專利名稱：具有高模量、耐堿性和耐熱性的彈性纖維的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及制備具有高模量和優(yōu)異耐堿性和耐熱性的彈性纖維的方法。具體地本發(fā)明涉及制備高模量和高度耐堿和耐熱彈性纖維的方法，以聚氨酯或聚氨酯-脲的總重為基準，在聚氨酯或聚氨酯-脲溶液中加入1-20wt％的乙酸纖維素，得到紡絲溶液，熟化，并將該溶液紡絲。根據(jù)該方法，無需突然改變聚合物的制備條件，而可以制備高模量和高度耐熱的彈性纖維。
背景技術：
彈性纖維用途廣泛。例如彈性纖維用來將3向(way)經編天鵝絨織物的聚酯紗線與聚酯纖維緊緊地保持在一起。該彈性纖維需有足夠高的模量以形成和保持良好的凸紋狀態(tài)，同時在隨后的聚酯天鵝絨織物后加工步驟中高溫下需要具有足夠的耐熱性以耐受染色和定形處理。近來壓花技術作為提高天鵝絨織物附加值的技術成為關注焦點。對于不同圖案的壓花，天鵝絨織物的凸起紗線必須經受爛花并印花成所需的顏色。對于該方法，彈性纖維不可避免地需具有優(yōu)異的耐堿性。特別是由于在爛花工藝中使用高濃度堿溶液(例如主要是氫氧化鈉溶液)以在所需位置處溶解聚酯凸紋紗，需向其施覆印花溶液，接下來進行高溫處理用于染色固色，所以彈性纖維需具有優(yōu)異的耐堿性以防止受到殘留在織物上的堿性溶液的影響而在高溫下老化。
使用普通彈性纖維制備天鵝絨織物通常會遇到如下問題由于普通彈性纖維的模量低，所以會發(fā)生剪切后凸紋紗變得扁平的現(xiàn)象，因此彈性纖維顯示的天鵝絨效果差。而且，由于高溫后處理，彈性纖維失去了其固有的彈性回復，織物展開，在極端的情形下，彈性纖維會發(fā)生破裂。特別是在需要爛花和印花的壓花技術中的高濃度堿性溶液和高溫處理，會導致彈性纖維的嚴重破裂，導致在天鵝絨織物上產生許多孔。
由于這些問題，天鵝絨織物的生產商需要彈性纖維制造商提供高模量和高度耐熱的彈性纖維。而且，爛花和印花天鵝絨織物的生產商需要得到耐堿性優(yōu)異及模量高和耐熱性好的彈性纖維的供給。
為了解決上述問題，彈性纖維生產商最常采用的方法與制備彈性纖維的聚合物溶液中存在高含量硬鏈段和使用粘結力高及無側鏈的增鏈劑有關。硬鏈段的含量越高，彈性纖維的模量越高。增鏈劑的使用提高了彈性纖維的耐熱性。但這些方法在控制聚合物溶液的粘度方面有難度，使用該聚合物溶液會導致制備的彈性纖維物理性能不均勻，因此在需要制備少量的彈性纖維時是不適用的。另一方面，彈性纖維由于其固有性能具有一定的耐堿性，但在160-180℃的高溫下使用25％-30％的高濃度氫氧化鈉時可能容易發(fā)生退化。因此分別進行爛花和印花法。迄今為止，尚未提出同時進行爛花和印花法的技術。
因此需要一種容易制備具有高模量和優(yōu)異的耐熱性和耐堿性的彈性纖維的方法，而沒有物理性能不均勻的問題。
Fujibo的日本專利未審公開No.2000-303259公開了一種吸濕性和生物可降解性提高了的聚氨酯彈性纖維。根據(jù)該公開，聚氨酯彈性纖維的制備是在聚氨酯或聚氨酯-脲溶液中加入乙酸纖維素，均勻攪拌混合物，得到紡絲溶液，將該溶液紡絲制備含乙酰纖維素的彈性纖維，用堿處理該含乙酰纖維素的彈性纖維。但該公布沒有提及彈性纖維的耐堿性或耐熱性。而且，彈性纖維的模量太低而不能夠解決上述問題。

發(fā)明內容
為解決上述問題，本發(fā)明人進行了認真而努力的研究，結果發(fā)現(xiàn)以聚合物溶液的固體含量(即聚合組分)為基準，聚合物溶液中加入1-20wt％的乙?；燃s為28％-72％的乙酸(二乙酸或三乙酸)纖維素，均勻攪拌混合物得到紡絲溶液，將該溶液熟化預定的時間，并將該熟化溶液紡絲，就可以容易地制備具有高模量和優(yōu)異耐熱性和耐堿性的彈性纖維，無需突然改變聚合粘度，或者是纖維產品的物理性能沒有不均勻。本發(fā)明基于該發(fā)現(xiàn)。
因此本發(fā)明的一個目的是提供一種在溫和加工條件下制備具有高模量和優(yōu)異耐熱性和耐堿性的彈性纖維的方法。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種制備彈性纖維的方法，包括步驟以聚氨酯或聚氨酯-脲的總重為基準，在聚氨酯或聚氨酯-脲溶液中加入1-20wt％的乙酸纖維素，得到紡絲溶液；將該溶液熟化預定的時間；并將該熟化溶液紡絲。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種由該方法制備的高模量和高度耐堿和耐熱的彈性纖維。
下面將更詳細地說明本發(fā)明。
本發(fā)明使用的聚氨酯或聚氨酯-脲溶液是用本領域已知方法制備的。例如有機二異氰酸酯與聚合二醇發(fā)生反應形成聚氨酯前體。聚氨酯前體溶解于有機溶劑后，所得的前體溶液與二胺反應用于鏈的增長。通過使用一元胺來終止鏈增長反應，得到聚氨酯或聚氨酯-脲溶液。
本發(fā)明使用的有機二異氰酸酯的例子包括二苯基甲烷-4，4’-二異氰酸酯，六亞甲基二異氰酸酯，甲苯二異氰酸酯，亞丁基(buthylene)二異氰酸酯，氫化p，p-亞甲基二異氰酸酯等。作為聚合二醇，可以使用例如聚四亞甲基醚二醇，聚丙二醇，或是聚碳酸酯二醇，它們的數(shù)均分子量都優(yōu)選為1,750-2,050。同時，用作增鏈劑的二胺可以是乙二胺，丙鄰二胺，肼等，用作鏈終止劑的一元胺可以是二乙胺，一乙醇胺，二甲胺等。用于制備聚合物溶液的適當有機溶劑的例子包括但不特別限定于N，N’-二甲基甲酰胺，N，N’-二甲基乙酰胺，二甲基亞砜等。
如果必要的話，聚氨酯或聚氨酯-脲溶液還可以包含至少一種選自以下的添加劑消光劑，UV穩(wěn)定劑，抗氧劑，NOX氣體防黃變劑，防粘劑，染色促進劑和抗氯劑。
根據(jù)本發(fā)明的方法，以聚合物的總重為基準，在聚氨酯或聚氨酯-脲溶液中加入1-20wt％的乙酸纖維素，將混合物均勻攪拌得到紡絲溶液。如果乙酸纖維素的加入量低于1wt％，添加的效果是很小的。另一方面，如果乙酸纖維素的加入量超過20wt％，難以進行均勻混合。乙酸纖維素可以是二乙酸纖維素或三乙酸纖維素，優(yōu)選乙酰化度約為28％-72％。將該紡絲溶液在30-70℃放置28-38小時，使其熟化，然后紡絲，制備具有高模量和優(yōu)異耐熱性和耐堿性的最終彈性纖維。根據(jù)本發(fā)明人的研究，由于均勻攪拌作為添加劑的乙酸纖維素和聚合物溶液以及熟化，能夠在聚合物和乙酸纖維素之間形成氨基甲酸乙酯、脲和氫鍵，這些步驟對于提高導電紗的模量和改進耐堿性和耐熱性具有直接的影響。因此對于這些步驟設置最佳條件是很重要的。根據(jù)本發(fā)明的方法，將乙酸纖維素溶解于與制備聚合物溶液所用相同的有機溶劑中，將所得溶液均勻攪拌7-8小時，然后將該均勻的溶液添加于聚合物溶液中。然后將所得混合物均勻攪拌至少2小時。隨著加入的乙酸纖維素百分比的增加，攪拌時間也延長30分鐘。攪拌后，乙酸纖維素和聚合物溶液的混合物被熟化約28-38小時，然后通過紡絲頭紡絲，制備最終的彈性纖維。
參照具體實施例和對比例更詳細地說明本發(fā)明的構成和效果。但這些例子只用于解釋的目的，并不解釋為對本發(fā)明范圍的限定。
具體實施例方式
實施例1518g的二苯基甲烷-4，4’-二異氰酸酯和2328g數(shù)均分子量為1800的聚四亞甲基醚二醇在85℃下攪拌相互反應90分鐘，形成在兩端位置處包含異氰酸酯基的聚氨酯前體。將該聚氨酯前體冷卻到室溫，然后溶解于4643g的N，N’-二甲基乙酰胺中得到聚氨酯前體溶液。然后將54g的丙鄰二胺和9.1g的二乙胺溶解于1889g的N，N’-二甲基乙酰胺中，將所得溶液加入到10℃或更低的聚氨酯前體溶液中，制得嵌段的聚氨酯-脲溶液。
向該聚合物溶液中加入UV穩(wěn)定劑，抗氧劑，NOX氣體防黃變劑，染色促進劑，鎂基防粘劑和鈦基消光劑。將所得溶液均勻攪拌。向該均勻溶液中加入乙?；?5％的1wt％乙酸纖維素的N，N’-二甲基乙酰胺溶液，以聚合物溶液的固體含量為基準。然后將該混合物去泡2小時，在40℃熟化35小時得到紡絲溶液。在紡絲溫度250℃下將該紡絲溶液干紡，然后以拉伸比1.3進行拉伸，制得厚度為40旦的聚氨酯-脲彈性纖維。將如此制備的該聚氨酯-脲彈性纖維進行纏繞。
將590聚氨酯-脲彈性纖維卷繞，與50旦的聚酯紗編織，染色，以制備天鵝絨織物。將該天鵝絨織物進行爛花和印花加工。測量天鵝絨織物的紗線的耐熱性和耐堿性，并測量天鵝絨織物的保持力(power retention)。而且評估織物爛花前的凸紋狀態(tài)，以及爛花后織物上出現(xiàn)孔的狀況。結果示于表1。
實施例2以與實施例1相同的方法制備并纏繞厚度為40旦的聚氨酯-脲彈性纖維，除了向聚合物溶液中加入5wt％二乙酸纖維素(乙酰化度45％)的N，N’-二甲基乙酰胺溶液，以聚合物溶液的固體含量為基準，均勻攪拌4小時。然后以與實施例1相同的方式制備天鵝絨織物，然后進行爛花和印花。測量和評估天鵝絨織物的性能，結果示于表1。
實施例3以與實施例1相同的方法制備并纏繞厚度為40旦的聚氨酯-脲彈性纖維，除了向聚合物溶液中加入10wt％二乙酸纖維素(乙?；?5％)的N，N’-二甲基乙酰胺溶液，以聚合物溶液的固體含量為基準，均勻攪拌6.5小時。然后以與實施例1相同的方式制備天鵝絨織物，然后進行爛花和印花。測量和評估天鵝絨織物的性能，結果示于表1。
實施例4以與實施例1相同的方法制備并纏繞厚度為40旦的聚氨酯-脲彈性纖維，除了向聚合物溶液中加入15wt％二乙酸纖維素(乙酰化度45％)的N，N’-二甲基乙酰胺溶液，以聚合物溶液的固體含量為基準，均勻攪拌9.5小時。然后以與實施例1相同的方式制備天鵝絨織物，然后進行爛花和印花。測量和評估天鵝絨織物的性能，結果示于表1。
實施例5以與實施例1相同的方法制備并纏繞厚度為40旦的聚氨酯-脲彈性纖維，除了向聚合物溶液中加入20wt％二乙酸纖維素(乙酰化度45％)的N，N’-二甲基乙酰胺溶液，以聚合物溶液的固體含量為基準，均勻攪拌12小時。然后以與實施例1相同的方式制備天鵝絨織物，然后進行爛花和印花。測量和評估天鵝絨織物的性能，結果示于表1。
實施例6
以與實施例1相同的方法制備并纏繞厚度為40旦的聚氨酯-脲彈性纖維，除了在110℃以30分鐘將三乙酸纖維素(乙?；?5％)溶解于N，N’-二甲基乙酰胺，然后將所得溶液加入到聚合物溶液中，從而使三乙酸纖維素的含量為1wt％，以聚合物溶液的固體含量為基準，均勻攪拌2小時。然后以與實施例1相同的方式制備天鵝絨織物，然后進行爛花和印花。測量和評估天鵝絨織物的性能，結果示于表1。
實施例7以與實施例1相同的方法制備并纏繞厚度為40旦的聚氨酯-脲彈性纖維，除了在110℃以30分鐘將三乙酸纖維素(乙?；?5％)溶解于N，N’-二甲基乙酰胺，然后將所得溶液加入到聚合物溶液中，從而使三乙酸纖維素的含量為5wt％，以聚合物溶液的固體含量為基準，均勻攪拌2小時。然后以與實施例1相同的方式制備天鵝絨織物，然后進行爛花和印花。測量和評估天鵝絨織物的性能，結果示于表1。
實施例8以與實施例1相同的方法制備并纏繞厚度為40旦的聚氨酯-脲彈性纖維，除了在110℃以30分鐘將三乙酸纖維素(乙?；?5％)溶解于N，N’-二甲基乙酰胺，然后將所得溶液加入到聚合物溶液中，從而使三乙酸纖維素的含量為10wt％，以聚合物溶液的固體含量為基準，均勻攪拌2小時。然后以與實施例1相同的方式制備天鵝絨織物，然后進行爛花和印花。測量和評估天鵝絨織物的性能，結果示于表1。
實施例9以與實施例1相同的方法制備并纏繞厚度為40旦的聚氨酯-脲彈性纖維，除了在110℃以30分鐘將三乙酸纖維素(乙酰化度65％)溶解于N，N’-二甲基乙酰胺，然后將所得溶液加入到聚合物溶液中，從而使三乙酸纖維素的含量為15wt％，以聚合物溶液的固體含量為基準，均勻攪拌2小時。然后以與實施例1相同的方式制備天鵝絨織物，然后進行爛花和印花。測量和評估天鵝絨織物的性能，結果示于表1。
實施例10以與實施例1相同的方法制備并纏繞厚度為40旦的聚氨酯-脲彈性纖維，除了在110℃以30分鐘將三乙酸纖維素(乙?；?5％)溶解于N，N’-二甲基乙酰胺，然后將所得溶液加入到聚合物溶液中，從而使三乙酸纖維素的含量為20wt％，以聚合物溶液的固體含量為基準，均勻攪拌2小時。然后以與實施例1相同的方式制備天鵝絨織物，然后進行爛花和印花。測量和評估天鵝絨織物的性能，結果示于表1。
對比例1以與實施例1相同的方法制備并纏繞厚度為40旦的聚氨酯-脲彈性纖維，除了向聚合物溶液中加入25wt％二乙酸纖維素(乙?；?5％)的N，N’-二甲基乙酰胺溶液，以聚合物溶液的固體含量為基準，均勻攪拌9.5小時。然后以與實施例1相同的方式制備天鵝絨織物，然后進行爛花和印花。測量和評估天鵝絨織物的性能，結果示于表1。
對比例2以與實施例1相同的方法制備并纏繞厚度為40旦的聚氨酯-脲彈性纖維，除了在110℃以30分鐘將三乙酸纖維素(乙?；?5％)溶解于N，N’-二甲基乙酰胺，然后將所得溶液加入到聚合物溶液中，從而使三乙酸纖維素的含量為25wt％，以聚合物溶液的固體含量為基準，均勻攪拌2小時。然后以與實施例1相同的方式制備天鵝絨織物，然后進行爛花和印花。測量和評估天鵝絨織物的性能，結果示于表1。
對比例3以與實施例1相同的方法制備并纏繞厚度為40旦的聚氨酯-脲彈性纖維，除了不加入二乙酸纖維素。然后以與實施例1相同的方式制備天鵝絨織物，然后進行爛花和印花。測量和評估天鵝絨織物的性能，結果示于表1。
表1

注解1)以如下方法評估紗線的耐熱性紗線樣品被100％拉伸，在130℃濕熱處理1小時。重復熱處理5次(循環(huán)5次)。紗線樣品的耐熱性表示為紗線樣品熱處理前的長度(“原始長度”)和循環(huán)5次后長度(“卸載值”)之間差的百分比。
2)以如下方法評估紗線的耐堿性將紗線樣品浸入25％的NaOH水溶液中(25wt％)，加熱到150℃。紗線樣品的耐堿性表示為紗線樣品分解所需的時間。
3)以如下方法測量織物的保持力將最后加工的織物裁成織物樣品(1英寸×30cm)。用Instron Co.的夾具握持織物樣品，從而織物樣品用于測量的長度為20cm。重復握持5次(循環(huán)5次)。織物樣品的保持力表示為織物樣品第一次循環(huán)后長度(“負載值”)和第五次循環(huán)后長度(“卸載值”)之間差的百分比。
4)在天鵝絨織物進行剪切和背景染色后，用肉眼檢查凸紋紗的垂直度，評估爛花前天鵝絨織物的凸起狀況。當凸紋紗筆直且垂直時，凸起狀態(tài)標記為“○”。另一方面，當一些凸紋紗被弄扁平時，該狀態(tài)標記為“△”。
5)通過肉眼檢查來評估爛花后織物上孔出現(xiàn)的情況。
如表1所示，由于本發(fā)明的方法能夠均勻控制聚合和紡絲粘度，彈性纖維顯示出均勻的物理性能，高模量，改善了的耐熱性和耐堿性。因此當本發(fā)明的方法用于普通天鵝絨織物或需要連續(xù)爛花和印花的特殊天鵝絨織物時，它的優(yōu)點是彈性纖維不會發(fā)生老化，穩(wěn)定地保持了凸紋紗和織物的狀態(tài)。
雖然本發(fā)明的優(yōu)選例子用于說明的目的，但本領域技術人員會理解到可以有多種改進，添加和取代，而不背離本發(fā)明隨附權利要求公開的范圍和宗旨。
權利要求
1.一種制備彈性纖維的方法，包括步驟以聚氨酯或聚氨酯-脲的總重為基準，在聚氨酯或聚氨酯-脲溶液中加入1-20wt％的乙酸纖維素，均勻攪拌混合物得到紡絲溶液；熟化該紡絲溶液；并將該熟化溶液紡絲。
2.根據(jù)權利要求1的方法，其中乙酸纖維素是乙?；葹?8％-72％的二乙酸纖維素或三乙酸纖維素。
3.根據(jù)權利要求1或2的方法，其中聚氨酯或聚氨酯-脲溶液的制備是通過有機二異氰酸酯與聚合二醇發(fā)生反應形成聚氨酯前體，將聚氨酯前體溶解于有機溶劑中，使前體溶液與二胺反應，接下來與一元胺反應。
4.根據(jù)權利要求3的方法，其中有機二異氰酸酯選自二苯基甲烷-4，4’-二異氰酸酯，六亞甲基二異氰酸酯，甲苯二異氰酸酯，亞丁基二異氰酸酯和氫化p，p-亞甲基二異氰酸酯；聚合二醇選自聚四亞甲基醚二醇，聚丙二醇和聚碳酸酯二醇；二胺選自乙二胺，丙鄰二胺和肼；一元胺選自二乙胺，一乙醇胺和二甲胺；有機溶劑選自N，N’-二甲基甲酰胺，N，N’-二甲基乙酰胺和二甲基亞砜。
5.根據(jù)權利要求1或2的方法，其中紡絲溶液還包含至少一種如下的添加劑消光劑，UV穩(wěn)定劑，抗氧劑，NOX氣體防黃變劑，防粘劑，染色促進劑和抗氯劑。
6.根據(jù)權利要求1或2的方法，其中在加入乙酸纖維素后，均勻攪拌至少2小時，將紡絲溶液在30-70℃放置28-38小時，使其熟化。
7.一種根據(jù)權利要求1或2的方法制備的彈性纖維。
8.一種使用權利要求7的彈性纖維制造的天鵝絨織物。
全文摘要
公開了一種制備具有高模量和優(yōu)異耐堿性和耐熱性的彈性纖維的方法。該方法包括以聚氨酯或聚氨酯－脲的總重為基準，在聚氨酯或聚氨酯－脲溶液中加入1－20wt％的乙酸纖維素，均勻攪拌該混合物得到紡絲溶液，將該溶液熟化并紡絲。根據(jù)該方法，無需突然改變聚合物的制備條件，而可以制備高模量和高度耐熱的彈性纖維。
文檔編號D01F6/88GK1846018SQ200480024915
公開日2006年10月11日 申請日期2004年8月13日 優(yōu)先權日2003年9月1日
發(fā)明者姜淵秀, 晉中成, 徐升源, 權益鉉 申請人:株式會社曉星