熔紡氨綸細旦長絲製備方法
2023-12-05 23:18:01 4
專利名稱：熔紡氨綸細旦長絲製備方法
技術領域：
本發明所公布的細旦氨綸長絲製備方法，是指製備纖維的纖度在10-30旦範圍內熔紡氨綸長絲。
背景技術：
現有技術中，熔紡氨綸的一般包括二種工藝第一種工藝的典型代表是日本可樂麗公司產品，其紡出的細旦氨綸絲彈性回復率明顯偏低。該技術表面上簡化了生產工藝，但對熱塑性聚氨酯原料熱穩定性、水解穩定性和對原料的精確配比要求都很高，而且彈性回復率不高。第二種工藝的典型代表為日本的鐘紡公司，其紡出的內熔紡氨綸長絲的斷裂強度偏低，該技術中可採用分子量和粘度較低熱塑性聚氨酯，可在一定程度避免原料在紡絲過程中降解和碳化等現象的發生，但是封端化合物在解封閉時釋放出小分子化合物，這一方面影響所得纖維的物理力學性能，另一方面也造成環境汙染。
發明內容
本發明的目的在於提供一種可以紡制纖維的纖度在10-30旦範圍內熔紡氨綸長絲的方法，其紡制出的長絲的彈性回復率高、斷裂強度也高。
本發明的技術方案是一種熔紡氨綸細旦長絲製備方法，它包括如下步驟(1).把一類熱塑性聚氨酯加入螺杆擠出機中進行熔融、混煉；(2).在擠出機的計量段或在出擠出機後、進入混合器前加入一類交聯劑；(3).熔紡物料經噴絲板噴出、紡絲和卷繞成型；所述的熱塑性聚氨酯有三種類型第一類為熱塑性聚酯型聚氨酯，第二類為熱塑性聚醚型聚氨酯，第三類為熱塑性聚醚-聚酯混合型聚氨酯；
所述的交聯劑也對應有三種類型第一類為聚醚型交聯劑，第二類為聚酯型交聯劑，第三類為聚醚-聚酯混合型交聯劑；所述的熱塑性聚醚型聚氨酯與所述的聚酯型交聯劑相配套使用；所述的熱塑性聚酯型聚氨酯與所述的聚醚型交聯劑配套使用；所述的熱塑性聚醚-聚酯混合型聚氨酯與所述的聚醚-聚酯混合型交聯劑配套使用；所述的聚醚型交聯劑是由聚醚多元醇、異氰酸酯反應而得；所述的聚酯型交聯劑是由聚酯多元醇、異氰酸酯反應而得；所述的聚醚-聚酯混合型交聯劑是由聚醚多元醇與聚酯多元醇構成的混合多元醇、異氰酸酯反應而得。
本發明的主要是解決了熱塑性聚氨酯與交聯劑的配套使用問題。這裡包括兩方面工作，一方面解決了國內部分熱塑性聚氨酯原料不配有交聯劑的情況，另一方面解決了現有熱塑性聚氨酯與交聯劑配合不佳的問題，從而解決了紡制出的絲熱穩定性差或者斷裂強度低或者彈性回復率不高的難題。本發明明確指出熱望性聚氨酯與交聯劑之間的配套關係。本發明創新的出發點是優化熱塑性聚氨酯的硬段微區的分散性。具體地通過使聚醚與聚酯主鏈間配合使用，降低了熱塑性聚氨酯的硬段微區的分散尺寸，強化了微區內部的分子鏈間極性相互作用，提高了硬段微區的相分離作用，從而有效地防止生產時出現聚合物材料的熱降解和碳化現象，並成功地熔紡出綜合性能優異的細旦氨綸長絲。
附圖1為本發明的第一種工藝(又稱一步法)的流程圖；附圖2為本發明的第二種工藝(又稱封端法)的流程圖；具體實施方式
熱塑性聚氨酯切片經清選後，與除交聯劑以外的添加劑混合乾燥，乾燥物料加入螺杆擠出機中，熔融、混煉，在擠出機的計量段或在出擠出機後而進入混合器前加入定量的交聯劑，熔紡物料經噴絲板噴出，對初生絲拉伸、冷卻、上油、卷繞，即得熔紡細旦氨綸長絲。本發明的之所以成功地熔紡出細旦氨綸長絲，是在於解決了交聯劑與熱塑性聚氨酯配套使用問題。
所述交聯劑與熱塑性聚氨酯配套使用，是指交聯劑化學組成與熱塑性聚氨酯組成的配套使用。熔紡細旦氨綸長絲的主原料包括三類熱塑性聚酯型聚氨酯、熱塑性聚醚型聚氨酯和熱塑性聚醚-聚酯混合型聚氨酯。本發明所述三種交聯劑指的是聚酯型交聯劑、聚醚型交聯劑和聚醚-聚酯混合型交聯劑。熱塑性聚醚型聚氨酯與聚酯型交聯劑配套使用；熱塑性聚酯型聚氨酯與聚醚型交聯劑配套使用；熱塑性聚醚-聚酯混合型聚氨酯與聚醚-聚酯混合型交聯劑配套使用。
本發明所述三種交聯劑即聚酯型交聯劑、聚醚型交聯劑和聚醚-聚酯混合型交聯劑。所謂聚酯型交聯劑又是由聚酯多元醇、異氰酸酯和擴鏈劑反應而得，其中也可以沒有擴鏈劑；聚醚型交聯劑是由聚醚多元醇、異氰酸酯和擴鏈劑反應而得，其中也可以沒有擴鏈劑；聚醚-聚酯混合型交聯劑由聚醚多元醇與聚酯多元醇構成的混合多元醇、異氰酸酯和擴鏈劑反應而得，其中也可以沒有擴鏈劑。
本發明所述聚酯多元醇是指含有酯基基團的、並含有兩個或兩個以上羥基的一類聚合物。它可以通過二元酸與二元醇和多元醇在酸或鹼或過渡金屬化合物等催化作用下和在50-240℃下進行酯化縮聚反應製備，直至酯化反應結束為止。配料時，二元醇和多元醇摩爾用量較完全酯化反應的理論量略多。適用的二元酸可為脂肪族和芳香族的，如己二酸、丁二酸、葵二酸、對苯二甲酸、間苯二甲酸等。適用的二元醇、多元醇分別可為乙二醇、1，3-丙二醇、1，4-丁二醇、新戊二醇、1，6-己二醇、丙三醇、三羥甲基丙烷季戊四醇和蔗糖等。上述二元酸、二元醇、多元醇類化合物可以單獨使用，也可組合使用。所述的聚酯多元醇還可包括聚己內酯多元醇、聚碳酸酯多元醇。本發明優選的聚酯多元醇為己二酸丁二醇酯為主鏈的、並含有少量新戊二醇、三羥甲基丙烷等多元醇。聚酯鏈段的數均分子量應在200-5000之間，更優選在500-2500之間。
本發明所述聚醚多元醇是指一類含有醚基基團的、並含有兩個或兩個以上羥基的聚合物，通常是羥基化合物、氨基化合物等為起始劑，在鹼金屬氫氧化物、金屬烷基化合物、路易斯酸等催化劑作用下進行環醚化合物開環聚合反應而製得聚環氧烷烴含有兩個或兩個以上羥基的聚合物。所用起始劑主要為丙二醇、新戊二醇和少量的多官能度的甘油、三羥甲基丙烷、季戊四醇、木糖醇、蔗糖等，環醚類化合物主要有環氧乙烷、環氧丙烷、四氫呋喃等，上述環醚可以單獨使用，也可組合使用。聚合物的數均分子量則控制在200-5000之間，更優選在500-2500之間。上述的聚醚多元醇更優選聚四氫呋喃多元醇；本發明所述的聚醚-聚酯混合型多元醇是一類同時含有酯基基團和醚基基團、含有兩個或兩個以上羥基的嵌段共聚物。其製備方法仍採用常規的酯化縮聚技術進行。將二元酸、二元醇和少量的多元醇在溫度50-240℃、2-20小時內和催化劑作用下縮聚後，再與聚醚多元醇進行酯化縮聚反應，從而製得聚醚-聚酯混合型多元醇。其中聚醚、聚酯結構可與上述聚醚型多元醇、聚酯型多元醇結構類似，嵌段共聚物的數均分子量則控制在200-5000之間，更優選在500-2500之間。上述的聚醚-聚酯混合型多元醇更優選己二酸丁二醇酯與四氫呋喃嵌段共聚物的多元醇。
本發明所述交聯劑所用的異氰酸酯可為脂肪族和芳香族異氰酸酯類，比如，六亞甲基二異氰酸酯、4，4『-二苯基甲烷二異氰酸酯、3，3』-二氯-4，4『-二苯基甲烷二異氰酸酯、2，6甲苯二異氰酸酯等，這些異氰酸酯可單獨使用，還可以組合使用。
本發明所述交聯劑所用的擴鏈劑可為低分子量小於400的二元醇化合物，例如，丙二醇、1，4-丁二醇、1，6-己二醇、1，4-雙(-羥乙氧基)苯等。這些擴鏈劑可以單獨使用，也可組合使用。
所述交聯劑的聚合物多元醇、擴鏈劑與異氰酸酯摩爾定量關係可如下聚合物多元醇官能度為N，數均分子量為M1，其用量為n1摩爾；擴鏈劑二元醇的分子量為M2，其用量為n2摩爾；異氰酸酯的分子量為M3，其用量為n3摩爾。若所得交聯劑的官能度為MNCO，異氰酸酯重量百分含量和硬段的重量百分含量分別按如下方式計算，異氰酸酯重量百分含量W1為MNCO*42*100n1*M1+n2*M2+n3*M3%]]>硬段的重量百分含量W2為(n1*M1+n2*M2-MNCO*42)*100n1*M1+n2*M2+n3*M3%]]>本發明要求的交聯劑的官能度MNCO在範圍2≤MNCO≤10，更優選在3≤MNCO≤6本發明要求異氰酸酯重量百分含量W1在範圍1.0％≤W1≤15.0％，更優選在3.0％≤W1≤10.0％本發明要求的硬段的重量百分含量W2在範圍15％≤W2≤70％，更優選在25％≤W2≤60％本發明所述交聯劑的聚合製備方法無特殊要求，採用常規的單釜法合成。將上述一定量聚酯多元醇或聚醚多元醇或聚醚-聚酯混合型多元醇、二異氰酸酯、擴鏈劑(也可不用擴鏈劑)按一定比例、順序加入，反應時間、溫度、真空度、攪拌速率等均無特殊要求，可在50-180℃，反應時間30分鐘到5小時進行。另外，在交聯劑製備過程中，也可加入少量的熱穩定劑、抗氧劑、潤滑劑等。
本發明所述三種交聯劑與相應的熱塑性聚氨酯配套使用，其用量與所要求的纖維的物理力學性能有關，交聯劑的用量可在5-40重量％，更優選在10-30重量％。
權利要求
1.一種熔紡氨綸細旦長絲製備方法，其特徵在於它包括如下步驟(1)、把一類熱塑性聚氨酯加入螺杆擠出機中進行熔融、混煉；(2)、在擠出機的計量段或在出擠出機後、進入混合器前加入一類交聯劑；(3)、熔紡物料經噴絲板噴出、紡絲和卷繞成型；所述的熱塑性聚氨酯有三種類型第一類為熱塑性聚酯型聚氨酯，第二類為熱塑性聚醚型聚氨酯，第三類為熱塑性聚醚-聚酯混合型聚氨酯；所述的交聯劑也對應有三種類型第一類為聚醚型交聯劑，第二類為聚酯型交聯劑，第三類為聚醚-聚酯混合型交聯劑；所述的熱塑性聚醚型聚氨酯與所述的聚酯型交聯劑相配套使用；所述的熱塑性聚酯型聚氨酯與所述的聚醚型交聯劑配套使用；所述的熱塑性聚醚-聚酯混合型聚氨酯與所述的聚醚-聚酯混合型交聯劑配套使用；所述的聚醚型交聯劑是由聚醚多元醇、異氰酸酯反應而得；所述的聚酯型交聯劑是由聚酯多元醇、異氰酸酯反應而得；所述的聚醚-聚酯混合型交聯劑是由聚醚多元醇與聚酯多元醇構成的混合多元醇、異氰酸酯反應而得。
2.根據權利要求1所述的熔紡氨綸細旦長絲製備方法，其特徵在於所述的聚酯多元醇是指含有酯基基團的直鏈或支鏈、並含有兩個或兩個以上羥基的一類聚合物；所述的聚醚多元醇是指一類含有醚基基團的、並含有兩個或兩個以上羥基的聚合物；所述的聚醚-聚酯混合型多元醇是同時含有酯基基團和醚基基團、含有兩個或兩個以上羥基的嵌段共聚物。
3.根據權利要求1所述的熔紡氨綸細旦長絲製備方法，其特徵在於所述的聚醚型交聯劑是由聚醚多元醇、異氰酸酯、擴鏈劑反應而得；所述的聚酯型交聯劑是由聚酯多元醇、異氰酸酯、擴鏈劑反應而得；所述的聚醚-聚酯混合型交聯劑是由聚醚多元醇與聚酯多元醇構成的混合多元醇、異氰酸酯、擴鏈劑反應而得。
4.根據權利要求2所述的熔紡氨綸細旦長絲製備方法，其特徵在於所述的聚酯多元醇是由二元酸與二元醇、多元醇通過催化作用，在50-240℃的溫度下進行酯化縮聚反應而成，聚酯鏈段的數均分子量在200-5000之間，更優選在500-2500之間。
5.根據權利要求2所述的熔紡氨綸細旦長絲製備方法，其特徵在於所述的聚醚多元醇是由羥基化合物、氨基化合物在催化劑作用下進行環醚化合物開環聚合反應而製得聚環氧烷烴含有兩個或兩個以上羥基的聚合物，聚合物的數均分子量在200-5000之間，更優選在500-2500之間。
6.根據權利要求2所述的熔紡氨綸細旦長絲製備方法，其特徵在於所述的聚醚-聚酯混合型多元醇是由二元酸、二元醇、多元醇在催化劑作用下縮聚後，再與聚醚多元醇進行酯化縮聚反應，從而製得聚醚-聚酯混合型多元醇，其中，共聚物的數均分子量在200-5000之間，更優選在500-2500之間。
全文摘要
一種熔紡氨綸細旦長絲製備方法，其特徵在於它包括如下步驟把一類熱塑性聚氨酯加入螺杆擠出機中進行熔融、混煉；在擠出機的計量段或在出擠出機後、進入混合器前加入一類交聯劑；熔紡物料經噴絲板噴出、紡絲和卷繞成型；本發明的主要是解決了熱塑性聚氨酯與交聯劑的配套使用問題，降低了熱塑性聚氨酯的硬段微區的分散尺寸，從而有效地防止生產時出現聚合物材料的熱降解和碳化現象，並成功地熔紡出綜合性能優異的細旦氨綸長絲。
文檔編號D01F11/06GK1410605SQ0112697
公開日2003年4月16日 申請日期2001年10月9日 優先權日2001年10月9日
發明者朱新生, 程嘉祺, 扈益民 申請人:江蘇南黃海實業股份有限公司