本发明涉及改性聚酯纤维，尤其涉及一种分散染料低温深染改性pet纤维及其制备方法。
背景技术：
1、聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)是目前最重要的合成材料之一，具有良好的耐热性、耐药品性、力学性能和电学性能，尤其是透明性好、绝缘性佳，尤其是透明性好、绝缘性佳，在纤维、双向拉伸薄膜、各种包装容器中有着广泛应用。
2、常规聚酯pet纤维中，pet分子链是对称的直链大分子结构，排列紧密，因此分散染料只能在高温高压下进行上染，限制了pet纤维的应用，例如，对于涤毛面料而言，高温高压染色条件会对其中的羊毛成分造成损伤，而在不添加载体的低温染色情况下，涤纶难以获得深色，且易出现羊毛沾色问题。
3、为了改善pet纤维的分散染料可染性能，通常采取化学或者物理改性的方法对聚酯纤维分子结构进行改变，比如通过向大分子链上引入第三、第四单体来增加非晶区，但这些方法能够达到低温易染，但无法实现深染。例如，专利cn112962166b公开了一种分散染料常压低温易染超细纤维的制备方法，在对苯二甲酸和乙二醇进行酯化反应后，加入二元醇和聚酯多元醇进行预缩聚和终缩聚，然后进行海岛复合纺丝，制备超细纤维，该方法可利用二元醇和聚酯多元醇破坏原有pet分子链的规整性，增加其非晶区，使得染料分子更容易进入，从而达到低温易染的效果，但无法在低温下实现深染。
技术实现思路
1、为了解决现有的改性pet纤维无法实现低温深染的技术问题，本发明提供了一种分散染料低温深染改性pet纤维及其制备方法。该改性pet纤维能够在常压低温下实现分散染料深染，因而有助于减少染色过程中的能耗，并使纤维能够适应更多的使用场景。
2、本发明的具体技术方案为：
3、第一方面，本发明提供了一种分散染料低温深染改性pet纤维，所述改性pet纤维具有异形截面；所述改性pet纤维由共聚酯和分散在共聚酯中的纳米二氧化硅构成；所述共聚酯由对苯二甲酸、乙二醇、第三单体和第四单体共聚而成；所述第三单体为除乙二醇外的小分子二元醇和/或除对苯二甲酸外的小分子二元酸，所述第四单体为聚合物二元醇。
4、本发明中，通过在pet分子链中引入小分子二元醇和/或小分子二元酸，并引入聚合物二元醇，配合纳米二氧化硅以及纤维所具有的异形截面，能够使改性pet纤维可实现常压低温下的分散染料深染。相较于阳离子染料而言，分散染料的成本更低，且低温深染的实现有助于减少染色过程中的能耗，并使改性pet纤维能够适应更多的使用场景，例如与羊毛混纺时，低温染色能够避免对羊毛的损伤。此外，本发明的改性pet纤维还具有一定的抗静电能力，且制成织物后能实现较好的吸湿排汗性能。
5、作为优选，所述第三单体为1,3-丁二醇、1,3-丙二醇、新戊二醇、间苯二甲酸和己二酸中的一种或多种；所述第四单体为聚乙二醇(peg)和/或聚丁二醇(ptmg)。
6、作为优选，所述纳米二氧化硅是由疏水纳米二氧化硅和包裹在其表面的无水硫酸钠构成的改性纳米二氧化硅。
7、当改性pet纤维内含有上述改性纳米二氧化硅(即疏水纳米二氧化硅表面包裹有无水硫酸钠)时，在染色过程中，无水硫酸钠溶出，在疏水纳米二氧化硅外周与共聚酯基体之间形成微孔，这些分布于疏水纳米二氧化硅外周的微孔能够促进染料分子在纤维内部扩散并被二氧化硅吸附，促进上染，同时，还能够在入射光接触到附着于二氧化硅上的染料分子后，使反射并进而从纤维中透射出来的有色光增加，在视觉上起到加深色泽的效果。通过上述方式，采用改性纳米二氧化硅，能够进一步提高改性pet纤维的低温深染效果。
8、进一步地，所述改性纳米二氧化硅的制备方法包括以下步骤：将疏水纳米二氧化硅和十水硫酸钠混合，加热熔化十水硫酸钠并进行球磨包覆，而后进行十水硫酸钠脱水，降温，获得改性纳米二氧化硅。
9、十水硫酸钠具有较低的熔点(约32℃)，易于加热熔化进而借助球磨包裹到疏水纳米二氧化硅表面，而后使十水硫酸钠脱水转变为无水硫酸钠，熔点提高(无水硫酸钠的熔点约884℃)，能够避免硫酸钠包覆层在制备改性pet纤维的过程中熔化后，在外力作用下(如搅拌、与改性pet基体之间的摩擦)流失。
10、进一步地，所述加热的温度为35-40℃；球磨包覆的转速为10-15rpm，时间为25-35min。
11、进一步地，所述脱水的温度为100-120℃，时间为5-10min。
12、进一步地，所述十水硫酸钠的质量为纳米二氧化硅质量的5-8％。
13、作为优选，所述第三单体的摩尔量占对苯二甲酸、乙二醇、第三单体和第四单体中总酸或总醇摩尔量的3-10％；所述第四单体的质量占共聚酯质量的3-10％；所述纳米二氧化硅的质量为共聚酯质量的0.4-2％。
14、作为优选，所述异形截面为十字形或类毛毛虫形。
15、本发明中的“类毛毛虫形”是指截面为由一条竖线和若干条横线构成的形状(其中横线的条数无限制)。
16、作为优选，所述改性pet纤维的分散染料染色温度为90-100℃。
17、第二方面，本发明提供了一种所述改性pet纤维的制备方法，包括以下步骤：
18、(1)将纳米二氧化硅的乙二醇分散液、对苯二甲酸和第三单体混合，进行第一次酯化反应，获得酯化产物；
19、(2)将酯化产物与第四单体混合，进行第二次酯化反应，而后再进行缩聚反应，获得改性pet；
20、(3)采用改性pet和异形喷丝板进行熔融纺丝，获得改性pet纤维。
21、作为优选，步骤(1)中，所述第一次酯化反应的温度为230-240℃，时间为1.5-2.5h。
22、作为优选，步骤(2)中，所述第二次酯化反应的温度为230-240℃，时间为25-35min。
23、作为优选，步骤(2)中，所述缩聚反应的温度为270-275℃，时间为1.5-2h。
24、作为优选，步骤(2)中，在将酯化产物与第四单体混合的过程中，加入抗氧剂。
25、进一步地，所述抗氧剂的质量为第四单体质量的1-3％。
26、进一步地，所述抗氧剂为抗氧剂1010和/或抗氧剂168。
27、作为优选，步骤(3)的具体过程包括以下步骤：去除改性pet中的水分后，进行熔融挤出，再经过异形喷丝板喷出形成丝条，而后将丝条制成纤维，获得改性pet纤维。
28、进一步地，在所述熔融挤出的过程中，螺杆的温度为250-280℃。
29、与现有技术相比，本发明具有以下优点：
30、(1)本发明的改性pet纤维中，通过引入在pet分子链中引入聚合物二元醇，以及小分子二元醇和/或小分子二元酸，配合纳米二氧化硅以及纤维所具有的异形截面，能够实现常压低温下的分散染料深染，同时还能具备一定的抗静电性能。
31、(2)本发明通过在改性pet纤维中引入由疏水纳米二氧化硅和包裹在其表面的无水硫酸钠构成的改性纳米二氧化硅，在染色过程中能够利用硫酸钠在疏水纳米二氧化硅外周与共聚酯基体之间形成微孔，进而提高改性pet纤维的低温深染效果。
32、具体实施方式
33、下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
34、总实施例
35、一种分散染料低温深染改性pet纤维，所述改性pet纤维具有异形截面；所述改性pet纤维由共聚酯和分散在共聚酯中的纳米二氧化硅构成；所述共聚酯由对苯二甲酸、乙二醇、第三单体和第四单体共聚而成；所述第三单体为除乙二醇外的小分子二元醇和/或除对苯二甲酸外的小分子二元酸，所述第四单体为聚合物二元醇。
36、作为一种具体实施方式，所述第三单体为1,3-丁二醇、1,3-丙二醇、新戊二醇、间苯二甲酸和己二酸中的一种或多种；所述第三单体的摩尔量占对苯二甲酸、乙二醇、第三单体和第四单体中总酸或总醇摩尔量的3-10％。
37、作为一种具体实施方式，所述第四单体为聚乙二醇(peg)和/或聚丁二醇(ptmg)；所述第四单体的质量占共聚酯质量的3-10％。
38、作为一种具体实施方式，所述纳米二氧化硅是由疏水纳米二氧化硅和包裹在其表面的无水硫酸钠构成的改性纳米二氧化硅。可选地，所述改性纳米二氧化硅的制备方法包括以下步骤：将疏水纳米二氧化硅和十水硫酸钠混合，所述十水硫酸钠的质量为纳米二氧化硅质量的5-8％，加热至35-40℃熔化十水硫酸钠，并以10-15rpm的转速进行球磨包覆25-35min，而后在100-120℃下进行十水硫酸钠脱水5-10min，降温，获得改性纳米二氧化硅。
39、作为一种具体实施方式，所述纳米二氧化硅的质量为共聚酯质量的0.4-2％。
40、作为一种具体实施方式，所述异形截面为十字形或类毛毛虫形。
41、作为一种具体实施方式，所述改性pet纤维的分散染料染色温度为90-100℃。
42、一种上述改性pet纤维的制备方法，包括以下步骤：
43、(1)将纳米二氧化硅的乙二醇分散液、对苯二甲酸和第三单体混合，进行第一次酯化反应，获得酯化产物；
44、(2)将酯化产物与第四单体混合，进行第二次酯化反应，而后再进行缩聚反应，获得改性pet；
45、(3)采用改性pet和异形喷丝板进行熔融纺丝，获得改性pet纤维。
46、作为一种具体实施方式，步骤(1)中，所述第一次酯化反应的温度为230-240℃，时间为1.5-2.5h；步骤(2)中，所述第二次酯化反应的温度为230-240℃，时间为25-35min，所述缩聚反应的温度为270-275℃，时间为1.5-2h。
47、作为一种具体实施方式，步骤(2)中，在将酯化产物与第四单体混合的过程中，加入抗氧剂；所述抗氧剂为抗氧剂1010和/或抗氧剂168；所述抗氧剂的质量为第三单体质量的1-3％。
48、作为一种具体实施方式，步骤(3)的具体过程包括以下步骤：去除改性pet中的水分后，设定螺杆温度为250-280℃，进行熔融挤出，再经过异形喷丝板喷出形成丝条，而后将丝条制成纤维，获得改性pet纤维。
1.一种分散染料低温深染改性pet纤维，其特征在于，所述改性pet纤维具有异形截面；所述改性pet纤维由共聚酯和分散在共聚酯中的纳米二氧化硅构成；所述共聚酯由对苯二甲酸、乙二醇、第三单体和第四单体共聚而成；所述第三单体为除乙二醇外的小分子二元醇和/或除对苯二甲酸外的小分子二元酸，所述第四单体为聚合物二元醇。
2.根据权利要求1所述的改性pet纤维，其特征在于，所述第三单体为1,3-丁二醇、1,3-丙二醇、新戊二醇、间苯二甲酸和己二酸中的一种或多种；所述第四单体为聚乙二醇和/或聚丁二醇。
3.根据权利要求1所述的改性pet纤维，其特征在于，所述纳米二氧化硅是由疏水纳米二氧化硅和包裹在其表面的无水硫酸钠构成的改性纳米二氧化硅。
4.根据权利要求1所述的改性pet纤维，其特征在于，所述第三单体的摩尔量占对苯二甲酸、乙二醇、第三单体和第四单体中总酸或总醇摩尔量的3-10%；所述第四单体的质量占共聚酯质量的3-10%；所述纳米二氧化硅的质量为共聚酯质量的0.4-2%。
5.根据权利要求1所述的改性pet纤维，其特征在于，所述异形截面为十字形或类毛毛虫形。
6.根据权利要求1所述的改性pet纤维，其特征在于，所述改性pet纤维的分散染料染色温度为90-100℃。
7.一种根据权利要求1-6之一所述改性pet纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述第一次酯化反应的温度为230-240℃，时间为1.5-2.5 h。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述第二次酯化反应的温度为230-240℃，时间为25-35 min。
10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述缩聚反应的温度为270-275℃，时间为1.5-2 h。
