CN105837780A - 一种易着色聚氨酯弹性纤维及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种易着色聚氨酯弹性纤维及其制备方法，所述易着色聚氨酯弹性纤维，由以下重量份的物质制成：由以下重量份的物质制成：聚四亚甲基醚二醇40～60份、二异氰酸酯化合物9.5～20.8份、有机溶剂120～140份、扩链剂1.37～2.33份、终止剂0.05～0.09份、协扩链剂0.324～0.396份、二氧化钛1.02～1.78份、硬脂酸镁1.02～2.23份、防黄剂0.34～1.11份。本发明所生产的易着色聚氨酯弹性纤维，极大地提升了氨纶纤维的染色性能，它对酸性染料或弱酸性染料的上染率为85％～93％，色牢度达4～5级。

Description

一种易着色聚氨酯弹性纤维及其制备方法
技术领域
本发明涉及氨纶制造技术领域，具体涉及一种易着色聚氨酯弹性纤维及其制备方法。
背景技术
氨纶是合成纤维的重要品种之一，具有伸长率大、弹性回复率高等优点，干法纺氨纶有着其它纤维无法比拟的弹性，少量添加便可显著改造织物的弹性，因而被比喻为纺织品中“味精”。虽然氨纶具有很多优异的性能，但在染色性能方面，氨纶的上染率和色牢度等指标不太理想，和其它纤维混纺染整后会出现色差等现象。尤其是深色调的混纺织物，为了提高氨纶的染色效果，往往会运用极端的染色条件，从而可能造成氨纶丝出现熔断等异常现象，进而影响织物的弹性和使用。
随着氨纶裸丝以及氨纶包覆纱在各类面料中使用越来越频繁，可染氨纶的研发也越来越急迫，产能也将被进一步拉升，并成为氨纶差别化新品种的重要组成之一。可染氨纶能够降低染色条件，特别是染色温度，可消除在普通氨纶后道染色过程中产生的疵点、染色不均、熔断等异常现象，有利于扩大氨纶在纺织产品中的应用。
基于氨纶纤维的分子结构和聚集态结构，普通氨纶不易染色的根本原因是氨纶大分子链缺少与染料结合的染座，导致上染率低，色牢度差。目前国内类似产品多为易染氨纶，其染色的上染百分率(色深)相对普通氨纶来说有一定的提升但是对一些深色调的混纺织物来说还是达不到要求，并且普遍存在色牢度差的问题，为增加氨纶纤维的可染性，最直接简单的方法是向纺丝原液中添加助染辅料，该种辅料能够与纺丝原液形成均匀稳定的共混体系，以此来提高聚氨酯弹性纤维中染座含量，达到提高纤维的染色性能的目的。中国专利CN103483478A公开了一种使用聚氨酯弹性纤维的助染剂，该种助染剂由甲基丙烯酸二乙氨基乙酯在溶剂二甲基乙酰胺或二甲基乙酰胺中在引发剂偶氮二异丁腈作用下发生自聚合反应制备而成的。该助染剂在对氨纶染色性能的提高十分有限，且存在染色牢度差、与聚氨酯聚合物相容性差、易迁移等问题。中国专利CN104141176 A公开了一种具有聚氨酯结构的助染剂，该助染剂是先将4，4-二苯基甲烷二异氰酸酯(4,4-MDI)和2，4-二苯基甲烷二异氰酸酯(2,4-MDI)混合在溶剂二甲基乙酰胺或二甲基乙酰胺中在一定条件下加入N-甲基二乙醇胺和N，N-二甲基乙醇胺混合物搅拌反应制成，它具有良好的相容性，单位质量所含助染有效成分高，不会发生迁移，但是对氨纶染色性能的提高十分有限，且存在染色牢度差；此外，还可以对氨纶结构进行改性，在氨纶聚合体主链上增加易染色结构，中国专利CN101096779A公开了一种聚醚型易染氨纶的制备方法，直接让一种含有叔胺结构的二元伯氨作为协扩链剂，这种方法制作的氨纶虽然达到了比较理想的上染百分率和色牢度，但因为改变了氨纶的分子结构，使氨纶的物理性能无法满足大多数品种的要求，所以无法普遍推广。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种具有优良染色性能的聚氨酯弹性纤维，它对酸性染料和弱酸性染料具有十分优良的着色性，上染百分率在85％～93％，色牢度达到4～5级。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种易着色聚氨酯弹性纤维，由以下重量份的物质制成：聚四亚甲基醚二醇40～60份、二异氰酸酯化合物9.5～20.8份、有机溶剂120～140份、扩链剂1.37～2.33份、终止剂0.05～0.09份、协扩链剂0.324～0.396份、二氧化钛1.02～1.78份、硬脂酸镁1.02～2.23份、防黄剂0.34～1.11份。
优选的，所述易着色聚氨酯弹性纤维，由以下重量份的物质制成：
聚四亚甲基醚二醇50份、二异氰酸酯化合物11.8份、有机溶剂133
份、扩链剂1.69份、终止剂0.09份、协扩链剂0.333份、二氧化钛
1.39份、硬脂酸镁1.58份、防黄剂0.59份。
一种易着色聚氨酯弹性纤维的制备方法，包括以下步骤：
(1)、预聚反应：在反应釜中加入有机溶剂，先将聚四亚甲基醚二醇投入到反应釜中，搅拌至溶解，利用冷媒冷却反应釜至一定温度，再将二异氰酸酯化合物按比例投入反应釜，在一定温度下反应一段时间后，再加入适量有机溶剂制成预聚物溶液；
(2)、扩链和终止：等预聚体冷却到8～10℃，在搅拌条件下，逐步加入扩链剂、协扩链剂、终止剂对预聚体进行扩链反应和链终止反应，形成高粘度的稳定原液；
(3)、辅料添加：向步骤(2)的稳定原液中添加二氧化钛、硬脂酸镁、防黄剂，充分搅拌混匀后得到易着色聚氨酯纺丝原液；
(4)、纺丝：将步骤(3)中的易着色聚氨酯纺丝原液熟化后，通过放液、喷吐、拉伸、假捻、上油等工艺制备出纤度为20D～250D的易着色聚氨酯弹性纤维。
优选的，所述有机溶剂为N，N-二甲基乙酰胺或N，N-二甲基甲酰胺。
优选的，所述协扩链剂为4-氨基-2,2,6,6-四甲基哌啶或4-羟基-2,2,6,6-四甲基哌啶中的一种，它们的分子式如下：
优选的，所述二异氰酸酯化合物为4,4-MDI和2,4-MDI的任意组合，聚四亚甲基醚二醇分子量为1800～2000，所述二异氰酸酯化合物和聚四亚甲基醚二醇(PTMEG)的摩尔比为1:1.9～1:2.5。
优选的，所述扩链剂与协扩链剂的摩尔比为11:1～9:1。
优选的，步骤(1)中冷媒冷却温度为15℃～20℃，加入二异氰酸酯化合物后的反应温度20℃～45℃，反应时间100min～150min。
优选的，步骤(2)中上述反应所述的扩链剂乙二胺、丙二胺或戊二胺的任意组合；终止剂二乙胺、二丙胺、环己胺、正丁醇或乙醇胺中的一种。
优选的，所述步骤(2)的稳定溶液中含固量为32.7～33.1％。
优选的，所述步骤(4)中的熟化温度为35～40℃，熟化时间为28～36小时。
本发明的有益效果：本发明所选用的异氰酸酯为4,4-MDI和2,4-MDI的混合物，无需冷冻保存或融化，25～35℃条件下可保存3～6个月，操作方便，且降低了能耗；本发明所生产的易着色聚氨酯弹性纤维，既保证了氨纶纤维的各项物理指标满，又极大地提升了氨纶纤维的染色性能，它对酸性染料或弱酸性染料的上染率为85％～93％，色牢度达4～5级；且制备方法简单，节约成本。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
一种易着色聚氨酯弹性纤维的制备方法，包括以下步骤：
(1)、预聚反应：向反应釜中加入24Kg N,N-二甲基乙酰胺，加入40Kg PTMEG，搅拌至完全溶解，在冷媒作用下使PTMEG溶液冷却至15℃，再向其中加入9.5Kg 4,4-MDI，20℃下反应100min后，再加入72Kg N,N-二甲基乙酰胺，搅拌均匀，制成预聚物溶液；
(2)、扩链和终止：将1.37Kg乙二胺、0.05Kg乙醇胺和0.324Kg 4-氨基-2,2,6,6-四甲基哌啶溶解于24Kg N,N-二甲基乙酰胺中，制得混胺溶液，将其缓慢加入到已冷却至9℃的预聚体溶液中进行扩链反应，边加边搅拌，当反应体系的黏度达到3800泊(20℃)时停止加入混胺，继续搅拌待至黏度稳定，加入0.81Kg混胺溶液，得到黏度为3500泊(20℃)含固量为32.7％的稳定原液；
(3)、辅料添加：向步骤(2)的稳定原液中添加1.02kg二氧化钛、1.02kg硬脂酸镁、1.11kg防黄剂，充分搅拌混匀后得到易着色聚氨酯纺丝原液；
(4)、纺丝：将步骤(3)中的易着色聚氨酯纺丝原液在37℃度下熟化30小时后，通过放液、喷吐、拉伸、假捻、上油等工艺制备出纤度为20D的易着色聚氨酯弹性纤维。
通过上述方法所制备的易着色聚氨酯弹性纤维对酸性红3GL染料的上染率达90％，染色后色牢度为4级.
实施例2：
一种易着色聚氨酯弹性纤维的制备方法，包括以下步骤：
(1)、预聚反应：向反应釜中加入30Kg N,N-二甲基甲酰胺，加入60Kg PTMEG，搅拌至完全溶解，在冷媒作用下使PTMEG溶液冷却至16℃，再向其中加入17.36Kg MDI-50(4,4-MDI和2,4-MDI的混合物)，35℃反应120min后，再加入80Kg N,N-二甲基乙酰胺，制成预聚物溶液；
(2)、扩链和终止：将2.33Kg戊二胺、0.67Kg二乙胺和0.396Kg 4-羟基-2,2,6,6-四甲基哌啶溶解于30Kg N,N-二甲基乙酰胺中，制得混胺溶液，将其缓慢加入到已冷却至8℃的预聚体溶液中进行扩链反应，当反应体系的黏度达到3900泊(20℃)时停止加入混胺，继续搅拌至黏度稳定，加入0.81Kg混胺溶液，得到黏度为3600泊(20℃)含固量为32.8％的稳定原液；
(3)、辅料添加：向步骤(2)的稳定原液中添加1.78Kg二氧化钛、2.23Kg硬脂酸镁、0.34Kg防黄剂，充分搅拌混匀后得到易着色聚氨酯纺丝原液；
(4)、纺丝：将步骤(3)中的易着色聚氨酯纺丝原液在40℃的温度下熟化36小时后，通过放液、喷吐、拉伸、假捻、上油等工艺制备出纤度为70D的易着色聚氨酯弹性纤维。
通过上述方法所制备的易着色聚氨酯弹性纤维对酸性黑染料的上染率在89％，染色后色牢度为4级.
实施例3：
一种易着色聚氨酯弹性纤维的制备方法，包括以下步骤：
(1)、预聚反应：向反应釜中加入27Kg N,N-二甲基乙酰胺，加入50Kg PTMEG，搅拌至完全溶解，在冷媒作用下使PTMEG溶液冷却至20℃，再向其中加入11.8Kg的4,4-MDI，45℃反应150min后，再加入78Kg N，N-二甲基乙酰胺，制成预聚物溶液；
(2)、扩链和终止：将1.69Kg丙二胺、0.09Kg环己胺和0.333Kg 4-氨基-2,2,6,6-四甲基哌啶溶解于28.07Kg N,N-二甲基乙酰胺中，制得混胺溶液，将其缓慢加入到已冷却至10℃的预聚体溶液中进行扩链反应，当反应体系的黏度达到3900泊(20℃)时停止加入混胺，继续搅拌至黏度稳定，加入0.81Kg混胺溶液，得到黏度为3600泊(20℃)含固量为33.1％的稳定原液；
(3)、辅料添加：向步骤(2)的稳定原液中添加1.39Kg二氧化钛、1.58Kg硬脂酸镁、0.59Kg防黄剂，充分搅拌混匀后得到易着色聚氨酯纺丝原液；
(4)、纺丝：将步骤(3)中的易着色聚氨酯纺丝原液在在35℃的温度下熟化28小时后，通过放液、喷吐、拉伸、假捻、上油等工艺制备出纤度为250D的易着色聚氨酯弹性纤维。
通过上述方法所制备的易着色聚氨酯弹性纤维对酸性铬蓝K染料的上染率在93％，染色后色牢度达到5级.
综上，本发明实施例具有如下有益效果：本发明所生产的易着色聚氨酯弹性纤维，极大地提升了氨纶纤维的染色性能，它对酸性染料或弱酸性染料的上染率为85％～93％，色牢度达4～5级；制备方法简单，节约成本。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种易着色聚氨酯弹性纤维，其特征在于，由以下重量份的物质制成：聚四亚甲基醚二醇40～60份、二异氰酸酯化合物9.5～20.8份、有机溶剂120～140份、扩链剂1.37～2.33份、终止剂0.05～0.09份、协扩链剂0.324～0.396份、二氧化钛1.02～1.78份、硬脂酸镁1.02～2.23份、防黄剂0.34～1.11份。
2.如权利要求1所述的易着色聚氨酯弹性纤维，其特征在于，由以下重量份的物质制成：聚四亚甲基醚二醇50份、二异氰酸酯化合物11.8份、有机溶剂133份、扩链剂1.69份、终止剂0.09份、协扩链剂0.333份、二氧化钛1.39份、硬脂酸镁1.58份、防黄剂0.59份。
3.如权利要求1所述的易着色聚氨酯弹性纤维，其特征在于，所述有机溶剂为N，N-二甲基乙酰胺或N，N-二甲基甲酰胺。
4.如权利要求1所述的易着色聚氨酯弹性纤维，其特征在于，所述扩链剂为乙二胺、丙二胺或戊二胺的任意组合，所述终止剂为二乙胺、二丙胺、环己胺、正丁醇或乙醇胺中的一种；所述协扩链剂为4-氨基-2,2,6,6-四甲基哌啶或4-羟基-2,2,6,6-四甲基哌啶，它们的分子式如下：
。
5.如权利要求1所述的易着色聚氨酯弹性纤维，其特征在于，所述二异氰酸酯化合物为4,4-MDI和2,4-MDI的任意组合，所述聚四亚甲基醚二醇分子量为1800～2000，所述二异氰酸酯化合物和聚四亚甲基醚二醇(PTMEG)的摩尔比为1:1.9～1:2.5。
6.如权利要求1所述的易着色聚氨酯弹性纤维的制备方法，其特 征在于，所述扩链剂与协扩链剂的摩尔比为9:1～11:1。
7.一种如权利要求1～6任一所述的易着色聚氨酯弹性纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)、预聚反应：在反应釜中加入有机溶剂，先将聚四亚甲基醚二醇投入到反应釜中，搅拌至溶解，利用冷媒冷却反应釜至一定温度，再将二异氰酸酯化合物按比例投入反应釜，在一定温度下反应一段时间后，再加入适量有机溶剂制成预聚物溶液；
(2)、扩链和终止：等预聚体冷却到8～10℃，在搅拌条件下，逐步加入扩链剂、终止剂和协扩链剂对预聚体进行扩链反应和链终止反应，形成高粘度的稳定原液；
(3)、辅料添加：向步骤(2)的稳定原液中添加二氧化钛、硬脂酸镁、防黄剂，充分搅拌混匀后得到易着色聚氨酯纺丝原液；
(4)、纺丝：将步骤(3)中的易着色聚氨酯纺丝原液熟化后，通过放液、喷吐、拉伸、假捻、上油等工艺制备出纤度为20D～250D的易着色聚氨酯弹性纤维。
8.如权利要求7所述的易着色聚氨酯弹性纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中冷媒冷却温度为15℃～20℃，加入二异氰酸酯化合物后的反应温度20℃～45℃，反应时间100min～150min。
9.如权利要求7所述的易着色聚氨酯弹性纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)的稳定溶液中含固量为32.7～33.1％。
10.如权利要求7所述的易着色聚氨酯弹性纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中熟化的温度为35～40℃，熟化时间为28～36小时。
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Denomination of invention: The invention relates to an easily colored polyurethane elastic fiber and a preparation method thereof

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Pledgee: Bank of China Limited Lianyungang Economic and Technological Development Zone Branch

Pledgor: LDZ NEW AOSHEN SPANDEX CO.,LTD.

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