專利名稱：制備熱穩(wěn)定的熔紡氨綸的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種化學(xué)纖維改性方法，特別是提供了一種熱穩(wěn)定的熔紡氨綸的制備方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)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(zhǎng)率大于400％，通常在500-700％，最高可達(dá)800％以上。形變300％時(shí)的彈性回復(fù)率達(dá)95％以上，具有優(yōu)良的耐疲勞性能和彈性恢復(fù)率，彈性持久不變形。聚氨酯彈性纖維的耐化學(xué)品性和耐油性好。聚氨酯穩(wěn)定的微相分離聚集態(tài)結(jié)構(gòu)是氨綸彈性基礎(chǔ)。微相分離過程的驅(qū)動(dòng)力是軟硬段之間的熱力學(xué)不相容性、硬段中的氫鍵和偶極相互作用以及硬段的結(jié)晶作用。其中，軟段是由較低分子量的聚酯或聚醚構(gòu)成，其重量分?jǐn)?shù)為60-85％，構(gòu)成纖維的連續(xù)相，主要賦予纖維的高伸長(zhǎng)率。硬段則主要為氨基甲酸酯鏈段，其極性大、結(jié)晶性強(qiáng)，構(gòu)成物理交聯(lián)點(diǎn)，均勻分布在連續(xù)相中，賦予纖維回彈性和機(jī)械強(qiáng)度。聚氨酯微相分離程度直接影響氨綸的物理機(jī)械性能。干紡氨綸大分子鏈結(jié)構(gòu)中，同時(shí)存在氨酯基和脲基，而熔紡氨綸大分子鏈結(jié)構(gòu)中只存在氨酯基。脲基的內(nèi)聚能密度為0.981kJ/cm3，氨酯基內(nèi)聚能密度為0.839kJ/cm3。干紡氨綸中大分子鏈間氫鍵數(shù)目比熔紡氨綸大一倍，致使干紡氨綸大分子鏈結(jié)構(gòu)中的硬段堆砌更緊密，微區(qū)結(jié)構(gòu)更完整，微相分離程度更完善。這樣，干紡氨綸的結(jié)晶度和晶粒尺寸都明顯高于熔紡氨綸，宏觀上，表現(xiàn)為熱變形溫度高的特點(diǎn)，從而就合理地解釋了熔紡氨綸耐熱性能較干紡為差的原因。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種制備熱穩(wěn)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(jié)晶度和晶粒尺寸，進(jìn)而提高氨綸的熱穩(wěn)定性，主要解決熔紡氨綸熱穩(wěn)定性差的問題。
本發(fā)明的技術(shù)方案是一種熱穩(wěn)定的熔紡氨綸的制備方法，把耐熱交聯(lián)劑與熱塑性聚氨酯彈性體切片加入螺桿擠壓機(jī)，切片由于受熱而熔融，熔體以一定壓力被擠出并輸送至紡絲部位，然后用紡絲泵將熔體定量均勻地壓至噴絲板，熔體細(xì)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(huán)氧改性大豆油、偶聯(lián)劑、硅油之一或其混合物。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)改善了熔紡氨綸在熱穩(wěn)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(jié)晶度和晶粒尺寸、大分子鏈之間的相互作用力以及修補(bǔ)斷裂大分子鏈，進(jìn)而提高熔紡氨綸的熱穩(wěn)定性。
具體實(shí)施例方式
一種熱穩(wěn)定的熔紡氨綸的制備方法，把耐熱交聯(lián)劑與熱塑性聚氨酯彈性體切片加入螺桿擠壓機(jī)，切片由于受熱而熔融，熔體以一定壓力被擠出并輸送至紡絲部位，然后用紡絲泵將熔體定量均勻地壓至噴絲板，熔體細(xì)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(huán)氧改性大豆油、偶聯(lián)劑、硅油之一或其混合物。
本發(fā)明中偶聯(lián)劑主要指硅烷和鈦酸酯類偶聯(lián)劑，利用硅烷偶聯(lián)劑形成的硅氧烷鏈節(jié)可與聚醚軟段有一定相容性和鈦酸酯偶聯(lián)劑可與聚酯軟段有一定相容性特點(diǎn)，同時(shí)這兩類偶聯(lián)劑常能與聚氨酯高溫?zé)峤到庑纬傻牧u基等活性基團(tuán)反應(yīng)，從而提高氨綸的熱穩(wěn)定性。硅烷偶聯(lián)劑可包括氨基和環(huán)氧基兩種類型；鈦酸酯偶聯(lián)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(jié)合，或者兩類偶聯(lián)劑的結(jié)合使用。
耐熱型的交聯(lián)劑是一類具有良好熱穩(wěn)定性結(jié)構(gòu)(如雙酚A型和聚砜鏈段結(jié)構(gòu))、多官能度(異氰酸酯等端基)齊聚物，其作用是通過物理化學(xué)反應(yīng)進(jìn)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(yīng)力，提供高的彈性恢復(fù)率，同時(shí)也改善氨綸絲在高溫下(如印染等后處理過程)的熱穩(wěn)定性。
所述的添加劑為脂肪胺(烷基長(zhǎng)度在12-18之間)，其用量為占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，其用量為占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，其用量為占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，其用量為占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(huán)氧改性大豆油，其用量為占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硅油組成，其中脂肪胺占熱塑性聚氨酯彈性體切片重量的0.1～5.0％，硅油為氨基、環(huán)氧和羥基改性硅油，可為單一硅油或兩者結(jié)合使用，其占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(lián)劑組成，其中脂肪胺占熱塑性聚氨酯彈性體切片重量的0.1～5.0％，偶聯(lián)劑可為氨基、環(huán)氧類硅烷偶聯(lián)劑，也可為鈦酸酯偶聯(lián)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(jié)合，或者兩類偶聯(lián)劑的結(jié)合使用，其占熱塑性聚氨酯彈性體切片重量的0.1～5.0％。
氨綸結(jié)構(gòu)與性能比較表

注1)*均為進(jìn)口樣品；2)例1為添加劑選用十八胺的熔紡氨綸，其占切片重量的3％；例2為添加劑選用十八胺和氨基硅油的熔紡氨綸，其中脂肪胺占切片重量的2.5％，硅油占切片重量的2.0％；例3為添加劑選用十八胺和偶聯(lián)劑KH550的熔紡氨綸，其中脂肪胺占切片重量的2.5％，偶聯(lián)劑占切片重量的0.5％；比較例為沒有加入添加劑的熔紡氨綸。
3)結(jié)晶度和晶粒尺寸由X射線衍射法測(cè)得；4)干熱恢復(fù)率測(cè)試方法為取一根50mm長(zhǎng)的樣絲，將樣絲進(jìn)行拉伸，使樣絲伸長(zhǎng)至200mm，即拉伸了300％。將拉伸的樣絲固定在干熱恢復(fù)率測(cè)定儀兩端的夾具上，放入130℃的電熱鼓風(fēng)烘箱內(nèi)，30min后取出。冷卻2小時(shí)后，將夾持器松開，30min后測(cè)量此時(shí)樣絲的長(zhǎng)度，單位為mm。干熱恢復(fù)率為干熱恢復(fù)率＝{[50-(處理后長(zhǎng)度-50)]/50}*100％。樣品的干熱恢復(fù)率為五根樣絲干熱恢復(fù)率的平均值。
測(cè)試結(jié)果表明加入添加劑后，綜合力學(xué)性能和耐熱性有所提高。表中給出了部分添加劑對(duì)熔紡氨綸的影響。由于各種反應(yīng)性官能團(tuán)可與聚氨酯硬段發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)，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(jié)晶度和晶粒尺寸，從而提高氨綸的熱穩(wěn)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(shí)驗(yàn)表明結(jié)晶度和晶粒尺寸隨著十八胺加入量增加，可以得到性能優(yōu)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(shí)加入偶聯(lián)劑或硅油也可以使性能得到進(jìn)一步提高。
權(quán)利要求
1.一種熱穩(wěn)定的熔紡氨綸的制備方法，把耐熱交聯(lián)劑與熱塑性聚氨酯彈性體切片加入螺桿擠壓機(jī)，切片由于受熱而熔融，熔體以一定壓力被擠出并輸送至紡絲部位，然后用紡絲泵將熔體定量均勻地壓至噴絲板，熔體細(xì)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；其特征在于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(huán)氧改性大豆油、偶聯(lián)劑、硅油之一或其混合物，添加劑占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(jù)權(quán)利要求1所述的熱穩(wěn)定的熔紡氨綸的制備方法，其特征在于所述的添加劑為脂肪胺，該脂肪胺的烷基長(zhǎng)度在12-18之間，其用量為占熱塑性聚氨酯彈性體切片重量的0.1～5.0％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱穩(wěn)定的熔紡氨綸的制備方法，其特征在于所述的添加劑為共聚尼龍或尼龍1010，其用量為占熱塑性聚氨酯彈性體切片重量的1～15.0％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱穩(wěn)定的熔紡氨綸的制備方法，其特征在于所述的添加劑為苯胍，其用量為占熱塑性聚氨酯彈性體切片重量的0.1～5.0％。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱穩(wěn)定的熔紡氨綸的制備方法，其特征在于所述的添加劑為硫脲，其用量為占熱塑性聚氨酯彈性體切片重量的0.1～5.0％。
6根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱穩(wěn)定的熔紡氨綸的制備方法，其特征在于所述的添加劑為環(huán)氧改性大豆油，其用量為占熱塑性聚氨酯彈性體切片重量的1～15.0％。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱穩(wěn)定的熔紡氨綸的制備方法，其特征在于所述的添加劑由脂肪胺和硅油組成，其中脂肪胺占熱塑性聚氨酯彈性體切片重量的0.1～5.0％，其占熱塑性聚氨酯彈性體切片重量的0.1-15.0％。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱穩(wěn)定的熔紡氨綸的制備方法，其特征在于所述的硅油為氨基或環(huán)氧或羥基改性硅油。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱穩(wěn)定的熔紡氨綸的制備方法，其特征在于所述的偶聯(lián)劑為氨基或環(huán)氧類硅烷偶聯(lián)劑或鈦酸酯偶聯(lián)劑之一其混合物。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱穩(wěn)定的熔紡氨綸的制備方法，其特征在于所述的添加劑由脂肪胺和偶聯(lián)劑組成，其中脂肪胺占熱塑性聚氨酯彈性體切片重量的0.1～5.0％，偶聯(lián)劑占熱塑性聚氨酯彈性體切片重量的0.1～5.0％。
全文摘要
本發(fā)明屬于化學(xué)纖維改性領(lǐng)域，主要解決了熔紡氨綸熱穩(wěn)定性差的缺點(diǎn)，提供了一種制備熱穩(wěn)定的熔紡氨綸的方法。將添加劑、交聯(lián)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(fā)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(jié)晶度和晶粒尺寸，進(jìn)而提高了氨綸的熱穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)D01F6/88GK1635198SQ20041006548
公開日2005年7月6日 申請(qǐng)日期2004年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月8日
發(fā)明者朱新生, 扈益民, 程嘉祺, 顧亞兵 申請(qǐng)人:江蘇南黃海實(shí)業(yè)股份有限公司