CN105483856A - 一种原位聚合制备抗紫外光老化氨纶的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种原位聚合制备抗紫外光老化氨纶的方法，该方法包括以下步骤：(1)将特殊的抗紫外吸收剂溶解在二甲基乙酰胺溶剂中，经搅拌，形成稳定的分散液；(2)将分散液加入到低聚物多元醇中，混合均匀后，将其加入二异氰酸酯制备以-NCO封端的氨基甲酸酯预聚物，并用二甲基乙酰胺溶剂将其充分溶解，得到预聚物溶液；(3)使用混合胺溶液对预聚物进行扩链和链终止反应，得到聚氨酯脲溶液；(4)向上述聚氨酯脲溶液中加入抗氧化剂、消光剂、润滑舒解剂等功能助剂，经搅拌混合、储存，制备聚氨酯纺丝液；(5)借助干法纺丝系统，对制备的纺丝液进行，拉丝、干燥，得到具有紫外光老化性能的氨纶。

Description

一种原位聚合制备抗紫外光老化氨纶的方法
技术领域
本发明是一种原位聚合制备抗紫外光老化氨纶的方法，属于聚氨酯弹性纤维材料制造的技术领域。
背景技术
聚氨酯弹性纤维俗称氨纶，是主链上含有重复氨基甲酸酯基(-NH-C(＝O)-O-)链锻的嵌锻共聚物。它具有类似橡胶的高弹性、高伸长率等优异的特性，与非弹性纤维混纺得到织物布料，可以大大改善织物穿着舒适性能，使得氨纶纤维应用从内衣到外衣、从针织到机织、从运动服到时尚装、从女士服装到男士服装、从普通面料到功能化面料、从服装产业到其他产业，用途得到了全面地提升。
普通氨纶纤维在穿着、洗涤干晒过程中，会受到比较强烈的自然光或紫外光照射(尤其是在气候比较炎热的夏季)，从而非常容易引起的氨纶纤维发生老化黄变，甚至降解、脆化、断丝，其主要原因聚氨酯中的分子键断裂或链交联，放出CO2和CO，最终导致氨纶纤维的物理机械性能下降，同时生成有色机团，引起颜色黄变，衣物变形，从而影响衣物的使用寿命和美观度。目前，氨纶生产商及研究爱好者采用在聚氨酯原液中添加某些抗紫外吸收剂，来实现提高氨纶的抗紫外光老化性能之目的，其采用的是较传统的工艺方法，如专利CN102899740A、CN103526331A等：即借助辅料调和系统，将一定量的抗紫外吸收剂与其他功能助剂(如抗氧剂、润滑剂、抗静电剂、消光剂等)一并投放至含有二甲基乙酰胺的辅料研磨罐中，然后经粉碎、研磨，得到功能性氨纶辅料溶液，然后将此辅料溶液按一定计量添加至在氨纶聚合物原液中，制得抗紫外光老化性能的氨纶。且这些氨纶厂商多采用一些分子量不高的抗紫外吸收剂，如专利CN104630929A提到得到抗紫外剂UV-320等。但是，我们通过实验发现这类抗紫外吸收剂存在以下三个问题：(1)这些抗紫外吸收剂的抗紫外性能不十分优异，添加量达到一定程度时，方能使氨纶获得比较优异的抗紫外光老化性能，因此容易产生较高的生产成本；(2)由于抗紫外吸收剂在二甲基乙酰胺中的溶解度不高(25℃下，溶解度一般在10g以下)，因此采用传统方法无法将抗紫外吸收剂在氨纶中添加量进行大幅提高，否则会因为抗紫外吸收剂在辅料调和过程无法完全溶解，继而造成未溶解的抗紫外吸收剂发生聚集，堵塞输送管道和辅料过滤器，从而引发生产故障；(3)由于这些抗紫外本身分子量都比较低，在氨纶丝束高温干燥过程(在高温纺丝甬道中)中，容易发生迁移，即这些抗紫外吸收剂会随溶剂一起从聚氨酯聚合物内部析出，造成抗紫外成分损失。
发明内容
技术问题：本发明的目的在于解决上述现有技术的不足，提供了一种原位聚合制备抗紫外光老化氨纶的方法，采用一些特殊的抗紫外吸收剂，通过将其溶解在二甲基乙酰胺溶剂中，然后将上述溶液均匀分散在低聚物多元醇中，抗紫外剂分子结构中的活性羟基在预聚物制备过程中与异氰酸基反应，使得抗紫外剂吸收剂与聚氨酯大分子链间形成稳定的化学键；同时这些抗紫外吸收剂本身分子量较大，在氨纶丝束干燥过程，不会由于迁移造成氨纶中的抗紫外成分损失，因此可以使聚氨酯弹性纤维具有更持久的抗紫外光老化性能。
技术方案：本发明的一种原位聚合制备抗紫外光老化氨纶的方法包括如下几个步骤：
1)，将抗紫外吸收剂加到二甲基乙酰胺溶剂中，充分搅拌，使抗紫外吸收剂在溶剂中均匀分散，形成稳定的分散液；
2)将上述分散液加入到低聚物多元醇中通过强力机械搅拌分散混合，然后加入二异氰酸酯制备以-NCO封端的氨基甲酸酯预聚物，并加入二甲基乙酰胺溶剂充分溶解，得到预聚物溶液；
3)将制备的预聚物溶液冷却后，加入混合胺溶液进行扩链反应和链终止反应，得到聚氨酯脲溶液；
4)向上述聚氨酯脲溶液中加入抗氧化剂、消光剂、润滑舒解剂、抗静电剂，充分搅拌混合后，储存熟化后，制备得到含有抗紫外吸收剂的聚氨酯纺丝液；
5)将制备得到的含有抗紫外吸收剂的聚氨酯纺丝液，借助干法纺丝系统，对上述聚氨酯纺丝液进行喷吐、拉伸成丝，并随着溶剂挥发、干燥，即得到具有紫外光老化性能的氨纶。
其中：
所述的抗紫外吸收剂为季戊四醇四(2-氰基-3,3-二苯丙烯酸酯)、2,2-硫代双(4-叔辛基苯酚)正丁胺镍、三嗪-5,2,4,6-三(2′-羟基4′-正丁氧基苯基)、2,2'-亚甲基双(4-叔辛基-6-苯并三唑苯酚)或N-(乙氧基羰基苯基)-N'-甲基-N'-苯基甲脒中的一种或几种的混合物；抗紫外吸收剂在二甲基乙酰胺中质量分数为1％～10％，溶解温度30℃～60℃。
所述的抗紫外吸收剂占氨纶纤维质量百分比为0.1％～1％。
所述的低聚物多元醇为数均分子量1500～3000的聚四氢呋喃醚二醇。
所述的二异氰酸酯为4,4-MDI或2,4-MDI，或两者的混合物。
所述的混合胺溶液为扩链剂和链终止剂混合溶液，扩链剂选自乙二胺、丙二胺、己二胺或2-甲基戊二胺；链终止剂为二乙胺、二丙胺、乙醇胺或正己胺。
有益效果：本发明采用了特殊的抗紫外剂，具有以下几个优点：(1)采用原位聚合法可以使抗紫外剂分子结构中的活性羟基在预聚物制备过程中与异氰酸基反应，使得抗紫外剂吸收剂与聚氨酯大分子链间形成稳定的化学键，使其不容易发生迁移；(2)相对传统的方法(即借助辅料调和系统将抗紫外吸收剂与其他功能助剂一起溶解在二甲基乙酰胺中)，本方法先通过将抗紫外吸收剂溶解得DAMC溶剂得到一定溶度的分散液，然后通过控制分散液在预聚物中的添加量来控制抗紫外吸收剂在氨纶中的添加量，因此可以实现大幅提高抗紫外剂在氨纶中的含量，且不会造成的输送管道和辅料过滤器堵塞等生产故障；(3)本方法采用的特殊抗紫外吸收剂多为分子量较大的化合物，因此在二甲基乙酰胺溶剂蒸发过程抗紫外吸收剂本身不容易发生迁移，继而不会造成氨纶中抗紫外光老化功能成分的无谓损耗。综合以上，本发明制备的抗紫外光老化氨纶更加优异、持久抗紫外光老化性能。
具体实施方式
下面用实例来详细描述本发明，但这些实例不得理解为任何意义上对本发明的限制。
本发明的一种原位聚合制备抗紫外光老化氨纶的方法包括如下几个步骤：
1)将抗紫外吸收剂加到二甲基乙酰胺溶剂中，充分搅拌2小时，使抗紫外吸收剂在溶剂中均匀分散，形成稳定的分散液；
2)将分散液加入到低聚物多元醇中通过强力机械搅拌分散混合，然后加入二异氰酸酯制备以-NCO封端的氨基甲酸酯预聚物，并加入二甲基乙酰胺溶剂充分溶解，得到预聚物溶液；
3)将制备的预聚物溶液冷却后，加入混合胺溶液进行扩链反应和链终止反应，得到聚氨酯脲溶液；
4)向上述聚氨酯脲溶液中加入抗氧化剂、消光剂、润滑舒解剂、抗静电剂，充分搅拌混合后，储存熟化后，制备得到含有抗紫外吸收剂的聚氨酯纺丝液；
5)将制备得到的含有抗紫外吸收剂的聚氨酯纺丝液，借助干法纺丝系统，对上述聚氨酯纺丝液进行喷吐、拉伸成丝，并随着溶剂挥发、干燥，即得到具有紫外光老化性能的氨纶。
所述的抗紫外吸收剂为季戊四醇四(2-氰基-3,3-二苯丙烯酸酯)、2,2-硫代双(4-叔辛基苯酚)正丁胺镍、三嗪-5,2,4,6-三(2′-羟基4′-正丁氧基苯基)、2,2'-亚甲基双(4-叔辛基-6-苯并三唑苯酚)或N-(乙氧基羰基苯基)-N'-甲基-N'-苯基甲脒中的一种或几种的混合物；抗紫外吸收剂在二甲基乙酰胺中质量分数为1％～10％，溶解温度30℃～60℃。
所述的抗紫外吸收剂占氨纶纤维质量百分比为0.1％～1％。
所述的低聚物多元醇为数均分子量1500～3000的聚四氢呋喃醚二醇。
所述的二异氰酸酯为4,4-MDI或2,4-MDI，或两者的混合物。
所述的混合胺溶液为扩链剂和链终止剂混合溶液，扩链剂选自乙二胺、丙二胺、己二胺或2-甲基戊二胺，或其混合物；链终止剂为二乙胺、二丙胺或乙醇胺或正己胺，或其混合物。
实施例1：
在45℃下，将100g抗紫外吸收剂季戊四醇四(2-氰基-3,3-二苯丙烯酸酯)加入到2kg的N,N-二甲基乙酰胺(二甲基乙酰胺)中，剧烈搅拌2小时，使其充分溶解在溶剂中，得到稳定分散液，其浓度为5％。
取754g上述制备的分散液加入到10kg聚四氢呋喃醚二醇和5.385Kg的N,N-二甲基乙酰胺的溶液中，高速搅拌3小时；再加入2.3kg的4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯，在45℃下聚合反应2小时。加入14.68kg的N,N-二甲基乙酰胺制备出预聚物溶液。
将预聚体溶液冷却至15℃以下，逐步加入含有0.216kg的乙二胺、0.014kg的丙二胺和0.038kg的二乙胺的N,N-二甲基乙酰胺溶液(胺的浓度为3％)进行扩链反应和链终止反应；然后加入抗氧化剂、消光剂、润滑舒解剂、抗静电剂得到聚氨酯纺丝原液；最后，聚氨酯纺丝原液储存熟化后，经干法纺丝系统得到抗紫外光老化氨纶。
实施例2：
在55℃下，将160g抗紫外吸收剂2,2-硫代双(4-叔辛基苯酚)正丁胺镍酯加入到2kg的N,N-二甲基乙酰胺(二甲基乙酰胺)中，剧烈搅拌2小时，使其充分溶解在溶剂中，得到稳定分散液，其浓度为8％。
取785.5g上述制备的分散液加入到10kg聚四氢呋喃醚二醇和5.385kg的N,N-二甲基乙酰胺的溶液中，高速搅拌3小时；再加入2.3kg的4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯，在45℃下聚合反应2小时。加入14.68kg的N,N-二甲基乙酰胺制备出预聚物溶液。
将预聚体溶液冷却至15℃以下，逐步加入含有0.216kg的乙二胺、0.014kg的丙二胺和0.038kg的二乙胺的N,N-二甲基乙酰胺溶液(胺的浓度为3％)进行扩链反应和链终止反应；然后加入抗氧化剂、消光剂、润滑舒解剂、抗静电剂得到聚氨酯纺丝原液；最后，聚氨酯纺丝原液储存熟化后，经干法纺丝系统得到抗紫外光老化氨纶。
实施例3：
在60℃下，将180g抗紫外吸收剂N-(乙氧基羰基苯基)-N'-甲基-N'-苯基甲脒加入到2kg的N,N-二甲基乙酰胺(二甲基乙酰胺)中，剧烈搅拌2小时，使其充分溶解在溶剂中，得到稳定分散液，其浓度为9％。
取837.9g上述制备的分散液加入到10kg聚四氢呋喃醚二醇和5.385kg的N,N-二甲基乙酰胺的溶液中，高速搅拌3小时；再加入2.3kg的4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯，在45℃下聚合反应2小时。加入14.68kg的N,N-二甲基乙酰胺制备出预聚物溶液。
将预聚体溶液冷却至15℃以下，逐步加入含有0.216kg的乙二胺、0.014kg的丙二胺和0.038kg的二乙胺的N,N-二甲基乙酰胺溶液(胺的浓度为3％)进行扩链反应和链终止反应；然后加入抗氧化剂、消光剂、润滑舒解剂、抗静电剂得到聚氨酯纺丝原液；最后，聚氨酯纺丝原液储存熟化后，经干法纺丝系统得到抗紫外光老化氨纶。

Claims (6)

1.一种原位聚合制备抗紫外光老化氨纶的方法，其特征在于该方法包括如下几个步骤：
1），将抗紫外吸收剂加到二甲基乙酰胺溶剂中，充分搅拌，使抗紫外吸收剂在溶剂中均匀分散，形成稳定的分散液；
2）将上述分散液加入到低聚物多元醇中通过强力机械搅拌分散混合，然后加入二异氰酸酯制备以-NCO封端的氨基甲酸酯预聚物，并加入二甲基乙酰胺溶剂充分溶解，得到预聚物溶液；
3）将制备的预聚物溶液冷却后，加入混合胺溶液进行扩链反应和链终止反应，得到聚氨酯脲溶液；
4）向上述聚氨酯脲溶液中加入抗氧化剂、消光剂、润滑舒解剂、抗静电剂，充分搅拌混合后，储存熟化后，制备得到含有抗紫外吸收剂的聚氨酯纺丝液；
5）将制备得到的含有抗紫外吸收剂的聚氨酯纺丝液，借助干法纺丝系统，对上述聚氨酯纺丝液进行喷吐、拉伸成丝，并随着溶剂挥发、干燥，即得到具有紫外光老化性能的氨纶。
2.根据权利要求1所述的一种原位聚合制备抗紫外光老化氨纶的方法，其特征在于所述的抗紫外吸收剂为季戊四醇四(2-氰基-3,3-二苯丙烯酸酯)、2,2-硫代双(4-叔辛基苯酚)正丁胺镍、三嗪-5,2,4,6-三(2′-羟基4′-正丁氧基苯基)、2,2'-亚甲基双(4-叔辛基-6-苯并三唑苯酚)或N-(乙氧基羰基苯基)-N'-甲基-N'-苯基甲脒中的一种或几种的混合物；抗紫外吸收剂在二甲基乙酰胺中质量分数为1%～10%，溶解温度30℃～60℃。
3.根据权利要求1所述的一种原位聚合制备抗紫外光老化氨纶的方法，其特征在于所述的抗紫外吸收剂占氨纶纤维质量百分比为0.1%～1%。
4.根据权利要求1所述的一种原位聚合制备抗紫外光老化氨纶的方法，其特征在于所述的低聚物多元醇为数均分子量1500～3000的聚四氢呋喃醚二醇。
5.根据权利要求1所述的一种原位聚合制备抗紫外光老化氨纶的方法，其特征在于所述的二异氰酸酯为4,4-MDI或2,4-MDI，或两者的混合物。
6.根据权利要求1所述的一种原位聚合制备抗紫外光老化氨纶的方法，其特征在于所述的混合胺溶液为扩链剂和链终止剂混合溶液，扩链剂选自乙二胺、丙二胺、己二胺或2-甲基戊二胺；链终止剂为二乙胺、二丙胺、乙醇胺或正己胺。
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