论阳离子染料可染PTT共聚酯的合成及性能研究报告

1、聚对苯二甲酸丙二醇酯论文：阳离子染料可染PTT共聚酯的合成及性能研究【中文摘要】聚对苯二甲酸丙二醇酯（PTT）是一种新型聚酯材料，因其具有独特的性能而在服装、地毯、非织造布等领域具有广阔的应用前景,是当前国际上的热门高分子新材料之一。但由于PTT分子链中没有亲染料基团存在,导致传统的PTT纤维只能用分散染料进展染色,与阳离子染料染色相比,分散染料染色存在环保效果差、色谱不全、色泽不艳、设备投资本钱高等缺点,在一定程度上限制了PTT在纤维上的应用。本文首先合成了间苯二甲酸丙二醇酯-5-磺酸钠（SIPP）然后引入SIPP为第三改性组分，以及两种不同第四组分聚1,6-己二酸-1,4-丁二醇酯（PBA

2、）和聚乙二醇（PEG）,通过直接酯化-缩聚工艺对PTT进展共聚改性,合成了一系列具有阳离子染料可染性能的共聚酯,并用核磁共振波谱仪（1H-NMR）分析了共聚酯的构造和组成,采用差示扫描量热仪（DSC加热重分析仪（TGA）分析了共聚酯的根本热性能，利用双料管注塞式毛细管流变仪研究了共聚酯的流变性能，用DSC法分析了共聚酯的非等温结晶性能,为改性共聚酯的纺丝及其它后加工工艺提供根底数据。SIPP的合成工艺研究结果说明，钛酸四丁酯（Ti（OBu）4）对SIPP的合成反响有较好的催化活性，其用量为1000Ppm较为适宜，继续增加催化剂用量对反响速率影响不大，投料时1,3-PDO与SIPM的摩尔配比为1

3、0.14:1时最正确,在反响温度为173时,反响速率较快且产物色泽良好。采用直接酯化-缩聚工艺合成改性共聚酯时,缩聚反响速率随着反响温度升高而加快,但温度过高会导致产物端羧基含量偏高,缩聚阶段温度控制在16*170C。引入第三组分SIPP使缩聚反响速率加快，但缩聚反响后期熔体流动性变差,不利于产物特性粘度的提高,而引入第四组分PBA或PEG时,情况正好与此相反。常规PTT的玻璃化转变温度(Tg)、冷结晶温度(Tc)和熔点(Tm)分别为44.8C、68.9C和224.9,随着第三组分摩尔含量的增加,共聚酯的Tg先下降后升高,Tc逐渐升高,Tm逐渐降低;而随着第四组分PBA或PEG的质量百分含量的

4、上升,共聚酯的Tg、Tc和Tm都逐渐降低。热重分析结果说明,所有改性共聚酯的热失重温度均在360以上,说明改性共聚酯的热稳定性能良好,都能满足进一步加工工艺的要求。流变分析结果显示,PTT及各共聚酯均属于非牛顿流体,非牛顿指数都小于1,在所考察的剪切速率X围内都表现出剪切变稀特性。第三组分SIPP的引入使共聚酯的流变性能变差，而引入第四组分PBA或PEG均能改善共聚酯的流变性能,有利于改性共聚酯的后续纺丝工艺。PTT及其改性共聚酯的非等温结晶动力学行为与Jeziorny方程相吻合,PTT的Avrami指数n在4.244.61之间，其结晶是按照均相成核并伴随三维球晶生长方式为主引入第三组分或第四

5、组分后,结晶的完善程度大大降低,结晶焓下降,共聚酯的Avrami指数n都在1.722.64之间从而我们推测改性共聚酯结晶以异相成核方式为主。改性共聚酯的结晶活化能在13.27(kJ/molK)以上，明显要高于常规PTT的11.33(kJ/molK),说明经过阳离子染料可染改性后的共聚酯的结晶能力变差,降温速率对改性共聚酯的结晶过程影响较大,因此,在改性共聚酯的加工过程中对降温速率的控制极为重要。【英文摘要】Asanewlypolyester,Poly(trimethyleneterephthalate)(PTT)haswideapplicationprospectsinclothing,car

6、pets,non-wovenfabricetcforitsuniqueproperties.However,thereisnogroupthatcanformchemicalorlonicbondswithdyesinthemolecularchainofPTT,resultinginthePTTfibersonlycanbedyedwithdispersedyes.paredwithcationicdyes,theusingofdispersedyeshasmanydisadvantages,suchasthepoorenvironmentaleffects,theinpleteofchro

7、matography,notbrilliantofthecolorandthehugeinvestmentinequipment,toacertainextent,limitedtheapplicationofPTTinthefiberindustries.Inthispaper,SIPPwassynthesised,andthenSIPPwasusedasthirdmonomer,PBAandPEGwereemployedasforthmonomertosynthesisaseriesofmodifiedPTTbypolycondensation.Thepositionsandstructu

8、resofcopolyestersweredeterminedby1H-NMR.DifferentialScanningCalorimetry(DSC)andThermogravimetricAnalysis(TGA)wereusedtoanalyzethethermalpropertiesofcopolyesters.Therheologicalpropertiesandthenon-isothermalcrystallizationbehaviorofcopolyestersweredetectedbycapillaryrheometerandDSC,whichcouldprovideba

9、sicdataforspinningorotherprocessingofmodifiedcopolyesters.ThesynthesisconditionsofSIPPwereoptimized,resultsshowedthatTi(OBu)4wasaefficientcatalystandtheamountofitwasappropriateto1000ppm,continuingtoincreasetheamountofcatalysthaslittleeffectonthereactionrate.Thebestfeedingratioof1,3-PDOandSIPMis10.14

10、:1.Thereactionratewasfasterandtheproducthasgoodcolorwhenthereactiontemperaturewas17.3Thepolycondensationreactionratewasacceleratedwiththerisingofthereactiontemperature,buttheconcentrationoftheendcarboxylwastoohighatthehigherreactiontemperature,thereactiontemperaturewascontrolledbetween165to170asbett

11、er.TheintroductionofthethirdmonomerSIPPacceleratedthecondensationreactionrate,buttheflowabilityofthemeltwasgettingworseanditwasharmfultotheimprovementoftheproductintrinsicviscosity,whiletheintroductionofthefourthmonomerPBAorPEGcouldimprovetheflowabilityofthemelt.Theanalysisofthethermalpropertiesshow

12、edthattheTg,TcandTmofPTTwere44.8,68.9and224.9correspondingly.Withtheincreaseofthethirdponent,theTgdeclinedwhenasmallamountofSIPPwasintroducedandthenincreased,Tcgraduallyincreased,Tmdecreased.WiththeincreaseofthePBAorPEGtheTg,TcandTmofthecopolyesterswereallgraduallyreduced.TGAresultssuggestedthatallm

13、odifiedcopolyestersthermo-gravimetrictemperaturewereabove360,indicatingthatallmodifiedcopolyestershadgoodthermalstability,andcouldmeettherequirementsforfurtherprocessing.RheologicalbehaviorsanalysisshowedthatPTTanditscopolyestersweretipicallynon-Newtonfluid,exhibitingshearthinningbehaviorintheinvest

14、igatedshearraterange,andthenon-Newtonindexofthemwerealllessthan1.TheintroductionofSIPPmadetherheologicalpropertiesofcopolyestersbeeworse,whiletheintroductionofPBAorPEGcouldimprovetherheologicalpropertiesofcopolyesters,whichwasbeneficialtothespinnabilityofcopolyesters.Theno-isothermalcrystallizationk

15、ineticsbehaviorsofPTTanditscopolyesterswereconsistentwiththeJeziornyequation,theAvramiexponentnofPTTwerebetween4.24to4.61,suggestedathree-dimensionalspherulitegrowthwithhomogenousnucleationmechanism.TheAvramiexponentnofthemodifiedcopolyesterswereapproximatelyfrom1.72to2.64,soweassumedthatthecrystall

16、izationmechanismofmodifiedcopolyesterswasheterogeneousnucleation.TheactivationenergyofmodifiedcopolyesterswereabvioushigherthanPTT,suggestingthatthecrystallizationrateofthecopolyesterswasmoresensitivetothecoolingrate.Therefore,itwasofgreatimportancetocontrolthecoolingrateinfurtherprocessing.【关键词】聚对苯

17、二甲酸丙二醇酯阳离子染料可染流变性能非等温结晶性能【英文关键词】PTTcationicdyeablerheologicalpropertynon-isothermalcrystallizationproperty【目录】阳离子染料可染PTT共聚酯的合成及性能研究摘要8-10Abstract10-1悌1章绪论12-231.1引言121.2PTT的开展历史及现状12-131.3PTT的构造和性能13-171.3.1PTT的大分子构象13-141.3.2PTT的结晶构造14-151.3.3PTT的结晶动力学151.3.4PTT的粘弹行为151.3.5PTT纤维的性能15-PTT纤维

18、的拉伸及弹性恢复性能15-PTT纤维的染色性能16-PTT纤维的其它性能171.4PTT的应用17-181.4.1在服用领域中的应用171.4.2在地毯领域中的应用17-181.4.3在非织造领域中的应用181.4.4在其它领域中的应用181.5聚酯的阳离子染料可染改性技术概述18-211.5.1聚酯的阳离子染料可染改性技术的研究进展18-201.5.2聚酯的阳离子染料可染改性原理20-第三组分的作用20-第四组分的作用211.6课题的提出及主要研究内容21-231.6.1课题的意义21-221.6.2主要研究内容22-2

19、3第2章SIPP的合成工艺23-332.1引言23-252.2实验25-272.2.1实验原料25-262.2.2实验操作262.2.3测试方法26-272.3结果与讨论27-312.3.1SIPP溶液的酯交换率选择272.3.2催化剂对酯交换速率的影响27-292.3.3催化剂用量对酯交换速率的影响292.3.41,3-PDO与SIPM的初始摩尔比对酯交换速率的影响29-302.3.5反响温度对酯交换速率的影响30-312.3.6醚防剂的使用312.4小结31-33第3章阳离子染料可染PTT共聚酯的合成及表征33-453.1引言33-353.2实验35-373.2.1实验原料353.2.2合成工艺35-363.2.3测试方法36-373.3结果与讨论37-443.3.1缩聚温度的选择37-383.3.2组分对缩聚反响速度的影响3第三组分对缩聚反响速度的影响3第四组分对缩聚反响速度的影响383.3.3组分对缩聚反响搅拌功率的影响383.3.4共聚酯的表征38-