CN104195668B - 一种多功能清凉聚氨酯弹性纤维的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多功能清凉聚氨酯弹性纤维的制备方法，具体包括以下步骤：步骤1、制备所需的功能助剂浆料：步骤2、得到以-NCO封端的预聚物PP；步骤3、得到预聚物溶液PPs；步骤4、制备得到聚氨酯脲聚合物溶液Pol；步骤5、得到纺丝原液Dope；步骤6、纺丝，经精确计量后将纺丝原液Dope经组件和高温的纺丝甬道，得到初生聚氨酯弹性纤维，经第一罗拉GR1预牵伸、上油罗拉OR给油、第二罗拉GR2牵伸、最后经卷绕头卷装在纸管上得到成品纤维。本发明多功能清凉聚氨酯弹性纤维不仅具有化学性能稳定、抗静电、抗菌防霉等作用，还能促进血液循环、加强新陈代谢、修复受损皮肤等保健性能，更是一种真正意义上的天然清凉纤维。
Description
技术领域
本发明涉及一种多功能清凉聚氨酯弹性纤维及制备方法，属于高分子材料制备技术领域。本发明制备的聚氨酯弹性纤维不仅具有化学性能稳定、抗静电、抗菌防霉等作用，还能促进血液循环、加强新陈代谢、修复受损皮肤等保健性能，更是一种真正意义上的天然清凉纤维，在炎热的夏季能大幅度提高织物穿着的凉爽性和舒适性。
背景技术
随着社会经济的增长和生活品质的不断提高，人们消费观念和消费心理日趋成熟，不再简单满足于服装的遮体、护体、御寒等基本功能，而是越来越注重服装的功能性、舒适感和健康环保性，因此具有功能性的纤维织物倍受青睐，再加之全球气候变暖，尤其是在炎热的夏季，对服装面料穿着的凉爽性要求也越来越高。聚氨酯弹性纤维被誉为“味精面料”，有“无氨不成布”之说，被广泛应用于各种运动衣、健美服、游泳衣、高弹袜、紧身衣等，因此开发具有多功能性和凉爽性氨纶纤维意义重大。查阅相关资料，目前暂无关于云母粉和玉石粉作为功能助剂应用于聚氨酯弹性纤维的文献专利报道，且关于清凉聚氨酯弹性纤维的文献专利报道也不多。
技术CN102808332A公开一种氨纶清凉面料：将薄荷脑、樟脑、桉油、丁香酚、水杨酸甲酯混合后制成微胶囊，然后在氨纶母粒中按1：0.01～0.1的体积比加入上述微胶囊混合均匀后，拉丝形成纤维，再将上述纤维制成面料。该方法制备的氨纶其凉爽性保持时间短(4～9个月)、制备的面料功能单一、仅适合熔纺氨纶。
发明内容
技术问题：本发明目的在于提供一种多功能清凉聚氨酯弹性纤维的制备方法。该聚氨酯弹性纤维不仅具有化学性能稳定、抗静电、抗菌防霉等作用，还能促进血液循环、加强新陈代谢、修复受损皮肤、增强细胞活力、缓解疲劳等保健性能，更是一种真正意义上的天然清凉纤维，在夏季穿着其织物能大幅度提高凉爽性和舒适性。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
步骤1、制备所需的功能助剂浆料：将纳米级玉石粉、云母粉助剂加入溶剂中，在立式研磨机中循环研磨30～50h，得到分散均匀的功能助剂浆料，浓度为30～40wt％，过滤后备用，其中玉石粉和云母粉共占丝重量的0.5％～4％；
步骤2、将二异氰酸酯、低聚物二元醇和反应控制剂加入第一反应器RA1反应得到以-NCO封端的预聚物PP；
步骤3、将步骤2得到的以-NCO封端的预聚物PP和溶剂连续不断地输送至高速溶解机中，在剪切力的作用下，使预聚物PP充分溶解，得到预聚物溶液PPs；
步骤4、将步骤3得到的预聚物溶液PPs和二胺扩链剂溶液、链终止剂溶液连续不断地输送至第二反应器RA2中，在快速搅拌的条件下，使其进行扩链反应和链终止反应，制备得到聚氨酯脲聚合物溶液Pol；
步骤5、将步骤4的得到聚氨酯脲聚合物溶液Pol和步骤1制备的功能助剂浆料连续不断地输送至混合反应器DMTK中，在搅拌的条件下混合均匀，再经熟化、脱泡、过滤得到纺丝原液Dope；
步骤6、纺丝，经精确计量后将纺丝原液Dope经组件和高温的纺丝甬道，得到初生聚氨酯弹性纤维，经第一罗拉GR1预牵伸、上油罗拉OR给油、第二罗拉GR2牵伸、最后经卷绕头卷装在纸管上得到成品纤维。
其中：
所述功能助剂浆料为云母粉、玉石粉、防黄变剂、抗紫外线吸收剂、抗氧化剂和润滑解舒剂的N,N-二甲基甲酰胺DMF或N,N-二甲基乙酰胺DMAC溶液。
所述功能助剂浆料中的云母粉和玉石粉为含有钙、镁、锌、镍、钴、硒多种对人体有益微量元素的纳米级超细微粉，粒度达2000目。
所述低聚物二元醇为分子量1500～3500的聚四亚甲基醚二醇PTMEG或分子量为1500～3500的聚丙二醇PPG中的一种或其混合物；反应控制剂为正丁醇UB。
所述二异氰酸酯为2,4-甲苯二异氰酸酯TDI或4,4-甲苯二异氰酸酯MDI中的一种或其混合物。
所述预聚物PP中-NCO端基含量为2.0wt％～2.8wt％，反应控制剂添加量占二元醇的1200ppm，反应温度控制在75～85℃，反应时间控制在100～160min。所述溶剂为N,N-二甲基甲酰胺DMF或N,N-二甲基乙酰胺DMAC。
所述二胺扩链剂为二胺为乙二胺、1,2-丙二胺、2-甲基-1,5-戊二胺、四甲基乙二胺、己二胺中的一种或几种的混合物。
所述链终止剂为单胺类链终止剂，其中的单胺为二甲胺、二乙胺、二丙胺、正丁胺、正己胺、乙醇胺中的一种或几种的混合物。
所述二胺扩链剂和单胺链终止剂中的-NH2摩尔数之和与预聚物PP中-NCO摩尔数比为(1.00～1.04)：1，二胺扩链剂中-NH2摩尔数与单胺链终止剂中-NH2摩尔数比为17～21:1。
所述纺丝原液Dope浓度为35wt％～45wt％，20℃下粘度为7500～10000poise。
所述纺丝原液，采用干法纺丝系统进行生产时，纺丝速度为750m/min～1200m/min。
有益效果：该方法制备的聚氨酯弹性纤维与现有常规和功能性聚氨酯弹性纤维相比，具有如下优点：该纤维具有多元功能性，纤维中天然的功能助剂玉石粉和云母粉使其制成的服装成为人体天然的“空调”，在炎热的夏季带来持久的凉爽感，且使用寿命长；鳞片状结构的云母粉在纤维内部构建成完整的导电网络，降低纤维表面的电阻值，大幅度提高其抗静电性；纤维中的玉石粉能抑制细菌和微生物繁殖、抗菌效果明显，长时间不形成霉斑；纤维中添加的玉石粉和云母粉中所含的钙、镁、锌、镍、钴、硒等微量元素所散发的启动波和人体细胞的启动波产生共振，具有促进血液循环、增强新陈代谢、排除皮肤毒素、抵挡辐射、增强细胞活力等保健功能；所添加的玉石粉和云母粉为纯天然材料，无毒无害，且工艺简单，无额外设备投入。
具体实施方式
本发明的一种多功能清凉聚氨酯弹性纤维及制备方法，包括以下几个步骤：
1)特殊的功能助剂浆料的制备，将玉石粉、云母粉等助剂添加至溶剂中，借助立式研磨机循环研磨30～50h，得到分散均匀的功能助剂浆料(浓度30～40wt％)，过滤后备用，其中玉石粉和云母粉共占丝重量的0.5％～4％；
2)将二异氰酸酯、低聚物二元醇和反应控制剂加入第一反应器RA1反应得到以-NCO封端的预聚物PP；
3)将步骤2得到的以-NCO封端的预聚物PP和溶剂连续不断地输送至高速溶解机中，在剪切力的作用下，使预聚物PP充分溶解，得到预聚物溶液PPs；
4)步骤3得到的预聚物溶液PPs和二胺扩链剂溶液、链终止剂溶液连续不断地输送至第二反应器RA2中，在快速搅拌的条件下，使其同时进行扩链反应和链终止反应，制备得到聚氨酯脲聚合物溶液Pol；
5)步骤4的聚合物溶液Pol和步骤1的功能助剂浆料连续不断地输送至混合反应器DMTK中，在搅拌的条件下混合均匀，再经熟化、脱泡、过滤等得到纺丝原液Dope；
6)纺丝，采用干法纺丝系统，经精确计量后将纺丝原液Dope经组件和高温的纺丝甬道，得到初生聚氨酯弹性纤维，经第一罗拉GR1预牵伸、上油罗拉OR给油、第二罗拉GR2牵伸、最后经卷绕头卷装在纸管上，再室温平衡24h得到多功能清凉聚氨酯弹性纤维。
其中：
在步骤1)中所述的功能助剂浆料为云母粉、玉石粉、防黄变剂、抗紫外线吸收剂、抗氧化剂和润滑解舒剂的N,N-二甲基甲酰胺(DMF)或N,N-二甲基乙酰胺(DMAC)溶液，云母粉和玉石粉为含有钙、镁、锌、镍、钴、硒等多种对人体有益微量元素的纳米级超细微粉，粒度达2000目，云母粉和玉石粉的质量比为0～1:1～0；
在步骤2)中所述的低聚物二元醇为分子量1500～3500的聚四亚甲基醚二醇(PTMEG)或分子量为1500～3500的聚丙二醇(PPG)中的一种或其混合物，优选分子量为1800～2100的聚四亚甲基醚二醇(PTMEG)，控制剂为正丁醇(UB)；二异氰酸酯为2,4-甲苯二异氰酸酯(TDI)或4,4-甲苯二异氰酸酯(MDI)中的一种或其混合物，优选4,4-甲苯二异氰酸酯(MDI)；预聚物PP中-NCO端基含量为2.0wt％～2.8wt％，优选2.4wt％～2.6wt％，反应控制剂添加量占二元醇的1200ppm。预聚反应温度控制在75～85℃，反应时间控制在100～160min；
在步骤4)中所述的二胺扩链剂中的二胺为乙二胺、1,2-丙二胺、2-甲基-1,5-戊二胺、四甲基乙二胺、己二胺中的一种或几种的混合物，优选乙二胺和1,2-丙二胺；单胺类链终止剂中的单胺为二甲胺、二乙胺、二丙胺、正丁胺、正己胺、乙醇胺中的一种或几种的混合物，优选二乙胺；胺的摩尔数和异氰酸根的摩尔比为1.0～1.04：1，双胺和单胺摩尔比为17～21:1；
在步骤5)中所述的纺丝原液浓度为33wt％～45wt％，优选35～36.5％，20℃下粘度为7500～10000poise，优选8000～9000poise；
在步骤6)中所述的纺丝原液，采用干法纺丝系统进行生产时，纺丝速度为750～1200m/min，优选800～1000m/min。
实施例1：
①采用立式研磨机将12.5kg云母粉、12.5kg玉石粉、2.0kg润滑解舒剂加入到73.357kgDMAC溶剂中一起研磨，直至3次通过1800目针筒实验，再依次加入5kg抗氧剂、7.5kg紫外线吸收剂、7.5kg防黄变剂研磨5h，再加入少量原液搅拌3h，得到浓度为35wt％的分散均匀的功能助剂浆料；
②将267.78kg聚四氢呋喃醚二醇(PTMEG)、62.102kg4,4-二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)和0.321kg正丁醇(UB)在85℃下搅拌反应120min，得到封端的预聚物(PP)；
③分别以5kg/h和6.62kg/h的速率将预聚物(PP)和N,N-二甲基乙酰胺(DMAC)溶剂连续不断地输送至高速溶解机中，在高速剪切作用下使预聚物充分溶解，得到预聚物溶液(PPs)；
④分别以11.62kg/h、2.412kg/h和0.13kg/h的速率将预聚物溶液(PPs)、双胺扩链剂DMAC溶液和单胺链终止剂DMAC溶液连续不断地输送至第二反应器RA2中，在快速搅拌的条件下，使其进行扩链反应和链终止反应，得到聚氨酯脲聚合物溶液Pol；
⑤分别以14.162kg/h和0.28kg/h的速率将聚氨基甲酸酯聚合物溶液(Pol)和预先研磨好的特殊功能助剂浆料连续不断地输送至第三混合反应器中，再经搅拌、熟化、过滤得到浓度为36.0％、粘度为7500poise的纺丝原液；
⑥最后，采用干法纺丝系统将纺丝原液纺制成不同规格的具有多功能清凉的聚氨酯弹性纤维。
实施例2：
①采用立式研磨机将25.0kg云母粉、25.0kg玉石粉、2.0kg润滑解舒剂加入到119.786kgDMAC溶剂中一起研磨，直至3次通过1800目针筒实验，再依次加入5kg抗氧剂、7.5kg紫外线吸收剂、7.5kg防黄变剂研磨5h，再加入少量原液搅拌3h，得到浓度为35wt％的分散均匀的功能助剂浆料；
②将267.78kg聚四氢呋喃醚二醇(PTMEG)、62.102kg4,4-二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)和0.321kg正丁醇(UB)在85℃下搅拌反应120min，得到封端的预聚物(PP)；
③分别以5kg/h和6.819kg/h的速率将预聚物(PP)和N,N-二甲基乙酰胺(DMAC)溶剂连续不断地输送至高速溶解机中，在高速剪切作用下使预聚物充分溶解，得到预聚物溶液(PPs)；
④分别以11.819kg/h、2.412kg/h和0.13kg/h的速率将预聚物溶液(PPs)、双胺扩链剂DMAC溶液和单胺链终止剂DMAC溶液连续不断地输送至第二反应器RA2中，在快速搅拌的条件下，使其进行扩链反应和链终止反应，得到聚氨酯脲聚合物溶液Pol；
⑤分别以14.361kg/h和0.43kg/h的速率将聚氨基甲酸酯聚合物溶液(Pol)和预先研磨好的特殊功能助剂浆料连续不断地输送至第三混合反应器中，再经搅拌、熟化、过滤得到浓度为35.5％、粘度为8000poise的纺丝原液；
⑥最后，采用干法纺丝系统将纺丝原液纺制成不同规格的具有多功能清凉的聚氨酯弹性纤维。
实施例3
①采用立式研磨机将37.5kg云母粉、37.5kg玉石粉、2.0kg润滑解舒剂加入到166.214kgDMAC溶剂中一起研磨，直至3次通过1800目针筒实验，再依次加入5kg抗氧剂、7.5kg紫外线吸收剂、7.5kg防黄变剂研磨5h，再加入少量原液搅拌3h，得到浓度为35wt％的分散均匀的功能助剂浆料；
②将267.78kg聚四氢呋喃醚二醇(PTMEG)、62.102kg4,4-二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)和0.321kg正丁醇(UB)在85℃下搅拌反应120min，得到封端的预聚物(PP)；
③分别以5kg/h和7.024kg/h的速率将预聚物(PP)和N,N-二甲基乙酰胺(DMAC)溶剂连续不断地输送至高速溶解机中，在高速剪切作用下使预聚物充分溶解，得到预聚物溶液(PPs)；
④分别以12.024kg/h、2.412kg/h和0.13kg/h的速率将预聚物溶液(PPs)、双胺扩链剂DMAC溶液和单胺链终止剂DMAC溶液连续不断地输送至第二反应器RA2中，在快速搅拌的条件下，使其进行扩链反应和链终止反应，得到聚氨酯脲聚合物溶液Pol；
⑤分别以14.566kg/h和0.59kg/h的速率将聚氨基甲酸酯聚合物溶液(Pol)和预先研磨好的特殊功能助剂浆料连续不断地输送至第三混合反应器中，再经搅拌、熟化、过滤得到浓度为35.0％、粘度为8500poise的纺丝原液；
⑥最后，采用干法纺丝系统将纺丝原液纺制成不同规格的具有多功能清凉的聚氨酯弹性纤维。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选方案进行描述，并非对本发明范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域任何工程技术人员对本发明的技术方案进行的各种变形和改进，均应落在本发明的权利要求书确定的保护范围内。
Claims (3)
1.一种多功能清凉聚氨酯弹性纤维的制备方法，其特征在于该方法包括如下几个步骤：
步骤1、制备所需的功能助剂浆料：将纳米级玉石粉、云母粉助剂加入溶剂中，在立式研磨机中循环研磨30～50h，得到分散均匀的功能助剂浆料，浓度为30～40wt％，过滤后备用，其中玉石粉和云母粉共占丝重量的0.5％～4％；
步骤2、将二异氰酸酯、低聚物二元醇和反应控制剂加入第一反应器RA1反应得到以-NCO封端的预聚物PP；
步骤3、将步骤2得到的以-NCO封端的预聚物PP和溶剂连续不断地输送至高速溶解机中，在剪切力的作用下，使预聚物PP充分溶解，得到预聚物溶液PPs；
步骤4、将步骤3得到的预聚物溶液PPs和二胺扩链剂溶液、链终止剂溶液连续不断地输送至第二反应器RA2中，在快速搅拌的条件下，使其进行扩链反应和链终止反应，制备得到聚氨酯脲聚合物溶液Pol；
步骤5、将步骤4得到的聚氨酯脲聚合物溶液Pol和步骤1制备的功能助剂浆料连续不断地输送至混合反应器DMTK中，在搅拌的条件下混合均匀，再经熟化、脱泡、过滤得到纺丝原液Dope；
步骤6、纺丝，经精确计量后将纺丝原液Dope经组件和高温的纺丝甬道，得到初生聚氨酯弹性纤维，经第一罗拉GR1预牵伸、上油罗拉OR给油、第二罗拉GR2牵伸、最后经卷绕头卷装在纸管上得到成品纤维；
其中：
所述功能助剂浆料为云母粉、玉石粉、防黄变剂、抗紫外线吸收剂、抗氧化剂和润滑解舒剂的N,N-二甲基甲酰胺DMF或N,N-二甲基乙酰胺DMAC溶液；
所述功能助剂浆料中的云母粉和玉石粉为含有钙、镁、锌、镍、钴、硒多种对人体有益微量元素的纳米级超细微粉，粒度达2000目；
所述低聚物二元醇为分子量1500～3500的聚四亚甲基醚二醇PTMEG或分子量为1500～3500的聚丙二醇PPG中的一种或其混合物；反应控制剂为正丁醇UB；
所述二异氰酸酯为2,4-甲苯二异氰酸酯TDI或4,4-甲苯二异氰酸酯MDI中的一种或其混合物；
所述预聚物PP中-NCO端基含量为2.0wt％～2.8wt％，反应控制剂添加量占二元醇的1200ppm，反应温度控制在75～85℃，反应时间控制在100～160min；
所述溶剂为N,N-二甲基甲酰胺DMF或N,N-二甲基乙酰胺DMAC；
所述二胺扩链剂为乙二胺、1,2-丙二胺、2-甲基-1,5-戊二胺、四甲基乙二胺、己二胺中的一种或几种的混合物；
所述链终止剂为单胺类链终止剂，其中的单胺为二甲胺、二乙胺、二丙胺、正丁胺、正己胺、乙醇胺中的一种或几种的混合物；
所述二胺扩链剂和单胺链终止剂中的-NH2摩尔数之和与预聚物PP中-NCO摩尔数比为(1.00～1.04)：1，二胺扩链剂中-NH2摩尔数与单胺链终止剂中-NH2摩尔数比为17～21:1。
2.根据权利要求1所述的一种多功能清凉聚氨酯弹性纤维的制备方法，其特征在于所述纺丝原液Dope浓度为35wt％～45wt％，20℃下粘度为7500～10000poise。
3.根据权利要求1所述的一种多功能清凉聚氨酯弹性纤维的制备方法，其特征在于所述纺丝原液，采用干法纺丝系统进行生产时，纺丝速度为750m/min～1200m/min。
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