一种力学性能优良的耐高温熔纺氨纶切片及其制备方法

技术领域

本发明属于熔纺氨纶切片技术领域，具体是涉及到一种力学性能良好的耐高温熔纺氨纶切片及其制备方法。

背景技术

氨纶即聚氨酯弹性纤维，以其富有弹性、穿着贴身舒适的优点得到消费者的青睐，被广泛应用于纺织、包装、医用等领域，是目前全球发展最快的合成纤维。

氨纶目前有干法纺丝、湿法纺丝、熔融纺丝及化学法纺丝四种生产工艺。在上述四种氨纶生产工艺中，湿法与化学法由于工艺流程长、设备投入大、环境污染严重、产品性能比较差等一系列原因，已开始逐步被淘汰。干法纺丝工艺相对而言设备投入小、占地少、产品性能良好，目前的应用最多。但干法纺丝也存在溶剂DMF(二甲基甲酰胺) 对环境产生负面影响的问题，在环保意识与法规日益加强的今天，其发展越来越受到限制。熔纺氨纶因生产工艺流程简单、设备投资小、生产效率高、丝质柔软，易于生产细旦丝等优势，已经成为今后氨纶发展的主流方向，目前国内生产能力已超过全球熔纺氨纶总能力的三分之二，生产厂家20余家，生产能力和市场占有率迅速提高。

熔纺氨纶纺丝技术，其生产流程是熔纺氨纶切片经干燥、再熔融、计量、纺丝、上油、卷绕、平衡等工序，即得到熔纺氨纶纤维。熔纺氨纶切片性能、熔纺氨纶设备、助剂以及工艺条件等都会对熔纺氨纶纤维的性能产生影响。其中，熔纺氨纶切片的性能对熔纺氨纶纤维的性能起到决定性作用。

与其他合成纤维相比，氨纶的耐热性能要差一些，其耐热性依据所用的材料，生产方式不同而有所差异。氨纶的耐高温性能对于面料的影响主要表现在后道染整工序上。如果氨纶丝的耐高温性能较差，会在两方面影响其使用：首先是胚布预定型，高温作用下导致氨纶失弹；其次是二次染色时使坯布中氨纶断裂导致坯布报废。常规氨纶耐湿热温度在130℃左右，温度超过120℃，氨纶就开始断裂。

目前，氨纶越来越多的是与涤纶或锦纶混纺，但氨纶与涤纶混纺的织物必须在130℃以上高温下染色才有较好的上染率，通常为了使其颜色保持鲜艳不褪色，需要对面料进行2次甚至3次染色。由于氨纶在高温下其硬段区容易破坏，分子链中的氨酯脲结构也容易产生氧化、降解，因此，在高温下染色氨纶容易受到损害而降低弹性或引起纱线断裂，影响面料的性能。通常来说，聚醚型氨纶的热氧化降解作用要比聚酯型更严重，在高温下，使氨纶逐渐发黄、发黏，发生化学降解，链段部分断裂，会极大地降低氨纶的高弹性。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供了一种力学性能优良的耐高温熔纺氨纶切片及其制备方法，通过在熔纺氨纶切片分子链中引入脂环族二醇，脂环结构位阻大，使熔纺氨纶切片大分子链活动困难，增加了其耐热性；聚醚多元醇，柔顺性好，赋予了熔纺氨纶切片良好的回弹和断裂伸长率；随着R值的提高，分子主链中芳环和异氰酸酯的含量增加，使分子链的刚性大大增加，分子间作用力增强，进一步提高熔纺氨纶切片的DSC熔点和力学性能，从而使生产出来的氨纶切片具有优良的力学性能和耐高温性。

本发明通过以下技术方案得以实现：

一种力学性能优良的耐高温熔纺氨纶切片及其制备方法，所述耐高温熔纺氨纶切片原料组成包括：聚醚多元醇，二异氰酸酯，脂环族二醇和小分子二元醇混合物，催化剂，抗氧剂，光稳剂和滑剂。

进一步的，聚醚多元醇包括：聚四氢呋喃醚二醇PTMEG,聚乙二醇PEG,聚丙二醇PPG。其数均分子量选自1000～3000g/mol,优选 1500～2000g/mol。

进一步的，所述脂环族二醇为：1，4-环己烷二甲醇、1、4-环己二醇、1，3-环己二醇、1，2-环己二醇、氢化双酚A、三环十二碳二甲醇、1，6-十二碳环烷二醇、1，5-十二碳环烷二醇、1，4-十二碳环烷二醇或四甲基环丁二醇中的一种或两种以上。

进一步的，所述小分子二元醇选自：1，6-己二醇，1，5-戊二醇，二乙二醇，1，4-丁二醇，1，2-丙二醇和2甲基-1，3丙二醇中的一种或几种混合而成。

进一步的，所述脂环族二醇和小分子二元醇混合物，其特征在于脂环族二醇和小分子二元醇摩尔比为1：10∽25。

进一步的，所述二异氰酸酯选自：甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、对苯二异氰酸酯、1，4-环己烷二异氰酸酯、环己烷二亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯中的至少一种，优选自二苯基甲烷-4，4’二异氰酸酯。

进一步的，所述灌注系统中聚醚多元醇与脂环族二醇和小分子二元醇混合物流量比为100：5～20，并且生产中，R(异氰酸酯指数) 控制在0.98～1.20。

进一步的，所述的力学性能优良的耐高温熔纺氨纶切片硬度 75A-80A,断裂伸长率≥500％，拉伸强度≥35Mpa,DSC熔点≥160℃

进一步的，力学性能优良的耐高温熔纺氨纶切片生产包括以下步骤：采用双螺杆反应挤出工艺，将脂环族二醇和小分子二元醇按照摩尔比1：10～25在反应釜C中混合，在80～100℃条件下搅拌0.5h-1h；将聚醚多元醇、抗氧剂、光稳剂、催化剂和滑剂加入到反应釜A中搅拌均匀，在80～120℃，抽真空条件下脱水，水分含量小于300ppm；将二异氰酸酯加入反应釜B中，恒温在50～70℃；氮气保护下将原料混合注入双螺杆挤出机，灌注系统中A和C的流量比控制在100：5～20，双螺杆挤出机各区温度控制在140～220℃，依靠螺杆剪切力和啮合力，使物料进行塑化并均匀混合，经水下切粒系统切粒，脱水，干燥，生产出一种力学性能优良的耐高温熔纺氨纶切片。

进一步的，力学性能优良的耐高温熔纺氨纶切片生产包括以下步骤：采用浇注工艺，将脂环族二醇和小分子二元醇按照摩尔比1： 10～25在反应釜C中混合，在80～100℃条件下搅拌0.5h-1h；将聚醚多元醇、抗氧剂、光稳剂、催化剂和滑剂加入到反应釜A中搅拌均匀，在80～120℃，抽真空条件下脱水，水分含量小于300ppm；将二异氰酸酯加入反应釜B中，恒温在50～70℃；氮气保护下将原料混合注于传送带装置，灌注系统中A和C的流量比控制在100：5～20，物料在传送带恒温120℃处置0.5-1h后，冷却，输送至破碎机进行粉碎造粒，生产出一种力学性能优良的耐高温熔纺氨纶切片。

本发明的有益效果在于：

按照本发明制备出的熔纺氨纶切片，硬度75A～80A，拉伸强度大，断裂伸长率高，DSC熔点≥160℃，可以满足含氨纶面料在130℃以上染色，水洗和定型等整理的要求，具有突出的应用价值。

具体实施方式：

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示范性的，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的操作方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。

实施例1

采用双螺杆反应挤出工艺，将1、4-环己烷二甲醇(购自Eastman 化学)和1，4-丁二醇按照摩尔比1：15在反应釜C中混合，在80℃条件下搅拌0.5h；分子量2000的聚四氢呋喃醚二醇(购自晓星氨纶) 加入到反应釜A中，并将抗氧剂1010和168、光稳剂770、催化剂 T9(辛酸亚锡)和滑剂EBS加入到反应釜A中搅拌均匀，在100℃下抽真空脱水至水分含量小于300ppm；将二苯基甲烷-4，4’二异氰酸酯加入反应釜B中，恒温在60℃；氮气保护下将原料混合注入双螺杆挤出机，灌注系统中A和C的流量比控制在100:17，R值为1.09, 双螺杆挤出机各区温度控制在140～220℃，依靠螺杆剪切力和啮合力，使物料进行塑化并均匀混合，经水下切粒系统切粒，脱水，干燥，生产出一种力学性能优良的耐高温熔纺氨纶切片。评价其性能，如表1 所示。

实施例2

采用双螺杆反应挤出工艺，将1，3-环己二醇(购自韩国SK)和1， 6-己二醇按照摩尔比1：20在反应釜C中混合，在90℃条件下搅拌0.5h；将分子量1000的聚四氢呋喃醚二醇(购自晓星氨纶)和分子量2000 聚四氢呋喃醚二醇(购自晓星氨纶)按质量比3：7加入到反应釜A 中，并将抗氧剂1010和168、光稳剂770、催化剂T9(辛酸亚锡) 和滑剂EBS加入到反应釜A中搅拌均匀，在100℃下抽真空脱水，水分含量小于300ppm；将二苯基甲烷-4，4’二异氰酸酯加入反应釜 B中，恒温在60℃；氮气保护下将原料混合注入双螺杆挤出机，灌注系统中A和C的流量比控制在100：15；R值为1.12。双螺杆挤出机各区温度控制在140～220℃，依靠螺杆剪切力和啮合力，使物料进行塑化并均匀混合，经水下切粒系统切粒，脱水，干燥，生产出一种力学性能优良的耐高温熔纺氨纶切片。评价其性能，如表1所示。

实施例3

采用浇注工艺，1、4-环己烷二甲醇(购自Eastman化学)和1，4- 丁二醇按照摩尔比1：18在反应釜C中混合，在80℃条件下搅拌0.5h；将分子量2000的聚乙二醇(购自上海东大化学)加入到反应釜A中，并将抗氧剂1010和168、光稳剂770、催化剂T9(辛酸亚锡)和滑剂EBS加入到反应釜A中搅拌均匀，在100℃下真空脱水,水分含量小于300ppm；将二苯基甲烷-4，4’二异氰酸酯加入反应釜B中，恒温在60℃；氮气保护下将原料混合注于传送带装置，灌注系统中A 和C的流量比控制在100：18，R值为1.08。物料在传送带恒温120℃处置1h后，冷却，输送至破碎机进行粉碎造粒，生产出一种力学性能优良的耐高温熔纺氨纶切片。评价其性能，如表1所示。

对比例1

采用双螺杆反应挤出工艺，将1，4-丁二醇加入到反应釜C中，恒温在90℃；将分子量1000的聚四氢呋喃醚二醇(购自晓星氨纶) 加入到反应釜A中，并将抗氧剂1010和168、光稳剂770、催化剂 T9(辛酸亚锡)和滑剂EBS加入到反应釜A中搅拌均匀，在100℃下抽真空脱水，水分含量小于300ppm；将二苯基甲烷-4，4’二异氰酸酯加入反应釜B中，恒温在60℃。氮气保护下将原料混合注入双螺杆挤出机，灌注系统中A和C的流量比设置为100：28，R值为1.12，双螺杆挤出机各区温度控制在140～220℃，依靠螺杆剪切力和啮合力，使物料进行塑化并均匀混合，经水下切粒系统切粒，脱水，干燥，生产出一种熔纺氨纶切片。评价其性能，如表1所示。

对比例2

采用浇注工艺，将1，4-丁二醇和2甲基-1，3丙二醇按摩尔比5： 1加入到反应釜C中，80℃搅拌0.5h；将分子量2000的聚四氢呋喃醚醇(购自晓星化工)加入到反应釜A中，并将抗氧剂1010和168、光稳剂770、催化剂T9(辛酸亚锡)和滑剂EBS加入到反应釜A中搅拌均匀，在110℃下真空脱水，水分含量小于300ppm；将二苯基甲烷-4，4’二异氰酸酯加入反应釜B中，恒温在60℃；氮气保护下将原料混合注于传送带装置，灌注系统A和C的流量比控制为100： 25,R值为1.14。物料在传送带恒温120℃处置0.5h后，冷却，输送至破碎机进行粉碎造粒，生产出一种熔纺氨纶切片。评价其性能，如表1所示。

对比例3

采用双螺杆反应挤出工艺，将1、4-环己烷二甲醇(购自Eastman 化学)和1，4-丁二醇按照摩尔比3：15在反应釜C中混合，在80℃条件下搅拌0.5h；分子量2000的聚四氢呋喃醚醇(购自晓星氨纶) 加入到反应釜A中，并将抗氧剂1010和168、光稳剂770、催化剂 T9(辛酸亚锡)和滑剂EBS加入到反应釜A中搅拌均匀，在90℃下抽真空脱水,水分含量小于300ppm；将二苯基甲烷-4，4’二异氰酸酯加入反应釜B中，恒温在60℃；氮气保护下将原料混合注入双螺杆挤出机，灌注系统中A和C的流量比控制在100:17，R值为1.09,双螺杆挤出机各区温度控制在140～220℃，依靠螺杆剪切力和啮合力，使物料进行塑化并均匀混合，经水下切粒系统切粒，脱水，干燥，生产出一种熔纺氨纶切片。评价其性能，如表1所示。

实施例1～3和对比例1～3所得制品得性能测试如表1所示。

表1

由表1中实施例1～3和对比例1～3的熔纺氨纶切片的性能数据表明：

实施例1～3和对比例3，通过脂环族二醇与异氰酸根反应，将脂环结构引入到熔纺氨纶切片分子链中，使生产的熔纺氨纶切片力学性能优良并且DSC熔点≥160℃。由于脂环结构位阻大，熔纺氨纶切片大分子链活动困难，DSC熔点提高；但在脂环族二醇和小分子二元醇混合物中，脂环族二醇与小分子二元醇摩尔比应该控制在1：10～25，如果大于1：10～25，如对比例3中，则会使脂环结构在分子链中的比例增加，导致熔纺氨纶切片的刚性偏大，硬度偏高，伸长率下降， DSC熔点偏高。从而使氨纶切片在纺丝过程中再熔融温度升高，可纺性变差，并且得到的氨纶丝柔软性变差，手感不好。

聚醚多元醇，分子链段柔顺性好，灌注系统中控制聚醚多元醇与脂环族二醇和小分子二元醇混合物流量比为100：5∽20，使熔纺氨纶切片的硬度控制在75A～80A,增加了熔融纺丝的可纺性，并且丝质柔软。随着R值的提高，增加了主链中芳环的含量，使分子链的刚性大大增加，增大了氨纶切片的熔点和力学性能；随着熔纺氨纶切片分子量的提高，分子链中更多的羰基和脲基参与形成氢键，使聚合物分子间作用力加强，硬段晶区更加稳定，进一步增加了熔纺氨纶切片的 DSC熔点和力学性能。但是R值太高，容易爆聚形成凝胶的概率增加，会导致断裂伸长率的下降，所以R值应控制在0.98∽1.20的范围。

本专利通过双螺杆反应挤出工艺和浇注工艺两种方法制备的熔纺氨纶切片硬度75A～80A，断裂伸长率≥500％，拉伸强度≥35Mpa, DSC熔点≥160℃，是一种力学性能优良的耐高温熔纺氨纶切片，可以满足含氨纶面料在130℃以上染色，水洗和定型等整理的要求，具有突出的应用价值。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员均可按以上所述而顺畅地实施本发明；但是,凡熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、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以上实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变等，均仍属于本发明的技术方案的保护范围之内。