本發(fā)明是關(guān)于一種聚酯高分子及其制造方法，尤指一種針對聚對苯二甲酸乙二酯(Polyethylene terephthalate，PET)進(jìn)行改質(zhì)，使其結(jié)構(gòu)經(jīng)化學(xué)反應(yīng)后押出為具有磺酸根為支鏈。

背景技術(shù)：

聚對苯二甲酸乙二酯，是乳白色或淺黃色、高度結(jié)晶的聚合物，由二元醇和二元酸聚縮合而得，表面平滑有光澤，是一種性能優(yōu)異、用途廣泛的工程塑料。生活中最常見的衣物材質(zhì)、寢具家飾大多含有聚對苯二甲酸乙二酯所制的聚酯纖維。

聚對苯二甲酸乙二酯制成的纖維做為衣著用途時(shí)，因其疏水的物化性質(zhì)，其吸水性較差而較不吸汗，導(dǎo)致流汗時(shí)會有黏膩悶熱感，為作為衣著用途上的缺點(diǎn)的一。另外，疏水的特性也會使染色的難度提高，業(yè)者需在染缸中額外施以高溫高壓，才能使染料進(jìn)入纖維內(nèi)部結(jié)構(gòu)當(dāng)中，因此也存在耗能的問題。

對聚對苯二甲酸乙二酯的改質(zhì)方法也一直為業(yè)界所嘗試、開發(fā)當(dāng)中，惟目前多是以聚合反應(yīng)的方式進(jìn)行，需考慮到溫度和反應(yīng)物濃度、催化劑濃度等反應(yīng)條件的影響，步驟上較為復(fù)雜；且在量產(chǎn)時(shí)，制程的廢棄物較多，有污染的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的主要目的，在于提供一種聚酯高分子，其在結(jié)構(gòu)上具有磺酸根基團(tuán)，可較改質(zhì)前的聚對苯二甲酸乙二酯具有較低的熔點(diǎn)以及二次轉(zhuǎn)移溫度，并且提高其吸濕性，有利于降低染色制程的耗能，并且改善所制成織物的穿著舒適性，而纖維的物理性質(zhì)，例如伸長率等，并不會被改變。

本發(fā)明的另一目的，在于提供一種聚酯高分子的制造方法，其透過化學(xué)反應(yīng)押出的方式使磺酸根基團(tuán)與聚對苯二甲酸乙二酯之間產(chǎn)生錯位結(jié)合，形成聚對苯二甲酸乙二酯磺酸鹽，此方法可改善聚對苯二甲酸乙二酯的缺點(diǎn)而不影響 其優(yōu)點(diǎn)，又與一般的聚合方式不同，可批次、少量化的進(jìn)行，且成本也便宜。

為了達(dá)到上述的目的，本發(fā)明揭示了一種聚酯高分子，其包含聚對苯二甲酸乙二酯磺酸鹽，其結(jié)構(gòu)式為：

其中，其中，A₁～A_n選自于

以及

所組成的群組其中至少之一者，且R1、R2、R3以及R4其中的一者為磺酸根基團(tuán)，其它三者為氫基，n小于100000，并于A₁～A_n中至少包含一而其制造方法包含了步驟：于一押出機(jī)熔融一聚對苯二甲酸乙二酯；加入一磺酸鹽于熔融的該聚對苯二甲酸乙二酯中，使該聚對苯二甲酸乙二酯與該磺酸鹽混合；以及該聚對苯二甲酸乙二酯于該押出機(jī)內(nèi)經(jīng)磺化而改質(zhì)為聚對苯二甲酸乙二酯磺酸鹽。

附圖說明

圖1：其為本發(fā)明一較佳實(shí)施例的步驟流程圖；

圖2：其為本發(fā)明一較佳實(shí)施例的押出機(jī)應(yīng)用示意圖；以及

圖3：其為本發(fā)明一較佳實(shí)施例所制造的聚對苯二甲酸乙二酯磺酸鈉的FT-IR圖譜。

【圖號對照說明】

1 聚酯原料

2 押出機(jī)

21 第一進(jìn)料口

22 加熱單元

23 第二進(jìn)料口

24 出料口

3 磺酸鹽

S1～S3 步驟

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的結(jié)構(gòu)特征及所達(dá)成的功效有更進(jìn)一步的了解與認(rèn)識，特用較佳的實(shí)施例及配合詳細(xì)的說明，說明如下：

請參考圖1，本發(fā)明所揭示的方法透過化學(xué)押出的方式對聚對苯二甲酸乙二酯進(jìn)行改質(zhì)，使其具有磺酸根基團(tuán)結(jié)構(gòu)，本發(fā)明在一較佳實(shí)施例中，其制造方法包含步驟：

步驟S1：于一押出機(jī)熔融一聚對苯二甲酸乙二酯；

步驟S2：加入一磺酸鹽于熔融的該聚對苯二甲酸乙二酯中，使該聚對苯二甲酸乙二酯與該磺酸鹽混合；以及

步驟S3：該聚對苯二甲酸乙二酯于該押出機(jī)內(nèi)經(jīng)磺化而改質(zhì)為聚對苯二甲酸乙二酯磺酸鹽。

依上述的步驟操作，請一并參考圖2所示的押出機(jī)示意圖；如圖所示，呈固體顆粒狀的聚酯原料1經(jīng)一第一進(jìn)料口21進(jìn)入一押出機(jī)2當(dāng)中，此聚酯原料1的成分為聚對苯二甲酸乙二酯，其具有化學(xué)結(jié)構(gòu)為：

其中n約小于100000。聚對苯二甲酸乙二酯的熔點(diǎn)約為260℃，押出機(jī)2透過其 內(nèi)部的加熱單元22提供熱能，使常溫下為固體顆粒狀的聚對苯二甲酸乙二酯熔融為具流動性的液體，在押出機(jī)2內(nèi)移動。

押出機(jī)2除了前述的第一進(jìn)料口21以外，尚具有一第二進(jìn)料口23供改質(zhì)用的原料進(jìn)入，可以和熔融的聚對苯二甲酸乙二酯混合。本發(fā)明在此較佳實(shí)施例中，使用十二烷基磺酸鈉作為供改質(zhì)用的磺酸鹽3，其具有化學(xué)結(jié)構(gòu)為：

其可提供磺酸根基團(tuán)而與聚對苯二甲酸乙二酯發(fā)生錯位結(jié)合，使聚對苯二甲酸乙二酯磺化而達(dá)成改質(zhì)的目的。聚對苯二甲酸乙二酯的單體結(jié)構(gòu)包含乙二醇部分(glycol moiety)以及二羧酸部分(dicarboxylic acid moiety)，如：H-A-G-A-G-A-G-A-G-A-G-OH的化學(xué)結(jié)構(gòu)特征，其中的A為二羧酸部分，G為乙二醇部分；本發(fā)明所使用的磺酸根基團(tuán)僅與A產(chǎn)生鍵結(jié)，而不與G產(chǎn)生鍵結(jié)，為一種錯位結(jié)合的改質(zhì)形式。改質(zhì)的過程發(fā)生于押出機(jī)2當(dāng)中，并再經(jīng)由押出機(jī)2的一出料口24而以固態(tài)成品的形式離開。

本發(fā)明于一較佳實(shí)施例中，聚對苯二甲酸乙二酯與磺酸鹽(十二烷基磺酸鈉)的莫耳比約略為100:1，磺酸根基團(tuán)針對聚對苯二甲酸乙二酯的聚合段的部分進(jìn)行改質(zhì)；磺酸根基團(tuán)透過離子鍵而與聚對苯二甲酸乙二酯當(dāng)中的苯環(huán)結(jié)合，并可為多種不同的形式，例如下列結(jié)構(gòu)式1～4。

(結(jié)構(gòu)式1)

(結(jié)構(gòu)式2)

(結(jié)構(gòu)式3)

(結(jié)構(gòu)式4)

據(jù)上所揭示的各種變化形式，本發(fā)明所揭示的制造方法可具有通式為：

其中，A₁～A_n選自于以及所組成的群組其中至少之一者，且R1、R2、R3以及R4其中的一者為磺酸根基團(tuán)，其它三者為氫基，n小于10000，并于A₁～A_n中至少包含一換言之，部分重復(fù)單元當(dāng)中可不具有磺酸根基團(tuán)，而使苯環(huán)維持未改質(zhì)的特征。

聚對苯二甲酸乙二酯經(jīng)改質(zhì)為聚對苯二甲酸乙二酯磺酸鹽，其在長鏈狀結(jié)構(gòu)上受到磺酸鹽作為支鏈的影響，致使結(jié)構(gòu)較改質(zhì)前不易緊密堆積，因而讓熔點(diǎn)降低，由改質(zhì)前的約260℃降低至210～220℃或是更低。改質(zhì)前的聚對苯二甲酸乙二酯以及改質(zhì)后的聚對苯二甲酸乙二酯磺酸鹽都可作為制造化學(xué)纖維織品 的原料；而其中熔點(diǎn)較低的聚對苯二甲酸乙二酯磺酸鹽在制程上可具有更佳的優(yōu)勢，例如減少染色制程的溫度，達(dá)成節(jié)能減碳的目的。

另外，改質(zhì)后的聚合物的二次轉(zhuǎn)移溫度(Tg)也會降低，此溫度會影響聚合物的分子間自由滑動能力(改變其塑形的能力)。降低二次轉(zhuǎn)移溫度后的化學(xué)纖維織品可在穿著上提供較佳的柔軟性與彈性，且在制程上也能以較低的溫度進(jìn)行染整工程，意即染前處理、印染過程及染后處理等部分。

除了前述因結(jié)構(gòu)改變而造成熔點(diǎn)以及二次轉(zhuǎn)移溫度降低以外，聚對苯二甲酸乙二酯磺酸鹽還可利用磺酸根基團(tuán)增加吸濕性?；撬岣鶊F(tuán)具有親水性質(zhì)，因此改質(zhì)后的聚合物可具有較佳的吸濕性，改善化學(xué)纖維織品的性質(zhì)。吸濕性的比較可參考下表一。

(表一)

以使用十二烷基磺酸鈉為磺酸鹽進(jìn)行改質(zhì)為例，在20℃的條件下，將測試標(biāo)的放置于恒溫槽當(dāng)中24小時(shí)，結(jié)果如上表一所示，當(dāng)恒溫槽內(nèi)相對濕度為65％時(shí)，改質(zhì)后的聚合物會有較高的回潮率，此回潮率為紡織材料吸濕程度的指標(biāo)。以材料中所含水分重量占干燥材料重量的百分?jǐn)?shù)表示。由于化學(xué)纖維織品的制程中包含染色程序，而染料為一種水溶液，故具有較好吸濕性的聚對苯二甲酸乙二酯磺酸鈉可使更多的染料吸附，提高染色的深度，不必如改質(zhì)前的聚對苯二甲酸乙二酯需要另外于染缸施以高溫高壓而使染料進(jìn)入纖維內(nèi)部結(jié)構(gòu)中，降低制程的困難性與耗能標(biāo)準(zhǔn)。另外，在將化學(xué)纖維作成衣物后，此類衣物也會因?yàn)槲鼭裥暂^高，使穿著的舒適性提升，同時(shí)也比較不會產(chǎn)生靜電。

圖3為本發(fā)明一較佳實(shí)施例中，改質(zhì)后的聚對苯二甲酸乙二酯磺酸鈉的FT-IR圖譜。已知磺酸根基團(tuán)的特征峰為1000～1150cm^-1，而在圖中可觀察到在吸收峰1013與1088.6cm^-1可以判別出為磺酸根基團(tuán)分子間共振的特征峰，可證明結(jié)構(gòu)中有磺酸根基團(tuán)的存在，意即聚對苯二甲酸乙二酯已磺化為聚對苯二甲酸乙二酯磺酸鈉。

綜上所述，本發(fā)明詳細(xì)揭示了一種聚酯高分子及其制造方法，其使用磺酸根基團(tuán)對聚對苯二甲酸乙二酯改質(zhì)，并利用化學(xué)押出的技術(shù)完成改質(zhì)制程，改質(zhì)后所得的聚對苯二甲酸乙二酯磺酸鹽在吸濕性、二次移轉(zhuǎn)溫度以及熔點(diǎn)等物化特性上都有顯著的變化，得以使染色制程溫度下降，或者是獲得染色深度提高等效益，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能減碳的目的。再者，以聚對苯二甲酸乙二酯磺酸鹽制成的衣物也具有較好的吸濕性和柔軟度，故制造端在和銷售市場上都極具價(jià)值。

上文僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非用來限定本發(fā)明實(shí)施的范圍，凡依本發(fā)明權(quán)利要求范圍所述的形狀、構(gòu)造、特征及精神所為的均等變化與修飾，均應(yīng)包括于本發(fā)明的權(quán)利要求范圍內(nèi)。