一種用于高速紡絲的聚氨酯原液的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于高速紡絲的聚氨酯原液的制備方法，其制備方法如下：（1）將溶劑與混合聚醚加至預聚罐中；（2）然后按照設定的NCO/OH比例準確地加入混合二異氰酸酯，進行預聚反應；（3）預聚反應完成，將預聚物移送至擴鏈罐中，加入清洗溶劑，攪拌均勻，冷媒降溫至0～20℃左右；（4）緩慢加入擴鏈胺與鏈終止劑溶液，進行反應，最終形成聚氨酯脲溶液；（5）將得到聚氨酯脲溶液移至儲存罐，加入多種功能輔料助劑；（6）充分攪拌均勻，真空脫泡后，通過干法紡絲，將聚合原液紡制成聚氨酯纖維。本發(fā)明可用于高速紡絲的聚氨酯原液，可使纖維在1000m/min以上紡速紡成。新工藝可提高紡絲效率、降低能耗與人工成本。
【專利說明】一種用于高速紡絲的聚氨酯原液的制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于高速紡絲的聚氨酯原液的制備方法，屬于聚氨酯彈性纖維領域。
【背景技術】
[0002]聚氨酯彈性纖維又稱氨綸，是一種高彈性的紡織纖維，其斷裂伸長一般為500%?700%，斷裂強度高，彈性回復率大，因此，氨綸纖維被廣泛應用織物中。目前已經(jīng)有許多關于氨綸生產(chǎn)方面的專利技術。
[0003]干法紡絲的生產(chǎn)效率與紡速、旦數(shù)、絲卷個數(shù)有關。其中，最為關鍵的是紡絲速度。它主要受到聚合物溶液濃度和所用溶劑種類，以及溶劑蒸發(fā)速率的影響。蒸發(fā)速率又與單根絲旦數(shù)和絲的數(shù)目有關。例如:紡制一種40旦、3跟絲的氨綸紗，在保證氨綸紗40D不變的前提下，減少絲的數(shù)目(相當于使每根絲變粗)，這意味著降低絲的表面積和減緩溶劑蒸發(fā)的速率。這種情況下，必須降低卷繞速度，使溶劑在紡絲甬道中有足夠的時間蒸發(fā)，這顯然不利于企業(yè)生產(chǎn)效率。
[0004]在JP2002-155421A “Dry-Spinning Process”中公開了通過優(yōu)化紡絲條件提高生產(chǎn)率，該方法是通過調節(jié)紡絲甬道條件。同時許多研究者，很早前就認識到:若提高卷繞速度，須縮短單絲在紡絲甬道的蒸發(fā)時間，在紡絲甬道條件保持不改變的前提下，最佳的方法就是通過提高紡絲原液的濃度，即減少干法紡絲中所使用的溶劑的量。然而，現(xiàn)有適合于氨綸生產(chǎn)的聚合物溶液最大可能含固量僅在約37%，近年來，制備更濃聚合物溶液的努力在商業(yè)上鮮有成功。也有研究出超過37%含固量的聚合溶液，但是這種溶液是不穩(wěn)定的，會出現(xiàn)聚合原液粘度過大，無法正常紡絲。即使一些生產(chǎn)商能做到高含固量聚合物溶液生產(chǎn)氨綸，生產(chǎn)率也不高，且以犧牲纖維的優(yōu)異性能為代價。專利CN101195935A提及的方法，雖然生產(chǎn)效率有一定的提升，但其紡絲速度在800m/min左右，已不能滿足當前旺盛的氨綸競爭市場。

【發(fā)明內容】

[0005]技術問題:本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術高濃度下，聚氨酯脲原液不能高效紡絲的問題，提供了一種新的預聚體，使紡絲原液均一穩(wěn)定，以解決氨綸高速紡絲存在的困難問題。
[0006]本發(fā)明制備了一種用于高速紡絲的聚氨酯原液，其制備的產(chǎn)品，常規(guī)物性指標與同規(guī)格產(chǎn)品基本一致，但紡絲速度在1000m/min以上，大幅度提升了生產(chǎn)效率。
[0007]技術方案:本發(fā)明的用于高速紡絲的聚氨酯原液的制備方法是通過以下技術方案實現(xiàn)的:
[0008]1.)預聚物溶液的制備:在反應器中依次加入溶劑與混合聚醚，然后按照異氰酸酯基團NCO與聚醚二元醇中的羥基OH摩爾比為1.60?2.00的比例，加入混合的二異氰酸酯，預聚反應溫度控制為40?50°C，反應時間為90?150min，反應過程中氮氣保護，得到的預聚物原液；
[0009]2.)將得到的預聚物原液移送至擴鏈罐中，在預聚罐中再加入溶劑，充分攪拌溶解，也移送至擴鏈罐中，形成預聚物溶液；
[0010]3.)然后將預聚物溶液降溫至O?20°C時，緩慢加入擴鏈胺溶液，進行擴鏈反應，得到聚氨酯脲溶液；
[0011]4.)往得到的聚氨酯脲溶液中，加入輔料助劑，攪拌2?8h，得到了均一的聚氨酯脲紡絲原液；
[0012]5.)聚氨酯脲紡絲原液通過計量泵輸送，經(jīng)紡絲組件、干法紡絲甬道、卷繞機，在1000m/min速度以上進行紡絲作業(yè)。
[0013]其中:
[0014]所述步驟I)中混合聚醚為含20?40%分子量為3000的聚四亞甲基醚二醇PTMG與60%?80%分子量為2000聚四亞甲基醚二醇PTMG的混合物，所述的混合二異氰酸酯指的是含2%?8%間-四甲基苯二甲基二異氰酸酯(間-TMXDI)與92%?98%的4，4- 二苯基甲烷二異氰酸酯4，4-MDI溶液，所用的溶劑為N，N 二甲基乙酰胺DMAc或者N，N 二甲基甲酰胺 DMF。
[0015]所述步驟3)中擴鏈胺溶液，里面包含的擴鏈物質主要包括:乙二胺、1，3-丙二胺、I, 3-戊二胺、2-甲基-1，5-戊二胺、1，4- 丁二胺、1，-3 丁二胺的一種或者多種二元胺組合。
[0016]所述的擴鏈胺溶液，里面包含的封端劑物質主要包括:二乙胺或者單乙醇胺中的一種或兩種。
[0017]所述步驟4)中聚氨酯脲紡絲原液濃度為40%wt?45%wt。
[0018]所述步驟4)中輔料助劑包括:抗氧化劑、抗紫外助劑、染色助劑、消光劑或潤滑劑中的一種或多種。
[0019]所述步驟5)中紡絲速度在1000m/min?1500m/min。
[0020]有益效果:本發(fā)明的用于高速紡絲的聚氨酯原液的制備方法，是通過大幅度提高原液濃度，保證其適宜的原液紡絲粘度，提高紡絲速度在1000m/min以上，同時不對紡絲過程或者氨綸的質量造成不利影響。為了在高濃度下，保持紡絲原液均一穩(wěn)定性。一、采用不同分子量的聚四亞甲基醚二醇，部分PTMG2000用PTMG3000替代，相對增加分子鏈中軟段比例，使硬段的聚集能力變弱，一定程度地破壞了分子間的氫鍵，表觀現(xiàn)象表現(xiàn)為聚合原液粘度下降，但同時軟段分子量的增加，會造成制品的定伸應力、拉伸強度和斷裂伸長率減損；二、在4，4-MDI中加入不對稱的異氰酸酯(間-TMXDI);研究表明，含叔異氰酸酯比有伯異氰酸酯(MDI)制得的相應預聚物粘度低得多，且其粘度穩(wěn)定性極好，基本無副反應。從TMXDI結構上來講，分子中甲基的屏蔽減弱了分子間氫鍵作用，使得制品的斷裂伸長率有所提高。而TMXDI分子結構中，由于-NCO遠離苯環(huán)，受苯環(huán)電子云的影響較小，苯二甲基二異氰酸酯分子中的2個甲基上的氫原子又被甲基取代，提高了耐UV光老化性，且紡制品不易黃變。
[0021]雖然上述的調整對氨綸絲的性能有一定的不利影響，但聚氨酯脲纖維通過高速牽伸，在紡絲甬道中，高分子鏈的取向度和結晶度都有明顯增大，高分子更規(guī)整有序，定伸應力及拉伸強度都有所提升。
[0022]本發(fā)明所述的一種用于高速紡絲的聚氨酯原液的制備方法，所具有的的優(yōu)點是，本發(fā)明使用不同分子量的PTMG，與不同結構的MDI，在不破壞原來高分子主要結構的基礎上，有效地改變高聚物分子鏈中的軟段，有效地控制紡絲粘度與絲卷性能，使得紡制得到的氨綸絲仍有優(yōu)異的性能。
[0023]本發(fā)明用于高速紡絲的聚氨酯原液的制備方法，可使聚氨酯纖維以超過IOOOm/min的速度紡絲成絲卷，產(chǎn)品除了能夠保持同類產(chǎn)品的常規(guī)指標外，還能提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。
【具體實施方式】
[0024]本發(fā)明所述的一種用于高速紡絲的聚氨酯原液的制備方法，其制備步驟如下:
[0025](I)預聚物的制備:在反應器中依次加入溶劑與混合聚醚，然后按照一定的NCO/OH比例，準確加入混合的二異氰酸酯。預聚反應溫度控制為40?50°C，反應時間為90min?150min,反應過程中氮氣氛圍。
[0026](2)將得到的預聚物溶液移送至擴鏈罐中，使預聚物溶液降溫至O?20°C時，緩慢加入擴鏈胺溶液，進行擴鏈反應，得到聚氨酯脲溶液。
[0027](3)往得到的聚氨酯脲溶液中，加入多種輔料助劑，攪拌2?8h，得到了均一穩(wěn)定的含固量為40wt?45%wt聚氨酯脲紡絲原液。
[0028](4)紡絲原液通過計量泵輸送,經(jīng)紡絲組件、干法紡絲甬道、卷繞機,在1000m/min速度以上進行紡絲作業(yè)。
[0029]本發(fā)明用于高速紡絲的聚氨酯原液的制備方法，所述的混合聚醚為分子量為1000、2000和3000聚四亞甲基醚二醇(PTMG)混合，優(yōu)選含60%?80%分子量為2000與20%?40%分子量為3000的PTMG混合物；所用的混合二異氰酸酯指的是2，4_MD1、TD1、TMXD1、4，4-MDI等二異氰酸酯中的一種或多種，優(yōu)選含2%_10%的TMXDI與90%?98%的4，4-MDI ;所用的溶劑為N，N 二甲基乙酰胺(DMAc)或者N，N 二甲基甲酰胺(DMF)。
[0030]本發(fā)明用于高速紡絲的聚氨酯原液的制備方法，所述的異氰酸酯基團(NCO)與聚醚二元醇中的羥基(OH)摩爾比為1.60?2.00之間。
[0031]本發(fā)明用于高速紡絲的聚氨酯原液的制備方法，里面包含的擴鏈物質主要包括:乙二胺、1，3-丙二胺、1，3-戍二胺、2-甲基-1，5-戍二胺、1，4- 丁二胺、1，-3 丁二胺等一種
或者多種二元胺組合等二元胺物質。
[0032]本發(fā)明用于高速紡絲的聚氨酯原液的制備方法，所述的擴鏈胺溶液，里面包含的封端劑物質主要包括:二乙胺或者單乙醇胺中的一種或兩種。
[0033]本發(fā)明用于高速紡絲的聚氨酯原液的制備方法，所述的輔料助劑包括:抗氧化劑、抗紫外助劑、染色助劑、消光劑、潤滑劑等。
[0034]本發(fā)明用于高速紡絲的聚氨酯原液的制備方法，所述的紡絲原液濃度為40%wt?45%wt0
[0035]本發(fā)明一種高速紡絲的聚氨酯原液的制備方法，所述的聚氨酯脲溶液的粘度在3000 泊到 10000 泊。
[0036]下面結合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。應理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內容之后，本領域技術人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定的范圍。[0037]實施例1
[0038]將5kgDMAc和IOkgPTMG (含30%PTMG3000)加入到預聚罐中，充分攪拌混合均勻，待溫度達到25°C左右時，加入2.3kg 二異氰酸酯(含2%間-TMXDI )，升溫至45°C，反應時間為lOOmin，得到預聚產(chǎn)物。
[0039]將預聚產(chǎn)物移送至擴鏈罐中，往預聚罐中加入5kgDMAc，加清洗溶劑，移送至擴鏈罐中，冷卻至10°c，開始緩慢滴加含0.175kgEDA、0.026kg PDA和0.048kg 二乙胺的混合擴鏈胺溶液進行擴鏈，用二乙胺進行鏈封端。反應完成后，加入防黃變助劑、抗紫外線吸收劑、抗氧化劑、潤滑劑、消光劑等多種助劑，粘度達到7000泊，得到最終含固量為45%的紡絲聚氨酯脲溶液。紡絲原液采用干法紡絲，通過噴絲板擠壓到紡絲甬道，以1200m/min紡絲速度，經(jīng)卷繞機成型，得到性能優(yōu)異的聚氨酯纖維。
[0040]利用本發(fā)明的聚合原液生產(chǎn)氨綸的方法為本領域的公知知識，不在贅述；
[0041]本發(fā)明制備的氨綸具體性能指標如下:
[0042]
【權利要求】
1.一種用于高速紡絲的聚氨酯原液的制備方法，其特征在于該制備方法如下: 1.)預聚物溶液的制備:在反應器中依次加入溶劑與混合聚醚，然后按照異氰酸酯基團NCO與聚醚二元醇中的羥基OH摩爾比為1.60?2.00的比例，加入混合的二異氰酸酯，預聚反應溫度控制為40?50°C，反應時間為90?150min，反應過程中氮氣保護，得到的預聚物原液；
2.)將得到的預聚物原液移送至擴鏈罐中，在預聚罐中再加入溶劑，充分攪拌溶解，也移送至擴鏈罐中，形成預聚物溶液；
3.)然后將預聚物溶液降溫至O?20°C時，緩慢加入擴鏈胺溶液，進行擴鏈反應，得到聚氨酯脲溶液；
4.)往得到的聚氨酯脲溶液中，加入輔料助劑，攪拌2?8h，得到了均一的聚氨酯脲紡絲原液；
5.)聚氨酯脲紡絲原液通過計量泵輸送，經(jīng)紡絲組件、干法紡絲甬道、卷繞機，在IOOOm/min速度以上進行紡絲作業(yè)。 2.根據(jù)權利要求1所述的用于高速紡絲的聚氨酯原液的制備方法，其特征在于:所述步驟I)中混合聚醚為含20?40%分子量為3000的聚四亞甲基醚二醇PTMG與60%?80%分子量為2000聚四亞甲基醚二醇PTMG的混合物，所述的混合二異氰酸酯指的是含2%?8%間-四甲基苯二甲基二異氰酸酯與92%?98%的4，4- 二苯基甲烷二異氰酸酯4，4-MDI溶液，所用的溶劑為N，N 二甲基乙酰胺DMAc或者N，N 二甲基甲酰胺DMF。 3.根據(jù)權利要求1所述的用于高速紡絲的聚氨酯原液的制備方法，其特征在于:所述步驟3)中擴鏈胺溶液，里面包含的擴鏈物質主要包括:乙二胺、1，3-丙二胺、1，3-戊二胺、2-甲基-1，5-戊二胺、1，4- 丁二胺、1，-3 丁二胺的一種或者多種二元胺組合。 4.根據(jù)權利要求1所述的用于高速紡絲的聚氨酯原液的制備方法，其特征在于:所述的擴鏈胺溶液，里面包含的封端劑物質主要包括:二乙胺或者單乙醇胺中的一種或兩種。 5.根據(jù)權利要求1所述的用于高速紡絲的聚氨酯原液的制備方法，其特征在于:所述步驟4)中聚氨酯脲紡絲原液濃度為40%wt?45%wt。
6.根據(jù)權利要求1所述的用于高速紡絲的聚氨酯原液的制備方法，其特征在于:所述步驟4)中輔料助劑包括:抗氧化劑、抗紫外助劑、染色助劑、消光劑或潤滑劑中的一種或多種，加入溶劑二甲基乙酰胺或者二甲基甲酰胺，在碾磨機中充分混合碾磨。
7.根據(jù)權利要求1所述的用于高速紡絲的聚氨酯原液的制備方法，其特征在于:所述步驟5)中紡絲速度在1000m/min?1500m/min。
【文檔編號】C08G18/66GK103710786SQ201310703614
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年12月18日 優(yōu)先權日:2013年12月18日
【發(fā)明者】邵曉林, 毛植森, 梁紅軍, 許圖遠, 馮益虎, 費長書, 席青 申請人:浙江華峰氨綸股份有限公司