專利名稱：高性能聚胺酯彈性纖維之制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明系一種適合熔融紡絲之聚胺酯彈性體及彈性纖維之制造方法，尤指一種以連續(xù)式生產(chǎn)特殊配方之聚胺酯彈性體，其特殊的配方能夠使生產(chǎn)的彈性體適用于熔融紡絲制程，藉以使得生產(chǎn)的彈性纖維比一般的聚胺酯纖維，具有較佳的耐水解性、耐熱性及耐候性。屬于人造纖維技術(shù)領(lǐng)域。
聚胺酯彈性體(Polyurethane Elastomer，PU)為熱可塑性彈性體中，最為廣泛使用的一種，一般又稱為TPU，其同時具有塑膠材料之熱可塑性加工性能及橡膠材料之彈性，因此廣泛地運用于射出成型、壓出成型、壓模成型、吹模成型等加工方面，其產(chǎn)品包括有各類的管件、零件、運動器材、電子零件及纖維制品等。
目前傳統(tǒng)之彈性纖維，最負盛名者為杜邦公司之干式法制程，該等制法首先必須合成聚胺酯彈性體，再制成溶液方式，經(jīng)壓擠出紡口，接著以加熱的氮氣吹走溶劑，留下彈性體形成彈性纖維，此種制法因為涉及溶劑[如二甲基甲醯胺(DMF)或二甲基乙醯胺(DMAC)]揮發(fā)的問題，對于人體及環(huán)境均會造成危害，使得其需要投入龐大資金進行溶劑的回收，造成利用此種方法的彈性纖維成本過高，不利于市場之推廣應(yīng)用及競爭。
進年來在日本發(fā)展以熔融法紡絲制造彈性纖維之技術(shù)，其有別于杜邦公司之干式法生產(chǎn)方式，利用熔融法生產(chǎn)之彈性纖維制程，沒有溶劑回收的問題，可以使得生產(chǎn)的成本較低，但是由于一般聚胺酯彈性體之耐熱性不佳，在經(jīng)過高溫熔融紡絲后，其物性會大為衰退，并且制成的彈性纖維于爾后的加工程序上，也會經(jīng)過加熱、染整等步驟，必須接受高溫及水解等變化，這使得由日本發(fā)展出來的熔融紡絲法，其產(chǎn)品在用途上受到諸多的限制，并且于物理及化學(xué)性質(zhì)方面低于杜邦公司以干式法生產(chǎn)的彈性纖維。
本發(fā)明的主要目的是提供一種以連續(xù)性制程生產(chǎn)高性能聚胺酯彈性纖維之制造方法，其系先以反應(yīng)槽進行預(yù)聚合反應(yīng)，再以雙螺桿壓出機將預(yù)聚合物、鏈延長劑及添加劑等進行反應(yīng)壓出，并以高真空除去水份、未反應(yīng)物及低聚合物，產(chǎn)物經(jīng)雙螺桿壓出機出口拉條切粒，完成的聚胺酯彈性體經(jīng)干燥后，就可以用來進行熔融紡絲之加工作業(yè)。
本發(fā)明一種高性能聚胺酯彈性纖維之制造方法，其中的聚胺酯彈性體制造采用的配方系以聚酯二元醇及二異氰酸鹽先進行預(yù)聚合反應(yīng)，再將預(yù)聚合反應(yīng)產(chǎn)物與鏈延長劑，以計量齒輪泵送入雙螺桿壓出機進行反應(yīng)押出，生產(chǎn)出具有高性能物理與化學(xué)性質(zhì)的聚胺酯彈性體，藉以運用熔融紡絲制成聚胺酯彈性纖維。
其中的聚酯二元醇系采用A、B兩類混合使用；A類的成分為ploy(tetramethylene adipate)glycol或ploy(ε-caprolactone)glycol；B類的成分為含高純度之36碳二聚酸與二醇反應(yīng)制成之聚酯二元醇；其中A、B兩類的聚酯二元醇分子量為500g/mole-3000g/mole，其中B類聚酯二元醇的36碳二聚酸的化學(xué)結(jié)構(gòu)為
本發(fā)明采用A、B兩類聚酯二元醇混合使用的混合的莫耳比為95∶5～5∶95。
其中，預(yù)聚合反應(yīng)的溫度為60～80℃、反應(yīng)時間為0.5～2小時，且反應(yīng)時以氮氣充入預(yù)聚合反應(yīng)槽。
其中的配方比例大致為聚酯二元醇∶鏈延長劑∶MDI＝1∶1∶2～1∶10∶11；原則為聚酯二元醇+鏈延長劑之莫耳數(shù)等于MDI(二異氰酸鹽)之莫耳數(shù)。
其中的鏈延長劑為二醇類，可以分為A、B二部分；A部分為1.4-丁二醇、1.6-己二醇或1.2-乙二醇，B部分為芳香族二元族，其化學(xué)結(jié)構(gòu)為
其m，n為整數(shù)1、2、3、4、5，且m+n＝2～10。
其中A、B二類二醇類混合使用的混合莫耳比為95∶5～5∶95。
其中聚胺酯彈性體的干燥溫度通常系以露點-60℃之絕干空氣加熱至70～100℃進行干燥。
本發(fā)明的優(yōu)點是本發(fā)明引用多項材料及制程設(shè)定，有效改善一般生產(chǎn)聚胺酯彈性之配方，其配方及制程的特色如下1.由高純度含36碳之二聚酸與二醇反應(yīng)制成之聚酯二元醇為部分的聚胺酯軟節(jié)段，可以提高彈性體的耐熱及耐水解性質(zhì)。
2.由含芳香族結(jié)構(gòu)組成之二醇為聚胺酯之鏈延長劑，可以增加彈性體的耐熱性質(zhì)及提高熔點。
3.以連續(xù)式雙螺桿反應(yīng)壓出制造聚胺酯彈性體，其硬節(jié)段與軟節(jié)段之比例可以任意調(diào)整，使得產(chǎn)品的品質(zhì)穩(wěn)定。
4.依特殊配方的彈性體進行熔融紡絲，可以具有優(yōu)異的耐熱性、耐水解性及耐候性。
本發(fā)明利用獨特的配方制出高性能的聚胺酯彈性體，并進一步將此聚胺酯彈性體運用于彈性纖維之制造生產(chǎn)，其所運用的制程簡易且產(chǎn)品性質(zhì)穩(wěn)定；特別是其獨特的配方，可以產(chǎn)生優(yōu)異的創(chuàng)新效果。
本發(fā)明具有如下附圖

圖1為本發(fā)明有關(guān)聚胺酯彈性體之制造流程圖。
圖2為本發(fā)明有關(guān)聚胺酯彈性體之制造設(shè)備示意圖。
圖3為本發(fā)明有關(guān)聚胺酯彈性纖維之制造流程圖。
圖4為本發(fā)明有關(guān)聚胺酯彈性纖維之制造設(shè)備示意圖。
圖中標號如下1.二異氰酸鹽預(yù)熱槽2.聚酯二元醇預(yù)熱除水槽3.添加劑預(yù)熱槽4.預(yù)聚合反應(yīng)槽5.預(yù)聚合物中間槽 6.鏈延長劑預(yù)熱槽7.鏈延長劑中間槽 8.計量齒輪泵9.計量齒輪泵 10.計量齒輪泵11.計量齒輪泵 12.計量齒輪泵13.原料出口 14.雙螺桿壓出機15.真空抽出物出口 16.冷卻水槽17.切粒機 18.彈性體干燥槽19.彈性體中間槽 20.押出機21.紡口組 22.冷卻風箱23.紡絲管 24.第一中間輪25.第二中間輪 26.卷取機茲舉較佳實施例并配合附圖詳細說明如下本發(fā)明系一種關(guān)于聚胺酯彈性體及彈性纖維之制造方法，請參閱各附圖所示，逐項將本發(fā)明的制造生產(chǎn)流程加以說明
A二異氰酸鹽預(yù)熱請參閱圖2、圖2所示，本發(fā)明采用的二異氰酸鹽(diisocyanate)成分為Methylene bis-(phenylisocynate)，簡稱MDI，其純度大約97％、熔點為42-44℃，一般系保存于0℃以下的冰庫中，藉以確保其安全性，使用時需要將MDI置于50℃之二異氰酸鹽預(yù)熱槽1加以溶解，惟其溶解時的溫度不可高于65℃以上，同時其熔融狀的保持時間不可超過一個小時，藉以防止MDI本身進行聚合反應(yīng)。
B聚酯二元醇加熱抽真空除水本發(fā)明采用的聚酯二元醇可以分為A、B兩類；其中，A類的成分為ploy(tetramethylene adipate)glycol或ploy(ε-caprolactone)glycol；B類的成分為含高純度之36碳二聚酸與二醇反應(yīng)制成之聚酯二元醇；A、B兩類的聚酯二元醇分子量為500g/mole-3000g/mole，其中的B類由于含有36碳結(jié)構(gòu)，能提供彈性體高低溫安定性、耐水解性、耐候性及氧化安定性。
其中，36碳二聚酯的化學(xué)結(jié)構(gòu)為
本發(fā)明采用A、B兩類聚酯二元醇混合使用，其混合的莫耳比為95∶5～5∶95，可以依客戶的需求來選定，由于聚酯二元醇常會吸收水氣，因此使用前需要先于聚酯二元醇預(yù)熱除水槽2加熱溶解，其需要加溫至100℃以上，并以真空除去所吸收之水份備用。
C添加劑預(yù)熱本發(fā)明為使反應(yīng)進行時，迅速達成目標，并讓日后產(chǎn)品的性質(zhì)安定，特別于反應(yīng)物中添加催化劑、熱安定劑及抗氧化劑，所需的反應(yīng)物均于添加劑預(yù)熱槽3內(nèi)溶解備用。
D預(yù)聚合反應(yīng)本發(fā)明采用的二異氰酸鹽、聚酯二元醇及添加劑，經(jīng)計量齒輪泵計量送入預(yù)聚合反應(yīng)槽4進行預(yù)聚合反應(yīng)，預(yù)聚合反應(yīng)所需要的溫度為60～80℃、反應(yīng)時間為0.5～2小時，反應(yīng)時以氮氣充入預(yù)聚合反應(yīng)槽4內(nèi)，藉以防止氧化之發(fā)生。
E預(yù)聚合物中間槽經(jīng)由預(yù)聚合反應(yīng)完成聚合的預(yù)聚物，一次送至聚合物中間槽5，預(yù)聚合反應(yīng)槽4可以進行另一批次的反應(yīng)。
F鏈延長劑預(yù)熱本發(fā)明采用的鏈延長劑為二醇類，可以分為A、B二部分；A部分為1.4-丁二醇、1.6-己二醇或1.2-乙二醇，B部分的化學(xué)結(jié)構(gòu)為
其m，n為整數(shù)1、2、3、4、5，且m+n＝2～10B部分之結(jié)構(gòu)為芳香族二元族，提供聚合物優(yōu)秀的耐熱性質(zhì)，本聚合反應(yīng)采用A、B二種二醇類混合使用，由A、B各取一種，其莫耳比為95∶5～5∶95，可以依客戶需求來選定，此二醇需于鏈延長劑預(yù)熱槽6中加熱混合均勻，并升溫至80℃?zhèn)溆谩?br> G鏈延長劑中間槽由鏈延長劑混合均勻之鏈延長劑移轉(zhuǎn)至鏈延長劑中間槽7備用，同時鏈延長劑預(yù)熱槽6可以進行下一批次的準備工作。
H雙螺桿壓出機設(shè)定本發(fā)明采用連續(xù)式聚合反應(yīng)，對于產(chǎn)物性質(zhì)的控制完全依預(yù)先計算的比例，將所需的原料計量進行反應(yīng)，例如預(yù)聚合反應(yīng)之MDI與聚酯二元醇莫耳比或預(yù)聚合物與鏈延長劑之莫耳比，均可以由計量齒輪泵8、9、10、11、12加以精密控制。
本發(fā)明采用的配方比例大致為聚酯二元醇∶鏈延長劑∶MDI＝1∶1∶2～1∶10∶11；以上采用莫耳比，其原則為聚酯二元醇+鏈延長劑之莫耳數(shù)等于MDI之莫耳數(shù)，但為了求得高分子量之達成，各計量齒輪泵8、9、10、11、12造成之莫耳誤差不得超過1％，否則會造成分子量低落及品質(zhì)不佳的問題。
上述E及G步驟之中間槽反應(yīng)物，經(jīng)過精密的計量齒輪泵，將預(yù)聚合物及鏈延長劑依比例送入雙螺桿壓出機14的原料入口13，雙螺桿壓出機14的溫度設(shè)定依不同的配方而略有差異，其溫度設(shè)定的范圍為170～240℃，反應(yīng)押出所需的時間可以由螺桿轉(zhuǎn)速來控制，反應(yīng)物所進行之押出反應(yīng)時間為1至10分鐘，反應(yīng)時產(chǎn)生的氣體(二氧化碳或水蒸汽)及小分子量不反應(yīng)物，可以由真空抽出物出口15抽出，使得產(chǎn)物可以完美無泡，并由雙螺桿壓出機14出口送出。
I彈性體壓出冷卻切粒本發(fā)明由雙螺桿壓出機14送出之產(chǎn)物，由冷卻水槽16迅速加以冷卻，并由切粒機17進行切粒，就可以制造出具獨特配方及優(yōu)良物理與化學(xué)性質(zhì)之聚胺酯彈性體產(chǎn)品。
J彈性體干燥請參閱圖3、圖4所示，由于聚胺酯彈性體之玻璃轉(zhuǎn)化點低于室溫，因此設(shè)定的干燥溫度不宜過高，通常系以露點-60℃之絕干空氣加熱至70～100℃進行干燥，該干燥熱風通過聚胺酯彈性體時，聚胺酯彈性體可以由彈性體干燥槽18內(nèi)的攪拌器加以攪拌，讓干燥熱風可以迅速地將水份帶走，同時經(jīng)由4～20小時之持續(xù)干燥，聚胺酯彈性體可進行固態(tài)聚合反應(yīng)，使聚胺酯彈性體之分子量，達到熔融紡絲的標準。
K押出機設(shè)定依聚胺酯彈性體之組成差異，聚胺酯彈性體之熔點為165～200℃，因此押出機20的溫度設(shè)定為190～230℃、壓力設(shè)定為50～200kg/cm、轉(zhuǎn)速設(shè)定為2～50rpm，依照所紡的規(guī)格進行設(shè)定，而聚胺酯彈性體于押出機20內(nèi)之停留時間以不超過15分鐘為宜，最佳狀況為不超過5分鐘，可以防止聚胺酯彈性體在高溫下發(fā)生裂解反應(yīng)。
L紡絲道設(shè)定紡絲道設(shè)之長度可以依需要調(diào)整，惟所需的冷卻風箱22的冷卻風溫度以20～25為宜。
M中間轉(zhuǎn)速設(shè)定第一中間輪24與第二中間輪25的轉(zhuǎn)速比為1∶1～1∶3，以此延伸纖維具順向作用，可提高聚胺酯彈性纖維之結(jié)晶度及強度。
N成品卷取由于本發(fā)明生產(chǎn)的高性能聚胺酯彈性體具有較高之黏度及熔點，十分適合于高速紡絲，其運轉(zhuǎn)卷取之速度可達1000～2500m/min，有效提高產(chǎn)率、降低成本，反觀一般的聚胺酯彈性體只能在低速下(300～500m/min)運轉(zhuǎn)，產(chǎn)能相當?shù)?；因此，本發(fā)明以生產(chǎn)的聚胺酯彈性體制成聚胺酯彈性纖維，不僅制造成本低，并且產(chǎn)品的物理及化學(xué)性質(zhì)都明顯超越傳統(tǒng)制程生產(chǎn)之聚胺酯彈性纖維。
權(quán)利要求
1.一種高性能聚胺酯彈性纖維之制造方法，其特征在于其中的聚胺酯彈性體制造采用的配方系以聚酯二元醇及二異氰酸鹽先進行預(yù)聚合反應(yīng)，再將預(yù)聚合反應(yīng)產(chǎn)物與鏈延長劑，以計量齒輪泵送入雙螺桿壓出機進行反應(yīng)押出，生產(chǎn)出具有高性能物理與化學(xué)性質(zhì)的聚胺酯彈性體，藉以運用熔融紡絲制成聚胺酯彈性纖維。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述之一種高性能聚胺酯彈性纖維之制造方法，其特征在于其中的聚酯二元醇系采用A、B兩類混合使用；A類的成分為ploy(tetramethylene adipate)glycol或ploy(ε-caprolactone)glycol；B類的成分為含高純度之36碳二聚酸與二醇反應(yīng)制成之聚酯二元醇。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述之一種高性能聚胺酯彈性纖維之制造方法，其特征在于其中A、B兩類的聚酯二元醇分子量為500g/mole-3000g/mole。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述之一種高性能聚胺酯彈性纖維之制造方法，其特征在于其中的B類聚酯二元醇的36碳二聚酸的化學(xué)結(jié)構(gòu)為
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述之一種高性能聚胺酯彈性纖維之制造方法，其特征在于其中A、B兩類聚酯二元醇混合使用的混合的莫耳比為95∶5～5∶95。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述之一種高性能聚胺酯彈性纖維之制造方法，其特征在于其中，預(yù)聚合反應(yīng)的溫度為60～80℃、反應(yīng)時間為0.5～2小時，且反應(yīng)時以氮氣充入預(yù)聚合反應(yīng)槽。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述之一種高性能聚胺酯彈性纖維之制造方法，其特征在于其中的配方比例為聚酯二元醇∶鏈延長劑∶MDI＝1∶1∶2～1∶10∶11；原則為聚酯二元醇+鏈延長劑之莫耳數(shù)等于MDI(二異氰酸鹽)之莫耳數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述之一種高性能聚胺酯彈性纖維之制造方法，其特征在于其中的鏈延長劑為二醇類，可以分為A、B二部分；A部分為1.4-丁二醇、1.6-己二醇或1.2-乙二醇，B部分為芳香族二元族，其化學(xué)結(jié)構(gòu)為
其m，n為整數(shù)1、2、3、4、5，且m+n＝2～10。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述之一種高性能聚胺酯彈性纖維之制造方法，其特征在于其中A、B二類二醇類混合使用的混合莫耳比為95∶5～5∶95。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述之一種高性能聚胺酯彈性纖維之制造方法，其特征在于其中聚胺酯彈性體的干燥溫度通常系以露點-60℃之絕干空氣加熱至70～100℃進行干燥。
全文摘要
本發(fā)明一種高性能聚胺酯彈性纖維之制造方法,其首先系以雙螺桿壓出機將特殊配方進行聚合反應(yīng),制造出高性能的聚胺酯彈性體,再將此彈性體經(jīng)過干燥及固態(tài)聚合反應(yīng)而達到熔融紡絲之標準,再進行熔融紡絲生產(chǎn)出彈性纖維;由于本發(fā)明采用高碳數(shù)聚二醇及芳香族參與反應(yīng),可以使生產(chǎn)出之彈性纖維具有較高的熔點、較佳的耐水解性、耐候性及氧化安定性,藉以適合于較高品質(zhì)要求的彈性纖維制品。
文檔編號D01F6/70GK1274770SQ9910742
公開日2000年11月29日 申請日期1999年5月20日 優(yōu)先權(quán)日1999年5月20日
發(fā)明者涂耀國, 蔡照雄, 林敬信, 李登宏 申請人:聚隆纖維股份有限公司