CN116695271B - 一种高弹性的氨纶纤维面料及其制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及面料技术领域，且公开了一种高弹性的氨纶纤维面料及其制备工艺，环氧化SIS与羟基化环三磷腈开环反应，形成一种羟基化的SIS，与甲苯二异氰酸酯在二月桂酸二丁基锡催化剂、二乙基戊二醇扩链剂、乙二醇封端剂、三乙胺中和剂的条件下，得到聚氨酯乳液，在将其进行静电纺丝，得到氨纶纤维面料。本发明通过缠绕的SIS组分以及网络状结构、环三磷腈组分等物质的设置，使得面料具备吸收较多的冲击能，从而提高了面料的力学性能和弹性性能，环三磷腈组分受热产生难燃气体，达到协同阻燃的效果，故提高了面料的阻燃效果。本发明制备得到的氨纶纤维面料具有优异的弹性性能、力学性能、阻燃性能。
Description
技术领域
本发明涉及面料技术领域，具体为一种高弹性的氨纶纤维面料及其制备工艺。
背景技术
氨纶是一种弹性的聚氨酯纤维，具有优异的耐酸碱性、耐磨性、耐干洗性、高延伸性、低弹性模量和高弹回复率、热稳定性。广泛应用于服装、家饰等领域。SIS是苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物，具有优异的力学性能、耐低温性能等，广泛应用于胶黏剂、防水材料、塑料等领域。六氯环三磷腈是一种阻燃中间体，广泛应用于各种阻燃剂的制备中，如专利申请号为CN109651440A的专利《阻燃剂三聚O,O-2-羟基丙撑磷腈化合物及其制备方法》公开了一种种阻燃剂三聚O，O-2-羟基丙撑磷腈化合物及其制备方法制备得到的阻燃剂应用于聚氨酯中具有优异的阻燃效果。本发明制备得到面料具有优异的弹性性能、力学性能和阻燃性能。若想要增加氨纶纤维面料的性能，传统方法是向其中加入各种添加剂，本发明制备得到的氨纶面料具有优异的弹性性能、力学性能、阻燃性能的氨纶纤维面料。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明制备得到一种具有优异弹性性能、力学性能、阻燃性能的氨纶纤维面料。
(二)技术方案
本发明为一种高弹性的氨纶纤维面料的制备工艺按照以下制备工艺进行：
S1：在氮气条件下，将多羟基SIS、甲苯二异氰酸酯、二月桂酸二丁基锡催化剂置于装有N,N-二甲基甲酰胺溶剂的烧瓶中搅拌反应，向其中加入二乙基戊二醇扩链剂的N,N-二甲基甲酰胺溶液，继续反应1-3h，在向其中加入乙二醇封端剂继续反应50-100min，最后降温至30-50℃，向其中加入三乙胺中和剂进行中和，去离子水乳化，静置，得到聚氨酯乳液；
S2：将聚氨酯乳液吸入至固定在注射泵上的注射器内，进行静电纺丝，得到高弹性的氨纶纤维面料。
优选的，所述步骤S1中多羟基SIS、甲苯二异氰酸酯、二月桂酸二丁基锡催化剂、二乙基戊二醇扩链剂、乙二醇封端剂、三乙胺中和剂的摩尔比为1:12.5-14:0.001-0.003:0.015-0.02:0.003-0.005:2-5。
优选的，所述步骤S2中纺丝速率为2-5cm/h，纺丝温度为20-35℃。
优选的，所述步骤中加入催化剂时搅拌反应的时间为2-4h，温度为60-90℃。
优选的，所述步骤中多羟基SIS的制备工艺为：
(1)将SIS溶于装有环己烷溶剂的烧瓶中，搅拌溶解，向其中加入间氯过氧苯甲酸的四氢呋喃溶液搅拌反应，无水乙醇沉淀、静置、过滤，干燥，得到环氧化SIS；
(2)在20-35℃下，将对羟基苯甲醚、三乙胺催化剂溶于四氢呋喃溶液中，搅拌溶解，在向其中加入六氯环三磷腈的四氢呋喃溶液，升温至100-120℃，回流反应20-30h，旋蒸，得到多甲氧基环三磷腈；
(3)将多甲氧基环三磷腈溶于装有甲苯溶剂的烧瓶中，在氮气氛围下，向其中加入活化的无水三氯化铝，升温至100-110℃，回流反应5-10h，反应结束后，趁热倒入浓度为0.8-1.5mol/L的盐酸溶液，继续回流反应2-4h，冷却至室温，甲苯萃取、减压浓缩，得到多羟基环三磷腈；
(4)将多羟基环三磷腈、对甲苯磺酸催化剂置于装有四氢呋喃溶剂的烧瓶中，搅拌溶解，在75-90℃下，向其中加入环氧化SIS，反应2-5h，丙酮洗涤、干燥得到多羟基SIS。
优选的，所述步骤(1)中SIS与间氯过氧苯甲酸的摩尔比为1:0.15-0.3。
优选的，所述步骤(1)中搅拌反应时间为1-4h，温度为60-80℃。
优选的，所述步骤(2)中对羟基苯甲醚、三乙胺、六氯环三磷腈的摩尔比为1:3-3.5:0.2-0.3。
优选的，所述步骤(3)中多甲氧基环三磷腈、无水三氯化铝的摩尔比为1:15-18。
优选的，所述步骤(4)中环氧化SIS、多羟基环三磷腈、对甲苯磺酸催化剂的摩尔比为1:0.1-0.4:0.03-0.05。
(三)有益的技术效果
SIS作为一种长链嵌段共聚物，具有优异的力学性能，但是它的相容性较差，将其环氧化，并与羟基化环三磷腈开环反应，形成一种羟基化的SIS，与材料的相容性增加。羟基化的SIS作为聚氨酯合成组分中的多元醇来源，与甲苯二异氰酸酯在二月桂酸二丁基锡催化剂、二乙基戊二醇扩链剂、乙二醇封端剂、三乙胺中和剂的条件下反应，得到聚氨酯乳液，其中多羟基的SIS与二异氰酸酯反应增大了反应的官能度，以多羟基的SIS为中心，形成了一种网络状结构，最后将聚氨酯乳液进行静电纺丝，得到氨纶纤维面料。当面料当受到冲击时，其中相互交联、缠绕的SIS组分以及网络状结构能够吸收较多的冲击能，提高面料的力学性能和弹性性能；此外当材料燃烧时，其中具有的环三磷腈组分受热产生酸性物质和难燃气体，其中酸性物质能够脱水成碳，进一步形成一种玻璃质层隔绝物质交换和能量交换，难燃气体能够稀释易燃气体的浓度，达到协同阻燃的效果。本发明制备得到的氨纶纤维面料具有优异的弹性性能、力学性能、阻燃性能。
附图说明
图1是环氧化SIS的制备工艺路线
图2是多羟基环三磷腈的制备工艺路线
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例1
(1)在70℃下，将5mol的SIS溶于装有环己烷溶剂的烧瓶中，搅拌溶解，向其中加入1mol的间氯过氧苯甲酸的四氢呋喃溶液搅拌反应2h，无水乙醇沉淀、静置、过滤，干燥，得到环氧化SIS。
(2)在20℃下，将0.2mol的对羟基苯甲醚、0.6mol的三乙胺催化剂溶于四氢呋喃溶液中，搅拌溶解，在向其中加入0.06mol的六氯环三磷腈的四氢呋喃溶液，升温至100℃，回流反应20h，旋蒸，得到多甲氧基环三磷腈。
(3)将0.006mol的多甲氧基环三磷腈溶于装有甲苯溶剂的烧瓶中，在氮气氛围下，向其中加入0.108mol的活化的无水三氯化铝，升温至105℃，回流反应8h，反应结束后，趁热倒入浓度为1mol/L的盐酸溶液，继续回流反应3h，冷却至室温，甲苯萃取、减压浓缩，得到多羟基环三磷腈。
(4)将0.06mol的多羟基环三磷腈、0.02mol的对甲苯磺酸催化剂置于装有四氢呋喃溶剂的烧瓶中，搅拌溶解，在80℃下，向其中加入0.6mol的环氧化SIS，反应4h，丙酮洗涤、干燥得到多羟基SIS。
(5)在氮气条件下，将1mol的多羟基SIS、13mol的甲苯二异氰酸酯、0.002mol的二月桂酸二丁基锡催化剂置于装有N,N-二甲基甲酰胺溶剂的烧瓶中，于80℃搅拌反应3h，向其中加入0.019mol的二乙基戊二醇扩链剂的N,N-二甲基甲酰胺溶液，继续反应2h，在向其中加入0.004mol的乙二醇封端剂继续反应90min，最后降温至40℃，向其中加入3mol的三乙胺中和剂进行中和，去离子水乳化，静置，得到聚氨酯乳液。
(6)在30℃下，将聚氨酯乳液吸入至固定在注射泵上的注射器内，进行静电纺丝，纺丝速率为4cm/h，得到高弹性的氨纶纤维面料。
实施例2
(1)在70℃下，将5mol的SIS溶于装有环己烷溶剂的烧瓶中，搅拌溶解，向其中加入0.9mol的间氯过氧苯甲酸的四氢呋喃溶液搅拌反应2h，无水乙醇沉淀、静置、过滤，干燥，得到环氧化SIS。
(2)在30℃下，将0.2mol的对羟基苯甲醚、0.65mol的三乙胺催化剂溶于四氢呋喃溶液中，搅拌溶解，在向其中加入0.05mol的六氯环三磷腈的四氢呋喃溶液，升温至110℃，回流反应25h，旋蒸，得到多甲氧基环三磷腈。
(3)将0.006mol的多甲氧基环三磷腈溶于装有甲苯溶剂的烧瓶中，在氮气氛围下，向其中加入0.09mol的活化的无水三氯化铝，升温至110℃，回流反应10h，反应结束后，趁热倒入浓度为1mol/L的盐酸溶液，继续回流反应4h，冷却至室温，甲苯萃取、减压浓缩，得到多羟基环三磷腈。
(4)将0.2mol的多羟基环三磷腈、0.02mol的对甲苯磺酸催化剂置于装有四氢呋喃溶剂的烧瓶中，搅拌溶解，在80℃下，向其中加入0.6mol的环氧化SIS，反应4h，丙酮洗涤、干燥得到多羟基SIS。
(5)在氮气条件下，将1mol的多羟基SIS、14mol的甲苯二异氰酸酯、0.003mol的二月桂酸二丁基锡催化剂置于装有N,N-二甲基甲酰胺溶剂的烧瓶中，于90℃搅拌反应4h，向其中加入0.02mol的二乙基戊二醇扩链剂的N,N-二甲基甲酰胺溶液，继续反应3h，在向其中加入0.005mol的乙二醇封端剂继续反应100min，最后降温至50℃，向其中加入5mol的三乙胺中和剂进行中和，去离子水乳化，静置，得到聚氨酯乳液。
(6)在30℃下，将聚氨酯乳液吸入至固定在注射泵上的注射器内，进行静电纺丝，纺丝速率为3cm/h，得到高弹性的氨纶纤维面料。
实施例3
(1)在80℃下，将5mol的SIS溶于装有环己烷溶剂的烧瓶中，搅拌溶解，向其中加入1mol的间氯过氧苯甲酸的四氢呋喃溶液搅拌反应2h，无水乙醇沉淀、静置、过滤，干燥，得到环氧化SIS。
(2)在30℃下，将0.2mol的对羟基苯甲醚、0.7mol的三乙胺催化剂溶于四氢呋喃溶液中，搅拌溶解，在向其中加入0.05mol的六氯环三磷腈的四氢呋喃溶液，升温至110℃，回流反应25h，旋蒸，得到多甲氧基环三磷腈。
(3)将0.006mol的多甲氧基环三磷腈溶于装有甲苯溶剂的烧瓶中，在氮气氛围下，向其中加入0.1mol的活化的无水三氯化铝，升温至110℃，回流反应8h，反应结束后，趁热倒入浓度为1.2mol/L的盐酸溶液，继续回流反应4h，冷却至室温，甲苯萃取、减压浓缩，得到多羟基环三磷腈。
(4)将0.1mol的多羟基环三磷腈、0.025mol的对甲苯磺酸催化剂置于装有四氢呋喃溶剂的烧瓶中，搅拌溶解，在80℃下，向其中加入0.6mol的环氧化SIS，反应3h，丙酮洗涤、干燥得到多羟基SIS。
(5)在氮气条件下，将1mol的多羟基SIS、13mol的甲苯二异氰酸酯、0.002mol的二月桂酸二丁基锡催化剂置于装有N,N-二甲基甲酰胺溶剂的烧瓶中，于80℃搅拌反应3h，向其中加入0.02mol的二乙基戊二醇扩链剂的N,N-二甲基甲酰胺溶液，继续反应2h，在向其中加入0.005mol的乙二醇封端剂继续反应80min，最后降温至40℃，向其中加入3mol的三乙胺中和剂进行中和，去离子水乳化，静置，得到聚氨酯乳液。
(6)在30℃下，将聚氨酯乳液吸入至固定在注射泵上的注射器内，进行静电纺丝，纺丝速率为4cm/h，得到高弹性的氨纶纤维面料。
实施例4
(1)在80℃下，将5mol的SIS溶于装有环己烷溶剂的烧瓶中，搅拌溶解，向其中加入1.5mol的间氯过氧苯甲酸的四氢呋喃溶液搅拌反应4h，无水乙醇沉淀、静置、过滤，干燥，得到环氧化SIS。
(2)在35℃下，将0.2mol的对羟基苯甲醚、0.7mol的三乙胺催化剂溶于四氢呋喃溶液中，搅拌溶解，在向其中加入0.06mol的六氯环三磷腈的四氢呋喃溶液，升温至120℃，回流反应25h，旋蒸，得到多甲氧基环三磷腈。
(3)将0.006mol的多甲氧基环三磷腈溶于装有甲苯溶剂的烧瓶中，在氮气氛围下，向其中加入0.09mol的活化的无水三氯化铝，升温至110℃，回流反应8h，反应结束后，趁热倒入浓度为1.2mol/L的盐酸溶液，继续回流反应3h，冷却至室温，甲苯萃取、减压浓缩，得到多羟基环三磷腈。
(4)将0.022mol的多羟基环三磷腈、0.018mol的对甲苯磺酸催化剂置于装有四氢呋喃溶剂的烧瓶中，搅拌溶解，在90℃下，向其中加入0.6mol的环氧化SIS，反应5h，丙酮洗涤、干燥得到多羟基SIS。
(5)在氮气条件下，将1mol的多羟基SIS、13mol的甲苯二异氰酸酯、0.001mol的二月桂酸二丁基锡催化剂置于装有N,N-二甲基甲酰胺溶剂的烧瓶中，于80℃搅拌反应3h，向其中加入0.02mol的二乙基戊二醇扩链剂的N,N-二甲基甲酰胺溶液，继续反应2h，在向其中加入0.005mol的乙二醇封端剂继续反应50min，最后降温至35℃，向其中加入5mol的三乙胺中和剂进行中和，去离子水乳化，静置，得到聚氨酯乳液。
(6)在30℃下，将聚氨酯乳液吸入至固定在注射泵上的注射器内，进行静电纺丝，纺丝速率为5cm/h，得到高弹性的氨纶纤维面料。
实施例5
(1)在60℃下，将5mol的SIS溶于装有环己烷溶剂的烧瓶中，搅拌溶解，向其中加入0.75mol的间氯过氧苯甲酸的四氢呋喃溶液搅拌反应1h，无水乙醇沉淀、静置、过滤，干燥，得到环氧化SIS。
(2)在30℃下，将0.2mol的对羟基苯甲醚、0.6mol的三乙胺催化剂溶于四氢呋喃溶液中，搅拌溶解，在向其中加入0.05mol的六氯环三磷腈的四氢呋喃溶液，升温至110℃，回流反应25h，旋蒸，得到多甲氧基环三磷腈。
(3)将0.006mol的多甲氧基环三磷腈溶于装有甲苯溶剂的烧瓶中，在氮气氛围下，向其中加入0.09mol的活化的无水三氯化铝，升温至105℃，回流反应8h，反应结束后，趁热倒入浓度为0.8mol/L的盐酸溶液，继续回流反应2h，冷却至室温，甲苯萃取、减压浓缩，得到多羟基环三磷腈。
(4)将0.2mol的多羟基环三磷腈、0.02mol的对甲苯磺酸催化剂置于装有四氢呋喃溶剂的烧瓶中，搅拌溶解，在75℃下，向其中加入0.6mol的环氧化SIS，反应4h，丙酮洗涤、干燥得到多羟基SIS。
(5)在氮气条件下，将1mol的多羟基SIS、13mol的甲苯二异氰酸酯、0.001mol的二月桂酸二丁基锡催化剂置于装有N,N-二甲基甲酰胺溶剂的烧瓶中，于80℃搅拌反应3h，向其中加入0.02mol的二乙基戊二醇扩链剂的N,N-二甲基甲酰胺溶液，继续反应2h，在向其中加入0.005mol的乙二醇封端剂继续反应90min，最后降温至40℃，向其中加入3mol的三乙胺中和剂进行中和，去离子水乳化，静置，得到聚氨酯乳液。
(6)在35℃下，将聚氨酯乳液吸入至固定在注射泵上的注射器内，进行静电纺丝，纺丝速率为5cm/h，得到高弹性的氨纶纤维面料。
对比例1
(1)在氮气条件下，将1mol的聚环氧丙烷二醇、13mol的甲苯二异氰酸酯、0.002mol的二月桂酸二丁基锡催化剂置于装有N,N-二甲基甲酰胺溶剂的烧瓶中，于80℃搅拌反应3h，向其中加入0.019mol的二乙基戊二醇扩链剂的N,N-二甲基甲酰胺溶液，继续反应2h，在向其中加入0.004mol的乙二醇封端剂继续反应90min，最后降温至40℃，向其中加入3mol的三乙胺中和剂进行中和，去离子水乳化，静置，得到聚氨酯乳液。
(2)在30℃下，将聚氨酯乳液吸入至固定在注射泵上的注射器内，进行静电纺丝，纺丝速率为4cm/h，得到高弹性的氨纶纤维面料。
按照GB/T2406-93，测试面料的极限氧指数。
按照GB/T3923.1-2013,测试面料的经、纬纱拉伸性能。
| LOI/％ | 经向断裂强力/N | 纬向断裂强力/N | |
| 实施例1 | 27.6 | 894 | 857 |
| 实施例2 | 29.9 | 925 | 868 |
| 实施例3 | 31.8 | 941 | 892 |
| 实施例4 | 33.1 | 908 | 870 |
| 实施例5 | 32.0 | 880 | 791 |
| 对比例1 | 22.4 | 762 | 699 |
实施例1-5的氨纶纤维面料的极限氧指数均较对比例1的氨纶纤维面料的极限氧指数较大，这是因为在实施例1-5中含有的环三磷腈组分在受热时产生的酸性物质能够脱水成碳，形成一种玻璃质层进而达到隔绝物质交换和能量交换，受热时产生的难燃气体能够稀释易燃气体的浓度，达到协同阻燃的效果。在对比例1中没有阻燃成分，因此阻燃效果最差。实施例1-5的氨纶纤维面料的拉伸性能要强于对比例1的，这是因为在实施例1-5中含有的SIS长链弹性体以及反应后的聚氨酯结构，其中具有较为稳定的交联网状结构和较为稳定的环状结构在受到冲击时，能够吸收较多的冲击能，转移应力应变，提高面料的力学性能。
按照FZ/T01054.1-1999，使用KES织物风格仪，测试织物的压缩性能。
| 压缩功回复率RC(％) | |
| 实施例1 | 56.47 |
| 实施例2 | 52.89 |
| 实施例3 | 68.74 |
| 实施例4 | 64.15 |
| 实施例5 | 62.89 |
| 对比例1 | 45.11 |
实施例1-5的氨纶纤维面料的压缩功回复率比对比例1的氨纶纤维面料的压缩功回复率要大，压缩功回复率越大，织物的回复能力就越强，弹性越强，实施例1-5中相较于对比例1中加入了SIS弹性体，且本发明制备得到的聚氨酯纤维中的长链相互缠绕、交联，因此具有比对比例1更好的弹性。
以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种高弹性的氨纶纤维面料的制备工艺，其特征在于：所述制备工艺为：
S1：在氮气条件下，将多羟基SIS、甲苯二异氰酸酯、二月桂酸二丁基锡催化剂置于装有N,N-二甲基甲酰胺溶剂的烧瓶中搅拌反应，向其中加入二乙基戊二醇扩链剂的N,N-二甲基甲酰胺溶液，继续反应1-3h，在向其中加入乙二醇封端剂继续反应50-100min，最后降温至30-50℃，向其中加入三乙胺中和剂进行中和，去离子水乳化，静置，得到聚氨酯乳液；
S2：将聚氨酯乳液吸入至固定在注射泵上的注射器内，进行静电纺丝，得到高弹性的氨纶纤维面料，
所述步骤中多羟基SIS的制备工艺为：
（1）将SIS溶于装有环己烷溶剂的烧瓶中，搅拌溶解，向其中加入间氯过氧苯甲酸的四氢呋喃溶液搅拌反应，无水乙醇沉淀、静置、过滤，干燥，得到环氧化SIS；
（2）在20-35℃下，将对羟基苯甲醚、三乙胺催化剂溶于四氢呋喃溶液中，搅拌溶解，在向其中加入六氯环三磷腈的四氢呋喃溶液，升温至100-120℃，回流反应20-30h，旋蒸，得到多甲氧基环三磷腈；
（3）将多甲氧基环三磷腈溶于装有甲苯溶剂的烧瓶中，在氮气氛围下，向其中加入活化的无水三氯化铝，升温至100-110℃，回流反应5-10h，反应结束后，趁热倒入浓度为0.8-1.5mol/L的盐酸溶液，继续回流反应2-4h，冷却至室温，甲苯萃取、减压浓缩，得到多羟基环三磷腈；
（4）将多羟基环三磷腈、对甲苯磺酸催化剂置于装有四氢呋喃溶剂的烧瓶中，搅拌溶解，在75-90℃下，向其中加入环氧化SIS，反应2-5h，丙酮洗涤、干燥得到多羟基SIS。
2.根据权利要求1所述的高弹性的氨纶纤维面料的制备工艺，其特征在于：所述步骤S1中多羟基SIS、甲苯二异氰酸酯、二月桂酸二丁基锡催化剂、二乙基戊二醇扩链剂、乙二醇封端剂、三乙胺中和剂的摩尔比为1:12.5-14:0.001-0.003:0.015-0.02:0.003-0.005:2-5。
3.根据权利要求1所述的高弹性的氨纶纤维面料的制备工艺，其特征在于：所述步骤S2中纺丝速率为2-5cm/h，纺丝温度为20-35℃。
4.根据权利要求1所述的高弹性的氨纶纤维面料的制备工艺，其特征在于：所述步骤S1中加入催化剂时搅拌反应的时间为2-4h，温度为60-90℃。
5.根据权利要求1所述的高弹性的氨纶纤维面料的制备工艺，其特征在于：所述步骤（1）中SIS与间氯过氧苯甲酸的摩尔比为1:0.15-0.3。
6.根据权利要求1所述的高弹性的氨纶纤维面料的制备工艺，其特征在于：所述步骤（1）中搅拌反应时间为1-4h，温度为60-80℃。
7.根据权利要求1所述的高弹性的氨纶纤维面料的制备工艺，其特征在于：所述步骤（2）中对羟基苯甲醚、三乙胺、六氯环三磷腈的摩尔比为1:3-3.5:0.2-0.3。
8.根据权利要求1所述的高弹性的氨纶纤维面料的制备工艺，其特征在于：所述步骤（3）中多甲氧基环三磷腈、无水三氯化铝的摩尔比为1:15-18。
9.根据权利要求1所述的高弹性的氨纶纤维面料的制备工艺，其特征在于：所述步骤（4）中环氧化SIS、多羟基环三磷腈、对甲苯磺酸催化剂的摩尔比为1:0.1-0.4:0.03-0.05。
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