彈性聚氨酯纖維的製備方法及由此製得的彈性聚氨酯纖維的製作方法
2023-05-20 05:24:31 2
專利名稱：彈性聚氨酯纖維的製備方法及由此製得的彈性聚氨酯纖維的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種製備彈性聚氨酯纖維的方法，及由此方法製得的彈性聚氨酯纖維。更具體地，本發明涉及一種製備彈性聚氨酯的方法，該方法包括，將數均分子量為50,000-500,000的聚苯乙烯聚合物或共聚物與數均分子量為15,000-100,000的聚氨酯混合，然後進行紡絲；及由此方法製得的彈性聚氨酯纖維。
背景技術：
一般地，聚氨酯由下述方法獲得首先將作為具有高分子量的二元醇的多元醇與過量的二異氰酸鹽聚合，形成以異氰酸鹽封端的多元醇預聚物，然後將其溶於適當的溶劑，再加入二胺或二醇基的增鏈劑，以進行第二次聚合。
聚氨酯纖維的製備方法包括幹法紡絲，溼法紡絲，化學紡絲或熔融紡絲。在幹法紡絲中，聚氨酯被製成熔體，溶解於溶劑中，得到聚氨酯溶液，然後進行幹紡。此外，在溼法紡絲中，聚氨酯直接合成於溶劑中。隨著聚氨酯的形成，其溶解在溶劑中形成溶液，然後將該溶液進行幹紡。此外，化學紡絲是通過噴嘴，將異氰酸鹽封端的預聚物溶液擠出至胺基增鏈劑溶液中，以進行鏈延長。
另外，熔融紡絲法是通過噴嘴擠出熔融的聚氨酯，並冷卻所擠出的聚氨酯。
如此製備的聚氨酯纖維可以根據所需的最終用途與其它纖維，例如聚丙烯腈纖維，羊毛，棉花，蠶絲等混合。常用的彈力纖維就是這樣，其為一種人造纖維，其中成纖物質是長鏈的合成彈性體，該彈性體中包含至少85％重量的嵌段聚氨酯。
聚氨酯由於其獨特的性質如高彈性，而被廣泛應用。隨著應用領域的擴大，除了傳統的性質之外，還要求聚氨酯纖維具有新的性質。到現在，已經開發了耐熱性和彈性進一步增強的聚氨酯，而且近年來，對具有優異熱定形性的聚氨酯的需求正在逐步增加。
因此，已經對改進聚氨酯纖維熱定形性進行了滲入的研究。在這一點上，日本專利公開Sho.63-53287和63-53288公開了一種利用特殊的添加劑如二異氰酸鹽二聚物或粉末二氧化矽提高彈性聚氨酯纖維熱定形性的方法。但是，上述方法的缺點在於，添加劑不能一致地分散在聚氨酯溶液中。而且，很難選擇適當的混合條件，聚合過程自然而然地變得複雜了。
另外，日本專利公開Sho.43-639公開了一種製備聚氨酯的方法，包括將聚合物二醇及摩爾數為聚合物二醇1～3倍的低分子量二醇的混合物與二異氰酸鹽化合物反應，製得氫氧化物封端的預聚物和異氰酸鹽封端的預聚物，然後使它們一起反應，製得聚氨酯聚合物。但是，如此製得的聚氨酯只能用於熔融紡絲法。
此外，韓國專利待審公開2001-5854公開了一種製備彈性聚氨酯纖維的方法，其特徵在於，將兩種預聚物，每個均具有異氰酸鹽封端和氫氧化物封端且具有相似粘度，一起反應，得到液體聚氨酯聚合物，然後通過噴嘴將其連續擠出。按照這種方法，由於兩種預聚物具有相似的粘度，因此可以在第二次聚合時彼此均勻地混合，進而提高混合效果和紡絲穩定性。然而，上述方法相對於傳統的彈性聚氨酯纖維製備工藝是更為複雜的工藝。同樣，由於需要通過控制工藝條件才能獲得混合效果和紡絲穩定性，所以上述方法並不實用。
另外，日本專利待審公開Hei.7-316922公開了一種能夠提高彈性聚氨酯纖維熱定形性的相對簡單的方法，其中當採用傳統方法製備聚氨酯纖維時，部分聚氨酯組分被熱塑性聚氨酯所代替，原因是採用二醇作為第二次聚合的增鏈劑。通過上述方法製得的彈性聚氨酯纖維在熱定形性方面有所提高，但是在拉伸方面卻下降了，且模量顯著增加。
此外，還公開了一種用數均分子量低於5,000的低分子量苯乙烯-馬來酸酐共聚物代替部分通過傳統方法製備的聚氨酯的方法。然而，由於需要提高熱定形性並保持纖維的基本性質，所以上述方法並不可取。
韓國專利待審公開2001-16788公開了一種提高聚氨酯纖維熱定形性的方法，其是在幹紡之後再加一步熱處理。但是，此方法的缺點在於，除了傳統的紡絲設備之外還需要其它的設備。另外，由於纖維過度受熱，由此提高了熱定形性，但其它基本性質如拉伸和模量卻下降。
發明內容
為了避免上述相關技術中遇到的問題，本發明人經過深入細緻地研究，實現了一種製備具有優異熱定形性的彈性聚氨酯纖維的經濟性方法，本發明人發現，將預定量的具有特定分子量的聚苯乙烯聚合物或聚苯乙烯共聚物與傳統的聚氨酯溶液混合然後紡絲，由此可以製得熱固性得到很大提高的彈性聚氨酯纖維，同時無須改變傳統的工藝條件和設備，又能保持傳統彈性聚氨酯纖維的優異基本性質不變，即200％的模量沒有顯著的改變且伸長率沒有顯著的降低。
因此，一方面，本發明提供一種不需要額外設備或改變工藝條件，即可製備熱定形性顯著提高同時又保持常規彈性聚氨酯纖維優良性能的彈性聚氨酯纖維的方法。
另一方面，本發明提供一種由上述方法製得的熱定形性顯著提高的彈性聚氨酯纖維。
根據本發明的實施方案，提供一種製備彈性聚氨酯纖維的方法，包括將數均分子量為50,000-500,000的聚苯乙烯聚合物或聚苯乙烯共聚物與數均分子量為15,000-100,000的聚氨酯混合，製得混合聚合物，然後對其進行紡絲。
根據本發明的另一實施方案，提供一種由上述方法製得的，具有優異的熱定形性同時又保持常規彈性聚氨酯纖維基本性質的彈性聚氨酯纖維。
具體實施例方式
在下文，將會詳細描述彈性聚氨酯纖維的製備過程和由此製得的彈性聚氨酯纖維。
根據本發明，將數均分子量為50,000-500,000的聚苯乙烯聚合物或聚苯乙烯共聚物與數均分子量為15,000-100,000的聚氨酯混合，然後紡絲。
在本發明中，當聚苯乙烯聚合物或聚苯乙烯共聚物的數均分子量低於50,000時，熱定形性就不能提高。相反，如果聚苯乙烯聚合物或聚苯乙烯共聚物的數均分子量大於500,000，則紡絲穩定性將會降低，且彈性聚氨酯纖維的基本性質將會亞中退化。用於本發明的聚苯乙烯聚合物包括聚苯乙烯，對烷基聚苯乙烯如對甲基聚苯乙烯，對芳基聚苯乙烯等。此外，聚苯乙烯共聚物的實例包括苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN)，苯乙烯-丁二烯共聚物(SBS)，苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物，丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)等。
此外，優選聚苯乙烯聚合物或聚苯乙烯共聚物與聚氨酯的重量混合比為1∶99到30∶70，更優選該混合比為1∶99到25∶75(w/w)。如果聚苯乙烯聚合物或共聚物的用量小於1重量份，那麼最終的彈性聚氨酯纖維的熱定形性不良。另一方面，如果聚苯乙烯聚合物或共聚物的用量大於30重量份，則紡絲的穩定性變差，且彈性聚氨酯纖維的基本性質會嚴重地降低。在本發明中，對紡絲工藝內有具體的限制，除化學紡絲外，可以採用幹法紡絲，溼法紡絲或熔融紡絲。
利用本發明的方法製得的彈性聚氨酯纖維具有顯著提高的熱定形性，同時保持傳統聚氨酯的基本性質，例如拉伸和200％的模量。
已經對本發明進行了一般性描述，可以參照下文中提高的實施例和對比例，更進一步地理解本發明，除非特別規定，所述實施例和對比例僅用於說明，而不是用於限定本發明。
對本發明的彈性聚氨酯纖維的熱定形性和模量進行如下測量。
(1)熱定形性將根據本發明製得的彈性聚氨酯纖維拉伸100％，在暴露於空氣的狀態下。於160℃熱處理1分鐘，然後冷卻至室溫。其後，測量纖維(熱處理後)的長度，並根據下列方程式計算熱定形性熱定形率(％)＝{(熱處理後的纖維長度-拉伸前的初始纖維長度/(拉伸後的纖維長度-拉伸前的初始纖維長度)}×100(2)模量將所製備的纖維切成5cm長，並以500mm/分鐘的速度拉伸200％。然後，在20℃和65％相對溼度的條件下，用Instron有限公司的Instron 5565測量纖維的模量。
實施例1將具有數均分子量為100,000的聚苯乙烯完全溶解於二甲基乙醯胺(DMAC)溶液，以獲得聚苯乙烯聚合物溶液。然後將其與依照傳統方法製得的具有數均分子量為100,000的聚苯乙烯(聚苯乙烯DMAC溶液)溶液混合，由此製備出紡絲溶液。其中，聚氨酯與聚苯乙烯混合時重量比為10∶90(w/w)。其後，紡絲溶液用幹紡法在空氣或氮氣條件下由紡絲噴嘴擠出。其紡絲條件，例如紡絲溫度和卷繞速度與傳統的彈性聚氨酯纖維製備條件一樣。
實施例1的彈性聚氨酯纖維的熱定形性和基本性質(拉伸和200％模量)與傳統彈性聚氨酯纖維(Creora，Hyosung有限公司，韓國)，比較結果列於下表2中。
實施例2-5除了所加聚苯乙烯聚合物或聚苯乙烯共聚物的種類和數均分子量不同外，實施例2-5其它條件與實施例1相同。聚苯乙烯聚合物或共聚物與傳統方法製備的聚氨酯聚合物混合時重量比的變化列於表1。
各實施例所制的彈性聚氨酯纖維的熱定形性和基本性質(拉伸和200％模量)與傳統的彈性聚氨酯纖維(Creora，Hyosung有限公司，韓國)的比較列於表2中。
對比例1-3除了所加聚苯乙烯聚合物或聚苯乙烯共聚物的種類和數均分子量不同外，對比例1-3其它條件與實施例1相同。聚苯乙烯聚合物或共聚物與傳統方法製備的聚氨酯聚合物混合時重量比的變化列於表1。
由實施例和對比例所作出的彈性聚氨酯纖維與傳統彈性聚氨酯纖維(Creora，Hyosung有限公司，韓國)的熱便定性和基本性質(拉伸和200％模量)的比較列於表2中。
表1
表2
由表2可以看出，本發明所製得的彈性聚氨酯纖維又很高的熱定形性，其熱定形性達到65％或更高。並且有很好的200％模量和拉伸，與傳統的彈性聚氨酯纖維相比其基本性質的變化率小於15％。
在對比例1-3中，對比例1中所用的聚苯乙烯的分子量比本發明所用的聚苯乙烯的分子量低，其製成的彈性聚氨酯纖維的缺點在於在熱定形性方面比較低並且與傳統的聚氨酯纖維相比基本性質有顯著的降低。對比例2中所用的聚苯乙烯的分子量比本發明所用的聚苯乙烯的分子量高，對比例3中所用的聚苯乙烯的總量比本發明所用的聚苯乙烯的量大。對比例2和3所製得的彈性聚氨酯纖維有好的熱定形性，但是在200％模量和拉伸方面有顯著的降低。
綜上所述，本發明提供一種製備彈性聚氨酯纖維的方法，和由此方法製得的產品。本發明所制的彈性聚氨酯纖維具有極好的熱定形性，並且與傳統彈性聚氨酯纖維相比其在基本性質方面的改變率很小。所以，本發明所製備的彈性聚氨酯纖維能夠直接應用於要求具有高熱定形性的最終產品，而且不需要改變傳統製備過程的條件。
本發明以圖表的方式描述，並且可以理解到所用的術語是為了描述其性質而不是限定本發明。按照上述的教導，可以得知本發明的一些改變和差異是可能的。因此，可以理解到本發明的權利要求內所限定的範圍是可以實施的而不需要特別的描述。
權利要求
1.一種製備彈性聚氨酯纖維的方法，包括以下步驟將選自數均分子量為50,000-500,000的聚苯乙烯聚合物或聚苯乙烯共聚物之一的組分與數均分子量為15,000-100,000的聚氨酯混合，製得聚合物混合物；及將該聚合物混合物紡絲。
2.根據權利要求1的方法，其中在混合步驟中，所述選自聚苯乙烯聚合物或聚苯乙烯共聚物的組分以1∶99到30∶70的重量混合比與聚氨酯混合。
3.根據權利要求1的方法，其中所述選自聚苯乙烯聚合物或聚苯乙烯共聚物的組分包括聚苯乙烯，對烷基聚苯乙烯，對芳基聚苯乙烯，苯乙烯-丙烯腈共聚物(SAN)，苯乙烯-丁二烯共聚物(SBS)，苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物，及丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)。
4.根據權利要求1-3中任一項的方法製備的彈性聚氨酯纖維。
全文摘要
本發明公開了一種製備彈性聚氨酯纖維的方法，包括將選自數均分子量為50,000到500,000的聚苯乙烯聚合物或聚苯乙烯共聚物之一的組分與數均分子量為15,000到100,000的聚氨酯混合，製得聚合物混合物，然後將其紡絲。本發明還提供由上述方法製得的彈性聚氨酯纖維，其在熱定形性方面有顯著的提高，結果，與傳統彈性聚氨酯纖維相比，其基本性質的改變率很低。因此，本發明的彈性聚氨酯纖維可以直接應用於要求具有高熱定形性的最終產品，而且不需要改變工藝的常規條件。
文檔編號C08F8/00GK1504593SQ20031011631
公開日2004年6月16日 申請日期2003年11月19日 優先權日2002年11月29日
發明者李泰雨, 徐升源, 張升鉉 申請人:株式會社曉星