改性的熔紡氨綸及其製備方法
2023-12-05 23:16:26 1
專利名稱：改性的熔紡氨綸及其製備方法
技術領域：
本發明屬於化學纖維的改性方法領域，特別涉及改性的熔紡氨綸及其製備方法。
氨綸是一種既有纖維性能又有橡膠性能的高檔紡織用纖維，在各種運動衣、遊泳衣、健美服、高彈襪等方面的應用日益廣泛。生產氨綸的方法有幹法、溼法、化學法和熔融法四種。在四種氨綸生產方法中，幹法紡絲產量最大，約佔世界總產量的80％，該方法生產的氨綸性能優良，但生產成本高，並且由於生產過程中需使用大量有機溶劑，如DMF和DMAc，這些溶劑對環境及人體健康危害很大。熔融紡絲法生產氨綸具有工藝流程簡單、設備投資低、生產效率高等優點，並且易於實現氨綸的細旦化，在生產過程中無需使用溶劑，是最為經濟和對環境汙染最小的氨綸生產技術，近年來廣泛受到人們的重視。
氨綸是一種由含有軟鏈段和硬鏈段的嵌段共聚物製成的纖維，軟鏈段是由不具有結晶性的低分子量的聚酯或聚醚多元醇組成，其玻璃化溫度很低，常溫下處於高彈態，受到應力後很容易發生形變；硬鏈段是由二異氰酸脂同多元醇的羥基反應所形成，具有結晶性並能橫向交聯，在應力作用下不會發生形變，氨綸的高回彈特性來源於硬鏈段微區的物理交聯作用。幹法紡絲通常採用二胺作擴鏈劑，能在硬段中形成內聚能很高的脲基，從而使硬段更緊密的結合起來，為增加樹脂和氨綸的強度，用於製造溶紡氨綸的TPU(熱塑性聚氨酯彈形體)採用二醇為擴鏈劑綜合效果較好，但硬段分子間的結合力較低，導致硬段聚集程度低和穩定性較差。從目前的發展看，熔紡氨綸在斷裂強度、伸長模量方面優於幹紡氨綸，但在彈性回復率、耐熱性等方面還不如幹紡氨綸。為改善熔紡氨綸在上述兩方面的不足，在氨綸熔融紡絲時先將粒狀的氨綸切片乾燥，除去水分，然後經帶有加熱裝置的螺杆擠出機擠出，隨著螺杆的轉動，切片被強制向前推進，同時受熱熔融，熔體以一定的壓力被擠出並輸送到紡絲部位，然後用紡絲泵將熔體定量均勻地壓至噴絲板，熔體自噴絲板的毛細孔中被擠出形成細流，經拉長變細，在甬道中冷卻成形，最後經上油後達到卷繞部位成筒。在生產過程中大多加入添加劑，在進入箱體前設有混合設備，熔體與添加劑經混合器混合後紡絲成形。
本發明的目的在於改善熔紡氨綸在彈性回復率、耐熱性等方面的不足，提供一種改性的熔紡氨綸及其製備方法，用以改善氨綸綜合力學性能。
本發明改性的熔紡氨綸由聚四氫呋喃二醇(PTMG)、納米粉體、4，4』-二苯基甲烷二異氰酸脂(MDI)和熱塑性聚氨酯彈性體(TPU)切片組成，改性的熔紡氨綸的纖度為40-100dtex；其中由納米粉體、聚四氫呋喃二醇和4，4』-二苯基甲烷二異氰酸脂組成的預聚體∶熱塑性聚氨酯彈性體的重量百分比為5％-25％∶75％-95％，聚四氫呋喃二醇∶4，4』-二苯基甲烷二異氰酸脂∶納米粉體的重量份數比為20-45∶10-15∶1-11。
所述的聚四氫呋喃二醇(PTMG)的相對分子量是1000-2000。
所述的納米粉體包括水滑石、氧化鋅、蒙脫土、碳酸鈣、二氧化矽、氫氧化鎂等。
所述的納米粉體粒徑是30-100nm；優選60-70nm。
本發明改性的熔紡氨綸的製備方法在預聚體合成過程中加入納米粉體，將含有納米粉體的預聚體作為添加劑，同熱塑性聚氨酯彈性體切片熔體在混合器中均勻混合後擠出紡絲，得到熔紡氨綸。
1.預聚體的製備將納米粉體加入到聚四氫呋喃二醇(PTMG)中，在35-45℃的溫度下，且在N2保護下攪拌，加入4，4』-二苯基甲烷二異氰酸脂(MDI)，攪拌，繼續加溫至65-75℃，攪拌，攪拌均勻後即得到預聚體，其中，聚四氫呋喃二醇∶4，4』-二苯基甲烷二異氰酸脂∶納米粉體的重量份數比為＝20-45∶10-15∶1-11。
2.將熱塑性聚氨酯彈性體切片乾燥後與步驟1得到的預聚體加入到螺杆擠出機中進行熔融混合，熔體在混合器中均勻混合後擠出紡絲，得到纖度為40-100dtex的改性的熔紡氨綸，其中，預聚體∶熱塑性聚氨酯彈性體的重量百分比為＝5％-25％∶75％-95％。
所述的攪拌時間為1.5-3小時。
所述的切片乾燥溫度優選為95-100℃，紡絲溫度為180℃-250℃，熔體壓力為8-15MPa，紡絲速度為200-1000m/min。
紡絲時，首先將粒狀的熱塑性聚氨酯彈性體切片乾燥後加入到螺杆擠出機中，步驟1得到的預聚體通過與螺杆相連的預聚物儲罐加入到螺杆擠出機中與熱塑性聚氨酯彈性體的熔體混合，在混合器內充分混勻後擠出、上油、卷繞成筒。在熔融紡絲過程中，當熔體的粘度過大，雷諾準數很小，單位體積內貯存的彈性能增至粘滯損失的能量相當時，在紡絲過程中會表現出「熔體破裂」，因此，彈性纖維熔融紡絲過程常用添加劑屏蔽粘彈性，本發明用添加了納米粉體的預聚體作為添加劑，由於預聚體相對分子量低，可降低熔體的粘彈性，改善熔體的流動性能，使紡絲順利進行，在紡絲過程中，預聚體能在現有的聚氨酯分子結構中形成交聯，使纖維具有較高的強度和良好的彈性。
本發明表明，聚氨酯的綜合力學性能隨納米材料添加量的增加提高到一定程度後反而有所下降，並不是越多越好。在預聚體中分別添加質量百分比為1％-10％納米粉體後的紡絲實驗表明，隨納米材料添加量的增加預聚體溶液粘度逐漸增大，溶液粘度過大不利於預聚體作用的發揮和紡絲過程的順利進行。在適當調節紡絲工藝參數的前提下，添加量為4％以下時，可在保證可紡性的前提下獲得力學性能十分優良的聚氨酯彈性纖維。
本發明的氨綸彈性纖維與國外利用幹法及熔融法得到的氨綸進行了性能比較，相關數據如表一所示表一 44dtex彈性纖維部分性能
注A.經1次300％拉伸；B.經5次300％反覆拉伸。
通過表一的對比可以說明，納米粉體的添加，大大提高了熔紡氨綸的彈性回復和綜合力學性能，產品品質如斷裂伸長、模量、回復特性及均勻度均可與幹紡產品相比。
下面結合實施例對本發明的技術方案作進一步的描述。實施例1在反應器中加入聚四氫呋喃二醇(PTMG)48.4Kg，將納米碳酸鈣1％(根據預聚體總質量計算)加入PTMG中，在40℃左右在氮氣保護下攪拌1.5小時，加入15.8Kg4，4』-二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)，至溫度不變，繼續加溫至70℃攪拌下反應1.5小時，製得預聚體備用。
在紡絲過程中添加佔成品總量25％(質量)的預聚體，紡絲溫度為180℃-220℃，熔體壓力為9-10MPa，紡絲速度為700m/min。得到纖維纖度為44dtex的改性的熔紡氨綸。
所得彈性纖維在綜合力學性能上的改善十分明顯，尤其是在斷裂伸長和回復特性方面。
反應步驟及紡絲步驟同實施例1。在反應器中加入PTMG 52.2Kg，所加納米粉體為氧化鋅，添加量為預聚體總質量的2.5％，在50℃左右攪拌2小時，加入14.4Kg MDI。
在紡絲過程中添加的預聚體佔成品總量15％(質量)，紡絲溫度為160℃-200℃，得到纖維纖度為44dtex的改性的熔紡氨綸。所得彈性纖維不僅在力學性能上有所提高，而且具有殺菌及抗紫外特性。
PTMG 53.6Kg，所加納米粉體為納米水滑石，添加方法如實施例1，添加量為預聚體總質量的2％，50℃下攪拌1小時，加入16.8Kg MDI。
在紡絲過程中添加的預聚體佔成品總量20％(質量)，紡絲溫度為190℃-220℃，得到纖維纖度為44dtex的改性的熔紡氨綸。所得彈性纖維具有優良的耐氯性。
PTMG 50Kg，所加納米粉體為納米蒙脫土，添加方法如實施例1，添加量為預聚體總質量的3％，45℃攪拌2小時，加入12.5Kg MDI。
在紡絲過程中添加的預聚體佔成品總量10％(質量)，紡絲溫度為210℃-250℃，得到纖維纖度為44dtex的改性的熔紡氨綸。
權利要求
1.一種改性的熔紡氨綸，其特徵在於該熔紡氨綸由聚四氫呋喃二醇、納米粉體、4，4』-二苯基甲烷二異氰酸脂和熱塑性聚氨酯彈性體切片組成；其中由納米粉體、聚四氫呋喃二醇和4，4』-二苯基甲烷二異氰酸脂組成的預聚體∶熱塑性聚氨酯彈性體的重量百分比為5％-25％∶75％-95％，聚四氫呋喃二醇∶4，4』-二苯基甲烷二異氰酸脂∶納米粉體的重量份數比為20-45∶10-15∶1-11。
2.如權利要求1所述的改性的熔紡氨綸，其特徵在於所述的聚四氫呋喃二醇的相對分子量是1000-2000。
3.如權利要求1所述的改性的熔紡氨綸，其特徵在於所述的納米粉體包括水滑石、氧化鋅、蒙脫土、碳酸鈣、二氧化矽、氫氧化鎂。
4.如權利要求1或3所述的改性的熔紡氨綸，其特徵在於所述的納米粉體粒徑是30-100nm。
5.如權利要求4所述的改性的熔紡氨綸，其特徵在於所述的納米粉體粒徑是60-70nm。
6.如權利要求1-5任一項所述的改性的熔紡氨綸的製備方法其特徵在於所述的方法為(1).預聚體的製備將納米粉體加入到聚四氫呋喃二醇中，在35-45℃的溫度下，且在N2保護下攪拌，加入4，4』-二苯基甲烷二異氰酸脂，攪拌，繼續加溫至65-75℃，攪拌，攪拌均勻後即得到預聚體，其中，聚四氫呋喃二醇∶4，4』-二苯基甲烷二異氰酸脂∶納米粉體的重量份數比為20-45∶10-15∶1-11；(2).將熱塑性聚氨酯彈性體切片乾燥後與步驟(1)得到的預聚體加入到螺杆擠出機中進行熔融混合，熔體在混合器中均勻混合後擠出紡絲，得到改性的熔紡氨綸，其中，預聚體∶熱塑性聚氨酯彈性體的重量百分比為5％-25％∶75％-95％。
7.如權利要求6所述的改性的熔紡氨綸的製備方法其特徵在於所述的攪拌時間為1.5-3小時。
8.如權利要求6所述的改性的熔紡氨綸的製備方法其特徵在於所述的切片乾燥溫度為95-100℃，紡絲溫度為180℃-250℃，熔體壓力為8-15MPa，紡絲速度為200-1000m/min。
9.如權利要求6所述的改性的熔紡氨綸的製備方法其特徵在於所述的聚四氫呋喃二醇的相對分子量是1000-2000。
10.如權利要求1所述的改性的熔紡氨綸，其特徵在於所述的納米粉體包括水滑石、氧化鋅、蒙脫土、碳酸鈣、二氧化矽、氫氧化鎂。
11.如權利要求6所述的改性的熔紡氨綸，其特徵在於所述的納米粉體粒徑是30-100nm。
全文摘要
本發明屬於化學纖維的改性方法領域,特別涉及改性的熔紡氨綸及其製備方法。在預聚體合成過程中加入納米粉體,將含有納米粉體的預聚體作為添加劑,同熱塑性聚氨酯彈性體切片熔體在混合器中均勻混合後擠出紡絲,得到改性的熔紡氨綸。納米粉體的添加,大大提高了熔紡氨綸的彈性回復和綜合力學性能,產品品質如斷裂伸長、模量、回復特性及均勻度均可與幹紡產品相比。
文檔編號D01F6/70GK1389602SQ01115739
公開日2003年1月8日 申請日期2001年6月4日 優先權日2001年6月4日
發明者高曙光, 劉必前, 江雷 申請人:中國科學院化學研究所