CN112210860A - 一种适用于牛仔面料的防滑弹氨纶包芯纱制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种适用于牛仔面料的防滑弹氨纶包芯纱的制备方法，包括以下步骤：(1)制备预聚物溶液，(2)将一定量的混合胺溶液加入到预聚物溶液中进行扩链反应和链终止反应，制得聚氨酯脲溶液；(3)向聚合物溶液中加入含有水滑石和微量硬脂酸盐的特定助剂浆料后，经过搅拌、熟化制备纺丝原液；(4)经干法纺丝，上油工序采用由高碳硅油和硬脂酸盐组成的特定纺丝油剂，制得氨纶纤维；(5)将纺得的纤维与短纤维加捻制得防滑弹氨纶包芯纱。本发明涉及一种适用于牛仔面料的防滑弹氨纶包芯纱制备方法，可有效提高氨纶纤维与外包纱线的摩擦性能，表现出较低的滑弹程度，满足了牛仔面料领域对防滑弹氨纶纤维的需求。

Description

一种适用于牛仔面料的防滑弹氨纶包芯纱制备方法
技术领域
本发明涉及一种适用于牛仔面料的防滑弹氨纶包芯纱制备方法。具体为一种防滑弹氨纶包芯纱的制备方法与技术，可有效提高氨纶纤维与配伍纱线之间的摩擦性能，减少氨纶纤维在牛仔面料中的滑弹程度。属于牛仔面料用包芯纱制造领域。
背景技术
随着生活品质提高，消费者对着装舒适性的要求越来越高。传统粗支斜纹牛仔织物一般为纯棉或纬向弹力布为主。纯棉织物无弹易皱，虽然棉织物舒适透气，然而经纬均无弹使得纯棉牛仔面料应用领域受到极大限制。纬弹牛仔面料中纬纱一般使用本白氨纶包芯纱，外包纱线一般为棉、麻、粘胶或其它短纤纱。氨纶弹力纤维的应用给牛仔面料带来更多功能性的选择，以其伸缩性好、轻快舒适的特性提高了牛仔面料的附加值。经纬双向四面弹织物较纬弹织物具有更优越的服用性能，带给消费者伸展自如、持续保型的穿着体验。
牛仔面料中氨纶纤维弹性的好坏直接决定了后整理工艺中牛仔水洗的进展。牛仔面料中氨纶纤维主要面临的问题有失弹、滑弹、尺寸稳定性等问题。氨纶不耐氯漂、不耐高温、可溶于部分化学处理剂，经酵素洗、砂洗、漂洗等水洗工艺处理后，极易造成面料中氨纶纤维的滑弹、失弹现象。其中，滑弹现象指包芯纱的芯纱与外包纱线之间由于摩擦力不足而发生相对滑动，这对于面料性能是不利的，尤其在牛仔产品的缝线位置处，需要缝衣针进行穿线缝制，极易导致氨纶芯纱滑移甚至表面损伤。氨纶芯纱滑移会造成缝线位置面料不平整，影响服饰外观。现今针对牛仔面料中氨纶纤维的滑弹现象一般通过调节面料结构或者包氨纶外包纱线的性能来实现。如专利文件CN209052848U公开了一种双芯纱弹性面料，其是通过在芯纱和外部包覆纱之间的氨纶芯纱表面包覆长丝，从而增加纤维与纱之间的摩擦力，使氨纶不易脱出。面料结构一般通过调节经纬纱密度或者组织紧度来实现。包芯纱外包纱线可选用单包工艺并提高加捻程度，或选用双包工艺，双重固定，减少氨纶滑移。而上述方法均是添加了额外的包纱步骤，或需要使用特殊的加工设备，使工艺流程变得更加复杂，且不能从根本上解决氨纶的滑移问题。
因此本发明在优化氨纶纤维本身的物理性能的基础上，开发一种防滑弹氨纶包芯纱的新技术，不同于以往的技术手段，而特别着重于改善氨纶纤维表面的摩擦性能，增大氨纶纤维与外包纱线之间的相对摩擦力，从而避免氨纶纤维与外包纱线之间的相对滑移，以此改善氨纶滑弹现象，并配合其他防滑弹手段，以满足牛仔面料这一特殊领域的要求。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，拟解决的问题是设计一种专用于牛仔面料的防滑弹氨纶纤维的制备方法与技术。关键采用聚氨酯原液中加入特定的助剂，上油工序中使用特定的纺丝油剂的方法，制备表面高摩擦系数的氨纶纤维，并配合特殊的包芯纱纺纱工艺，以此改善氨纶纤维与配伍纱线的表面摩擦性能，实现防滑弹性能。该防滑弹氨纶纤维的制造工艺成熟，不需要特殊设备，便于工业化实施。
本发明解决所述技术问题的技术方案如下：
一种适用于牛仔面料的防滑弹氨纶包芯纱制备方法，其特征该方法包括以下具体步骤：
步骤1)：制备预聚物溶液；
步骤2)：将混合胺溶液加入预聚物溶液中进行扩链反应和链终止反应，制得聚氨酯脲溶液；
步骤3)向步骤2)制得的聚氨酯脲溶液中加入特定的助剂浆料，经充分搅拌均匀后制成氨纶纺丝溶液，所述助剂浆料含有水滑石，水滑石的添加量为聚氨酯脲溶液重量的0.5％-2.5％，聚氨酯脲溶液中硬脂酸盐的添加量小于聚氨酯脲溶液重量的0.01％；
在本发明中，水滑石的添加起增加氨纶纤维表面摩擦系数的作用，当水滑石含量过低时，达不到产品所需要的性能作用，而水滑石含量过高时，一方面会造成成本过高，另一方面会对纺丝组件系统造成影响，降低喷丝板的使用周期，此外，过高的水滑石含量需要的研磨分散时间较长，降低生产效率，同时也会使聚合滤器使用周期降低，因此水滑石添加量为0.5％-2.5％，是发明人考虑上述因素选定的一个较为合适的范围；相比于常规添加量的硬脂酸盐，硬脂酸盐添加量小于聚氨酯脲溶液重量的0.01％时，能在提供一定退绕性的同时使纺得的氨纶纤维的表面摩擦系数得到提高；
步骤4)，氨纶纺丝溶液经过一定时间熟化后，通过干法纺丝，在丝线卷绕上油工序中，采用特定的纺丝油剂，制得氨纶纤维，所述特定纺丝油剂由碳原子数为16-18、分子量为2000-2500的高碳烷基硅油和硬脂酸盐组成。
相比于其他种类的硅油，碳原子数为16-18、分子量为2000-2500的高碳烷基硅油能在降低氨纶纤维径向丝与丝之间的粘合力、提高氨纶纤维退绕性的同时，使氨纶纤维表面变得粗糙，从而提高氨纶纤维与外包纱线之间的相对摩擦力，从而避免氨纶纤维与外包纱线之间的相对滑移，避免滑弹现象；油剂中硬脂酸盐的添加是为了提高氨纶纤维的退绕性，避免纺织包芯纱时发生断丝。
步骤5)将所制得的氨纶纤维以3-5m/min的速度退绕，牵伸倍数为3.0-4.5倍，经过V型凹槽导丝器喂入导纱罗拉，并与外包短纤纱通过钢领和钢丝圈的作用进行加捻，捻度控制在600-900捻/m，制得防滑弹氨纶包芯纱。
为了充分提高包芯纱纤维之间的摩擦阻力，氨纶包芯纱的捻度设计要偏高一些，使外包纤维产生较大的向心压力，从而防止氨纶芯纱的滑移。
优选地，所述步骤1)的预聚反应阶段的具体步骤为：将聚醚二醇和二异氰酸酯混合反应，得到异氰酸酯基封端的聚氨酯预聚物；将所述预聚物溶于极性酰胺溶剂中，制得一定浓度的预聚物溶液。
在本发明中，由于牛仔布后续处理中有水洗步骤，该步骤中有氯漂工艺，该工艺中的次氯酸钠易造成聚酯的水解，因此在选择原材料时，优选聚醚二醇。
优选地，所述步骤1)中聚醚二醇为数均分子量1000-3000的聚四氢呋喃醚二醇。
使用上述聚四氢呋喃醚二醇作为原材料，链段具有较高的柔顺性和规整性，主链不含不饱和键，制得的制品具有良好的耐化学性，主链上没有酯基，制品具有良好的抗水解性，由它制得的产品物理性能更佳。
优选地，所述步骤1)中的二异氰酸酯为2,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯和4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯的混合物或4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯中的一种或两种。
优选地，所述步骤1)中二异氰酸酯和聚四氢呋喃醚二醇以摩尔比(1.5-2.0)：1的比例混合，于75-90℃下反应100-120min，得到异氰酸酯基封端的聚氨酯预聚物。
优选地，所述步骤2)中酰胺类极性溶剂为N,N-二甲基乙酰胺(DMAC)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)或者二者的混合物，其所形成的预聚物质量浓度为30-55％。。
优选地，所述步骤2)中的扩链反应采用的扩链剂为二元胺溶液。其中二元胺包括乙二胺，丁二胺和羟甲基二胺中的至少一种。链终止反应采用的链终止剂为二乙胺、二丙胺和丁醇胺中的任意一种或几种的混合物，其中胺基的摩尔数与异氰酸根的摩尔数比为(1.02～1.08):1，进行反应。
优选地，所述步骤3)中的特定助剂浆料中还包括抗紫外剂、抗氧化剂、消光剂、耐氯剂、强力合着增强剂等，通过搅拌器搅拌、研磨机达到分散均匀的目的，所述的特定助剂溶液的质量百分比浓度为30-40％。
优选地，所述步骤3)中硬脂酸盐的添加量为0。
当纺丝溶液中不含硬脂酸盐时，能有效增加纺得氨纶纤维的表面摩擦系数，但其退绕性较差，本发明中主要靠上油步骤的特定油剂来改善纤维的退绕性。
优选地，所述的纺丝油剂的添加量为纺丝原液质量的1-5％，优选1％-3％；所述的硬脂酸盐为硬脂酸镁、硬脂酸锌、硬脂酸钙中的一种或几种组合，硬脂酸盐的添加量为纺丝油剂质量的0.1-1.5％。
油剂含量为丝饼中油的含量除以油和丝的总重量，添加油剂目的为提高丝的退绕性，油剂含量低于1％，则丝退绕不好，易造成断丝；油剂含量高于5％，则成本高，不经济,且对氨纶纤维与外包纱线的摩擦力以及后续洗水工艺基本无益处。硬脂酸盐的添加是为了进一步提高丝的退绕性。
有益效果：
与现有的技术相比，本发明采用的方法在聚合物中添加了水滑石，提高了氨纶纤维表面的摩擦系数，且添加的助剂不包含润滑剂硬脂酸盐、或仅含有微量的硬脂酸盐，因而进一步提高了纺得的氨纶纤维的表面摩擦力；且为了不影响丝饼的退绕性能，对氨纶纤维表面进行上油，相比于常规油剂，本发明提出的添加了硬脂酸盐的高碳烷基硅油所制成的油剂能在避免卷绕过程中纤维粘连的同时，有效提高纤维表面的粗糙度，使氨纶纤维在长度方向上与相接触的纱线间的摩擦力增大；此外，氨纶包芯纱的捻度设计偏高，使外包纤维产生较大的向心压力，进一步增大了外包纤维与氨纶芯纱之间的摩擦力。因此在上述步骤的共同作用下，混纺后的包芯纱的芯纱与外包纤维之间的摩擦力得到保证，有效避免了滑弹现象。且本发明不改变纺丝原液聚氨酯脲的分子结构，对纤维本身的物理性能无影响。
通过本发明的制备方法得到的氨纶包芯纱，具有显著改善牛仔面料滑弹的效果。且制备的氨纶纤维经过多次拉伸与回复后仍保持较高弹性回复率以及较低的滞后面积。本发明制造工艺成熟，对设备没有特殊要求，工业化实施容易，无需添加额外的设备，可广泛应用于牛仔面料领域，具有制备效率高，成本低，性能好等优点。
具体实施方式
实施例1：
第一步：预聚物的制备
1)将原料聚四亚甲基醚二醇PTMG 2000和4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯混合，在80℃反应100min，制备得到异氰酸酯基封端的预聚物，其中4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯与聚四亚甲基醚二醇2000的摩尔比为1.70:1；
2)将预聚物冷却至45℃后，加入N,N-二甲基乙酰胺溶液，通过充分的搅拌混合均匀，制成质量百分比浓度为35％的溶液。
第二步：聚氨酯脲的制备
2)将乙二胺、二乙胺溶解入溶剂N,N-二甲基乙酰胺中，形成质量百分比浓度为7.00％的混合胺溶液；
3)向所述的预聚物的于N,N-二甲基乙酰胺溶液中，加入所配制的混合胺溶液并快速搅拌，进行反应，形成质量百分比浓度为35％的聚氨酯溶液，其中胺基与异氰酸根的摩尔数比为1.04：1；
第三步：纺丝原液的制备
4)将2-(2'-羟基-3',5'-二叔丁基苯基)-苯并三唑、三甘醇双β-(3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基)丙酸酯、二氧化钛、SCM350、水滑石、硬脂酸镁混合，通过搅拌器搅拌、研磨机研磨达到均匀分散的目的，制备的助剂的质量百分比浓度为35％，其中SCM350在助剂中的质量百分比浓度为5％，水滑石的添加量为聚氨酯脲溶液重量的2％，硬脂酸镁在聚氨酯脲溶液中的质量百分比浓度为0.008％；
5)将所述的助剂添加至所述的聚氨酯脲溶液中，在45℃下储存40小时，充分熟化后，得到纺丝原液。
第四步：氨纶纤维的制备
6)将制备的纺丝原液通过喷丝板为5孔，孔径为0.4mm，长径比为3:1；风量比上进/上回/下回＝0.65/0.35/0.28；温度(℃)：上甬/中甬/下甬＝255/235/196；纺丝速度：900m/min的纺丝甬道，纺制成40旦的氨纶纤维；
7)将所述的40D氨纶纤维经过假捻器形成丝束后，再经含有质量浓度为0.5％的硬脂酸镁的改性硅油纺丝油剂，最后卷绕成丝饼。
8)将所制得的丝饼以4m/min的速度退绕，牵伸倍数为4.0倍，经过V型凹槽导丝器喂入导纱罗拉，并与外包短纤纱通过钢领和钢丝圈的作用进行加捻，捻度控制在800捻/m，制得防滑弹氨纶包芯纱。
实施例2：
第一步：预聚物的制备
1)将原料聚四亚甲基醚二醇PTMG 1800和4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯和2,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯混合，在90℃反应120min，制备得到异氰酸酯基封端的预聚物，其中，2,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯和4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯的质量比为1:9，异氰酸酯基与羟基的摩尔比为2.00:1；
2)将预聚物冷却至45℃后，加入N，N-二甲基乙酰胺溶液，通过充分的搅拌混合均匀，制成质量百分比浓度为40％的溶液。
第二步：聚氨酯脲的制备
2)将乙二胺、丁二胺、二乙胺溶解入溶剂N，N-二甲基乙酰胺中，形成质量百分比浓度为7.00％的混合胺溶液；
3)向所述的预聚物的于N，N-二甲基乙酰胺溶液中，加入所配制的混合胺溶液并快速搅拌，进行反应，形成质量百分比浓度为40％的聚氨酯溶液，其中胺基与异氰酸根的摩尔数比为1.04：1；
第三步：纺丝原液的制备
4)将2-(2'-羟基-3',5'-二叔丁基苯基)-苯并三唑、三甘醇双β-(3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基)丙酸酯、二氧化钛、SCM350、水滑石混合，通过搅拌器搅拌、研磨机研磨达到均匀分散的目的，制备的助剂的质量百分比浓度为35％，其中SCM350在助剂中的质量百分比浓度为3％，水滑石的添加量为聚氨酯脲溶液重量的1.5％，助剂中不添加硬脂酸盐；
5)将所述的助剂添加至所述的聚氨酯脲溶液中，在45℃下储存40小时，充分熟化后，得到纺丝原液。
第四步：氨纶纤维的制备
6)将上面第三步制备的纺丝原液通过喷丝板为4孔，孔径为0.5mm，长径比为3:1；风量比上进/上回/下回＝0.65/0.35/0.28；温度(℃)：上甬/中甬/下甬＝260/240/198；纺丝速度：950m/min的纺丝甬道，纺制成40旦的氨纶纤维；
7)将所述的40D的氨纶纤维经过假捻器形成丝束后，再经含有质量浓度为1％硬脂酸镁的改性硅油纺丝油剂，最后卷绕成为丝饼。
8)将所制得的丝饼以3.5m/min的速度退绕，牵伸倍数为3.2倍，经过V型凹槽导丝器喂入导纱罗拉，并与外包短纤纱通过钢领和钢丝圈的作用进行加捻，捻度控制在850捻/m，制得防滑弹氨纶包芯纱。
实施例3：
第一步：预聚物的制备
1)将原料聚四亚甲基醚二醇PTMG 2000和4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯混合，在90℃反应100min，制备得到异氰酸酯基封端的预聚物，其中4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯与聚四亚甲基醚二醇2000的摩尔比为1.50:1；
2)将预聚物冷却至45℃后，加入N，N-二甲基乙酰胺溶液，通过充分的搅拌混合均匀，制成质量百分比浓度为40％的溶液。
第二步：聚氨酯脲的制备
2)将乙二胺、丁二胺、二乙胺、1,4丁醇胺溶解入溶剂N，N-二甲基乙酰胺中，形成质量百分比浓度为7.00％的混合胺溶液；
3)向所述的预聚物的于N，N-二甲基乙酰胺溶液中，加入所配制的混合胺溶液并快速搅拌，进行反应，形成质量百分比浓度为40％的聚氨酯溶液，其中胺基与异氰酸根的摩尔数比为1.04：1。
第三步：纺丝原液的制备
4)将2-(2'-羟基-3',5'-二叔丁基苯基)-苯并三唑、三甘醇双β-(3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基)丙酸酯、二氧化钛、SCM350混合，通过搅拌器搅拌、研磨机研磨达到均匀分散的目的，制备的助剂的质量百分比浓度为35％，其中SCM350在助剂中的质量百分比浓度为8％，水滑石的添加量为聚氨酯脲溶液重量的2.2％，助剂中不添加硬脂酸盐；
5)将所述的助剂添加至所述的聚氨酯脲溶液中，在45℃下储存40小时，充分熟化后，得到纺丝原液。
第四步：氨纶纤维的制备
6)将上面制备的纺丝原液通过喷丝板为6孔，孔径为0.35mm，长径比为5:1；风量比上进/上回/下回＝0.65/0.35/0.28；温度(℃)：上甬/中甬/下甬＝260/240/191；纺丝速度：800m/min的纺丝甬道，纺制成70旦的氨纶纤维；
7)将所述的70D的氨纶纤维经过假捻器形成丝束后，再经含有质量浓度为0.8％硬脂酸镁的改性硅油纺丝油剂，最后卷绕成为丝饼。
8)将所制得的丝饼以5m/min的速度退绕，牵伸倍数为4.0倍，经过V型凹槽导丝器喂入导纱罗拉，并与外包短纤纱通过钢领和钢丝圈的作用进行加捻，捻度控制在750捻/m，制得防滑弹氨纶包芯纱。
将上述实施例制得的防滑弹氨纶包芯纱与进口牛仔专用氨纶、国产普通氨纶制得的包芯纱进行对比试用试验，具体数据如表1所示。
表1
Figure BDA0002718787230000121
由表1可知，采用本发明方法各实施例制备的氨纶包芯纱与进口牛仔专用氨纶、国产普通牛仔用氨纶纤维制得的包芯纱相比，具有显著的防滑弹效果，且弹性回复率、退绕成功率指标均达到了生产高档牛仔产品的性能要求。

Claims (10)

1.一种适用于牛仔面料的防滑弹氨纶包芯纱制备方法，其特征在于包括以下几个步骤：
1)制备预聚物溶液；
2)将混合胺溶液加入预聚物溶液中进行扩链反应和链终止反应，制得聚氨酯脲溶液；
3)向聚氨酯脲溶液中加入特定的助剂浆料，经充分搅拌均匀后制成氨纶纺丝溶液，所述助剂浆料含有水滑石，水滑石的添加量为聚氨酯脲溶液重量的0.5％-2.5％，聚氨酯脲溶液中硬脂酸盐的添加量小于聚氨酯脲溶液重量的0.01％；
4)所制得的氨纶纺丝溶液经熟化后，通过干法纺丝，在丝饼卷绕上油工序中采用特定的纺丝油剂，制得氨纶纤维，所述特定的纺丝油剂由碳原子数为16-18、分子量为2000-2500的高碳烷基硅油和硬脂酸盐组成；
5)将所制得的氨纶纤维以3-5m/min的速度退绕，牵伸倍数为3.0-4.5倍，经过V型凹槽导丝器喂入导纱罗拉，并与外包短纤纱通过钢领和钢丝圈的作用进行加捻，捻度控制在600-900捻/m，制得防滑弹氨纶包芯纱。
2.根据权利要求1所述的一种适用于牛仔面料的防滑弹氨纶包芯纱制备方法，其特征在于：步骤1)制备预聚物溶液的具体步骤为，将聚醚二醇和二异氰酸酯混合反应，得到异氰酸酯基封端的聚氨酯预聚物；将所述预聚物溶于极性酰胺溶剂中，制得预聚物溶液。
3.根据权利要求2所述的一种适用于牛仔面料的防滑弹氨纶包芯纱制备方法，其特征在于：步骤1)所用的聚醚二醇为数均分子量1000-3000的聚四氢呋喃醚二醇。
4.根据权利要求2所述的一种适用于牛仔面料的防滑弹氨纶包芯纱制备方法，其特征在于：步骤1)所用的二异氰酸酯为2,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯和4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯的混合物或4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯中的一种或两种。
5.根据权利要求2所述的一种适用于牛仔面料的防滑弹氨纶包芯纱制备方法，其特征在于：步骤1)所述的二异氰酸酯与二元醇的摩尔比为1.50～2.00，于75-90℃下反应100-120min，得到异氰酸酯基封端的聚氨酯预聚物。
6.根据权利要求2所述的一种适用于牛仔面料的防滑弹氨纶包芯纱制备方法，其特征在于：所述溶剂为N，N-二甲基乙酰胺、N，N二甲基甲酰胺或者二者的混合物，其所形成的预聚物质量浓度为30-55％。
7.根据权利要求1所述的一种适用于牛仔面料的防滑弹氨纶包芯纱制备方法，其特征在于：步骤2)中的扩链反应采用的扩链剂为二元胺溶液，其中二元胺包括乙二胺，丁二胺和羟甲基二胺中的至少一种；链终止反应采用的链终止剂为二乙胺、二丙胺和丁醇胺中的任意一种或几种的混合物，其中胺基的摩尔数与异氰酸根的摩尔数比为1.02～1.08。
8.根据权利要求1所述的一种适用于牛仔面料的防滑弹氨纶包芯纱制备方法，其特征在于：步骤3)所述特定助剂还包括抗紫外剂、抗氧化剂、消光剂、耐氯剂、强力合着增强剂。
9.根据权利要求1所述的一种适用于牛仔面料的防滑弹氨纶包芯纱制备方法，其特征在于：步骤3)中硬脂酸盐的添加量为0。
10.根据权利要求1所述的一种适用于牛仔面料的防滑弹氨纶包芯纱制备方法，其特征在于：步骤4)中油剂的添加量为氨纶纺丝原液质量的1-5％，油剂中所述硬脂酸盐为硬脂酸镁、硬脂酸锌、硬脂酸钙中的一种或几种的组合，硬脂酸盐的添加量为纺丝油剂质量的0.1-1.5％。
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