二甘醇(DEG)含量是聚对苯二甲酸乙二酯 (PET)生产中重要的质量指标。在PET生产中, DEG来自原料和合成过程的副反应,DEG进入 PET链中,形成醚键,醚键进入PET大分子链段中,在一定程度上破坏了PET大分子链排列的规整性,增加了链的柔顺性,并可降低最终纤维的结晶度,从而使PET的熔点下降,热性能下降。但若PET中含有一定量的DEG,有利于提高PET纤维染色时的着色均匀性。
由于PET行业竞争激烈,生产厂家频繁更换原料及调节负荷,生产中DEG含量发生较大波动,不同时间段的丝条出现色差,被迫降等等品质事故。可以采用外添加DEG的措施,以提高纺丝染色的均匀性以及稳定性。因为生产厂家在负荷和原料变化时,通过调节其加人量,达到稳定产品中DEG含量的目的,最终精确控制产品的染色稳定性。因此,控制PET中DEG含量意义重大。
1 DEG的生成机理
影响DEG含量的因素很多,如对苯二甲酸/乙二醇质量比、酯化温度和酯化压力等。DEG的生成主要在酯化过程中且集中在第一酯化釜。一般PET熔体中DEG有游离DEG、链内DEG与链端DEG 3种存在形式。其生成方式如下:
而链端DEG可以通过化学反应转变为链内 DEG,破坏了PET大分子链的规整性,增加了分子链的柔性,对涤纶热性能、染色性能造成影响。
2 DEG对涤纶染色性能的影响
2.1 DEG对涤纶染色性能的影响机理
由于PET分子结构对称,结晶度较高,结构中又没有高极性基团,因此它对极性分子如水、醇和染料等的吸附性较低,因而造成较难着色,而非晶态的PET比晶态有较高的吸附性。DEG是2 个乙二醇分子的缩合物,它在PET中的醚键结构会破坏PET大分子结构的规整性,降低大分子内部的作用力,增加了柔性脂肪链的含量,使聚合物 (或纤维)的结构变得疏松,影响热处理时的结晶过程,导致非晶区增多。而纤维染色的机理一般是染料分子在非晶区中扩散。DEG的引入,增加了非晶区,加快了分散性染料在PET非晶区中的扩散速率,从而提高涤纶染色速率及上染率;再者,DEG中的醚键相当于引入了亲染料基团,更能提高成品的染色性。故DEG含量高的丝条在染色时,染料分子较容易进入结构疏松的非晶区,在同等染色条件下,染得的颜色就较深。
2.2 添加DEG的方法提高涤纶染色均匀性
为了提高涤纶的染色性能,在生产55 dtex/ 144 f涤纶FDY长丝过程中,配料时加入了DEG 质量分数0.29%(占总配料质量),纤维的染色一等品率由85%提高到95%。最终熔体DEG质量分数为1.3% ,比常规PET熔体中的DEG质量分数高0.1%。图1为55 dtex/144 f FDY涤纶长丝生产线上,PET熔体DEG含量在聚合过程中的变化。