CN101113534A - 一种耐高温高弹性氨纶纤维及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耐高温高弹性氨纶纤维及其制备方法，该氨纶纤维的原料包括聚醚二元醇、二异氰酸酯、正丁醇、混合胺、抗氧化剂、润滑解舒剂、紫外线吸收剂、防黄变剂以及二甲基乙酰胺；其制备方法是通过预聚合反应得到预聚体，再经连续扩链反应得到高分子聚合物，然后添加各种助剂成为纺丝原液，最后经圆型甬道以干法纺丝并卷绕制得耐高温高弹性氨纶纤维丝筒。该耐高温高弹性氨纶纤维具有高耐热性能、高弹性、优良的退绕性、优异的条干均匀度等特点，并且该制备方法实现了扩链反应及助剂添加的连续进行，生产过程连续稳定，产品均匀度高，能够完全满足各种新型织物和高档面料的要求。

Description

一种耐高温高弹性氨纶纤维及其制备方法

一、技术领域

本发明涉及一种耐高温高弹性氨纶纤维及其制备方法，属于氨纶纤维及其制备方法技术领域。

二、背景技术

1937年德国拜耳公司最早开发了聚氨酯树脂及氨纶弹性纤维，1959年美国杜邦公司率先实现了干法纺氨纶纤维的工业化生产，并定名为Lycra(莱卡)，随后欧洲一些国家及日本相继开始生产氨纶。到二十世纪九十年代，随着下游产业各种新技术、新材料的开发和应用，氨纶的应用领域迅速扩展，需求量大幅增加，带动了整个氨纶产业的发展。

我国氨纶行业起步较晚，但产业规模扩张速度较快，自二十世纪八十年代末烟台氨纶股份有限公司首次引进日本东洋纺干法纺技术和设备开始，至今全国已发展到大小二十几家氨纶生产企业，工艺路线涵盖了干法纺、湿法纺、熔融纺及反应纺几种主要纺丝工艺，年总生产规模达到20余万吨。但由于技术研究的发展相对落后于市场和产能的扩张速度，因此目前国内众多氨纶企业的生产技术存在重复老化的局限性，产品品种单一，品质无法满足高端市场和新型织物的需要。

现有的氨纶纤维生产工艺中，由于在聚合主要原料的配比、链增长剂的种类选择、扩链反应的形式、添加剂的性质等方面的局限性，导致了聚合所得原液在均匀度和稳定性方面的不同，最终所得氨纶纤维的理化性能存在相当大的差别，尤其是在耐热性和弹性等方面表现突出，普遍无法满足新兴面料的要求。

三、发明内容

本发明目的在于克服上述不足，提供一种能够有效提高氨纶纤维的弹性和耐热性等理化性能的耐高温高弹性氨纶纤维及其制备方法。

本发明的目的通过如下的技术方案来实现：

一种耐高温高弹性氨纶纤维，该氨纶纤维的原料包括聚醚二元醇、二异氰酸酯、正丁醇、混合胺、抗氧化剂、润滑解舒剂、紫外线吸收剂、防黄变剂以及溶剂二甲基乙酰胺，其中聚醚二元醇和二异氰酸酯的摩尔比为1∶(1.55-1.8)，聚醚二元醇和正丁醇的重量比为100∶(0.05-0.15)，以上组分共同组成预聚体；预聚体与混合胺的重量比为100∶(1.5-2.0)，二者与二甲基乙酰胺组成高分子聚合物溶液，该高分子聚合物溶液与相对于预聚体重量比为0.5-1.5％的抗氧化剂、0.02-0.1％的润滑解舒剂、0.2-1.0％的紫外线吸收剂、0.5-2.0％的防黄变剂以及二甲基乙酰胺组成纺丝原液。

混合胺为按摩尔比为1∶(0.1-0.3)的比例将乙二胺与末端终止剂单胺混合并加上溶剂二甲基乙酰胺调配好的浓度为1-3％的混合胺溶液。

一种耐高温高弹性氨纶纤维的制备方法，其特殊之处在于，包括聚合、纺丝两个工序，其中聚合工序为：

(1)在第一反应釜中由聚醚二元醇与二异氰酸酯按、正丁醇通过预聚合反应得预聚中间体；加入溶剂二甲基乙酰胺(DMAC)对预聚中间体进行溶解，降温，将预聚中间体溶液移送至第二反应釜；

(2)预聚中间体溶液在第二反应釜中冷却降温，搅拌，移送至扩链贮槽中；

(3)将扩链贮槽内的预聚中间体溶液与混合胺在高速搅拌混合器内快速混合均匀，降温，经连续扩链反应得高分子聚合物，然后移送中间贮槽；

(4)将抗氧化剂、润滑解舒剂、紫外线吸收剂、防黄变剂以及溶剂二甲基乙酰胺预先添加至乳化分散槽中，得到乳化液，加入高分子聚合物，得到添加剂调配液；

(5)将中间贮槽中的高分子聚合物与添加剂调配液混合，得耐高温高弹性氨纶纤维纺丝原液；纺丝原液经过滤、熟化处理，完成后的纺丝原液即可用于纺丝生产；

纺丝工序为：

(1)熟化后的纺丝原液进行脱泡、向各个纺丝位移送、过滤，分配到每块喷丝板中；

(2)纺丝原液经喷丝板孔挤出进入纺丝甬道，原液中的溶剂二甲基乙酰胺挥发形成氨纶纤维；氨纶纤维经集束抱合成单根长丝，上油、卷绕成为耐高温高弹性氨纶丝筒卷。

本发明一种耐高温高弹性氨纶纤维的制备方法，改变了现有氨纶生产工艺的聚合原料配比、扩链剂和终止剂的类型及组成、扩链反应形式、添加剂的类型和配比及调配方式、混合器的形式等聚合工艺和甬道形式、加热介质类型等纺丝工艺，所生产的耐高温高弹性氨纶纤维具有高耐热性能、高弹性、优良的退绕性、优异的条干均匀度等特点，并且该制备方法实现了扩链反应及助剂添加的连续进行，生产过程连续稳定，产品均匀度高。

四、具体实施方式

下面用实施例来详细描述本发明，但这些实施例不得理解为任何意义上的对本发明的限制。

实施例：

耐高温高弹性氨纶纤维，该氨纶纤维的原料包括聚醚二元醇、二异氰酸酯、正丁醇、混合胺、抗氧化剂、润滑解舒剂、紫外线吸收剂、防黄变剂以及二甲基乙酰胺，其中聚醚二元醇和二异氰酸酯的摩尔比为1∶(1.55-1.8)，聚醚二元醇和正丁醇的重量比为100∶(0.05-0.15)，以上组分共同组成预聚中间体；预聚中间体与混合胺的重量比为100∶(1.5-2.0)，二者与二甲基乙酰胺组成高分子聚合物溶液，高分子聚合物溶液与相对于预聚中间体重量比为0.5-1.5％的抗氧化剂、0.02-0.1％的润滑解舒剂、0.2-1.0％的紫外线吸收剂、0.5-2.0％的防黄变剂以及二甲基乙酰胺组成纺丝原液；

混合胺为按摩尔比为1∶(0.1-0.3)的比例将乙二胺与末端终止剂单胺混合并加上溶剂二甲基乙酰胺调配好的浓度为1-3％的混合胺溶液。末端终止剂为二甲胺，或二乙胺，或二-正丁胺，或环己胺，或正戊胺，或乙醇胺或其混合物。

耐高温高弹性氨纶纤维的制备方法，包括聚合、纺丝两个工序，其中聚合工序为：

(1)在第一反应釜中将聚醚二元醇与二异氰酸酯按摩尔比1∶(1.55-1.8)混合，同时加入相对于聚醚二元醇重量0.05-0.15％的正丁醇，在充分搅拌条件下，通过30℃--50℃和60℃--80℃两种温度的夹套循环水交替切换使用以控制反应温度，在80℃经90-180分钟后得预聚中间体；然后在第一反应釜中加入相对于预聚中间体重量为100-150％的溶剂二甲基乙酰胺(DMAC)对预聚中间体进行溶解，同时通过夹套循环水对第一反应釜进行降温，在预聚中间体充分溶解并搅拌均匀且温度降低至45℃以下后，利用氮气对第一反应釜加压，将其中的预聚中间体溶液全部移送至第二反应釜；

(2)溶解后的预聚中间体溶液在第二反应釜中通过温度为20℃以下的夹套循环水进行冷却降温，同时用搅拌机连续搅拌，至第二反应釜内温度降低至20℃以下时，再通过氮气加压或利用移送泵将低温的预聚中间体溶液移送至扩链贮槽中；

(3)扩链贮槽内降温后的预聚中间体溶液经过滤后通过供料计量泵以一定的流量连续向高速搅拌混合器内供料，与此同时，预先按摩尔比为1∶(0.1-0.3)的比例将乙二胺与末端终止剂单胺混合并加上溶剂二甲基乙酰胺调配好的浓度为1-3％的混合胺溶液同时通过供料计量泵向高速搅拌混合器供料，供料量相对于预聚中间体重量比为1.5-2.0％，高速混合器以1600-2400rpm的转速运行，使通过其中的预聚中间体与混合胺类快速混合均匀并开始链增长反应；高速搅拌混合器利用外夹套中的5℃--20℃循环水降温，使混合器出口处的温度保持在80℃以下；在高速搅拌混合器的出口得到充分混合并在进行链增长反应的高分子聚合物，其浓度为30-34％，粘度约为300-500Pa.S，使用移送泵将高分子聚合物经过一段或多段静态混合器然后移送至粘度调节槽；粘度调节槽在外夹套中利用60℃--80℃的循环水保温，使其内部温度保持在60℃--80℃之间，高分子聚合物在粘度调节槽中链增长反应继续进行，停留时间约4-20小时，此时反应完成，得到目标分子量的聚合产物，然后利用氮气加压向中间贮槽移送；中间贮槽利用外夹套中的30℃--50℃循环水保温，使移入的高分子聚合物温度降低至60℃以下；

(4)将相对于预聚中间体重量比为0.5-1.5％的抗氧化剂、0.02-0.1％的润滑解舒剂、0.2-1.0％的紫外线吸收剂、0.5-2.0％的防黄变剂以及溶剂二甲基乙酰胺预先添加至乳化分散槽中，经过乳化分散后得到浓度为30-34％、粒径小于2μ、组分均匀的乳化液，然后加入相对于添加剂固体含量2-4倍的高分子聚合物，得到性质稳定的添加剂调配液；

(5)中间贮槽中降温后的高分子聚合物使用计量泵以稳定的流量连续地向动态混合器中供料，同时添加剂调配液使用计量泵以相对于高分子聚合物重量的4-8％的流量连续向动态混合器中供料；经动态混合器混合均匀后在出口处得到耐高温高弹性氨纶纤维纺丝原液；所制得的纺丝原液再经过原液过滤器过滤后使用齿轮移送泵移入原液贮槽中进行熟化处理，贮槽外夹套中利用40℃--60℃的循环水保温，熟化时间约为16-50小时，熟化完成后的纺丝原液即可用于纺丝生产；

纺丝工序为：

(1)原液贮槽中熟化后的纺丝原液移入脱泡器中进行脱泡；脱泡后的原液使用齿轮计量输送泵以稳定的压力向各个纺丝位移送，原液所经过的管线均设置夹套管，以30℃--50℃循环水保温；移送到各个纺丝位的纺丝原液经过10μ--40μ的纺丝过滤器过滤后，再经纺丝计量泵定量分配到每块喷丝板中；

(2)纺丝原液经喷丝板孔挤出即进入纺丝甬道中；纺丝甬道为圆型，加热至300--350℃的氮气由甬道上部吹入，沿垂直方向均匀向下流动；进入甬道中的原液细流在高温下其中的溶剂二甲基乙酰胺迅速挥发，形成氨纶纤维；从纺丝甬道中出来的氨纶纤维根据品种不同经过加捻器进行集束抱合后成为单根长丝，经过上油后在卷绕机上卷绕到筒管上成为耐高温高弹性氨纶丝筒卷；卷绕完成后的氨纶丝筒卷送至分级检验工序进行检验和包装。

采用本发明后，由于改变了现有氨纶生产工艺的聚合原料配比、扩链剂和终止剂的类型及组成、扩链反应形式、添加剂的类型和配比及调配方式、混合器的形式等聚合工艺和甬道形式、加热介质类型等纺丝工艺，所生产的耐高温高弹性氨纶纤维具有高耐热性能、高弹性、优良的退绕性、优异的条干均匀度等特点，并且该制备方法实现了扩链反应及助剂添加的连续进行，生产过程连续稳定，产品均匀度高。该发明填补了国内空白，扩大了氨纶应用领域，能够完全满足各种新型织物和高档面料的要求，对于改善我国纺织类产品的结构、提升纺织品档次、进一步巩固纺织强国的地位起到了积极而重要的作用。

Claims (5)

1.一种耐高温高弹性氨纶纤维，其特征在于：该氨纶纤维包括聚醚二元醇、二异氰酸酯、正丁醇、混合胺、抗氧化剂、润滑解舒剂、紫外线吸收剂、防黄变剂以及二甲基乙酰胺；其中聚醚二元醇和二异氰酸酯的摩尔比为1∶(1.55-1.8)，聚醚二元醇和正丁醇的重量比为100∶(0.05-0.15)，以上组分共同组成预聚中间体；预聚中间体与混合胺的重量比为100∶(1.5-2.0)，二者与二甲基乙酰胺组成高分子聚合物；高分子聚合物与相对于预聚中间体重量比为0.5-1.5％的抗氧化剂、0.02-0.1％的润滑解舒剂、0.2-1.0％的紫外线吸收剂、0.5-2.0％的防黄变剂以及二甲基乙酰胺组成纺丝原液。

2.如权利要求1所述的一种耐高温高弹性氨纶纤维，其特征在于：所述的混合胺为乙二胺与末端终止剂单胺，二者按照摩尔比为1∶(0.1-0.3)的比例混合均匀，并加上溶剂二甲基乙酰胺调配成为浓度为1-3％的混合胺溶液；末端终止剂为二甲胺，或二乙胺，或二-正丁胺，或环己胺，或正戊胺，或乙醇胺或其混合物。

3.如权利要求1至2中所述的任何一种耐高温高弹性氨纶纤维的制备方法，包括聚合和纺丝两个工序，其特征在于：

其中聚合工序为：(1)在第一反应釜中由聚醚二元醇与二异氰酸酯按、正丁醇通过预聚合反应得预聚中间体；加入溶剂二甲基乙酰胺对预聚中间体进行溶解，降温，将预聚中间体溶液移送至第二反应釜；

(2)预聚中间体溶液在第二反应釜中冷却降温，搅拌，移送至扩链贮槽中；

(3)将扩链贮槽内的预聚中间体溶液与混合胺在高速搅拌混合器内快速混合均匀，降温，经连续扩链反应得高分子聚合物，移送中间贮槽；

(4)将抗氧化剂、润滑解舒剂、紫外线吸收剂、防黄变剂以及溶剂二甲基乙酰胺预先添加至乳化分散槽中，得到乳化液，加入高分子聚合物，得到添加剂调配液；

(5)将中间贮槽中的高分子聚合物与添加剂调配液混合，得耐高温高弹性氨纶纤维纺丝原液；纺丝原液经过滤、熟化处理，完成后的纺丝原液即可用于纺丝生产；

纺丝工序为：(1)熟化后的纺丝原液进行脱泡、向各个纺丝位移送、过滤，分配到每块喷丝板中；

(2)纺丝原液经喷丝板孔挤出进入纺丝甬道，原液中的溶剂二甲基乙酰胺挥发形成氨纶纤维；氨纶纤维经集束抱合成单根长丝，上油、卷绕成为耐高温高弹性氨纶丝筒卷。

4.如权利要求3所述的一种耐高温高弹性氨纶纤维的制备方法，其特征在于：所述的聚合工序为：

(1)在第一反应釜中将聚醚二元醇与二异氰酸酯按摩尔比1∶(1.55-1.8)混合，同时加入相对于聚醚二元醇重量0.05-0.15％的正丁醇，在充分搅拌的条件下，通过30℃--50℃和60℃--80℃两种温度的夹套循环水交替切换使用以控制反应温度，在80℃经约90-180分钟后得到预聚中间体；然后在第一反应釜中加入相对于预聚中间体重量为100-150％的溶剂二甲基乙酰胺对预聚中间体进行溶解，同时通夹套循环水对第一反应釜进行降温，在预聚中间体充分溶解并搅拌均匀且温度降低至45℃以下后，利用氮气对第一反应釜加压，将其中的预聚中间体溶液全部移送至第二反应釜；

(2)溶解后的预聚中间体溶液在第二反应釜中通夹套循环水进行冷却降温，同时用搅拌机连续搅拌，至第二反应釜内温度降低至20℃以下时，再通过氮气加压或利用移送泵将低温的预聚中间体溶液移送至扩链贮槽中；

(3)扩链贮槽内降温后的预聚中间体溶液经过滤后通过供料计量泵以一定的流量连续向高速搅拌混合器内供料，与此同时，预先按摩尔比为1∶(0.1-0.3)的比例将乙二胺与末端终止剂单胺混合并加上溶剂二甲基乙酰胺调配好的浓度为1-3％的混合胺溶液同时通过供料计量泵向高速搅拌混合器供料，供料量相对于预聚中间体重量比为1.5-2.0％，高速混合器以1600-2400rpm的转速运行，使通过其中的预聚中间体与混合胺类快速混合均匀并开始链增长反应；高速搅拌混合器利用外夹套中的5℃--20℃循环水降温，使混合器出口处的温度保持在80℃以下；在高速搅拌混合器的出口得到充分混合并在进行链增长反应的高分子聚合物，其浓度为30-34％，粘度约为300-500Pa.S，使用移送泵将高分子聚合物经过一段或多段静态混合器然后移送至粘度调节槽；粘度调节槽在外夹套中利用60℃--80℃的循环水保温，使其内部温度保持在60℃--80℃之间，高分子聚合物在粘度调节槽中链增长反应继续进行，停留时间约4-20小时，此时反应完成，得到目标分子量的聚合产物，然后利用氮气加压向中间贮槽移送；中间贮槽利用外夹套中的30℃--50℃循环水保温，使移入的高分子聚合物温度降低至60℃以下；

(4)将相对于预聚中间体重量比为0.5-1.5％的抗氧化剂、0.02-0.1％的润滑解舒剂、0.2-1.0％的紫外线吸收剂、0.5-2.0％的防黄变剂以及溶剂二甲基乙酰胺预先添加至乳化分散槽中，经过乳化分散后得到浓度为30-34％、粒径小于2μ、组分均匀的乳化液，然后加入相对于添加剂固体含量2-4倍的高分子聚合物，得到性质稳定的添加剂调配液；

(5)中间贮槽中降温后的高分子聚合物使用计量泵以稳定的流量连续地向动态混合器中供料，同时添加剂调配液使用计量泵以相对于高分子聚合物重量的4-8％的流量连续向动态混合器中供料；经动态混合器混合均匀后在出口处得到耐高温高弹性氨纶纤维纺丝原液；所制得的纺丝原液再经过原液过滤器过滤后使用齿轮移送泵移入原液贮槽中进行熟化处理，贮槽外夹套中利用40℃--60℃的循环水保温，熟化时间约为16-50小时。

5.如权利要求3所述的一种耐高温高弹性氨纶纤维的制备方法，其特征在于：所述的纺丝工序为：

(1)原液贮槽中熟化后的纺丝原液移入脱泡器中进行脱泡；脱泡后的原液使用齿轮计量输送泵以稳定的压力向各个纺丝位移送，原液所经过的管线均设置夹套管，以30℃--50℃循环水保温；移送到各个纺丝位的纺丝原液经过10μ--40μ的纺丝过滤器过滤后，再经纺丝计量泵定量分配到每块喷丝板中；

(2)纺丝原液经喷丝板孔挤出即进入纺丝甬道中；纺丝甬道为圆型，加热至300--350℃的氮气由甬道上部吹入，沿垂直方向均匀向下流动；进入甬道中的原液细流在高温下其中的溶剂二甲基乙酰胺迅速挥发，形成氨纶纤维；从纺丝甬道中出来的氨纶纤维根据品种不同经过加捻器进行集束抱合后成为单根长丝，经过上油后在卷绕机上卷绕到筒管上成为耐高温高弹性氨纶丝筒卷。