CN106702526B - 一种分散染料易染且耐高温性能优异的氨纶及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种分散染料易染且耐高温性能优异的氨纶的制备方法。通过在聚氨酯的软段中引入强极性的基团来提高聚氨酯分子链间的作用力，使氨纶不仅具有优异的耐高温性，而且可使涤氨织物在使用分散染料染色时具有很高的上染率和优异色牢度。具体制备方法如下：(1)在第一反应器中依次加入溶剂DMAc，聚四亚甲基醚二醇PTMEG、改性聚醚二醇、4,4‑二苯基甲烷二异氰酸酯MDI反应得到‑NCO封端的预聚物；(2)将预聚物移送到第二反应器中，添加二胺类扩链剂和单胺类终止剂混合物的DMAc溶液对预聚物进行扩链反应和链终止反应得到聚氨酯脲原液。(3)将助剂加入到聚氨酯脲溶液中进行混合熟化，借助干法纺丝系统对熟化后的原液进行喷吐、拉伸、干燥成丝即可。

Description

一种分散染料易染且耐高温性能优异的氨纶及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种分散染料易染且具有优异耐高温性能的氨纶及其制备方法，属于差异化聚氨酯弹性纤维制备的方法技术。
背景技术
氨纶是一种具有高伸长、高弹性回复率的弹性纤维，其断裂伸长可以达到500％～700％，弹性回复率大于90％，被广泛应用于服装纺织品中。氨纶由软缎和硬段两部分组成，并且两段会形成各自独立的微区，有各自的玻璃化转变温度，是以一种热力学不相容的状态存在的。
氨纶一般是与锦纶或者涤纶混织，锦纶/氨纶混织物一般采用酸性染料染色，目前关于酸性染料易染氨纶的研究比较多，也有公司推出了相应的产品。而涤纶/氨纶混织物一般采用分散染料染色，染色温度在125～135℃左右，在该温度下染色，不仅对氨纶的性能影响很大，而且由于氨纶分子链间作用力小，染料上染后色牢度较差，所以涤纶/氨纶织物用分散染料染色后容易出现露白现象，从而影响纺织品的美观。
目前，关于易染氨纶的研究及技术报道也比较多，但主要是针对酸性染料和活性染料的。如杜邦公司在专利US3180853中介绍了通过采用含叔胺基团的扩链二胺(结构如下)，从而在硬段中引入叔氨基以提供染料酸座，达到提高氨纶对酸性染料的染色效果。
英威达技术有限公司的发明专利200580038228.9“可染色斯潘德克斯”则是通过工艺控制来制备纺前具有一定伯胺含量的斯潘德克斯纤维，由该法制备的斯潘德克斯弹性纤维对酸性染料、直接染料、金属络合染料以及除单氯三嗪和氟氯三嗪外的活性染料具有良好的染色性和色牢度。专利201511016306.7“一种活性染料易染氨纶的制备方法”则是通过改性的方法对氨纶纤维进行季氨基改性以提高氨纶纤维对活性染料的反应性，从而提高活性染料的上染效果。以上技术发明主要是提高酸性染料或者是活性染料对氨纶的染色性能，而目前70％以上的氨纶都是和涤纶混织，涤纶/氨纶织物基本上是使用分散染料进行染色的，然而分散染料易染色氨纶鲜有报道。因此开发一种分散染料易染的氨纶，改善目前普遍采用分散染料染色的涤纶/氨纶混织物的染色效果，是非常有必要而且具有很大的现实意义的。
发明内容：
技术问题：针对现有技术的不足，本发明拟解决的问题是提供一种分散染料易染且耐高温性能优异的聚氨酯弹性纤维的制造方法。通过在软段中引入极性基团，从而增加分子链间的作用力，同时提高聚氨酯分子与分散染料间的作用力，从而使分散染料与氨纶具有更强的结合力。该法制备的氨纶纤维不仅对分散染料上色效果好，上染率高，而且色牢度高，不易腿色，关键是该氨纶还有优异的耐高温性能，确保涤纶/氨纶织物在高温染色时氨纶的性能不受很大的影响。
技术方案：本发明提供的一种分散染料易染且耐高温性能优异的聚氨酯弹性纤维的制造方法，是通过在聚氨酯软段中引入极性基团来增加分子链段间的作用力来实现的，具体的制备步骤如下：
1)在第一反应器中依次加入溶剂DMAc，聚四亚甲基醚二醇PTMEG、极性基团改性聚醚二醇，以及4,4-二苯基甲烷二异氰酸酯MDI进行反应得到-NCO封端的预聚物；
2)将预聚物移送到第二反应器中，添加一定比例的二胺类扩链剂和单胺类终止剂混合物的DMAc溶液对预聚物进行扩链反应和链终止反应得到聚氨酯脲原液。
3)将抗氧剂、消光剂、抗紫外助剂、润滑剂等助剂加入到聚氨酯脲溶液中进行混合熟化，借助干法纺丝系统对熟化后的原液进行喷吐、拉伸、干燥成丝，即可制得分散染料易染且具有优异耐高温性能的聚氨酯弹性纤维。
所述的极性基团改性聚醚二醇为侧链含氟改性聚醚二元醇或者氰基改性聚醚二元醇。
所述的侧链含氟改性聚醚二元醇是PTMG-g-HFP或者F-polyol中的一种或几种，具体结构如下：
所述的氰基改性聚醚二元醇具有如下结构式：
具体可以是氰基改性聚四亚甲基醚二醇，氰基改性聚乙二醇，氰基改性聚丙二醇，氰基改性聚四氢呋喃-环氧丙烷共聚醚二醇中的一种或几种。
所述的PTMEG和改性聚醚二元醇的质量比在80:20～40:60之间，所述的PTMEG的数均分子量在3000～5000之间，所述的改性聚醚二元醇的数均分子量在2000～6000之间。
所述的二胺类扩链剂是乙二胺，1,2-丙二胺，2-甲基-1,5-戊二胺，二乙烯三胺，甲基环己二胺，4,4-二氨基二环已基甲烷中的一种或几种。
所述的单胺类终止剂是二乙胺，环己胺，N-甲基环己胺中的一种或几种。
所述的二胺扩链剂与单胺终止剂的摩尔比在20:1～12:1之间。
所述的-NCO封端的预聚物的数均分子量在6200～7600之间。
有益效果：本发明涉及一种分散染料易染且具有优异耐高温性能的氨纶及其制备方法，具体通过在聚氨酯软段中引入极性基团来增加分子链段间的作用力，该法可赋予氨纶纤维如下优点：(1)由于分子链段间作用力增强，当温度较高时(染色温度125～135℃)，分子链运动较激烈，分子链间距离较大，分散染料可扩散进入纤维内部完成染色，而温度降低后(＜90℃)，分子链运动较弱，链间距较小，染料分子不易从纤维上分离，从而保证纤维优异的色牢度。(2)随着氟基或者-CN基团的引入，聚氨酯分子与分散染料的结合力增强，分散染料对氨纶的上染率和色牢度变好(3)随着氟基或者-CN基团的引入，氨纶的耐高温性能明显提高，可减少高温染色时对纤维性能的影响，使纤维维持较好的力学性能和回弹性能。
具体实施方式
下面实施例用来详细描述本发明其生产过程，但这些实施例不得理解为任何意义上的对本发明的限制。
具体的制备步骤如下：
1)在第一反应器中依次加入溶剂DMAc、聚四亚甲基醚二醇PTMEG和极性基团改性聚醚二醇、以及4,4-二苯基甲烷二异氰酸酯MDI进行反应得到-NCO封端的预聚物；
2)将上述预聚物移送到第二反应器中，添加二胺类扩链剂和单胺类终止剂混合物的DMAc溶液对预聚物进行扩链反应和链终止反应得到聚氨酯脲原液；
3)将抗氧剂、消光剂、抗紫外助剂、润滑剂加入到聚氨酯脲溶液中进行混合熟化，借助干法纺丝系统对熟化后的原液进行喷吐、拉伸、干燥成丝，即可制得分散染料易染且具有优异耐高温性能的聚氨酯弹性纤维。
实施例1：
将4.932kg溶剂二甲基乙酰胺(DMAC)加入到第一反应器(RA1)，开启搅拌，再向RA1中加入6.40kg分子量3000的聚四氢呋喃醚二醇、2.77kg分子量为3500的PTMG-g-HFP和1.90kg二苯基甲烷二异氰酸酯，在45℃下反应3h得预聚体PPS，将PPS移送进入第二反应器中(RA2)。向RA1中加入5.10kg清洗DMAC，将清洗DMAC移送进入RA2，开启搅拌，待RA2温度冷却到10℃左右时，向RA2中滴加含有0.328kg乙二胺和0.016kg的二乙胺的混合胺溶液进行扩链反应和链终止反应，其中混合胺溶液质量浓度为4.8％。反应完成后，将所得聚合物移送进入D-FETK。向D-FETK中加入30.8g防黄变剂UDT，34.3g抗紫外剂UTP，抗氧化剂CY24.1g，润滑解舒剂硬脂酸镁溶液MGS 376.1g(MG质量浓度8.5％)，反应熟化20h，得聚合纺丝原液，经干法纺丝得到分散染料易染的聚氨酯弹性纤维。
实施例2：
将5.500kg溶剂二甲基乙酰胺(DMAC)加入到第一反应器(RA1)，开启搅拌，再向RA1中加入7.00kg分子量4000的聚四氢呋喃醚二醇、3.00kg分子量为4000的F-polyol和1.625kg二苯基甲烷二异氰酸酯，在45℃下反应3h得预聚体PPS，将PPS移送进入第二反应器中(RA2)。向RA1中加入6.746kg清洗DMAC，将清洗DMAC移送进入RA2，开启搅拌，待RA2温度冷却到10℃左右时，向RA2中滴加含有0.20kg乙二胺、0.18kg丙二胺和0.014kg的二乙胺的混合胺溶液进行扩链反应和链终止反应，其中混合胺溶液质量浓度为4.8％。反应完成后，将所得聚合物移送进入D-FETK。向D-FETK中加入32.4g防黄变剂UDT，36.0g抗紫外剂UTP，抗氧化剂CY26.2g，润滑解舒剂硬脂酸镁溶液MGS 395.6g(MG质量浓度8.5％)，反应熟化20h，得聚合纺丝原液，经干法纺丝得到分散染料易染的聚氨酯弹性纤维。
实施例3：
将6.200kg溶剂二甲基乙酰胺(DMAC)加入到第一反应器(RA1)，开启搅拌，再向RA1中加入5.50kg分子量3000的聚四氢呋喃醚二醇、5.0kg分子量为4000的氰基改性聚四亚甲基醚二醇和2.010kg二苯基甲烷二异氰酸酯，在45℃下反应3h得预聚体PPS，将PPS移送进入第二反应器中(RA2)。向RA1中加入6.87kg清洗DMAC，将清洗DMAC移送进入RA2，开启搅拌，待RA2温度冷却到10℃左右时，向RA2中滴加含有0.121kg的乙二胺，0.074kg的甲基环己二胺和0.042kg的N-甲基环己胺的混合胺溶液进行扩链反应和链终止反应，其中混合胺溶液质量浓度为4.8％。反应完成后，将所得聚合物移送进入D-FETK。向D-FETK中加入35.1g防黄变剂UDT，39.0g抗紫外剂UTP，抗氧化剂CY28.1g，润滑解舒剂硬脂酸镁溶液MGS 428.5g(MG质量浓度8.5％)，反应熟化20h，得聚合纺丝原液，经干法纺丝得到分散染料易染的聚氨酯弹性纤维。
为了验证本发明制备的聚氨酯弹性纤维的染色性能及耐高温性能，将上述实施例中制得的氨纶纤维进行染色实验及耐高温性能测试。
本发明有关的分析测试方法如下：
1)氨纶染色
氨纶裸丝经处理后在恒温震荡水浴锅里染色，染料采用分散黄RGFL，染液pH用缓冲液调至5左右。染料的质量浓度为3％，扩散剂用量为1.5g/L，浴比1:100，染色温度125℃，时间1h，染色完成后，淋洗样品。
2)上染率和色牢度测定
用DMF溶解残液和原液中的分散染料，分别用分光光度计测吸光度，计算上染率。为了考察后处理工艺对染色色牢度的影响，选用皂洗、皂碱洗、和还原清洗三种后处理方法，分别测定其褪色牢度。
3)耐高温性能测定
将染色前后的氨纶丝按照GB/T3923.1-1997在YG021A-1型强力机上测得，夹距50mm，预加张力0.5CN。根据染色前后氨纶丝回弹性能和断裂强力的变化，判断氨纶丝的耐高温性能。
检测结果：上染率和色牢度的测试结果见表1，耐高温测试的结果见表2。对比样为常规的氨纶丝。
表1：上染率和色牢度测试数据
从表1可以看出，由实施例制得的分散染料易染氨纶和对比样对分散染料的上染率都很高，达到90％以上，但是在色牢度方面，无论是采用皂洗、皂碱洗还是还原清洗的后处理方法，实施例制备的氨纶具有明显的优势。
表2：耐高温测试数据(染色温度130℃)
从表2可以看出，经过高温染色后，实施例中的氨纶无论是在断裂强度还是在弹性回复率方面的变化都比对比样要小。说明本发明制备的氨纶具有更优异的耐高温性能。

Claims (6)

1.一种分散染料易染且耐高温性能优异的氨纶的制备方法，其特征在于该方法包括以下几个步骤：
1)在第一反应器中依次加入溶剂DMAc，聚四亚甲基醚二醇PTMEG和极性基团改性聚醚二元醇，以及4,4-二苯基甲烷二异氰酸酯MDI进行反应得到-NCO封端的预聚物，所述的极性基团改性聚醚二元醇为侧链含氟改性聚醚二元醇或者氰基改性聚醚二元醇；所述的侧链含氟改性聚醚二元醇为PTMG-g-HFP或者F-Polyol中的一种或两种，具体结构式如下
；
所述氰基改性聚醚二元醇可以是氰基改性聚四亚甲基醚二醇，氰基改性聚乙二醇，氰基改性聚丙二醇，氰基改性聚四氢呋喃-环氧丙烷共聚醚二醇中的一种或几种；
2)将预聚物移送到第二反应器中，添加二胺类扩链剂和单胺类终止剂混合物的DMAc溶液对预聚物进行扩链反应和链终止反应得到聚氨酯脲原液；
3)将抗氧剂、消光剂、抗紫外助剂、润滑剂加入到聚氨酯脲溶液中进行混合熟化，借助干法纺丝系统对熟化后的原液进行喷吐、拉伸、干燥成丝，即可制得分散染料易染且具有优异耐高温性能的聚氨酯弹性纤维。
2.根据权利要求1所述的一种分散染料易染且耐高温性能优异的氨纶的制备方法，其特征在于，所述的PTMEG和改性聚醚二元醇的质量比在80:20～40:60之间，所述的PTMEG的数均分子量在2000～4000之间，所述的改性聚醚二元醇的数均分子量在2000～6000之间。
3.根据权利要求1所述的一种分散染料易染且耐高温性能优异的氨纶的制备方法，其特征在于，所述的二胺类扩链剂是乙二胺，1,2-丙二胺，2-甲基-1,5-戊二胺，二乙烯三胺，甲基环己二胺，4,4-二氨基二环已基甲烷中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的一种分散染料易染且耐高温性能优异的氨纶的制备方法，其特征在于，所述的单胺类终止剂是二乙胺、环己胺或N-甲基环己胺中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的一种分散染料易染且耐高温性能优异的氨纶的制备方法，其特征在于，所述的二胺扩链剂与单胺终止剂的摩尔比在20:1～12:1之间。
6.根据权利要求1所述的一种分散染料易染且耐高温性能优异的氨纶的制备方法，其特征在于，-NCO封端的预聚物的数均分子量在6200～7600之间。
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