製備熱穩定的熔紡氨綸的方法
2023-12-05 23:19:01 1
專利名稱：製備熱穩定的熔紡氨綸的方法
技術領域：
本發明涉及一種化學纖維改性方法，特別是提供了一種熱穩定的熔紡氨綸的製備方法。
背景技術：
現有技術中，氨綸又名聚氨酯彈性纖維，有著其他任何一種纖維無法比擬的彈性，其斷裂伸長率大於400％，通常在500-700％，最高可達800％以上。形變300％時的彈性回復率達95％以上，具有優良的耐疲勞性能和彈性恢復率，彈性持久不變形。聚氨酯彈性纖維的耐化學品性和耐油性好。聚氨酯穩定的微相分離聚集態結構是氨綸彈性基礎。微相分離過程的驅動力是軟硬段之間的熱力學不相容性、硬段中的氫鍵和偶極相互作用以及硬段的結晶作用。其中，軟段是由較低分子量的聚酯或聚醚構成，其重量分數為60-85％，構成纖維的連續相，主要賦予纖維的高伸長率。硬段則主要為氨基甲酸酯鏈段，其極性大、結晶性強，構成物理交聯點，均勻分布在連續相中，賦予纖維回彈性和機械強度。聚氨酯微相分離程度直接影響氨綸的物理機械性能。幹紡氨綸大分子鏈結構中，同時存在氨酯基和脲基，而熔紡氨綸大分子鏈結構中只存在氨酯基。脲基的內聚能密度為0.981kJ/cm3，氨酯基內聚能密度為0.839kJ/cm3。幹紡氨綸中大分子鏈間氫鍵數目比熔紡氨綸大一倍，致使幹紡氨綸大分子鏈結構中的硬段堆砌更緊密，微區結構更完整，微相分離程度更完善。這樣，幹紡氨綸的結晶度和晶粒尺寸都明顯高於熔紡氨綸，宏觀上，表現為熱變形溫度高的特點，從而就合理地解釋了熔紡氨綸耐熱性能較幹紡為差的原因。
發明內容
本發明目的是提供一種製備熱穩定的熔紡氨綸的方法，通過選擇合適的添加劑，增加氨綸大分子鏈間的作用力以及硬段相的結晶度和晶粒尺寸，進而提高氨綸的熱穩定性，主要解決熔紡氨綸熱穩定性差的問題。
本發明的技術方案是一種熱穩定的熔紡氨綸的製備方法，把耐熱交聯劑與熱塑性聚氨酯彈性體切片加入螺杆擠壓機，切片由於受熱而熔融，熔體以一定壓力被擠出並輸送至紡絲部位，然後用紡絲泵將熔體定量均勻地壓至噴絲板，熔體細流從噴絲板小孔擠出，在甬道中冷卻而凝固成纖維，上油卷繞成筒；紡絲溫度為180-225℃，紡絲速度一般為300-1100米/分，所述的熱塑性聚氨酯彈性體切片中還混有添加劑，所述的添加劑為脂肪胺、尼龍、苯胍、硫脲、環氧改性大豆油、偶聯劑、矽油之一或其混合物。
本發明與現有技術相比具有下列優點改善了熔紡氨綸在熱穩定性方面的不足，通過添加劑的加入，增加了氨綸硬段相的結晶度和晶粒尺寸、大分子鏈之間的相互作用力以及修補斷裂大分子鏈，進而提高熔紡氨綸的熱穩定性。
具體實施例方式
一種熱穩定的熔紡氨綸的製備方法，把耐熱交聯劑與熱塑性聚氨酯彈性體切片加入螺杆擠壓機，切片由於受熱而熔融，熔體以一定壓力被擠出並輸送至紡絲部位，然後用紡絲泵將熔體定量均勻地壓至噴絲板，熔體細流從噴絲板小孔擠出，在甬道中冷卻而凝固成纖維，上油卷繞成筒；所述的熱塑性聚氨酯彈性體切片中還混有添加劑，所述的添加劑為脂肪胺、尼龍、苯胍、硫脲、環氧改性大豆油、偶聯劑、矽油之一或其混合物。
本發明中偶聯劑主要指矽烷和鈦酸酯類偶聯劑，利用矽烷偶聯劑形成的矽氧烷鏈節可與聚醚軟段有一定相容性和鈦酸酯偶聯劑可與聚酯軟段有一定相容性特點，同時這兩類偶聯劑常能與聚氨酯高溫熱降解形成的羥基等活性基團反應，從而提高氨綸的熱穩定性。矽烷偶聯劑可包括氨基和環氧基兩種類型；鈦酸酯偶聯劑則可為四種類型(單烷氧基脂肪酸、磷酸型、螯合型和配位型的烷氧酯)中任何一種或多種的結合，或者兩類偶聯劑的結合使用。
耐熱型的交聯劑是一類具有良好熱穩定性結構(如雙酚A型和聚碸鏈段結構)、多官能度(異氰酸酯等端基)齊聚物，其作用是通過物理化學反應進一步增加聚氨酯大分子鏈間相互作用力，抵抗氨綸絲承受的外部拉伸應力，提供高的彈性恢復率，同時也改善氨綸絲在高溫下(如印染等後處理過程)的熱穩定性。
所述的添加劑為脂肪胺(烷基長度在12-18之間)，其用量為佔熱塑性聚氨酯彈性體切片重量的0.1～5.0％。
所述的添加劑為共聚尼龍和尼龍1010，其用量為佔熱塑性聚氨酯彈性體切片重量的1～15.0％。
所述的添加劑為苯胍，其用量為佔熱塑性聚氨酯彈性體切片重量的0.1～5.0％。
所述的添加劑為硫脲，其用量為佔熱塑性聚氨酯彈性體切片重量的0.1～5.0％。
所述的添加劑為環氧改性大豆油，其用量為佔熱塑性聚氨酯彈性體切片重量的1～15.0％。
所述的添加劑由脂肪胺和矽油組成，其中脂肪胺佔熱塑性聚氨酯彈性體切片重量的0.1～5.0％，矽油為氨基、環氧和羥基改性矽油，可為單一矽油或兩者結合使用，其佔熱塑性聚氨酯彈性體切片重量的0.1-15.0％。
所述的添加劑由脂肪胺和偶聯劑組成，其中脂肪胺佔熱塑性聚氨酯彈性體切片重量的0.1～5.0％，偶聯劑可為氨基、環氧類矽烷偶聯劑，也可為鈦酸酯偶聯劑(單烷氧基脂肪酸、磷酸型、螯合型和配位型的烷氧酯四種類型)中任何一種或多種的結合，或者兩類偶聯劑的結合使用，其佔熱塑性聚氨酯彈性體切片重量的0.1～5.0％。
氨綸結構與性能比較表
注1)*均為進口樣品；2)例1為添加劑選用十八胺的熔紡氨綸，其佔切片重量的3％；例2為添加劑選用十八胺和氨基矽油的熔紡氨綸，其中脂肪胺佔切片重量的2.5％，矽油佔切片重量的2.0％；例3為添加劑選用十八胺和偶聯劑KH550的熔紡氨綸，其中脂肪胺佔切片重量的2.5％，偶聯劑佔切片重量的0.5％；比較例為沒有加入添加劑的熔紡氨綸。
3)結晶度和晶粒尺寸由X射線衍射法測得；4)乾熱恢復率測試方法為取一根50mm長的樣絲，將樣絲進行拉伸，使樣絲伸長至200mm，即拉伸了300％。將拉伸的樣絲固定在乾熱恢復率測定儀兩端的夾具上，放入130℃的電熱鼓風烘箱內，30min後取出。冷卻2小時後，將夾持器鬆開，30min後測量此時樣絲的長度，單位為mm。乾熱恢復率為乾熱恢復率＝{[50-(處理後長度-50)]/50}*100％。樣品的乾熱恢復率為五根樣絲乾熱恢復率的平均值。
測試結果表明加入添加劑後，綜合力學性能和耐熱性有所提高。表中給出了部分添加劑對熔紡氨綸的影響。由於各種反應性官能團可與聚氨酯硬段發生物理化學反應，提高氨綸微相分離中硬段相的大分子鏈的作用力、特別是硬段相結晶度和晶粒尺寸，從而提高氨綸的熱穩定性。例如，在切片中分別添加重量百分比為0.1-5.0％十八胺的紡絲實驗表明結晶度和晶粒尺寸隨著十八胺加入量增加，可以得到性能優良的彈性纖維；而添加量在5％以上則改善效果不明顯。另外，在加入脂肪胺同時加入偶聯劑或矽油也可以使性能得到進一步提高。
權利要求
1.一種熱穩定的熔紡氨綸的製備方法，把耐熱交聯劑與熱塑性聚氨酯彈性體切片加入螺杆擠壓機，切片由於受熱而熔融，熔體以一定壓力被擠出並輸送至紡絲部位，然後用紡絲泵將熔體定量均勻地壓至噴絲板，熔體細流從噴絲板小孔擠出，在甬道中冷卻而凝固成纖維，上油卷繞成筒；其特徵在於所述的熱塑性聚氨酯彈性體切片中還混有添加劑，所述的添加劑為脂肪胺、尼龍、苯胍、硫脲、環氧改性大豆油、偶聯劑、矽油之一或其混合物，添加劑佔熱塑性聚氨酯彈性體切片的重量百分比為0.1～15.0％。
2.根據權利要求1所述的熱穩定的熔紡氨綸的製備方法，其特徵在於所述的添加劑為脂肪胺，該脂肪胺的烷基長度在12-18之間，其用量為佔熱塑性聚氨酯彈性體切片重量的0.1～5.0％。
3.根據權利要求1所述的熱穩定的熔紡氨綸的製備方法，其特徵在於所述的添加劑為共聚尼龍或尼龍1010，其用量為佔熱塑性聚氨酯彈性體切片重量的1～15.0％。
4.根據權利要求1所述的熱穩定的熔紡氨綸的製備方法，其特徵在於所述的添加劑為苯胍，其用量為佔熱塑性聚氨酯彈性體切片重量的0.1～5.0％。
5.根據權利要求1所述的熱穩定的熔紡氨綸的製備方法，其特徵在於所述的添加劑為硫脲，其用量為佔熱塑性聚氨酯彈性體切片重量的0.1～5.0％。
6根據權利要求1所述的熱穩定的熔紡氨綸的製備方法，其特徵在於所述的添加劑為環氧改性大豆油，其用量為佔熱塑性聚氨酯彈性體切片重量的1～15.0％。
7.根據權利要求1所述的熱穩定的熔紡氨綸的製備方法，其特徵在於所述的添加劑由脂肪胺和矽油組成，其中脂肪胺佔熱塑性聚氨酯彈性體切片重量的0.1～5.0％，其佔熱塑性聚氨酯彈性體切片重量的0.1-15.0％。
8.根據權利要求1所述的熱穩定的熔紡氨綸的製備方法，其特徵在於所述的矽油為氨基或環氧或羥基改性矽油。
9.根據權利要求1所述的熱穩定的熔紡氨綸的製備方法，其特徵在於所述的偶聯劑為氨基或環氧類矽烷偶聯劑或鈦酸酯偶聯劑之一其混合物。
10.根據權利要求1所述的熱穩定的熔紡氨綸的製備方法，其特徵在於所述的添加劑由脂肪胺和偶聯劑組成，其中脂肪胺佔熱塑性聚氨酯彈性體切片重量的0.1～5.0％，偶聯劑佔熱塑性聚氨酯彈性體切片重量的0.1～5.0％。
全文摘要
本發明屬於化學纖維改性領域，主要解決了熔紡氨綸熱穩定性差的缺點，提供了一種製備熱穩定的熔紡氨綸的方法。將添加劑、交聯劑、熱塑性聚氨酯彈性體切片均勻混合、熔融擠出和卷繞成形。本發明通過選擇合適的添加劑，可增加氨綸大分子鏈間的作用力以及硬段相的結晶度和晶粒尺寸，進而提高了氨綸的熱穩定性。
文檔編號D01F6/88GK1635198SQ20041006548
公開日2005年7月6日 申請日期2004年12月8日 優先權日2004年12月8日
發明者朱新生, 扈益民, 程嘉祺, 顧亞兵 申請人:江蘇南黃海實業股份有限公司