CN111424332A - 一种口罩带专用氨纶及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种口罩带专用氨纶及其制备方法。本发明制备的氨纶具伸长高、回弹好、弹力保持率高以及快速热熔固化的特性。该方法使用大分子量的聚醚二醇作为氨纶的软段，提升氨纶的伸长；通过添加支化聚乙烯亚胺进行扩链反应，提高氨纶的回弹性与弹力保持率；采用聚乙烯吡咯烷酮作为热熔助剂提升氨纶的热熔粘合性；最后通过干法纺丝技术得到成品氨纶。采用此氨纶制备的成品口罩佩带舒适，无压迫感，长时间使用后弹性不失效，而且口罩带能牢固地粘接在防护罩上，经多次拉伸撕扯不脱落。

Description

一种口罩带专用氨纶及其制备方法
技术领域
本发明为一种氨纶的制备方法，特别涉及一种口罩带专用氨纶的制备方法。
背景技术
普通口罩主要由防护罩与口罩带两部分构成。其中防护罩由两层纺粘布以及一层熔喷布组成，起着阻隔过滤细菌病毒的作用。口罩带是由氨纶与其他纤维交织而成，它的作用是使防护罩能紧密贴合人的面部，保证外界空气通过防护层过滤后再进入口鼻。口罩带不仅仅是防护罩发挥防护效果的关键所在，而且直接决定着口罩佩带的舒适性。赋予口罩带能根据不同人面部宽窄进行大小伸缩调整的主要原料就是氨纶。因此，氨纶性能的好坏直接影响着口罩品质的优劣。
在日常使用口罩的过程中，常会因为氨纶性能方面的因素导致口罩出现穿带或是舒适性问题。例如，如果氨纶的伸长不够，不仅会导致使口罩过紧地贴合面部，而且引起耳部疼痛等不适感；如果氨纶的弹性不足或是弹性保持率不够，口罩就容易在佩戴的过程中从面部滑落或移位，影响隔离防护效果。此外，在拉伸口罩带以及摘下口罩的过程中常有发生口罩带直接从防护罩上脱落的问题，这同样与氨纶的性能有紧密的关系。口罩带是通过超声波焊接或热压技术固定到防护罩上的，其本质是利用高频振动或高温高压使接触面熔化再固化。因此，对于用制作口罩带的氨纶而言，需要一定的热融特性以保证其能在短时间内快速融化与聚丙烯无纺布形成牢固的结合效果。综上所述，口罩带专用氨纶应具备出色的伸长率、良好的弹性以及合适的热融性。但是由于大部分普通口罩属于低价一次性卫生用品，生产商往往忽略氨纶性能对口罩品质造成的影响，通常只使用最为廉价普通的氨纶制作口罩带。
对于氨纶伸长、弹性以及热融性等方面的研究已有诸多的报道，如烟台泰和氨纶股份有限公司专利(CN101469463A)中提供了一种制备聚醚型高回弹氨纶纤维的方法，专利的特征在于预聚合完成之后，再向预聚物溶液中加入一定量的MDI，第二次添加MDI 为了在扩链中形成结晶性能更好的硬段区，从而提高纤维的结晶性；游离的MDI在大分子中形成部分交联，这两点都有利于氨纶纤维回弹性的增加。浙江开普特氨纶有限公司专利(CN102719928A)提供了一种制备高应力高回复性氨纶纤维的制备方法，大幅度地使用2～甲基戊二胺扩链，硬段部分在整个聚合物中的比例增多，保证其在应力作用下不容易发生大的形变，在外力释放后纤维更快地回到原长。对于氨纶伸长率提升，韩国株式会社晓星公司(CN101550615A)采用2，4～二苯基甲烷二异氰酸酯部分代替传统的4，4～二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)作为氨纶的“硬段”成分。美国英威达公司专利(CN101313004A)使用了聚(四亚甲基～共聚～亚乙基醚)二醇代替传统的聚四亚甲基醚二醇作为氨纶的软段，使氨纶产品的伸长率较普通氨纶提升了10％。对于氨纶热融特性的改善，添加低熔点聚合物一直被视为最为有效的方法，如苯乙烯及其共聚物、乙烯～乙酸乙烯酯及其聚合物(CN105008602A)等材质使用。但是，至今为至没有专利文献报道有氨纶产品兼顾了高伸长、高回弹、高弹力保持率以及热融性多方面性能。本发明将首次公布一种口罩带专用氨纶新产品及其制备方法。
发明内容
技术问题：本发明提供的是一种口罩带专用氨纶及其制备方法。本发明可以解决使用普通氨纶可能引起的口罩穿带不舒适、口罩带弹性失效以及口罩带脱离防护罩等问题。
技术方案：本发明使用大分子量的聚醚二醇作为氨纶的软段，提升氨纶的伸长；采用支化聚乙烯亚胺进行扩链反应，进一步提高氨纶的回弹性以及弹力保持率；再加入聚乙烯吡咯烷酮作为热熔助剂提升氨纶的热熔粘合性。制备的口罩带专用氨纶具有高伸长、高回弹、高弹力保持率以及良好的热熔性。
本发明的制备方法具体包括如下步骤：
1).聚氨酯脲溶液的制备：将大分子量的聚醚二醇与二异氰酸酯溶解于有机溶剂进行预聚合反应，将预聚合反应产物进行冷却，再依次加入链增长剂、聚乙烯亚胺、封端剂进行反应，得到聚氨酯脲溶液；
2).纺丝原液的制备：在所述的聚氨酯脲溶液中加入聚乙烯吡咯烷酮、抗氧化剂、光稳定剂、润滑剂，长时间搅拌熟化后得到纺丝原液；
3).成品氨纶的制备：将所述的纺丝原液进行过滤，保温输送至计量泵，通过计量泵的挤压作用形成丝状聚合物流体；聚合物流体通过高温纺丝甬道除去有机溶剂，再经导丝罗拉牵伸，涂覆纺丝油剂，最后卷绕成型得到成品氨纶。
其中
所采用的大分子量聚醚二醇为数均分子量为1800～3000的聚四亚甲基醚二醇。
所采用的聚乙烯亚胺是数均分子量为300～3000的支化型聚乙烯亚胺，其分子结构式如下所示：
Figure RE-GDA0002523451330000031
其中优选数均分子量为1000～1800的聚乙烯亚胺。
所采用聚乙烯亚胺的摩尔量为步骤1)中二异氰酸酯摩尔量的0.01～10％。
所采用的聚乙烯吡咯烷酮为数均分子量为10000～50000的乙烯吡咯烷酮均聚物。
所采用的聚乙烯吡咯烷酮的用量为聚氨酯脲质量比例的5～20％。
所述的抗氧化剂为三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、：1,3,5,三(3,5-二叔丁基,4- 羟基苄基)均三嗪、N,N′-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺、受阻酚(3， 5-二丁基-4-羟基-苯基丙酸十八烷基酯)中的一种或多种组合，其用量为聚氨酯脲质量的0.1～1wt％。
所述的光稳定剂为2,2’-二羟基-4-甲氧基－二苯甲酮，2-羟基-4-十二烷基－二苯甲酮，2-羟基-4-正辛氧基－二苯甲酮，水杨酸对叔丁基苯酯，水杨酸对辛基苯酯，4,4’-亚异丙基双(苯酚水杨酸酯)中的一种或多种组合，其用量为聚氨酯脲质量的0.1～1wt％。
所述的润滑剂为硬脂酸单甘油酯、三硬脂甘油酯、硬脂酸镁、乙撑双硬脂酸酰胺、硬脂酸酰胺中的一种或多种组合，其用量为聚氨酯脲质量的0.1～1wt％。
所述的的成品氨纶为70～140旦尼尔产品，该氨纶的断裂伸长率≥650％，回弹性≥94.0％，弹力保持率≥90.0％，热熔粘合强度≥0.10cN/dtex。
有益效果：本发明技术采用柔顺性更好的大分子量聚醚二醇作为聚氨酯脲的软段，提高氨纶的伸长率；使用带有多胺基的聚乙烯亚胺进行扩链反应，在聚氨酯脲内部内构建化学交联，全面提升氨纶的回弹性以及弹力保持率；再添加乙烯吡咯烷酮均聚物作为热熔助剂，改善氨纶的热熔性。所以由本发明制备的口罩用氨纶具有优异的伸长率、回弹性以及良好的热融性。将此氨纶用于口罩的生产，成品口罩佩带舒适，无压迫感，长时间使用后弹性不失效，而且口罩带能牢固地粘接在防护罩上，经多次拉伸撕扯不滑落。
具体实施方式
本发明的制备方法具体包括如下3个步骤：
1).聚氨酯脲溶液的制备：将大分子量的聚醚二醇与二异氰酸酯溶解于有机溶剂进行预聚合反应；将预聚合产物进行冷却，再依次加入普通链增长剂、聚乙烯亚胺、封端剂进行反应，得到聚氨酯脲溶液；
2).纺丝原液的制备：在聚氨酯脲溶液中加入聚乙烯吡咯烷酮、抗氧化剂、光稳定剂、润滑剂，长时间搅拌熟化后得到纺丝原液；
3).成品氨纶的制备：将纺丝原液进行过滤，保温输送至计量泵，通过计量泵的挤压作用形成丝状聚合物流体；聚合物流体通过高温纺丝甬道除去有机溶剂，再经导丝罗拉牵伸，涂覆纺丝油剂，最后卷绕成型得到成品氨纶。
其中，
发明中的大分子量聚醚二醇为数均分子量为1800～3000的聚四亚甲基醚二醇；
发明中的异氰酸酯为二异氰酸酯为4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、2，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯的一种或多种组合；
发明中的二异氰酸酯与聚四亚甲基醚二醇质量的比例为15/85～30/70；
发明中使用的聚乙烯亚胺是数均分子量为300～3000的支化型聚乙烯亚胺，其分子结构式如下所示：
Figure RE-GDA0002523451330000041
其中优选数均分子量为1000～1800的聚乙烯亚胺；
发明中聚乙烯亚胺的用量为步骤1)中二异氰酸酯摩尔量的0.01％～10％，
其中优选的用量为步骤1)中二异氰酸酯摩尔量的0.01～1％；
发明中采用的聚乙烯吡咯烷酮为数均分子量为10000～50000的乙烯吡咯烷酮均聚物；
发明中聚乙烯吡咯烷酮用量为聚氨酯脲质量比例的5～20％；
在本发明的一些优选实施例中，所采用的聚乙烯吡咯烷酮用量为聚氨酯脲质量比例的5～10％；
发明中的抗氧化剂为三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、：1,3,5,三(3,5-二叔丁基,4- 羟基苄基)均三嗪、N,N′-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺、受阻酚(3，5-二丁基-4-羟基-苯基丙酸十八烷基酯)中的一种或多种组合，其用量为聚氨酯脲质量比例的0.1～1％；
发明中的光稳定剂为2,2’-二羟基-4-甲氧基－二苯甲酮，2-羟基-4-十二烷基－二苯甲酮，2-羟基-4-正辛氧基－二苯甲酮，水杨酸对叔丁基苯酯，水杨酸对辛基苯酯，4,4’- 亚异丙基双(苯酚水杨酸酯)中的一种或多种组合，其用量为聚氨酯脲质量比例的0.1～1％；
发明中的润滑剂为硬脂酸单甘油酯、三硬脂甘油酯、硬脂酸镁、乙撑双硬脂酸酰胺、硬脂酸酰胺中的一种或多种组合，其用量为聚氨酯脲质量比例的0.1～1％；
发明中制备的成品氨纶为70～140旦尼尔产品。
实施例1:
(1)将数均分子量为2000的聚四亚甲基醚二醇(PTMG)与二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)溶解于二甲基乙酰胺(DMAC)进行2小时的预聚合反应，MDI与PTMG 的质量比例为22/78；
(2)将预聚合产物冷却至5摄氏度，再依次加入乙二胺(EDA)、数均分子量为 1000的支化型聚乙烯亚胺(PEI)、二乙胺(DEA)，PEI用量为二异氰酸酯摩尔量的0.02％，反应后得到聚氨酯脲溶液；在聚氨酯脲溶液中加入5wt％的数均分子量为10000的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，以及抗氧化剂、光稳定剂、润滑剂，经过28小时搅拌熟化后得到纺丝原液；
(3)将纺丝原液进行过滤，45摄氏度保温输送至计量泵，通过计量泵的挤压作用形成丝状聚合物流体；聚合物流体通过240摄氏度甬道除去溶剂，再经导丝罗拉牵伸，涂覆纺丝油剂，最后卷绕成型得到氨纶样品1。
实施例2:
采用与实施例1相同的实验方法，不同之处在于，选用数均分子量为2000与3000两种PTMG复配，制备的氨纶样品记为样品2。
实施例3:
采用与实施例1相同的实验方法，不同之处在于，选用数均分子量为4000的PEI，且用量为二异氰酸酯摩尔量的0.04％，制备的氨纶样品记为样品3。
实施例4:
采用与实施例1相同的实验方法，不同之处在于，PVP的用量为10wt％，制备的氨纶样品记为样品4。
对比例1
采用与实施例1相同的实验方法，不同之处在于，步骤(1)使用分子量1800的PTMG，步骤(2)不添加的PEI，步骤(3)不添加PVP，制备的氨纶样品记为对比样 1。
对比例2
采用与实施例1相同的实验方法，不同之处在于，步骤(2)不添加的PEI，步骤(3)不添加PVP，制备的氨纶样品记为对比样1。
对比例3
采用与实施例1相同的实验方法，不同之处在于，步骤(2)不添加PEI，制备的氨纶样品记为对比样2。
对比例4
采用与实施例1相同的实验方法，不同之处在于，步骤(3)不添加PVP，制备的氨纶样品记为对比样3。
对比例5
采用与实施例1相同的实验方法，不同之处在于，步骤(2)添加的PEI为线性结构，制备的氨纶样品记为对比样4。
性能测试：
将实施例样品与对比样品进行力学性能以及热熔粘合性的测试，各项具体测试方法如下所列，其中：断裂伸长率测试方法：氨纶样品裁剪长度为L0的样条，静置4小时；然后将样品置于电子拉力机进行拉伸测试，记录样品断裂时的伸长L1，伸长率的计算方式为：伸长率＝(L1～L0)/L0*100％；
回弹性测试方法：将尺寸为L0的氨纶样品拉伸至L1长度，然后撤去应力，测试其回复长度为L2，回弹率的计算公式为：回弹性＝(L1～L2)/(L1～L0)*100％；
弹力保持率的测试方法：将氨纶拉伸至2倍长度，记录应力值为T0，停留120分钟后测试应力值为T1，弹性保持率的计算公式为：保持率＝T1/T0*100％；
热融粘合性测试方法为：将氨纶丝剪成细条状，平铺在无纺布块上，再使用130摄氏度的金属热辊以10Mpa压力按压氨纶丝条5秒钟，冷却60分钟后，使用电子拉力机测试氨纶从无纺布上的剥离强度。
各项测试性能测试的结果如下表所示：
表1各样品性能测试表
Figure RE-GDA0002523451330000071

Claims (10)

1.一种口罩带专用氨纶的制备方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
1).聚氨酯脲溶液的制备：将大分子量的聚醚二醇与二异氰酸酯溶解于有机溶剂进行预聚合反应，将预聚合反应产物进行冷却，再依次加入链增长剂、聚乙烯亚胺、封端剂进行反应，得到聚氨酯脲溶液；
2).纺丝原液的制备：在所述的聚氨酯脲溶液中加入聚乙烯吡咯烷酮、抗氧化剂、光稳定剂、润滑剂，长时间搅拌熟化后得到纺丝原液；
3).成品氨纶的制备：将所述的纺丝原液进行过滤，保温输送至计量泵，通过计量泵的挤压作用形成丝状聚合物流体；聚合物流体通过高温纺丝甬道除去有机溶剂，再经导丝罗拉牵伸，涂覆纺丝油剂，最后卷绕成型得到成品氨纶。
2.根据权利要求1所述的一种口罩带专用氨纶的制备方法，其特征在于所采用的大分子量聚醚二醇为数均分子量为1800～3000的聚四亚甲基醚二醇。
3.根据权利要求1所述的一种口罩带专用氨纶的制备方法，其特征在于所采用的聚乙烯亚胺是数均分子量为300～3000的支化型聚乙烯亚胺，其分子结构式如下所示：
Figure FDA0002470916050000011
其中优选数均分子量为1000～1800的聚乙烯亚胺。
4.根据权利要求1所述的一种口罩带专用氨纶的制备方法，其特征在于所采用聚乙烯亚胺的摩尔量为步骤1)中二异氰酸酯摩尔量的0.01～10％。
5.根据权利要求1所述的一种口罩带专用氨纶的制备方法，其特征在于所采用的聚乙烯吡咯烷酮为数均分子量为10000～50000的乙烯吡咯烷酮均聚物。
6.根据权利要求1所述的一种口罩带专用氨纶的制备方法，其特征在于所采用的聚乙烯吡咯烷酮的用量为聚氨酯脲质量比例的5～20％。
7.根据权利要求1所述的一种口罩带专用氨纶的制备方法，其特征在于所述的抗氧化剂为三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、：1,3,5,三(3,5-二叔丁基,4-羟基苄基)均三嗪、N,N′-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺、受阻酚(3，5-二丁基-4-羟基-苯基丙酸十八烷基酯)中的一种或多种组合，其用量为聚氨酯脲质量的0.1～1wt％。
8.根据权利要求1所述的一种口罩带专用氨纶的制备方法，其特征在于所述的光稳定剂为2,2’-二羟基-4-甲氧基－二苯甲酮，2-羟基-4-十二烷基－二苯甲酮，2-羟基-4-正辛氧基－二苯甲酮，水杨酸对叔丁基苯酯，水杨酸对辛基苯酯，4,4’-亚异丙基双(苯酚水杨酸酯)中的一种或多种组合，其用量为聚氨酯脲质量的0.1～1wt％。
9.根据权利要求1所述的一种口罩带专用氨纶的制备方法，其特征在于所述的润滑剂为硬脂酸单甘油酯、三硬脂甘油酯、硬脂酸镁、乙撑双硬脂酸酰胺、硬脂酸酰胺中的一种或多种组合，其用量为聚氨酯脲质量的0.1～1wt％。
10.根据权利要求1所述的一种口罩带专用氨纶的制备方法，其特征在于所述的的成品氨纶为70～140旦尼尔产品，该氨纶的断裂伸长率≥650％，回弹性≥94.0％，弹力保持率≥90.0％，热熔粘合强度≥0.10cN/dtex。
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