CN110219177A - 一种泡沫纱的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种泡沫纱的制备方法，其制备工艺包括主料的配制、助剂的配制、浸轧处理和泡沫纱的制备；该方法以聚醚多元醇、异氰酸酯和锡类催化剂混合为主料，再以聚醚多元醇、胺类催化剂、发泡剂、匀泡剂的混合溶液作为助剂，采用原位聚合法，将反应所需的原料分别浸轧在两股纱线上，以加捻的方式模拟溶液混合，使纱线由内而外生成均匀致密的聚氨酯泡沫，并增加泡沫膜层的粘附性，从而制得具有独特外观的泡沫纱，并可根据需要运用于不同基材，制出不同形态的织物，可塑性强；且制备方法简单、耗时短、对设备要求低，能够广泛应用。

Description

一种泡沫纱的制备方法
技术领域
本发明涉及纺纱技术领域，特别是涉及一种泡沫纱的制备方法。
背景技术
纱线作为一种纺织品，是由各种纺织纤维加工而成具有一定细度的产品，可用于织布、制绳、制线、针织和刺绣等，被广泛应用于日常生活中。纱线的品种繁多、性能各异，根据纱线中所用材料的数量不同，可以分为仅有单一纤维种类的纯纺纱和由两种或多种纤维复合而成的复合纱，由于复合纱能够综合各种原料的优点，整体性能更佳，应用范围更广，因而受到广泛关注。
当前常用的复合纱为包芯纱，是一种以长丝为纱芯，外包短纤维而纺成的纱线，兼有纱芯长丝和外包短纤维的优点，其成纱性能超过单一纤维。但由于包芯纱表面包裹的是其他种类的纱线，虽与纱芯材料有所不同，但都属于纤维，整体差异不大，对包芯纱外观和性能的改善不够明显；并且，随着人们生活水平的提高，传统纱线较为单一的外观已逐渐难以满足人们的需求，需要与其他材料进行复合，发展具有不同外观、性能优良的新型纱线类型。
同时，聚氨酯材料作为一种新兴的有机高分子材料，被广泛应用于国民经济的众多领域；其中，聚氨酯泡沫材料是以异氰酸酯和聚醚为主要原料，在发泡剂、催化剂、阻燃剂等多种助剂作用下发泡而成的一种高分子聚合物，具有多孔结构，以其良好的保温性、粘结性、隔音性、绝缘性和防水性等优点而应用广泛，但在纱线中的应用未见报道，其与纱线的结合方式与制备工艺仍有待研究。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种泡沫纱的制备方法，通过采用原位聚合法，将发泡反应所需的原料分别浸轧在两股纱线上，以加捻的方式模拟溶液混合，使纱线由内而外生成均匀致密的聚氨酯泡沫，从而制得具有独特外观的泡沫纱，并可根据需要运用于不同基材，制出不同形态的织物，可塑性强；且制备方法简单、耗时短、对设备要求低，能够广泛应用。
为实现上述目的，本发明提供了一种泡沫纱的制备方法，包括如下步骤：
(1)主料的配制：将聚醚多元醇与异氰酸酯的混合溶液置于调浆桶内，加入锡类催化剂进行搅拌，得到主料；
(2)助剂的配制：将聚醚多元醇、胺类催化剂、发泡剂、匀泡剂混合，搅拌均匀后得到助剂；
(3)浸轧处理：将纱线A置于步骤(1)配制的主料中进行浸轧处理，得到浸轧后的粗纱；将纱线B置于步骤(2)配制的助剂中进行浸轧处理，得到浸轧后的细纱；
(4)泡沫纱的制备：将步骤(3)中浸轧处理后的纱线A和纱线B进行加捻、卷绕制成包缠纱，经恒温发泡即得到泡沫纱。
进一步地，步骤(1)中所述聚醚多元醇与异氰酸酯的质量比为20:80～30:70；所述锡类催化剂的质量分数为1～4％；所述搅拌的温度为55～70℃，搅拌速度为500～1200r/min，搅拌时间为4～7min。
进一步地，步骤(2)中所述聚醚多元醇的质量分数为50～75％；所述胺类催化剂的质量分数为0.8～3％；所述发泡剂的质量分数为7～15％；所述匀泡剂的质量分数为0.5～3％；所述搅拌温度为55～70℃，搅拌速度为500～1200r/min，搅拌时间为4～7min。
进一步地，步骤(3)中所述纱线A和纱线B的带液率为80～140％；所述浸轧的温度为55～70℃，浸轧方式为二浸二轧。
进一步地，步骤(4)中所述恒温发泡的发泡温度为55～70℃，发泡时间为45～70s。
进一步地，步骤(1)和(2)中所述聚醚多元醇为聚醚三元醇330、聚醚多元醇330n和聚醚多元醇4000中的一种或多种。
进一步地，步骤(1)中所述异氰酸酯为2，4-甲苯二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯和异佛尔酮二异氰酸酯中的一种或多种。
进一步地，步骤(1)中所述锡类催化剂为二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡和二醋酸二丁基锡中的一种或多种；步骤(2)中所述胺类催化剂为三乙烯二胺、二乙烯三胺和N,N-二甲基环己胺中的一种或多种。
进一步地，步骤(2)中所述发泡剂为水、二氯甲烷、环戊烷和正戊烷中的一种或多种；所述匀泡剂为活性聚醚改性硅油。
进一步地，步骤(3)中所述纱线A和纱线B为棉或麻或丝或毛或涤纶或氨纶或腈纶；所述纱线A的规格为28～40tex；所述纱线B的规格为10～18tex。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、本发明通过采用原位聚合法，将反应所需的原料分别浸轧在两股纱线上，以加捻的方式模拟溶液混合，并维持一定的温度，使纱线由内而外生成均匀致密的聚氨酯泡沫，从而制得具有独特外观的泡沫包缠纱；
2、本发明以聚醚多元醇与异氰酸酯的聚合反应为生成发泡聚氨酯的主要反应，可以根据反应原料官能团数目的不同，分别制成线型或体型结构的发泡聚氨酯；并可通过调节各原料的质量分数，制得不同性能、不同规格的泡沫浆膜，所得纱线可具有多种形貌，可依据要求制出不同形态的织物，且该发泡工艺可运用于棉、麻、丝、毛、涤纶、氨纶、腈纶等不同基材，可塑性强；
3、本发明中使用的胺类催化剂不参与化学反应，可以加快异氰酸酯与水的反应速率；锡类催化剂则会参与反应，使生成的泡沫无胺臭味，并能促进发泡反应；发泡剂可通过化学反应产生气体或通过反应热促进气体挥发从而进行发泡；匀泡剂在反应体系中具有良好的分散性，能起到预先“核化”的作用，从而使生成的聚氨酯泡沫泡孔均匀而致密；各组分的协同作用能够赋予纱线更出色的物理化学性能；
4、本发明提供的制备方法能耗小、耗时短、对设备要求低，制得的泡沫纱具有良好的柔韧性和回弹性，并且，由于纱线表面的泡沫具有多孔结构，使得泡沫纱具有一定的吸音和储热性能，应用范围广泛。
附图说明
图1是本发明实施例1中制得泡沫纱与棉纱的FTIR图谱；
图2是本发明实施例1～5制得的泡沫纱与原棉纱的外观对比图；
图3是使用本发明制得的泡沫纱织布的示意图；
图4是未进行泡沫上浆处理的原棉纱织布的示意图；
图5是图3中各泡沫纱织布的放大细节图；
图6是图4中原棉纱的放大细节图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明；应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明；除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
下面通过具体的实施例子并结合附图对本发明做进一步的详细描述。
以下具体实施方式中，通过测定泡沫纱的断裂伸长率和断裂强力对本发明制备的泡沫纱的弹性、强度等力学性能进行说明。
实施例1
本实施例提供了一种泡沫纱的制备方法，包括如下步骤：
(1)主料的配制
将聚醚多元醇与异氰酸酯的混合溶液置于调浆桶内，加入锡类催化剂进行搅拌，得到主料；其中，所述聚醚多元醇与异氰酸酯的质量比为30:70；所述锡类催化剂的质量分数为1.5％；所述搅拌的温度为60℃，搅拌速度为1000r/min，搅拌时间为6min。
(2)助剂的配制
将聚醚多元醇、胺类催化剂、发泡剂、匀泡剂混合，搅拌均匀后得到助剂；其中，所述聚醚多元醇的质量分数为66％；所述胺类催化剂的质量分数为0.9％；所述发泡剂的质量分数为10.9％；所述匀泡剂的质量分数为0.7％；所述搅拌温度为60℃，搅拌速度为1000r/min，搅拌时间为6min。
(3)浸轧处理
将纱线A置于步骤(1)配制的主料中进行浸轧处理，得到浸轧后的粗纱；将纱线B置于步骤(2)配制的助剂中进行浸轧处理，得到浸轧后的细纱；其中，所述纱线A的规格为28tex；所述纱线B的规格为10tex；所述纱线A和纱线B的带液率为112％；所述浸轧的温度为60℃，浸轧方式为二浸二轧。
(4)泡沫纱的制备
将步骤(3)中浸轧处理后的纱线A和纱线B进行加捻、卷绕制成包缠纱，经恒温发泡即得到泡沫纱；其中，所述恒温发泡的发泡温度为60℃，发泡时间为60s。
所述聚醚多元醇为聚醚三元醇330，所述异氰酸酯为2,4-甲苯二异氰酸酯，所述锡类催化剂为二月桂酸二丁基锡，所述胺类催化剂为三乙烯二胺，所述发泡剂为水，所述匀泡剂为活性聚醚改性硅油，所述纱线为棉。
对制得的泡沫纱进行红外分析，并与未进行发泡的原始棉纱进行对比，结果如图1所示。
图1上部分为未进行发泡的原始棉纱，下部分为制得的泡沫纱，由图1可以看出，发泡前后，红外光谱图中有多个波段出现峰位偏移及新峰显现，表明发泡之后，纱线表面的基团发生了明显改变，泡沫纱相比棉纱有新的官能团出现，说明泡沫成功接枝于棉纱表面。
实施例2～5
实施例2～5提供了一种泡沫纱的制备方法，与实施例1相比，不同之处在于改变了原料中聚醚多元醇、异氰酸酯、锡类催化剂、胺类催化剂、发泡剂和匀泡剂的质量分数；其中聚醚多元醇分为两部分分别在步骤(1)和步骤(2)中加入，其具体用量以及与实施例1的对比如表1所示。
表1实施例1～5的泡沫纱原料质量分数
按表1所示原料质量分数制备的实施例1～5的泡沫纱外观如图2所示。由图2可以看出，与原始棉纱相比，泡沫纱表面均覆有泡沫，且按照不同原料质量分数制备的泡沫纱发泡程度不同，因而表面呈现的泡沫的大小、均匀性各不相同，表明本发明提供的一种泡沫纱的制备方法可以通过调整各原料的质量分数控制发泡程度，改变泡沫纱的外观，从而可以根据需要制出不同形态的织物，并运用于不同基材，应用范围较广。
同时，对比图2中实施例1～5制得的泡沫纱，可以看出实施例1制得的泡沫纱发泡效果最好，其表面覆盖的泡沫较大，且形成量较多；其次是实施例2制得的泡沫纱，其发泡效果较好，表面覆盖的泡沫均匀；实施例3～5制得的泡沫纱的泡沫形成量则相对较少，但仍较均匀地覆盖于纱线表面；结合表1中数据可以得出，聚醚多元醇和异氰酸酯含量过多或过少均不利于泡沫纱的发泡，且发泡剂的含量的适量增加有利于提高发泡效果，但达到一定程度后继续增加发泡剂对发泡程度的改善不明显。因此，优选步骤(1)中聚醚多元醇的质量分数为6％、异氰酸酯质量分数为14％、锡类催化剂质量分数为1.5％，步骤(2)中聚醚多元醇质量分数为66％、胺类催化剂质量分数为0.9％、发泡剂质量分数为10.9％、匀泡剂质量分数为0.7％。
实施例6～12
实施例6～12提供了一种泡沫纱的制备方法，与实施例1相比，不同之处在于改变了搅拌工艺参数，其具体参数设置以及制得的泡沫纱的断裂伸长率和断裂强力如表2所示。
表2实施例6～12与实施例1的泡沫纱的力学性能比较
根据表2所示数据，依次对比实施例6和7、实施例8和1、实施例9和10、实施例11和12，可以看出，当搅拌温度一定时，随着搅拌速度和搅拌时间的增加，制得的泡沫纱的断裂伸长率和断裂强力呈现先降低后升高的趋势，当搅拌速度达到1000r/min、搅拌时间为6min时，继续提高搅拌速度、增加搅拌时间对泡沫纱性能的提高不明显；同时，随着搅拌温度的升高，制得的泡沫纱的断裂伸长率和断裂强力整体呈现先升高后降低的趋势；结合表中数据，综合搅拌温度、搅拌速度和搅拌时间的影响，优选搅拌温度为60℃、搅拌速度为1000r/min、搅拌时间为6min。
实施例13～19
实施例13～19提供了一种泡沫纱的制备方法，与实施例1相比，不同之处在于改变了纱线带液率和浸轧温度，其具体参数设置以及制得的泡沫纱的断裂伸长率和断裂强力如表3所示。
表3实施例13～19与实施例1的泡沫纱的力学性能比较
由表3可以看出，随着纱线带液率的增加，制得的泡沫纱的断裂伸长率和断裂强度整体呈现先升高后降低的趋势，且当纱线带液率相对较低时增幅较大，之后逐渐降低；同时，当浸轧温度相对较低时，断裂伸长率和断裂强力均较大，随着浸轧温度的升高，其泡沫纱的断裂伸长率和断裂强力均逐渐降低；综合泡沫纱的断裂伸长率和断裂强力，优选纱线带液率为112％，浸轧温度为60℃。
实施例20～26
实施例20～26提供了一种泡沫纱的制备方法，与实施例1相比，不同之处在于改变了恒温发泡的发泡温度和发泡时间，其具体参数设置以及制得的泡沫纱的断裂伸长率和断裂强力如表4所示。
表4实施例20～26与实施例1的泡沫纱的力学性能比较
实施例 发泡温度(℃) 发泡时间(s) 断裂伸长率(％) 断裂强力(N)
实施例1 60 60 5.64 4.889
实施例20 55 45 5.59 4.716
实施例21 55 70 5.34 4.465
实施例22 60 55 5.47 4.613
实施例23 65 60 5.32 4.364
实施例24 65 55 5.22 4.211
实施例25 70 70 5.47 4.598
实施例26 70 45 4.99 4.203
由表4可以看出，随着发泡温度的增加，制得的泡沫纱的断裂伸长率和断裂强度整体呈现先升高后降低的趋势，当发泡温度升高至60℃时达到最大值，之后逐渐降低；随着发泡时间的增加，泡沫纱的断裂伸长率和断裂强度同样呈现先升高后降低的规律；综合泡沫纱的断裂伸长率和断裂强力，优选发泡温度为60℃，发泡时间为60s。
使用本发明所述一种泡沫纱的制备方法制得的泡沫纱进行织布，并与未进行泡沫上浆处理的原棉纱所织的布进行对比，其示意图及放大细节图如图3～6所示。将图3和图4、图5和图6进行对比，可以看出，采用本发明所述方法制得的泡沫纱织出的布料表面覆有泡沫，与常用棉纱相比具有独特的外观，且泡沫纱表面所覆泡沫的大小、均匀程度可根据需要调节，且能适用于各种基材，可塑性强，应用范围广。
以上所述，仅为本发明的说明实施例，并非对本发明任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，做出的若干改进和补充也应视为本发明的保护范围；凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明精神和范围的情况下，利用以上所揭示的技术内容做出的些许更改、修饰与演变的等同变化，均为本发明的等效实施例；同时，凡依据本发明的实质技术对上述实施例所做的任何等同变化的更改、修饰与演变，均仍属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种泡沫纱的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)主料的配制：将聚醚多元醇与异氰酸酯的混合溶液置于调浆桶内，加入锡类催化剂进行搅拌，得到主料；
(2)助剂的配制：将聚醚多元醇、胺类催化剂、发泡剂、匀泡剂混合，搅拌均匀后得到助剂；
(3)浸轧处理：将纱线A置于步骤(1)配制的主料中进行浸轧处理，得到浸轧后的粗纱；将纱线B置于步骤(2)配制的助剂中进行浸轧处理，得到浸轧后的细纱；
(4)泡沫纱的制备：将步骤(3)中浸轧处理后的纱线A和纱线B进行加捻、卷绕制成包缠纱，经恒温发泡即得到泡沫纱。
2.根据权利要求1所述的一种泡沫纱的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述聚醚多元醇与异氰酸酯的质量比为20:80～30:70；所述锡类催化剂的质量分数为1～4％；所述搅拌的温度为55～70℃，搅拌速度为500～1200r/min，搅拌时间为4～7min。
3.根据权利要求1所述的一种泡沫纱的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述聚醚多元醇的质量分数为50～75％；所述胺类催化剂的质量分数为0.8～3％；所述发泡剂的质量分数为7～15％；所述匀泡剂的质量分数为0.5～3％；所述搅拌温度为55～70℃，搅拌速度为500～1200r/min，搅拌时间为4～7min。
4.根据权利要求1所述的一种泡沫纱的制备方法，其特征在于：步骤(3)中所述纱线A和纱线B的带液率为80～140％；所述浸轧的温度为55～70℃，浸轧方式为二浸二轧。
5.根据权利要求1所述的一种泡沫纱的制备方法，其特征在于：步骤(4)中所述恒温发泡的发泡温度为55～70℃，发泡时间为45～70s。
6.根据权利要求1所述的一种泡沫纱的制备方法，其特征在于：步骤(1)和步骤(2)中所述聚醚多元醇为聚醚三元醇330、聚醚多元醇330n和聚醚多元醇4000中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的一种泡沫纱的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述异氰酸酯为2,4-甲苯二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯和异佛尔酮二异氰酸酯中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的一种泡沫纱的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述锡类催化剂为二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡和二醋酸二丁基锡中的一种或多种；步骤(2)中所述胺类催化剂为三乙烯二胺、二乙烯三胺和N,N-二甲基环己胺中的一种或多种。
9.根据权利要求1所述的一种泡沫纱的制备方法，其特征在于：步骤(2)中所述发泡剂为水、二氯甲烷、环戊烷和正戊烷中的一种或多种；所述匀泡剂为活性聚醚改性硅油。
10.根据权利要求1所述的一种泡沫纱的制备方法，其特征在于：步骤(3)中所述纱线A和纱线B为棉或麻或丝或毛或涤纶或氨纶或腈纶；所述纱线A的规格为28～40tex；所述纱线B的规格为10～18tex。
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