率太低,因此,寻找高转换率的异山梨醇制造工艺也可能是我国聚酯纤维工业可持续发展的途径之一。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 PET的发展概况
• 1.2 山梨醇的介绍
• 1.3 异山梨醇的介绍
• 1.4 异山梨醇在聚酯工业中的应用
• 1.5 本文研究的意义、内容及创新点
• 第二章 异山梨醇的制备
• 2.1 引言
• 2.2 异山梨醇制备机理
• 2.3 实验部分
• 2.4 结果与讨论
• 2.5 本章小结
• 第三章 聚对苯二甲酸乙二醇异山梨醇酯的制备与性能分析
• 3.1 引言
• 3.2 聚对苯二甲酸乙二醇异山梨醇酯（PESIT）的合成机理
• 3.3 实验原料
• 3.4 实验部分
• 3.5 高聚物PESIT测试分析
• 3.6 本章小结
• 第四章 PESIT纤维的制备和性能分析
• 4.1 前言
• 4.2 实验部分
• 4.3 PESIT纤维制备影响因素
• 4.4 PESIT纤维性能测试
• 4.5 PESIT纤维染色性能测试
• 4.6 本章小结
• 第五章 总结
• 参考文献
• 致谢
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