本發(fā)明屬于聚氨酯彈性纖維的制備方法，特別涉及一種具有熱粘合性能的聚氨酯彈性纖維的制造方法。

背景技術(shù)：

熱粘合聚氨酯纖維，又稱為低熔點(diǎn)聚氨酯纖維，是市場(chǎng)上逐漸興起的一種新型聚氨酯纖維產(chǎn)品。該產(chǎn)品的性能特點(diǎn)是在染色或定型等加工環(huán)節(jié)受熱熔融，實(shí)現(xiàn)纖維與纖維相互粘合，從而可以有效避免含氨織物在刮劃、裁剪和反復(fù)拉伸后引起絲線脫散、毛邊、卷曲。市場(chǎng)上該類產(chǎn)品有日本日清紡公司的Mobilon、旭化成公司的Roica SF、美國(guó)英威達(dá)公司生產(chǎn)的Lycar Fusion等，品質(zhì)優(yōu)良的國(guó)產(chǎn)熱粘合聚氨酯纖維產(chǎn)品幾乎沒(méi)有。

制備熱粘合纖維的關(guān)鍵在于保持纖維原有性能的前提下，同時(shí)使纖維具有特殊的粘合性能。具有皮芯結(jié)構(gòu)的纖維正好能滿足這種性能需求，通常由皮層提供特殊的功能性，芯層則保持纖維原有特性。因此，皮芯結(jié)構(gòu)復(fù)合纖維技術(shù)大量被用于制備具有低熔點(diǎn)熱粘合性能的纖維，例如來(lái)侃等人開(kāi)發(fā)的低熔點(diǎn)聚酰胺復(fù)合纖維(CN201310011783.9)、崔利等人研究的低熔點(diǎn)皮芯結(jié)構(gòu)的聚酯長(zhǎng)絲(CN201410226546.9)、史佳林等人發(fā)明的低熔點(diǎn)皮芯型聚乳酸復(fù)合纖維(CN201510441127.1)，英威達(dá)公司同樣采用了皮芯雙組合復(fù)合技術(shù)(CN 102257198B)開(kāi)發(fā)了熱粘合聚氨酯纖維。一般而言，常規(guī)皮芯復(fù)合纖維的技術(shù)方法通常是先制備皮芯兩種紡絲液，再將紡絲液經(jīng)特殊的紡絲設(shè)備制成纖維。兩種紡絲液在紡絲過(guò)程中通過(guò)噴絲板上的導(dǎo)孔交會(huì)復(fù)合，兩相紡絲原液必須有相近的流動(dòng)性以及粘度。如果兩種原液的表觀粘度相差較大，極易造成復(fù)合細(xì)流在噴絲孔處發(fā)生側(cè)彎，影響皮芯結(jié)構(gòu)的完整性。兩種紡絲液也需要有相同的可紡性，因?yàn)閮煞N紡絲液是經(jīng)同一高溫甬道蒸發(fā)溶劑或低溫冷卻成纖的。如果存在任何一相紡絲液可紡性差的問(wèn)題，皮芯結(jié)構(gòu)的完整性必定受到破壞。此外，常規(guī)皮芯復(fù)合纖維技術(shù)所采用的紡絲組件設(shè)備往往是具有高精密度的分配板以及皮芯復(fù)合噴絲板組件，這些紡絲設(shè)備零件不僅在成本上遠(yuǎn)高于普通組件，而且在組裝、拆洗、維護(hù)過(guò)程中易損傷?？偠灾捎贸Ｒ?guī)的皮芯纖維制備方法生產(chǎn)熱粘合聚氨酯纖維不僅對(duì)兩相紡絲液性能要求苛刻，而且存在工藝過(guò)程復(fù)雜，設(shè)備精度要求高，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)性能穩(wěn)定性差等多個(gè)問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

技術(shù)問(wèn)題：本發(fā)明提供的是一種具有熱粘合性能的聚氨酯彈性纖維的制備方法。發(fā)明目的是解決運(yùn)用常規(guī)皮芯復(fù)合噴絲板組件制備皮芯型熱粘合聚氨酯纖維存在的工藝復(fù)雜不易控制，設(shè)備精度要求高，成本投入大，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)性能均一性差等問(wèn)題。

技術(shù)方案：發(fā)明的技術(shù)方案是首先合成一種能快速固化的水性聚氨酯，再將水性聚氨酯涂覆于普通聚氨酯纖維表面。由于干燥固化后的聚氨酯涂層能牢固地附著在纖維表面，并且在高溫受熱條件下表現(xiàn)出良好的熱熔粘合性，所以由此技術(shù)方法制備的聚氨酯纖維同時(shí)兼具了良好的力學(xué)強(qiáng)度以及出色的熱粘合性。

該方法包括以下步驟：

1).水性聚氨酯的制備

將二異氰酸酯與聚合物二醇置于70～90℃條件下反應(yīng)2～4小時(shí)，再緩慢滴加醇類擴(kuò)鏈劑與親水?dāng)U鏈劑的混合物，60～80℃恒溫反應(yīng)1～3小時(shí)，得到聚合產(chǎn)物；加入有機(jī)溶劑對(duì)聚合產(chǎn)物的粘度進(jìn)行調(diào)節(jié)；加入中和劑反應(yīng)10～30分鐘，將體系PH控制在7～8之間，之后，加入成膜劑與去離子水，并使用高速乳化機(jī)進(jìn)行30～60分鐘的乳化處理，最后，將乳化產(chǎn)物進(jìn)行減壓蒸餾，除去其中的有機(jī)溶劑，得到水性聚氨酯；

2).熱粘合性聚氨酯彈性纖維的制備

將普通聚氨酯纖維基體牽引通過(guò)帶有水性聚氨酯的槽輥，利用纖維與涂液輥之間的接觸作用，使纖維表面均勻地覆蓋著水性聚氨酯；再使用熱固化裝置對(duì)纖維進(jìn)行充分地干燥固化處理，固化后的纖維經(jīng)上油、牽伸、卷繞，制得具有熱粘合性能的聚氨酯彈性纖維。

其中：

所述的二異氰酸酯是4，4’-二苯基甲烷二異氰酸酯、2，4’-二苯基甲烷二異氰酸酯、甲苯二異氰酸酯、六亞甲基二異氰酸酯、異佛爾酮二異氰酸酯、環(huán)己烷二亞甲基二異氰酸酯或4，4’-二環(huán)己基甲烷二異氰酸酯中的一種或多種組合。

所述的聚合物二醇選擇分子量為1000-2000的聚酯二醇，包括聚己二酸乙二醇酯二醇、聚己二酸丁二醇酯二醇、聚己內(nèi)酯二醇或聚己二酸一縮二乙二醇酯二醇中的一種或多種組合。

所述的醇類擴(kuò)鏈劑為小分子二元醇，包括乙二醇、1，4-丁二醇、己二醇、辛二醇中的一種或多種組合。

所述的親水?dāng)U鏈劑為二羥甲基丙酸、二羥甲基丁酸、乙二氨基乙磺酸鈉、1，2-二羥基-3-丙磺酸鈉、二乙醇胺或N-甲基-二乙醇胺中的一種或多種組合。

所述的擴(kuò)鏈劑混合物醇類擴(kuò)鏈劑與親水?dāng)U鏈劑的用量質(zhì)量比例為9/1～1/1。

所述的有機(jī)溶劑為乙酸乙酯、乙酸甲酯、丙酮、丁酮或N-甲基-2-吡咯烷酮中的一種。

所述的中和劑為三乙胺、二乙胺、乙酸或鹽酸中的一種。

所述的成膜劑包括乙二醇、丙二醇、己二醇、一縮乙二醇、丙二醇乙醚、乙二醇丁醚或丙二醇丁醚中的一種。

所述的去離子水與聚氨酯質(zhì)量比例為1/1～4/1。

所述制備的水性聚氨酯粘度為50～500泊。制備的水性聚氨酯在80～100℃能脫水固化。固化后的聚氨酯涂層能在100～150℃條件下受熱熔融。

所述的聚氨酯纖維基體是干法紡絲制備的聚氨酯纖維基體，也可以是熔融紡絲制備的聚氨酯纖維基體。

所述涂液輥的數(shù)量為2根或2根以上，涂液輥的直徑為5～20厘米，轉(zhuǎn)速為10～50轉(zhuǎn)/分鐘，輥軸轉(zhuǎn)動(dòng)的方向與纖維牽引方向一致。

所述的熱固化裝置包括熱風(fēng)干燥系統(tǒng)與熱輥干燥系統(tǒng)；

所述的熱風(fēng)干燥系統(tǒng)采用電加熱管將空氣加熱至80～100℃，再將熱空氣以0.1～0.5米/秒的速度沿纖維牽引垂直方向吹送；

所述的熱輥干燥系統(tǒng)選用的熱輥數(shù)量為2根或2根以上，熱輥直徑為10～40厘米，轉(zhuǎn)速為10～30轉(zhuǎn)/分鐘，熱輥表面溫度為60～80℃，熱輥轉(zhuǎn)運(yùn)方向與纖維牽引方向一致。

所述卷繞的速度設(shè)定為100～500米/分鐘，紡絲卷繞頭數(shù)為48～64頭。

有益效果：該技術(shù)方法利用表層涂覆的方法代替使用高精度皮芯噴絲板組件制備兩相復(fù)合纖維，工藝操控簡(jiǎn)單易行；同時(shí)可通過(guò)水性聚氨酯乳液粘稠度以及涂覆速率的變化，有效控制涂層厚度以及復(fù)合纖維結(jié)構(gòu)的均一性。制備的復(fù)合纖維表層聚氨酯成分能在100～150度下受熱熔融，與其他纖維材料形成強(qiáng)粘合力；里層聚氨酯成分力學(xué)強(qiáng)度大，彈性回復(fù)率高。

附圖說(shuō)明

圖1為制備具有熱粘合性能的聚氨酯彈性纖維的流程示意圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明制備方案包括二部分內(nèi)容，第一部分是設(shè)計(jì)制備水性聚氨酯。合成方法如下：首先，將二異氰酸酯與聚合物二醇置于70～90℃條件下反應(yīng)2～4小時(shí)。再緩慢滴加小分子醇類擴(kuò)鏈劑與親水?dāng)U鏈劑的混合物，60～80℃恒溫反應(yīng)1～3小時(shí)。反應(yīng)完成后，加入有機(jī)溶劑對(duì)聚合產(chǎn)物的粘度進(jìn)行調(diào)節(jié)。其次，加入中和劑反應(yīng)10～30分鐘，將體系PH控制在7～8之間。之后，加入成膜劑與去離子水，并使用高速乳化機(jī)進(jìn)行30～60分鐘的乳化處理。最后，將乳化產(chǎn)物進(jìn)行減壓蒸餾，除去其中的有機(jī)溶劑，得到水性聚氨酯。

第二部分是將水性聚氨酯涂覆于纖維表面，制得具有熱粘合性能的聚氨酯彈性纖維。其工藝過(guò)程主要是在傳統(tǒng)的聚氨酯纖維紡絲卷繞過(guò)程中，增加涂層處理與熱固化處理兩個(gè)工藝環(huán)節(jié)。其中涂層處理是將普通聚氨酯纖維基體牽引通過(guò)帶有水性聚氨酯的槽輥，通過(guò)涂液輥軸轉(zhuǎn)速以及纖維牽引速度的調(diào)整匹配，使纖維表面均勻地覆蓋著水性聚氨酯涂層。熱固化過(guò)程則是采用熱風(fēng)干燥系統(tǒng)與熱輥干燥系統(tǒng)對(duì)水性聚氨酯涂層進(jìn)行充分的干燥處理。其中熱風(fēng)干燥系統(tǒng)輸是通過(guò)電加熱管將空氣加熱至80～100℃，將熱空氣再沿纖維牽引垂直方向進(jìn)行吹送，以高溫?zé)犸L(fēng)帶走水性聚氨酯中的水分。纖維在通過(guò)熱風(fēng)干燥處理后，還需經(jīng)過(guò)60～80℃的熱輥系統(tǒng)，以保證水分充分揮發(fā)及成膜劑的完全固化。之后，再對(duì)纖維進(jìn)行上油、牽伸、卷繞，制得具有熱粘合性能的聚氨酯纖維。

合成水性聚氨酯所用的二異氰酸酯是4，4’-二苯基甲烷二異氰酸酯、2，4’-二苯基甲烷二異氰酸酯、甲苯二異氰酸酯、六亞甲基二異氰酸酯、異佛爾酮二異氰酸酯、環(huán)己烷二亞甲基二異氰酸酯、4，4’-二環(huán)己基甲烷二異氰酸酯中的一種或多種組合；

本發(fā)明合成水性聚氨酯所使用的聚合物二醇選擇分子量為1000-2000的聚酯二醇，可以是聚己二酸乙二醇酯二醇、聚己二酸丁二醇酯二醇、聚己內(nèi)酯二醇或聚己二酸一縮二乙二醇酯二醇中的一種或多種組合。

本發(fā)明使用的醇類擴(kuò)鏈劑為小分了二元醇，可以是乙二醇、1，4-丁二醇，己二醇，辛二醇中的一種或多種組合。

本發(fā)明使用的親水?dāng)U鏈劑為二羥甲基丙酸、二羥甲基丁酸、乙二氨基乙磺酸鈉、1，2-二羥基-3-丙磺酸鈉、二乙醇胺、N-甲基-二乙醇胺中的一種或多種組合。

本發(fā)明使作的醇類擴(kuò)鏈劑與親水?dāng)U鏈劑的用量質(zhì)量比例為9/1～1/1。

本發(fā)明選用的有機(jī)溶劑為乙酸乙酯、乙酸甲酯、丙酮、丁酮、N-甲基-2-吡咯烷酮中的一種。

本發(fā)明使用的中和劑為三乙胺、二乙胺、乙酸、鹽酸中一種。

本發(fā)明使用的成膜劑可以是乙二醇、丙二醇、己二醇、一縮乙二醇、丙二醇乙醚、乙二醇丁醚、丙二醇丁醚中的一種，其用量比例為聚氨酯質(zhì)量的1.0～10％。

本發(fā)明使用的去離子水與聚氨酯質(zhì)量比例為1/1～4/1。

本發(fā)明制備的水性聚氨酯粘度控制在50～500泊。

本發(fā)明制備的水性聚氨酯在80～100℃能脫水固化，固化后的聚氨酯涂層能在100～150度條件下熔融。

本發(fā)明中涂覆的聚氨酯纖維基體可以是干法紡絲制備的聚氨酯纖維基體，也可是熔融紡絲制備的聚氨酯纖維基體，其中優(yōu)選干紡聚氨酯纖維基體。

本發(fā)明采用涂液輥的數(shù)量為2根或2根以上，涂液輥的直徑為5～20厘米，轉(zhuǎn)速為10～50轉(zhuǎn)/分鐘，輥軸轉(zhuǎn)動(dòng)的方向與纖維牽引方向一致。

本發(fā)明所用的熱固化設(shè)備裝置包括熱風(fēng)干燥系統(tǒng)與熱輥干燥系統(tǒng)。

本發(fā)明所述的熱風(fēng)干燥系統(tǒng)其特征在于采用電加熱管將空氣加熱至80～100℃，再將熱空氣以0.1～0.5米/秒的速度沿纖維牽引垂直方向吹送。

本發(fā)明所述的熱輥干燥系統(tǒng)其特征在于選用的熱輥數(shù)量為2根或2根以上，熱輥直徑為10～40厘米，轉(zhuǎn)速為10～30轉(zhuǎn)/分鐘，熱輥表面溫度為60～80℃，熱輥轉(zhuǎn)運(yùn)方向與纖維牽引方向一致。

本發(fā)明所述卷繞機(jī)的卷繞速度設(shè)定為100～500米/分鐘，紡絲卷繞頭數(shù)為48～64頭。

本發(fā)明技術(shù)具體實(shí)施方式如下：

1).水性聚氨酯的制備

將二異氰酸酯與聚合物二醇置于70～90℃條件下反應(yīng)2～4小時(shí)。再緩慢滴加醇類擴(kuò)鏈劑與親水?dāng)U鏈劑的混合物，60～80℃恒溫反應(yīng)1～3小時(shí)。反應(yīng)完成后，加入有機(jī)溶劑對(duì)聚合產(chǎn)物的粘度進(jìn)行調(diào)節(jié)。其次，加入中和劑反應(yīng)10～30分鐘，將體系PH控制在7～8之間。之后，加入成膜劑與去離子水，并使用高速乳化機(jī)進(jìn)行30～60分鐘的乳化處理。最后，將乳化產(chǎn)物進(jìn)行減壓蒸餾，除去其中的有機(jī)溶劑，得到粘度為50～500泊的水性聚氨酯。

2).熱粘合性聚氨酯彈性纖維的制備

將普通聚氨酯纖維基體牽引通過(guò)帶有水性聚氨酯的槽輥，利用纖維與涂液輥之間的接觸作用，使纖維表面均勻地覆蓋著水性聚氨酯。使用80～100℃的高溫?zé)犸L(fēng)對(duì)纖維進(jìn)行干燥，除去水分，風(fēng)速控制在0.1～0.5米/分鐘；再經(jīng)過(guò)60～80℃的熱輥以保證水分充分揮發(fā)及成膜劑的完全固化。之后，再對(duì)纖維進(jìn)行上油、牽伸、卷繞，制得具有熱粘合性能的聚氨酯纖維。

實(shí)施例1

將378g的4，4’-二苯基甲烷二異氰酸酯與2000g的分子量為2000的聚己二酸丁二醇酯二醇混合均勻，加熱至90℃反應(yīng)2小時(shí)。降低溫度至70℃，再滴加24.8g乙二醇與17.8g的1，2-二羥基-3-丙磺酸鈉的混合物進(jìn)行1小時(shí)的擴(kuò)鏈反應(yīng)。加入500ml的丙酮將聚合產(chǎn)物進(jìn)行稀釋。再滴加10.4g的三乙胺進(jìn)行中和反應(yīng)，體系pH值控制在8左右。添加24g乙醇丁醚以及3500g去離子進(jìn)行30分鐘的高速乳化處理。最后將乳液加熱至60℃進(jìn)行減壓蒸餾除去丙酮，得到粘度為85泊的水性聚氨酯。

將干法紡絲原液蒸發(fā)溶劑形成聚氨酯纖維原絲，牽引通過(guò)裝有水性聚氨酯涂層槽輥，涂液輥軸的轉(zhuǎn)速設(shè)置為25轉(zhuǎn)/分鐘。表層涂覆水性聚氨酯的纖維經(jīng)100℃熱風(fēng)干燥，除去水分，再經(jīng)過(guò)80℃熱輥進(jìn)一步固化。最后對(duì)纖維進(jìn)行上油，牽伸，卷繞成型，制備具有熱粘性能的聚氨酯彈性纖維。

實(shí)施例2

將450g的4，4’-二苯基甲烷二異氰酸酯與1800g的分子量為1000的聚己二酸乙二醇酯二醇混合均勻，加熱至75℃反應(yīng)2小時(shí)。再滴加48g的1，4-丁二醇與24g的二羥甲基丙酸的混合物進(jìn)行1.5小時(shí)的擴(kuò)鏈反應(yīng)。加入750ml的丙酮將聚合產(chǎn)物進(jìn)行稀釋。再滴加20.8g的三乙胺進(jìn)行中和反應(yīng)，體系pH值控制在7.5左右。添加35.4g乙二醇丙醚以及4200g去離子進(jìn)行45分鐘的高速乳化處理。最后將乳液加熱至50℃進(jìn)行減壓蒸餾除去丙酮，得到粘度為100泊的水性聚氨酯。

將干法紡絲原液蒸發(fā)溶劑形成聚氨酯纖維原絲，牽引通過(guò)裝有水性聚氨酯涂層槽輥，涂液輥軸的轉(zhuǎn)速設(shè)置為35轉(zhuǎn)/分鐘。表層涂覆水性聚氨酯的纖維經(jīng)100℃熱風(fēng)干燥，除去水分，再經(jīng)過(guò)75℃熱輥進(jìn)一步固化。最后對(duì)纖維進(jìn)行上油，牽伸，卷繞成型，制備具有熱粘性能的聚氨酯彈性纖維。

實(shí)施例3

將296g的2，4’-二苯基甲烷二異氰酸酯與1500g的分子量為1800的聚己二酸己二醇酯二醇混合均勻，加熱至80℃反應(yīng)1.5小時(shí)。再將反應(yīng)溫度降至65℃，再滴加30.2g乙二醇與17.8g的二乙醇胺的混合物進(jìn)行2小時(shí)的擴(kuò)鏈反應(yīng)。加入450ml的乙酸乙酯將聚合產(chǎn)物進(jìn)行稀釋。再滴加g的乙酸進(jìn)行中和反應(yīng)，體系pH值控制在7.0左右。添加48g乙醇丁醚與6000g去離子進(jìn)行4530分鐘的高速乳化處理。最后將乳液加熱至75℃進(jìn)行減壓蒸餾除去丙酮，得到粘度為180泊的水性聚氨酯。

將干法紡絲原液蒸發(fā)溶劑形成聚氨酯纖維原絲，牽引通過(guò)裝有水性聚氨酯涂層槽輥，涂液輥軸的轉(zhuǎn)速設(shè)置為30轉(zhuǎn)/分鐘。表層涂覆水性聚氨酯的纖維經(jīng)95℃熱風(fēng)干燥，除去水分，再經(jīng)過(guò)80℃熱輥進(jìn)一步固化。最后對(duì)纖維進(jìn)行上油，牽伸，卷繞成型，制備具有熱粘性能的聚氨酯彈性纖維。