CN105603583B - 一种具有耐疲劳和可熔融特性的氨纶及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有耐疲劳和可熔融特性的氨纶，其包括以下物质：(1)聚己内酯二醇、异佛尔酮二异氰酸酯和新戊醇的反应产物，(2)三乙二醇醚‑二(3‑叔丁基‑4‑羟基‑5‑甲基苯基)丙酸酯，(3)4,4’‑二苯基甲烷二异氰酸酯、聚四亚甲基醚二醇、乙二胺和二乙胺的反应产物，(4)双(N、N‑二甲基酰肼氨基4‑苯基)甲烷。本发明制备的氨纶在大于等于85℃的温度下具有出色的可熔融特性和高的热定型效率，可防止织物因刮划、裁剪和反复拉伸等引起的丝线脱散、抽丝和卷边等现象，从而提升织物的美观性与舒适度，并达到节能降耗的目的，同时还具有优异的耐疲劳性能，使得织物不会因经常的膝部屈伸运动而严重变形，仍能保持优异的弹性功能。

Description

一种具有耐疲劳和可熔融特性的氨纶及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种具有耐疲劳进和可熔融特性氨纶及其制备方法，属于氨纶纤维技术领域。更具体地，本发明制备的氨纶在大于等于85℃的温度下具有出色的可熔融特性和高的热定型效率，可防止织物因刮划、裁剪和反复拉伸等引起的丝线脱散、抽丝和卷边等现象，从而提升织物的美观度与舒适性，并达到节能降耗的目的，同时还具有优异的耐疲劳性能，即使织物经过反复拉伸，仍能保持优异的弹性功能。
背景技术
常规氨纶应用在织物中，如丝袜，因刮划、裁剪、反复拉伸常常会引起氨纶纵向脱散、抽丝等问题，这些将损害织物的均匀性和外观，并最终导致破损、丢弃，极易造成浪费。为了解决这种问题，人们需开发一种具有熔融粘着特点的氨纶，可使织物上氨纶丝的编织相交处被熔融、粘结，形成网状分布的粘结点，该粘结点能够阻止破洞扩大、脱丝，从而达到防脱散的效果，提高织物使用寿命和美观度。同时，还需具有优异的耐疲劳性能，使得织物不会因经常的膝部屈伸运动而严重变形，影响穿着舒适性与美观度。此外，该类氨纶还应具有高的热定型效率，因此可显著提升织物的尺寸稳定性，防止卷边现象发生，使得织物更加美观、舒适。
专利CN102517688A以混合醇和混合胺作为扩链剂，分两步扩链制备聚氨酯弹性纤维，由于二醇扩链剂参与反应形成的是氨基甲酸酯结构，其内聚能较由二胺扩链剂形成的脲基低，且氢键量少，故其软化点较低，仅为130℃，赋予了氨纶优秀的热粘合性能。但是该种方法聚合过程较为繁琐，重要的是综合性能并不够突出。专利JP0782608、JP08020625、JP08176268、CN101849048通过使用4,4,-MDI和2,4,-MDI的混合物对聚氨酯弹性纤维进行改性，赋予其低温定型的特性。专利CN101484620和专利CN1396320A通过共混改性将聚氨酯脲纺丝原液与具有低软化温度的聚氨酯原液进行复合来提高丝的热定型效率。又如专利US5539037通过添加改性的方法在纺丝原液中添加碱金属羧酸盐以改善热定型效率。
本发明就是针对上述问题，采用干法纺丝制备一种综合性能优异的氨纶，不仅具有低温可熔融特性，优异的耐疲劳功能，还应具有高的热定型效率。
发明内容
技术问题：为了解决背景技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种具有耐疲劳和可熔融特性的氨纶及其制备方法，通过本发明的工艺方法制得的氨纶在大于等于85℃的温度下具有出色的可熔融特性和高的热定型效率，可防止织物因刮划、裁剪和反复拉伸等引起的丝线脱散、抽丝和卷边等现象，从而提升织物的美观度与舒适性，并达到节能降耗的目的，同时还具有优异的耐疲劳性能，即使织物经过反复拉伸，仍能保持优异的弹性功能。
技术方案：本发明提供了一种具有耐疲劳和可熔融特性的氨纶，该氨纶包括：
1)15％～70％质量分数的A组分，所述A组分由以下物质组成：聚己内酯二醇PCL、异佛尔酮二异氰酸酯IPDI和新戊醇的反应产物，三乙二醇醚-二(3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基)丙酸酯；
2)30％～85％质量分数的B组分，所述B组分由以下物质组成：4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯4,4’-MDI、聚四亚甲基醚二醇PTMEG、乙二胺和二乙胺的反应产物，双(N、N-二甲基酰肼氨基4-苯基)甲烷。
所述的PCL与PTMEG具有1000～5000道尔顿范围的数均分子量。
所述A组分中，PCL、IPDI和新戊醇的质量比为1:0.112～0.125:(0.001～0.025)；所述B组分中，PTMEG、4,4’-MDI、乙二胺和二乙胺的质量比为1:(0.200～0.350):(0.015～0.052):(0.002～0.015)。
所述的三乙二醇醚-二(3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基)丙酸酯和双(N、N-二甲基酰肼氨基4-苯基)甲烷分别占氨纶总质量的2％～15％和0.5％～2％。
本发明还提供了一种用于制备所述的具有耐疲劳和可熔融特性氨纶的方法，包括以下步骤：
1)将IPDI与PCL在DMAC中进行链增长反应，待粘度达到25℃100～600Pa·s时，用新戊醇终止反应，然后加入三乙二醇醚-二(3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基)丙酸酯，得到固含量为25％～40％的A组分原液；
2)将4,4’-MDI与PTMEG在DMAC中进行预聚合反应，然后用乙二胺进行扩链反应，待粘度达到25℃100～600Pa·s时，用二乙胺终止反应，最后加入双(N、N-二甲基酰肼氨基4-苯基)甲烷，得到固含量为25％～40％的B组分原液；
3)将A组分原液与B组分原液进行充分混合、熟化得到纺丝原液；
4)将纺丝原液进行干法纺丝，即制备得到包括组分A和组分B的具有耐疲劳和可熔融特性的氨纶。
其中所述步骤1)中链增长反应的温度控制在15～50℃，在链增长反应阶段可以加入促进-NCO基团与-OH基团反应的催化剂，如辛酸亚锡、二月桂酸二丁锡、苯甲酸等现有技术已知的常规催化剂。
其中所述步骤2)中预聚合反应的温度控制在15～50℃，预聚合反应时间控制在60～300min，扩链反应温度控制在5～50℃。
有益效果：与现有技术相比，本发明制得的一种具有耐疲劳和可熔融特性的氨纶在大于等于85℃的温度下具有出色的可熔融特性和高的热定型效率，如图1所示，本发明A组分含量为52％的氨纶在85℃、110℃、130℃和170℃下的可熔融特性和热定型效率随温度升高呈现增大趋势，该种性能氨纶可防止织物因刮划、裁剪和反复拉伸等引起的丝线脱散、抽丝和卷边等现象，从而提升织物的美观度与舒适性，并达到节能降耗的目的，同时还具有优异的耐疲劳性能，即使织物经过反复拉伸，或穿着时膝部屈伸运动，也不会严重变形，仍能保持优异的弹性功能。
附图说明
图1是本发明A组分含量为52％的氨纶在85℃、110℃、130℃和170℃下的可熔融特性和热定型效率趋势图。
具体实施方式
本发明的一种具有耐疲劳和可熔融特性的氨纶的制备方法包括以下步骤：
1)将IPDI与PCL在DMAC中进行链增长反应，待粘度达到25℃100～600Pa·s时，用新戊醇终止反应，然后加入三乙二醇醚-二(3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基)丙酸酯，得到固含量为25％～40％的A组分原液；
2)将4,4’-MDI与PTMEG在DMAC中进行预聚合反应，然后用乙二胺进行扩链反应，待粘度达到25℃100～600Pa·s时，用二乙胺终止反应，最后加入双(N、N-二甲基酰肼氨基4-苯基)甲烷，得到固含量为25％～40％的B组分原液；
3)将含A组分15％～70％的A组分原液与含B组分30％～85％的B组分原液进行充分混合、熟化得到纺丝原液；
4)将纺丝原液进行干法纺丝，即制备得到包括组分A和组分B的具有耐疲劳和可熔融特性的氨纶。
所述的PCL与PTMEG具有1000～5000道尔顿范围的数均分子量。
所述PCL、IPDI和新戊醇的质量比为1:0.112～0.125:0.001～0.025，PTMEG、4,4’-MDI、乙二胺和二乙胺的质量比为1:0.200～0.350:0.015～0.052:0.002～0.015。
所述的三乙二醇醚-二(3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基)丙酸酯和双(N、N-二甲基酰肼氨基4-苯基)甲烷分别占氨纶总质量的2％～15％和0.5％～2％。
所述步骤1)中链增长反应的温度控制在15～50℃，在链增长反应阶段可以加入促进-NCO基团与-OH基团反应的催化剂，如辛酸亚锡、二月桂酸二丁锡、苯甲酸等现有技术已知的常规催化剂。
所述步骤2)中预聚合反应的温度控制在15～50℃，反应时间控制在60～300min，扩链反应温度控制在5～50℃。
所述步骤3)中的纺丝原液还可添加其他一些常规氨纶助剂，如消光剂、抗紫外助剂、光稳定剂、抗氧化剂、染色助剂、润滑剂等，这些助剂同样可添加在所述步骤1)和步骤2)中。
所述步骤4)的干法纺丝，即是纺丝原液经过滤后由喷丝板挤出，通过高温甬道，溶剂挥发，经牵伸、假捻、上油及卷绕制成氨纶。
为进一步说明本发明，下面用具体的实施例来详细描述本发明的具体操作过程，但这些实施例不得理解为任何意义上的对本发明的限制。此外应理解，在阅读本发明的内容后，本领域技术人员可以对本发明作的各种改动，这些等价形式同样属于本申请权利要求书所限定的范围。
实施例1：
A组分原液的制备(A组分占氨纶总质量的52％)：将14.672kg分子量为2000的PCL、1.712kg的IPDI和3.5g的苯甲酸，在33.218kg的二甲基乙酰胺溶液中于50℃下反应至聚合物粘度达到25℃380Pa·s时，立即加入646.66g浓度为10％的新戊醇溶液，继续反应80min，然后加入1.75kg的三乙二醇醚-二(3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基)丙酸酯，搅拌均匀，熟化，即得A组分原液，保存备用。
B组分原液的制备：将11.786kg分子量为1810的PTMEG、3.337kg的4,4’-MDI，在15.300kg的二甲基乙酰胺溶液中于50℃下反应120min，得到异氰酸根封端的预聚物，冷却至6℃时，在高速剪切条件下加入13.638kg浓度为2.8％的乙二胺溶液，待聚合物粘度达到25℃150Pa·s时，立即加入1.414kg浓度为5.0％的二乙胺溶液，继续反应60s，然后加入525g双(N、N-二甲基酰肼氨基4-苯基)甲烷，搅拌均匀，熟化，即得B组分原液，保存备用。
将上述A组分原液与B组分原液进行充分搅拌混合，并加入175g的聚甲基丙烯酸二乙基氨基乙酯、175g的硬脂酸镁、350g的光稳定剂622，继续搅拌，熟化，即得纺丝原液。
把上述纺丝原液以干法纺丝进行纺丝，溶剂挥发后，经牵伸、假捻、上油及卷绕生产出22dtex/2f的具有耐疲劳和可熔融特性的氨纶。
实施例2：
根据实施例1所述的同样方法制备氨纶纤维，不同之处在于，A组分占氨纶总质量的百分比为15％。
实施例3：
根据实施例1所述的同样方法制备氨纶纤维，不同之处在于，A组分占氨纶总质量的百分比为70％。
比较例1：
根据实施例1所述的同样方法制备氨纶纤维，不同之处在于，A组分占氨纶总质量的百分比为100％。
比较例2：
根据实施例1所述的同样方法制备氨纶纤维，不同之处在于，A组分占氨纶总质量的百分比为0％。
制成的氨纶纤维的可熔融特性、耐疲劳性和热定型效率见表1。性能评价方法如下：
可熔融特性：将一根长10cm氨纶试样丝的两端连接固定在一起，然后套在一端可扭转的长方形框架上(框架长为15cm)，扭转框架的一端，使两根丝成抱合状态，扭转5圈后，将绕有试样丝的框架放入到预热85℃或110℃或130℃或170℃的烘箱中放置3min。然后冷却，松弛，将成抱合状态的氨纶丝两端分别剪掉1cm，用万能试验机上的钳口夹住一根氨纶丝，夹子夹住另一根氨纶丝，以200mm/min的速度开始拉伸，测定时，显示屏上会显示不同位移下的荷载，当荷载上升到一稳定值时，即为可熔融特性(MP)。
耐疲劳性：将长度为5cm的氨纶试样丝夹持在万能试验机上，拉伸位移至300％处时，停留5min，然后再松弛至0％伸长处，停留5min，再次拉伸位移至300％处时，停留5min，如此拉伸松弛重复10次，记录第20次的氨纶松弛后的长度，并按下式计算耐疲劳性(AF)。
AF＝初始长度/拉伸松弛20次后的长度×100％。
热定型效率：将氨纶试样丝由初始长度150mm拉伸至300mm后，绕在样品架上，然后将该绕有试样丝的框放入预热到85℃或110℃或130℃或170℃的烘箱中放置90秒。将样品松弛并冷却至室温，然后测试纤维的长度，并按下式计算热定型效率(HSE)。
HSE＝(热定型后的长度-初始长度)/初始长度×100％。
表1本发明实施例与比较例的结果
由表1可以看出，A组分的加入能显著提高氨纶的可熔融特性、耐疲劳性和热定型效率，且随着A组分含量的增加，氨纶的可熔融特性和热定型效率呈现明显上升趋势，但是耐疲劳性能呈现先上升后下降的趋势。
本发明已经通过详细的技术方案描述和具体的实施案例进行说明。对于业内技术人员来说，在本发明技术方案的基础上做出的各种形式或细节上的改变，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (3)

1.一种具有耐疲劳和可熔融特性的氨纶，其特征在于该氨纶包括：
1)15％～70％质量分数的A组分，所述A组分由以下物质组成：聚己内酯二醇PCL、异佛尔酮二异氰酸酯IPDI和新戊醇的反应产物，三乙二醇醚-二(3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基)丙酸酯；
2)30％～85％质量分数的B组分，所述B组分由以下物质组成：4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯4,4’-MDI、聚四亚甲基醚二醇PTMEG、乙二胺和二乙胺的反应产物，双(N、N-二甲基酰肼氨基4-苯基)甲烷；
所述A组分中，PCL、IPDI和新戊醇的质量比为1:0.112～0.125:(0.001～0.025)；所述B组分中，PTMEG、4,4’-MDI、乙二胺和二乙胺的质量比为1:(0.200～0.350):(0.015～0.052):(0.002～0.015)；
所述的三乙二醇醚-二(3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基)丙酸酯和双(N、N-二甲基酰肼氨基4-苯基)甲烷分别占氨纶总质量的2％～15％和0.5％～2％。
2.根据权利要求1所述的一种具有耐疲劳和可熔融特性的氨纶，其特征在于所述的PCL与PTMEG具有1000～5000道尔顿范围的数均分子量。
3.一种用于制备如权利要求1所述的具有耐疲劳和可熔融特性氨纶的方法，包括以下步骤：
1)将IPDI与PCL在DMAC中进行链增长反应，待粘度达到25℃100～600Pa·s时，用新戊醇终止反应，然后加入三乙二醇醚-二(3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基)丙酸酯，得到固含量为25％～40％的A组分原液；
2)将4,4’-MDI与PTMEG在DMAC中进行预聚合反应，然后用乙二胺进行扩链反应，待粘度达到25℃100～600Pa·s时，用二乙胺终止反应，最后加入双(N、N-二甲基酰肼氨基4-苯基)甲烷，得到固含量为25％～40％的B组分原液；
3)将A组分原液与B组分原液进行充分混合、熟化得到纺丝原液；
4)将纺丝原液进行干法纺丝，即制备得到包括组分A和组分B的具有耐疲劳和可熔融特性的氨纶。
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