CN103147152B - 一种尼龙纤维 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种尼龙纤维，所述尼龙纤维的原料包括以戊二胺和脂肪族二元酸为原料制备的尼龙树脂，其中，所述戊二胺和脂肪族二元酸中至少一种是由生物法制备。本发明所制造的尼龙纤维具有优良的抗拉强度，可以进一步用于制成纱线、梭织布、针织布或无纺布等纺织材料，能够应用于衣料服装、产业、装饰地毯等领域，具有广泛的工业应用前景。
Description
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，具体地说，本发明涉及一种尼龙纤维。背景技术
尼龙纤维是世界上最早投入工业化生产的合成纤维之一，产量在合成纤维中居第二位。聚酰胺纤维的主要品种有PA6、PA66、PA4、PA7、PA8、PA9、PA11、PA12、PA610、PA1010、PA6T、MXD6、PACM-12（脂环族聚酰胺纤维）、PA612，这些品种的纺丝工艺相对成熟，有些已经产业化。
目前的尼龙基本上都是以石油的衍生物作为原料制得，例如尼龙市场占有量最大的两个品种尼龙6和尼龙66，他们的原料己内酰胺和己二酸通过苯类同系物经过加氢再氧化等一系列反应制得，而己二胺是通过丁二烯或丙烯腈先合成己二腈再通过催化加氢方法制备，整个合成工艺复杂，存在一定污染。
长期以来，人们期待着使用通过从空气中吸收二氧化碳来生长的植物资源作为起始材料，来制备与现有品种尼龙纤维性能相当的绿色尼龙纤维，解决对非再生能源的依赖，建造循环型社会。
尸胺是一种多胺，即1,5-戊二胺（简称戊二胺），又名1,5-二氨基戊烷，它是生物体内广泛存在的具有生物活性的含氮碱，它在腐烂的尸体和精液中都可以分离得到。为蛋白质腐败时赖氨酸在脱羧酶的作用下发生脱羧反应生成。戊二胺可以通过化学法，将戊二腈的无水乙醇溶液煮沸后，以较快的速度加入金属钠，反应完后加入水，将乙醇蒸出，剩余的反应物用过热蒸汽蒸馏，在酸化中和，蒸馏的方法得到。近年来发现戊二胺可以通过蜂房哈夫尼菌（HafniaAlvei）中的赖氨酸脱羧酶（L-lysine decarboxylase，EC4.1.1.18）作用于赖氨酸的生物法得到。
发明内容
本发明人为了解决上述技术问题而进行了深入的研究，发现以戊二胺和脂肪族二元酸为原料制备的尼龙树脂作为原料制备的尼龙纤维具有优良的抗拉强度。
本发明的目的在于提供一种尼龙纤维。
本发明的尼龙纤维的原料包括以戊二胺和脂肪族二元酸为原料制备的尼龙树脂，其中，所述戊二胺和脂肪族二元酸中至少一种是由生物法制备。
根据本发明，所述戊二胺包含符合ASTM D6866标准的可再生来源的有机碳。
根据本发明，所述脂肪族二元酸包含符合ASTM D6866标准的可再生来源的有机碳。
根据本发明，所述脂肪族二元酸可以是短链二元酸（碳链上碳原子数小于10），例如丁二酸，戊二酸，己二酸，庚二酸，辛二酸，壬二酸，癸二酸，优选己二酸，癸二酸；也可以是长碳链二元酸，例如十一碳二元酸，十二碳二元酸，十三碳二元酸，十四碳二元酸，十五碳二元酸，十六碳二元酸，十七碳二元酸，十八碳二元酸，马来酸，△9-1,18-十八烯二元酸，优选十二碳二元酸。
根据本发明，所述尼龙树脂为尼龙56树脂。
根据本发明，所述尼龙树脂比浓粘度为120~200ml/g。
根据本发明，所述尼龙纤维为长丝或者短纤。
根据本发明，所述尼龙纤维为熔融纺丝法制备。
本发明还提供了一种包含上述尼龙纤维的纺织材料，所述的纺织材料可以是纱线、梭织布、针织布或无纺布等。
本发明的有益效果：本发明所制造的尼龙纤维具有优良的抗拉强度，可以进一步用于制成纱线、梭织布、针织布或无纺布等纺织材料，能够应用于衣料服装、产业、装饰地毯等领域，具有广泛的工业应用前景。
附图说明
图1为本发明的高速熔融纺丝工艺流程图。
具体实施方式
如图1所示，本发明所用的纺丝设备及配套装置，包括切片料筒1、干燥塔2、螺杆挤出机3、纺丝箱体4（内置熔体分配管、计量泵、纺丝组件）、侧吹风装置5、纺丝甬道6、上油装置7、第一导丝辊8、第二导丝辊9和卷绕筒10。
本发明的熔融纺丝的工艺流程如下：
尼龙树脂切片经过真空干燥后，喂入到单螺杆挤出机中，尼龙切片在挤出机内通过热能和机械能使之熔融、压缩和均匀化，聚合物熔体经螺杆末端的混炼头流向熔体分配管，再到纺丝箱体中的纺丝计量泵精确计量，均匀分配到纺丝组件中。经喷丝板喷出而成为熔体细流，并在恒温、恒湿的侧吹风下迅速凝固成为丝条，经上油装置集束上油，丝条离开纺丝甬道，被牵引到第一导丝辊，以一定的高速度将丝条从喷丝板落下，得到预取向丝。预取向丝条自第一导丝辊出来后被牵引到第二导丝辊，并改变两导丝辊的速度比来调节所要求的拉伸比。然后进入卷绕筒，成品丝卷绕在卷绕筒上，便得到尼龙长纤维。
其中，所述尼龙树脂切片为以生物法提纯的戊二胺和己二酸为原料进行合成的树脂切片。所述尼龙树脂切片的比浓粘度为120~200ml/g。所述尼龙树脂切片干燥后的含水率低于0.1%，所含杂质的尺寸低于6μm。所述单螺杆挤出机分为六个温度控制区，一区加热温度230~260℃，二区加热温度260~280℃，三区加热温度270~290℃，四区加热温度275~295℃，五区加热温度280~300℃，六区加热温度275~295℃。所述纺丝箱体的温度控制在270~290℃，所述计量泵的供给量4.8~72g/min，转数为2~30r/min。所述喷丝板为圆形，喷丝板外径为52~70mm，喷丝孔数为4~80孔，喷丝孔径为0.2~0.5mm。所述恒温恒湿的侧吹风风温为20~24℃，风湿为80~90%，风速为0.3~0.5m/s。所述喷丝头的拉伸倍率为100~300倍。所述第一导丝棍的温度为常温，第二导丝棍的温度为140~180℃。所述导丝辊间的拉伸比为1.0~1.5倍。所述纺丝（卷绕）速度为800~6000m/min。
对于短丝的生产，大致与上述方法相同，除了以下有差异。圆形短丝喷丝板的外径为140~328mm，喷丝孔数为140~2002孔，喷丝孔径为0.35~0.50mm。冷却成形的丝束经过纺丝甬道后，经上油装置集束上油，在卷绕机上卷绕成丝饼，然后经集束、拉伸、卷曲、热定型后，切断成尼龙56短纤维。
本发明使用了以下表征方法进行了性能表征：
1、纤度
按GB/T14343-2003方法测定。
2、强力
按GB/T14344-2008方法测定。
3、断裂强度
按GB/T14344-2008方法测定。
4、伸长率
按GB/T14344-2008方法测定。
5、粘数
乌氏粘度计浓硫酸法：准确称量干燥后的尼龙样品0.25±0.0002g，加入50mL浓硫酸（96%）溶解，在25℃恒温水浴槽中测量并记录浓硫酸流经时间t0和尼龙溶液流经时间t。
粘数计算公式：粘数VN=（t/t0-1）/C
t--溶液流经时间
t0--溶剂流经时间
C--聚合物的浓度（g/mL）
本发明中使用的戊二胺可以是通过化学法制备，也可以采用生物法制备。本领域的技术人员都可以知道，将赖氨酸（盐）在赖氨酸脱羧酶（EC4.1.1.18）的作用下，脱去两端羧基，生成戊二胺。例如“L-赖氨酸脱羧酶性质及应用研究”（蒋丽丽，南京大学，硕士论文，2007）中公开了具体的生物法制备戊二胺方法。例如“微生物转化L-赖氨酸为尸胺的研究”（朱婧，天津科技大学，硕士论文，2009.3）中公开了具体的生物法制备戊二胺方法。
本发明中使用的脂肪族二元酸可以是通过化学法制备，也可以通过生物法制备。例如，中国专利文献（申请号：201210392035.5）公开了制备丁二酸的方法。例如，中国专利文献（专利号ZL200410018255.7）公开了制备长链二元酸的方法。又例如中国专利文献（专利号ZL200610029784.6）公开了制备长链二元酸的方法。
以下结合具体实施例，对本发明做进一步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本发明而非用于限制本发明的范围。
实施例1、尼龙56的制备
将50升搪瓷成盐釜通过抽真空充氮气的方式置换其中空气三遍，并用氮气保护，向成盐釜中加入30kg纯水，然后加入12.46kg戊二胺（购自山东凯赛，包含符合ASTM D6866标准的可再生来源的有机碳，气相归一化法纯度99.56%），开动搅拌，加入17.64kg己二酸（购自辽宁石化），再加入6g抗氧剂H10（Bruggolen H10德国布吕格曼公司生产），制得尼龙盐水溶液。
将100升聚合釜（K/SY166-2007型）用氮气置换空气，并将尼龙盐溶液转移至聚合釜中，油浴温度升至230℃，待釜内压力升至1.73Mpa，开始排气，待釜内温度达到265℃时，抽真空至-0.06Mpa（真空表压），保持该真空度20min，制得尼龙56，比浓粘度为140ml/g。
实施例2、尼龙56的制备
除了调整实施例1中戊二胺加入量为12.39kg之外，与实施例1同样地操作。制得尼龙56，比浓粘度为120ml/g。
实施例3、尼龙56的制备
除了调整实施例1中戊二胺加入量为12.54kg之外，与实施例1同样地操作。制得尼龙56，比浓粘度为160ml/g。
实施例4、尼龙56的制备
除了调整实施例1中戊二胺加入量为12.68kg之外，与实施例1同样地操作。制得尼龙56，比浓粘度为200ml/g。
实施例5、尼龙56未拉伸丝的制备
干燥的尼龙56切片24kg（比浓粘度为120ml/g，以20kg产品计）喂入单螺杆挤出机，经加热、挤压、熔融，形成可纺的尼龙56熔融物，单螺杆挤出机沿轴向温度分区控制，一区加热温度235℃，二区加热温度260℃，三区加热温度270℃，四区加热温度275℃，五区加热温度280℃，六区加热温度275℃，纺丝箱体温度270℃。再经熔体分配管到纺丝箱体中的纺丝计量泵精确计量，经等长管将尼龙56熔融物熔体均匀分配到纺丝组件中，纺丝计量泵供给量24g/min，其转数10r/min。圆形喷丝板的外径为52mm，喷丝孔数为30孔，喷丝孔径为0.25mm。在纺丝组件中混合好的熔体从喷丝板中喷出，经过侧吹风装置冷却成型，侧吹风装置的风温21℃，风湿83%，风速0.3m/s。冷却成形的丝束经过纺丝甬道后，经上油装置集束上油，在卷绕机上卷绕成丝饼，制成尼龙56未拉伸丝。纺丝速度为1000m/min。经性能测试，结果示于表1。
实施例6、尼龙56全拉伸丝的制备
干燥的尼龙56切片24kg（比浓粘度为150ml/g，以20kg产品计）连续喂入单螺杆挤压机中，经加热、挤压、熔融成PA56熔融物，单螺杆挤出机沿轴向分区控制，一区加热温度250℃、二区加热温度275℃、三区加热温度285℃，四区加热温度290℃，五区加热温度295℃，六区加热温度288℃，纺丝箱体温度285℃。再经熔体分配管到纺丝箱体中的纺丝计量泵精确计量，经等长管将尼龙56熔融物熔体均匀分配到纺丝组件中，计量泵供给量60g/min，其转数25r/min。圆形喷丝板的外径为70mm，喷丝孔数为48孔，喷丝孔径为0.3mm。在纺丝组件中混合好的熔体从喷丝板中喷出，从纺丝组件底部的喷丝板高压喷出形成纤维丝，纤维丝在恒温恒湿的侧吹风的条件下冷却成型，侧吹风的风温20℃，风湿90%，风速0.45m/s。冷却成形的丝束经过纺丝甬道后，经上油装置集束上油，再经倍率为1.5的拉伸后，在卷绕机上卷绕成丝饼，制成尼龙56全拉伸丝。所采用的纺丝速率为4000m/min。经性能测试，结果示于表1。
实施例7、尼龙56预取向丝的制备
干燥的尼龙56切片24kg（比浓粘度为180ml/g，以20kg产品计）连续喂入到单螺杆挤压机中，经加热、挤压、熔融成PA56熔融物，单螺杆挤压机沿轴向实施分区控制，一区加热温度255℃，二区加热温度280℃，三区加热温度290℃，四区加热温度295℃，五区加热温度300℃，六区加热温度295℃，纺丝箱体温度290℃。再经熔体分配管到纺丝箱体中的纺丝计量泵精确计量，经等长管将尼龙56熔融物熔体均匀分配到纺丝组件中，纺丝计量泵供给量24g/min，其转数10r/min。圆形喷丝板的外径为52mm，喷丝孔数为30孔，喷丝孔径为0.25mm。在纺丝组件中混合好的熔体从喷丝板中喷出，纤维丝在恒温恒湿的侧吹风的条件下冷却成型，侧吹风的风温24℃，风湿83%，风速0.35m/s。冷却成形的丝束经过纺丝甬道后，经上油装置集束上油，在卷绕机上卷绕成丝饼，制成尼龙56预取向丝。所采用的纺丝速率为2500m/min。经性能测试，结果示于表1。
实施例8、尼龙56短纤的制备
干燥的尼龙56切片24kg（比浓粘度为120ml/g，以20kg产品计）喂入单螺杆挤出机，经加热、挤压、熔融，形成可纺的尼龙56熔融物，单螺杆挤出机沿轴向温度分区控制，一区加热温度235℃，二区加热温度260℃，三区加热温度270℃，四区加热温度275℃，五区加热温度280℃，六区加热温度275℃，纺丝箱体温度270℃。再经熔体分配管到纺丝箱体中的纺丝计量泵精确计量，经等长管将尼龙56熔融物熔体均匀分配到纺丝组件中，纺丝计量泵供给量120g/min，其转数50r/min。圆形喷丝板的外径为160mm，喷丝孔数为500孔，喷丝孔径为0.40mm。在纺丝组件中混合好的熔体从喷丝板中喷出，经过侧吹风装置冷却成型，侧吹风装置的风温21℃，风湿83%，风速0.3m/s。冷却成形的丝束经过纺丝甬道后，经上油装置集束上油，在卷绕机上卷绕成丝饼，然后经集束、拉伸、卷曲、热定型后，切断成尼龙56短纤维。纺丝速度为800m/min。经性能测试，结果示于表1。
表1、性能测试
| 实施例5 | 实施例6 | 实施例7 | 实施例8 | |
| 纤度（dtex） | 8 | 3.125 | 3.2 | 3 |
| 强力（cN） | 32 | 28.3 | 17 | 15.3 |
| 断裂强度（cN/dtex） | 4.0 | 21.25 | 5.3 | 5.1 |
| 伸长率（%） | 63 | 22 | 35 | 38 |
本发明制造的尼龙纤维具有优良的抗拉强度，可以进一步用于制成纺织材料，可以是纱线、梭织布、针织布或无纺布等，这对于本领域的技术人员是显而易见的。
本发明所制造的尼龙纤维主要可以应用于衣料服装、产业、装饰地毯等领域。在衣料服装领域，尼龙长丝可以纯织，也可与其它纤维交织，或经加弹、蓬松等加工过程后作机织物、针织物和纬编织物的原料。低线密度长丝可用于内衣、紧身衣、长筒袜和连裤袜。长丝可用于生产锦丝绸、锦丝被面、运动衣、游泳衣、健美服等，短丝与其它纤维混纺。在产业领域，可用于生产工业滤布、帘布轮胎、渔网、绳索、安全网、传动运输带、消防软管、缝纫线、安全带、降落伞等，可作为铁路货车覆盖布、机器覆盖布、挠性容器、活动车库和帐篷的基布。在地毯领域，可用于生产膨体长丝，用于生产聚酰胺簇绒地毯。
以上实施例只是对技术方案的解释，不构成对本方面技术方案的限制。本领域的技术人员根据现有尼龙制备方法的知识，可以通过对制备过程中的原料配比，制备过程的温度、压力调整，实现不同粘数的尼龙的制备。
虽然已经展现和讨论了本发明的一些方面，但是本领域内的技术人员应该意识到，可以在不背离本发明原理和精神的条件下对上述方面进行改变，因此本发明的范围将由权利要求以及等同的内容所限定。
Claims (6)
1.一种尼龙纤维，其特征在于，所述尼龙纤维的原料包括以戊二胺和脂肪族二元酸为原料制备的尼龙树脂，其中，所述戊二胺和脂肪族二元酸中至少一种是由生物法制备，所述尼龙树脂为尼龙56树脂，
所述尼龙纤维为熔融纺丝法制备，包括以下步骤：
尼龙树脂切片经过真空干燥后，喂入到单螺杆挤出机中，尼龙切片在挤出机内通过热能和机械能使之熔融、压缩和均匀化，聚合物熔体经螺杆末端的混炼头流向熔体分配管，再到纺丝箱体中的纺丝计量泵精确计量，均匀分配到纺丝组件中，经喷丝板喷出而成为熔体细流，并在恒温、恒湿的侧吹风下迅速凝固成为丝条，经上油装置集束上油，丝条离开纺丝甬道，被牵引到第一导丝辊，以一定的高速度将丝条从喷丝板落下，得到预取向丝，预取向丝条自第一导丝辊出来后被牵引到第二导丝辊，并改变两导丝辊的速度比来调节所要求的拉伸比，然后进入卷绕筒，成品丝卷绕在卷绕筒上，便得到尼龙纤维，
所述单螺杆挤出机分为六个温度控制区，一区加热温度230～260℃，二区加热温度260～280℃，三区加热温度270～290℃，四区加热温度275～295℃，五区加热温度280～300℃，六区加热温度275～295℃，所述纺丝箱体的温度控制在270～290℃，所述计量泵的供给量4.8～72g/min，转数为2～30r/min。
2.根据权利要求1所述的尼龙纤维，其特征在于，所述戊二胺包含符合ASTM D6866标准的可再生来源的有机碳。
3.根据权利要求1所述的尼龙纤维，其特征在于，所述脂肪族二元酸包含符合ASTM D6866标准的可再生来源的有机碳。
4.根据权利要求1至3任一项所述的尼龙纤维，其特征在于，所述尼龙树脂的比浓粘度为120～200ml/g。
5.根据权利要求1所述的尼龙纤维，其特征在于，所述尼龙纤维为长丝或者短纤。
6.一种纺织材料，其特征在于，包含权利要求1-5中任一项所述的尼龙纤维。
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