CN107502984A - 柔软高光型丙纶膨体纱的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种柔软高光型丙纶膨体纱的制备方法，该方法包括以下步骤：A.预混合：制备增韧/增柔改性剂粒料：将无规共聚聚丙烯塑性体和丙烯基弹性体粒料加入到高速混合机中混合均匀；制备高光聚丙烯粉料：将复合成核剂、复合抗老化剂和分散润滑剂在高速混合机中预混合，再加入粉状聚丙烯高速混合均匀；B.纺丝：将上述两种预混料分别通过计量螺杆，按一定比例直接加入BCF纺丝机组，采用常规PP‑BCF纺丝工艺，得到柔软高光型丙纶膨体纱。该方法制得的产品具有与锦纶6相近的柔软手感，良好的回弹性和高光泽，用其织造的地毯具有更佳的柔软舒适性和高光装饰性。

Description

柔软高光型丙纶膨体纱的制备方法

技术领域

本发明属于地毯纱加工技术领域，具体涉及一种柔软高光型丙纶膨体纱 制备方法。

背景技术

丙纶BCF(丙纶膨体纱)价格低、比重小，耐化学品性好以及具有良好的 抗污性和织造性，相同重量的地毯面纱，相比尼龙6和涤纶BCF分别高出近 20％和50％的覆盖率，所以具有更佳的经济优势。目前，丙纶BCF在我国仍是 第一大地毯纱原料，2000年以前的化纤地毯中占比80％以上，主要用于织造 低、中档地毯，后来逐渐减少，大部分被尼龙6，特别是被近年来开发的聚酯 BCF所代替，但目前仍占65％以上。而在国际上，丙纶BCF在化纤地毯中总用 量仍占化纤地毯原料消耗量50％以上的份额。

因丙纶地毯固有的性能上的弱点：如回弹性差、手感硬、耐候性差等不足, 使其无法满足客户日益提高的要求，特别是聚酯-BCF的出现，其手感和耐候性 都好于丙纶，价格介于尼龙6与丙纶之间，替代了部分丙纶市场。

丙纶长期以来被认为是化纤中的低端、廉价的代名词，但在提倡供给侧改 革的当下，丙纶有生产过程清洁环保、工艺路线短、原料供应充足和综合能耗 低、且易回收再利用等优点。作为环境友好型纤维，产品功能和应用领域正在 被人们重新认识，并进入新的发展时期，对于丙纶-BCF有必要通过改性，改善 其不足，以适应地毯的特定要求，保持或拓宽使用范围，使聚丙烯这一环保型 材料获得更有效的利用，以取代或部分取代其它相对能耗高，难回收、高价格 纤维。

地毯用丙纶BCF柔软和回弹不足的改进，目前主要方法有两种：①.表面施 加增滑油剂，降低纤维表面磨擦系数，使纤维表现出柔软的手感和改善的回弹 性；②.增加单纤纤维细度，降低手感硬度。前种方法如：专利申请号 CN201610853632.1公开的一种丙纶超柔软地毯丝纺丝油剂及制备方法，在该专 利中公开了由于在纺丝过程中施加于纤维表面的纺丝油剂的作用，在不改变纤 维规格的情况下，可使纤维手感滑爽，增加柔软及回弹性。但该方法获得的物 性难以长久保持，当表层油剂被磨掉或洗脱后，该性能即丧失。后种方法的主 要问题是单纤过细的纤维，表面积明显增大，纤维间的磨擦力增加，加之单纤 细化后回弹力减小，当毯面压缩变形后，地毯面纱会出现慢回弹的粘滞现象， 类似棉絮状态，虽柔软但回弹不佳，不太符合地毯面纱要求。

增加纤维基材柔性，等同于塑料行业的增韧，降彽弯曲模量。在塑料行业 常用的方法是加入热塑性弹性体或橡胶弹性体来改善脆性，目前常用的增韧剂 是聚烯烃弹性体POE或三元乙丙橡胶EPDM等，从化学结构上看，该两种弹性 体均是以乙烯为主的乙烯—辛烯-1或乙烯—丙烯共聚物，在POE和EPDM中乙 烯含量分别为70～80％、50～80％，以乙烯均聚物为连续相、常温下以结晶态 的聚乙烯为物理交联点的弹性体，在与聚丙烯的共混改性物中均呈相分离状 态，以微米级微粒分布在聚丙烯基体中。由于二者与基体聚丙烯的折光指数不 同，加入量≥2％后透明及光泽度即已明显下降。另外，该类共混物刚韧平衡性 不佳，无法满足柔软高光丙纶地毯面纱的需要。

烯丙基弹性体，如美国埃克森美孚化工的Vistamaxx和美国陶氏公司的 Versify系列产品，为丙烯-乙烯共聚物的热塑性塑性和弹性体，其乙烯含量从 9％～16％不等，其物理结构是由等规立构聚丙烯微晶区及松散的乙-丙共聚物 的无定型区构成，呈现出良好的弹性和烯烃聚合物相容性。作为聚丙烯改性 剂，因具有与聚丙烯相同的等规立构结构，二者在共混改性物中混溶，可形成 共晶，基本不影响聚丙烯的透明性，可广泛用于建材、食品包装、体育用品、 玩具、家电电缆配件、工程机械塑料配件改性、医药产品、薄膜等领域。根据 添加量的不同，可使改性物具有高弹性、高透明度、高抗穿刺、抗撕裂、良好 的高低温性能和极佳的触感。该产品在纤维中的使用已有报道，对在一次性卫 生用品中使用的丙纶无纺布进行柔软改性，通过纺粘和熔喷生产法，在纺粘层 加入Versify6202丙烯基弹性体16％，制得的低克重(15g/m2)SMMS复合无纺 布，柔软度测试仪读数减小了30％，增柔作用明显。(曹牧昕等.威达美(TM) 丙烯基弹性体在吸水性卫生产品中的应用.纺织导报.2010，10：66—70)。

普通均聚等规聚丙烯的热变形温度为100～105℃，在丙纶BCF纤维制造中 由于纺丝过程中的高倍热拉伸、热定型及热膨化，引起纤维内高分子结晶和取 向，使纤维可以在130℃温度下完成松驰热定型工序，纤维耐热性可进一步提 高。由于烯丙基弹性体热变形温度低于室温，当加入量≥15％时，虽有较佳的 增韧柔软效果，但较低的热变形温度无法满足地毯水性背胶≥100℃烘干温度 的要求。所以，目前尚无解决丙纶BCF弹性差、手感硬、耐候性差等不足的有 效方法。

地毯纱的高光性，可增加地毯的装饰效果，特别是作为艺术地毯或挂毯用 原料，对此有特殊要求，对于柔软高光泽丙纶膨体纱，目前市场上无该类产 品。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术中之不足，提供一种柔软高光 型丙纶膨体纱制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种柔软高光型丙纶膨体纱 的制备方法，包括以下步骤：

A.预混合：

制备增韧/增柔改性剂：按质量份，将粒状的无规共聚聚丙烯塑性体50～84 份和粒状的丙烯基弹性体50～16份加入到高速混合机中混合5～10分钟，制得 粒状的增韧/增柔改性剂；

制备高光聚丙烯预混料：按质量份，将复合成核剂0.15～0.3份、复合抗 老化剂0.10～0.3份和分散润滑剂0.10～0.3份加入高速混合机中预混合，再 加入粉状聚丙烯70～80份高速混合5～10分钟，制得粉状的高光聚丙烯预混料；

B.纺丝：将步骤(A)中制得的增韧/增柔改性剂和高光聚丙烯预混料，再 分别通过计量螺杆，按69/31～81/19的重量比直接加入BCF纺丝机中，纺丝制 得柔软高光型丙纶膨体纱。

上述的增韧/增柔改性剂，组合使用无规共聚聚丙烯塑性体和烯丙基弹性 体，主要是由于烯丙基弹性体虽对等规均聚聚丙烯有良好的增韧效果和相容性， 但因低于室温的热变形温度，当混合量少时，难以达到要求的增韧柔软效果。 若混合量增加，共混物的热变形温度、拉伸强度均下降明显，以致不能满足地 毯的加工和使用要求。

在上述技术方案中，所述步骤(A)中的无规共聚聚丙烯塑性体的加入量 占增韧/增柔改性剂和高光聚丙烯预混料总量的10％～25％，无规共聚聚丙烯塑 性体具体为丙烯-乙烯无规共聚物或丙烯-丁烯-1无规共聚物，其中，丙烯-乙 烯无规共聚物塑料体中乙烯含量为3％～4％，丙烯-丁烯-1无规共聚物塑性体的 丁烯-1含量为5％～8％。

无规共聚聚丙烯体塑性体，乙烯含量为3％～4％的丙烯-乙烯无规共聚物或 丁烯-1含量为5％～8％的丙烯-丁烯-1无规共聚物，均是由于聚丙烯中少量乙烯 或丁烯-1的加入，使等规聚丙烯分子链序列的规整性降低，结晶度下降且球晶 尺寸微细且均一化，结果使共聚物的冲击强度(韧性)提高一倍以上，透明度 显著增加，拉伸强度下降不到5％，热变形温度可保持在70～80℃。该两种聚 丙烯共聚物均有与纺丝用聚丙烯具有相同等规结构，其共混物在熔融或常温固 态下均具有良好的相容性，在材料内部不存在两种材料的分散界面，二者均可 与等规聚丙烯大分子形成共晶，使共混物中弹性体部分的韧性与基体聚丙烯的 强度及耐热性等性能形成有效互补，提供较佳的刚韧平衡，对原聚丙烯的透明 性及光泽度影响最小。

在上述技术方案中，所述步骤(A)中的丙烯基弹性体的加入量占增韧/增 柔改性剂和高光聚丙烯预混料总量的5％～10％，丙烯基弹性体具体为丙稀-乙烯 的热塑性共聚物弹性体。具体为美国埃克森美孚化工的Vistamaxx 6202、2125 中的一种，或美国陶氏公司的Versify3401、4301中的一种。

塑性体10％～25％和弹性体5％～10％的加入量，再经与聚丙烯、复合成核剂 等助剂的组合，以此得到的膨体纱，可以获得良好的回弹性，与锦纶6相近的 柔软手感，和能够满足地毯加工和使用要求的热变形温度和拉伸强度。

在上述技术方案中，所述步骤(A)中的复合成核剂的加入量占增韧/增柔 改性剂和高光聚丙烯预混料总量的0.15％～0.3％，复合成核剂由山梨醇类和有 机磷酸酯盐类成核剂组成，其中，山梨醇类占增韧/增柔改性剂和高光聚丙烯 预混料总量的为0.1％～0.25％。山梨醇类成核剂包括美国美利肯公司Millad 3988：二(3，4-二甲基苯亚甲基)山梨醇或Millad NX8000中的一种；有机磷 酸酯盐类包括NA-11：2，2亚甲基-二(4，6-二正丁基苯酚)磷酸钠或NA-21： 亚甲基双(2，4-二叔丁基苯基)磷酸铝中的一种。

上述高光聚丙烯粉料中的复合成核剂，成核剂的有效添加使的结晶微细 化、均质化、可以大大提高聚丙烯共混物的透明性和表面光泽度，并使冲击强 度、拉伸强度、模量和热变形温度得到提高，山梨醇类成核剂具有更强的增透 增光效果，但在较低加入量时，弯曲强度或模量的改善并不明显；而有机磷酸 酯盐类成核剂在低含量(≈0.1％)时即能能明显提高聚丙烯的热变形温度(≥ 15℃)，提高耐热性，同时在较高的加工温度条件下对改性物的其它性能无明 显影响。山梨醇类0.05％～0.2％、有机磷酸酯盐类0.1％～0.15％、总量0.15％～ 0.3％的加入量，可使改性材料的透明性和刚性、耐热性的综合性能均保持在较 高水平。

在上述技术方案中，所述步骤(A)中的分散润滑剂具体为乙撑双硬脂酰 胺、改性乙撑双硬脂酰胺和硬脂酸单甘酯中的一种。

在上述技术方案中，进一步地，所述步骤(A)中的分散润滑剂为乙撑双 硬脂酰胺或改性乙撑双硬脂酰胺，乙撑双硬脂酰胺或改性乙撑双硬脂酰胺的加 入量占增韧/增柔改性剂和高光聚丙烯预混料总量的0.15％～0.3％。

在上述技术方案中，进一步地，所述步骤(A)中的分散润滑剂具体为硬脂 酸单甘酯，硬脂酸单甘酯的加入量占增韧/增柔改性剂和高光聚丙烯预混料总 量的0.1％～0.15％。

上述高光聚丙烯粉料中的分散润滑剂，主要目的是提高成核剂在聚丙烯中 的分散性、增加纤维表面光泽。成核剂作用的充分发挥不仅与成核剂本身的性 质有关，很大程度上还取决于在聚丙烯中的均匀分散，特别是采用磷酸酯盐类 成核剂熔点较高、分散性较差，在高光聚丙烯粉料的制备过程中采用先将成核 剂与分散剂的预混合，再于聚丙烯粉料混合工艺，分散剂的引入有助于成核剂 的均匀分散，及作用的充分发挥。另外，分散润滑剂还可降低聚丙烯熔体的剪 切粘度，增加可纺性；在纺丝过程中的向纤维表面的迁移，增加纤维表面光滑 度或形成反射膜，有利于提高纤维光泽。本专利中采用的乙撑双硬脂酰胺、改 性乙撑双硬脂酰胺和硬脂酸单甘酯，均为硬脂酸衍生物，对成核剂有良好的分 散性，且不影响聚丙烯的结晶温度、速度和热稳定性，有助于结晶的完善和提 高透明性。

在上述技术方案中，所述步骤(A)中的复合抗老化剂的加入总量占增韧/ 增柔改性剂和高光聚丙烯预混料总量的0.2％～0.3％，复合抗老化剂具体为受阻 酚类抗氧剂和高分子量受阻胺类光稳定剂的混合物，二者的混合比为1:1～ 1:3。其中受阻酚类抗氧剂具体为抗氧剂110：四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基 苯基)丙酸]季戊四醇酯，受阻胺类光稳定剂具体为HALS-783。

上述高光聚丙烯粉料中的复合抗老化剂，主要用于纤维的耐候性，延长地 毯的使用寿命，提高使用价值，增加环境友好性。因聚丙烯内部的特有结构， 在大分子链上存在着大量不稳定的叔碳原子，易发生与自由基链式反应有关的 热氧老化和光氧老化，使聚丙烯的原有性能丧失，与锦纶和涤纶BCF相比，耐 老化性相差很大，大大缩短了地毯的使用寿命。对于丙纶BCF，在纤维加工过 程中以热氧老化为主，在作为地毯面纱使用过程中以光氧老化为主。所以，复 合使用受阻酚类抗氧剂和受阻胺类光稳定剂的混合物，具体采用复合使用受阻 酚类抗氧剂1010(CAS No.6683-19-8)和受阻胺类光稳定剂HALS-783，受阻 胺类光稳定剂HALS-783是高分子量光稳定剂HALS-944(CAS No.70624-18-9) 和HALS-622(CASNo.65447-77-0)的1:1混合物。

受阻胺类光稳定剂属于自由基捕获剂，通过捕获自由基、分解过氧化物和 传递激发态能量等多种途径，达到的光稳定效果为传统光稳定剂的3～4倍，与 受阻酚类抗剂复合使用，在抗光氧化和热氧化中均有协同效应。特别是采用的 两种具有较高分子量的抗氧剂，其耐热、耐迁移、耐萃取、耐析出等优异性 能，在产品的加工和使用中更显优势。

本发明的有益效果是：

1.复合使用无规共聚聚丙烯塑性体和烯丙基弹性体的共混物为增韧/增柔 改性剂，以成核剂等复合助剂为增光、耐热、增强、耐候改性剂，利有现有纺 丝设备纺制出柔软高光型丙纶膨体纱，原料易得，方法简单，易工业化生产及 普及应用；

2.利用本发明的制备方法所制得的丙纶膨体纱具有与尼龙6相近的手感柔 软及回弹性，与普通丙纶BCF相比光泽度提高值≥18％，用此织造的丙纶地毯具 有更佳的柔软舒适性和高光装饰性；改善了丙纶BCF固有的不足，保持或拓宽 了使用范围，使聚丙烯这一环保型材料获得更有效的利用，以取代或部分取代 其它相对能耗高、难回收、价格高的纤维提供了有利条件。

具体实施方式

现在结合优选实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1

按重量份，将82份的无规共聚聚丙烯GM1600E、17份的丙烯基弹性体 Vistamaxx6202以及PP降温母粒1％，加入到高速混合机中混合8分钟至混合 均匀，制得增韧/增柔改性剂预混粒料；

按重量份，将0.1份的将山梨醇类成核剂Millad 3988、0.1份的有机磷酸 酯盐类成核剂NA-21、0.1份的抗氧剂1010、0.15份的受阻胺类光稳定剂 HALS-783以及0.15份的硬脂酸单甘酯，在高速混合机中预混合，再将该预混物 与70份的粉状聚丙烯加入到高速混合机中混合8分钟至混合均匀，制得高光聚 丙烯预混粉料；

将上述高光聚丙烯预混粉料和增韧/增柔改性剂预混粒料，通过两个计量螺 杆，按70.6/30的重量比直接加入BCF纺丝机组，采用常规PP-BCF纺丝工艺， 得到柔软高光型丙纶膨体纱。

实施例2

按重量份，将50份的无规共聚聚丙烯GM1600E、49份的丙烯基弹性体 Vistamaxx6202以及1份PP降温母粒，加入到高速混合机中混合8分钟至混合 均匀，制得增韧/增柔改性剂预混粒料；

按重量份，将0.1份的山梨醇类成核剂Millad 3988、0.15份的有机磷酸酯 盐类成核剂NA-21、0.05份的抗氧剂1010、0.2份的HALS-783以及0.2份的 TAS-2A在高速混合机中预混合，再将该预混物与80份的粉状聚丙烯 PP-H-GD-230加入到高速混合机中混合9分钟至混合均匀，制得高光聚丙烯预混 粉料；

将上述高光聚丙烯预混粉料和增韧/增柔改性剂预混粒料，通过两个计量螺 杆，按80.6/20的重量比直接加入BCF纺丝机组，采用常规PP-BCF纺丝工艺， 得到柔软高光型丙纶膨体纱。

1、产品性能对比：

表1膨体纱物性指标

2、织成地毯后的相关物性指标：

手感柔软性评价：锦纶6BCF≥实施例2≈实施例1＞PET-BCF＞丙纶BCF。

其中：a、地毯规格：1/8"割绒地毯，毛高：7mm，幅宽：3.66m，

b、相同规格地毯面纱柔软性顺序：PA6≥PTT＞PBT＞PET＞PP。

3、光泽度评价：

表2膨体纱光泽度对比

项目	丙纶BCF	实施例1	实施例2
				光泽度	58	69.2	70.7
光泽度提高值％		19.3	21.8

光泽度提高值：常规的膨体纱，因规格或颜色不同，或地毯织法、规格不 同，所表现的光泽差别很大，所以，两个实施例中的柔软高光PP-BCF的光泽度 提高值用相对提高来表征。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技 术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范 围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护 范围内。

Claims (8)

1.一种柔软高光型丙纶膨体纱的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

A.预混合：

制备增韧/增柔改性剂：按质量份，将粒状的无规共聚聚丙烯塑性体50～84份和粒状的丙烯基弹性体50～16份加入到高速混合机中混合5～10分钟，制得粒状的增韧/增柔改性剂；

制备高光聚丙烯预混料：按质量份，将复合成核剂0.15～0.3份、复合抗老化剂0.10～0.3份和分散润滑剂0.10～0.3份加入高速混合机中预混合，再加入粉状聚丙烯70～80份高速混合5～10分钟，制得粉状的高光聚丙烯预混料；

B.纺丝：将步骤(A)中制得的增韧/增柔改性剂和高光聚丙烯预混料，再分别通过计量螺杆，按69/31～81/19的重量比直接加入BCF纺丝机中，纺丝制得柔软高光型丙纶膨体纱。

2.根据权利要求1所述的柔软高光型丙纶膨体纱的制备方法，其特征在于：所述步骤(A)中的无规共聚聚丙烯塑性体的加入量占增韧/增柔改性剂和高光聚丙烯预混料总量的10％～25％，无规共聚聚丙烯塑性体具体为丙烯-乙烯无规共聚物或丙烯-丁烯-1无规共聚物，其中，丙烯-乙烯无规共聚物塑料体中乙烯含量为3％～4％，丙烯-丁烯-1无规共聚物塑性体的丁烯-1含量为5％～8％。

3.根据权利要求1所述的柔软高光型丙纶膨体纱的制备方法，其特征在于：所述步骤(A)中的丙烯基弹性体的加入量占增韧/增柔改性剂和高光聚丙烯预混料总量的5％～10％，丙烯基弹性体具体为丙稀-乙烯共聚物的热塑性弹性体。

4.根据权利要求1所述的柔软高光型丙纶膨体纱的制备方法，其特征在于：所述步骤(A)中的复合成核剂的加入量占增韧/增柔改性剂和高光聚丙烯预混料总量的0.15％～0.3％，复合成核剂由山梨醇类和有机磷酸酯盐类成核剂组成，其中，山梨醇类成核剂具体为二(3，4-二甲基苯亚甲基)山梨醇，有机磷酸酯盐类具体为亚甲基双(2，4-二叔丁基苯基)磷酸铝、2，2亚甲基-二(4，6-二正丁基苯酚)磷酸钠中的一种，山梨醇类占增韧/增柔改性剂和高光聚丙烯预混料总量的为0.1％～0.25％。

5.根据权利要求1所述的柔软高光型丙纶膨体纱的制备方法，其特征在于：所述步骤(A)中的分散润滑剂具体为乙撑双硬脂酰胺、改性乙撑双硬脂酰胺和硬脂酸单甘酯中的一种。

6.根据权利要求5所述的柔软高光型丙纶膨体纱的制备方法，其特征在于：所述步骤(A)中的分散润滑剂为乙撑双硬脂酰胺或改性乙撑双硬脂酰胺，乙撑双硬脂酰胺或改性乙撑双硬脂酰胺的加入量占增韧/增柔改性剂和高光聚丙烯预混料总量的0.15％～0.3％。

7.根据权利要求5所述的柔软高光型丙纶膨体纱的制备方法，其特征在于：所述步骤(A)中的分散润滑剂具体为硬脂酸单甘酯，硬脂酸单甘酯的加入量占增韧/增柔改性剂和高光聚丙烯预混料总量的0.1％～0.15％。

8.根据权利要求1所述的柔软高光型丙纶膨体纱的制备方法，其特征在于：所述步骤(A)中的复合抗老化剂的加入总量占增韧/增柔改性剂和高光聚丙烯预混料总量的0.2％～0.3％，复合抗老化剂具体为受阻酚类抗氧剂和高分子量受阻胺类光稳定剂的混合物，二者的混合比为1:1～1:3。