具有高生产效率的聚氨酯弹性纤维的制备方法

摘要

本发明涉及一种具有高生产效率的聚氨酯弹性纤维的制备方法。1)将组分a与低聚多元醇混合，搅拌均匀，形成稳定的混合物；所述组分a由非离子表面活性剂和有机溶剂组成；2)在上述混合物中加入二异氰酸酯，进行充分反应，得到异氰酸根封端的预聚物溶液；3)采用混合胺溶液对预聚物进行扩链反应，生成聚氨酯原液；4)向聚氨酯原液中添加组分b，搅拌熟化后得到纺丝原液；所述组分b由非离子表面活性剂、阴离子表面活性剂和有机溶剂组成；5)将纺丝原液进行干法纺丝制得所述的聚氨酯弹性纤维。本发明制备的聚氨酯弹性纤维具有高的断裂强度和断裂伸长率，因此本发明的方法可满足高速度纺丝工艺的要求，并能显著提高生产效率。

权利要求

1.一种具有高生产效率的聚氨酯弹性纤维的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

1)将组分a加入到低聚物多元醇中，通过强力机械搅拌进行充分混合，形成稳定的混合物体系；

2)在上述体系中加入二异氰酸酯，在25～55℃的条件下反应60～120min，得到具有异氰酸根封端的预聚物溶液；

3)将得到的预聚物溶液冷却至3～25℃后，加入混合胺溶液进行扩链反应，生成聚氨酯原液；

4)向上述聚氨酯原液中添加组分b、抗氧剂、紫外线吸收剂、防黄剂、润滑剂、染色助剂充分搅拌混合，熟化后得到纺丝原液；

5)将上述纺丝原液进行干法纺丝，即得到聚氨酯弹性纤维；

其中：组分a由具有通式Ⅰ结构的非离子表面活性剂和有机溶剂组成，且式中R1、R2、R3为碳数为1～16的直链、支链或环状烷基；

组分b由具有通式Ⅱ～Ⅴ结构的非离子表面活性剂、具有通式Ⅵ～Ⅸ结构的阴离子表面活性剂和有机溶剂组成；通式Ⅱ～Ⅸ中R4为碳数为8～18的直链、支链或环状烷基，R5为碳数为2～20的直链、支链或环状烷基，M为碱金属、碱土金属、铵或有机胺，x、y、z＝1～30，n＝

1～10；

2.根据权利要求1所述的具有高生产效率的聚氨酯弹性纤维的制备方法，其特征在于所述的组分a中非离子表面活性剂在聚氨酯弹性纤维中的质量百分比为0.005％～0.02％；

组分b中非离子表面活性剂与阴离子表面活性剂的质量比为1∶1～4∶1，二者总量在聚氨酯弹性纤维中的质量百分比为0.03％～1.5％。

3.根据权利要求1所述的具有高生产效率的聚氨酯弹性纤维的制备方法，其特征在于：所述的低聚物多元醇为分子量为1000～3000的聚四亚甲基醚二醇或聚丙二醇，亦或是两者的混合物。

4.根据权利要求1所述的具有高生产效率的聚氨酯弹性纤维的制备方法，其特征在于：所述的二异氰酸酯为4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯或2,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯，亦或是两者的混合物，且二异氰酸酯与低聚物多元醇的摩尔比为1∶1.6～1∶2.2。

5.根据权利要求1所述的具有高生产效率的聚氨酯弹性纤维的制备方法，其特征在于：所述的混合胺溶液由扩链剂、链终止剂和有机溶剂组成，其中扩链剂与链终止剂的摩尔比为2∶1～25∶1，扩链剂为无支链扩链剂乙二胺、1,3-丙二胺或1,4-丁二胺中的一种或几种，链终止剂为选自二乙胺、乙醇胺或二异丙胺或二丁胺中的一种或几种。

6.根据权利要求1所述的具有高生产效率的聚氨酯弹性纤维的制备方法，其特征在于：所述的扩链反应中扩链剂为无支链扩链剂与带支链扩链剂的混合物，其中无支链扩链剂占扩链剂总摩尔量的80％～99％，带支链扩链剂占扩链剂总摩尔量的1％～20％，带支链扩链剂为1,2-丙二胺或2-甲基戊二胺或N-乙基乙二胺中的一种或几种。

7.根据权利要求1所述的具有高生产效率的聚氨酯弹性纤维的制备方法，其特征在于：所述的聚氨酯弹性纤维的纺丝原液的固含量为30wt％～45wt％。

8.根据权利要求1所述的具有高生产效率的聚氨酯弹性纤维的制备方法，其特征在于：所述的有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺或N,N-二甲基乙酰胺。

说明书

具有高生产效率的聚氨酯弹性纤维的制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种具有高生产效率的聚氨酯弹性纤维的制备技术，还涉及一种提高聚氨酯弹性纤维弹性性能的方法，属于聚氨酯弹性纤维技术领域。更具体地，本发明涉及通过加入表面活性剂制得具有优异弹性性能的聚氨酯弹性纤维，可满足高速度纺丝工艺的要求。

背景技术

[0002] 聚氨酯弹性纤维具有优异的拉升强度、高的断裂伸长和弹性回复率，广泛应用于针织和机织等弹性织物中。随着社会的发展和市场竞争的加剧，人们也在追求更高的生产效率和产能，并可降低成本。为了满足上述要求，一方面可以适当缩短聚合时间；另一方面可以提高纺丝速度，而纺丝速度的提高势必引起聚氨酯弹性纤维弹性性能的下降。因此开发出能提高聚氨酯弹性纤维断裂强度和断裂伸长的技术对高速纺丝就显得尤为必要。

[0003] 聚氨酯硬段的的苯环、脲基和氨基甲酸酯极性强、内聚能高，易形成分子间或分子内的物理交联，使聚氨酯原液体系的粘度升高，并会产生部分凝胶，不利于后期的成型加工。高的生产效率一般需要高的浓度，因此其对生产技术的要求更高，在较高的浓度下，原液的稳定性也会变差，内聚能超过了极限值，当提高了纺丝速度，原液经过喷丝板的时间又缩短，原液体系的内聚能来不及有效释放，从而在喷丝板出口处使丝条发生内聚力切断，形成断丝，降低了可纺性。同时，纺丝速度的提高会使得聚氨酯丝条的结晶性、取向度增加，导致纤维的弹性功能受损，影响产品质量。

[0004] 表面活性剂是一类具有两亲分子结构的物质，能改善溶液体系的界面状态和理化性质，由于表面活性剂的均化和助溶作用，使聚氨酯原液微观结构的均匀性提高，消除原液的不稳定性，适当降低内聚能。同时，表面活性剂在聚氨酯原液中的使用可使原液在喷丝板壁的粘连漫流，以及在喷丝板出口处的挤出胀大现象均有所改善，提高了原液的可纺性能。但是，当单一使用某种或某类表面活性剂时，其用量较大，会导致表面活性剂与原液相容性变差，损害可纺性和纤维力学性能。即使是用量较少，在一般的工艺条件下，单一表面活性剂的使用对纤维弹性性能的改善效果也并不明显。

发明内容

[0005] 技术问题：为了解决背景技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种具有高生产效率的聚氨酯弹性纤维的制备方法，首先通过原位添加表面活性剂，然后在原液中再添加表面活性剂的复配体系来提供一种具有高生产效率的聚氨酯弹性纤维的制备方法。根据本发明的工艺方法制得的聚氨酯弹性纤维具有高的断裂强度和断裂伸长率，适合高速度纺丝工艺的要求，且能缩短聚合反应的时间，明显提高生产效率。

[0006] 技术方案：本发明提供了一种具有高生产效率的聚氨酯弹性纤维的制备方法，其包括以下步骤：

[0007] 1)将组分a加入到低聚物多元醇中，通过强力机械搅拌进行充分混合，形成稳定的混合物体系；

[0008] 2)在上述体系中加入二异氰酸酯，在25～55℃的条件下反应60～120min，得到具有异氰酸根封端的预聚物溶液；

[0009] 3)将得到的预聚物溶液冷却至3～25℃后，加入混合胺溶液进行扩链反应，生成聚氨酯原液；

[0010] 4)向上述聚氨酯原液中添加组分b、抗氧剂、紫外线吸收剂、防黄剂、润滑剂、染色助剂充分搅拌混合，熟化后得到纺丝原液；

[0011] 5)将上述纺丝原液进行干法纺丝，即得到聚氨酯弹性纤维；

[0012] 其中：组分a由具有通式Ⅰ结构的非离子表面活性剂和有机溶剂组成，且式中R1、R2、R3为碳数为1～16的直链、支链或环状烷基；

[0013]

[0014] 组分b由具有通式Ⅱ～Ⅴ结构的非离子表面活性剂、具有通式Ⅵ～Ⅸ结构的阴离子表面活性剂和有机溶剂组成；通式Ⅱ～Ⅸ中R4为碳数为8～18的直链、支链或环状烷基，R5为碳数为2～20的直链、支链或环状烷基，M为碱金属、碱土金属、铵或有机胺，x、y、z＝1～30，n＝1～10；

[0015]

[0016] 所述的组分a中非离子表面活性剂在聚氨酯弹性纤维中的质量百分比为0.005％～0.02％；组分b中非离子表面活性剂与阴离子表面活性剂的质量比为1∶1～4∶1，二者总量在聚氨酯弹性纤维中的质量百分比为0.03％～1.5％。

[0017] 所述的低聚物多元醇为分子量为1000～3000的聚四亚甲基醚二醇或聚丙二醇，亦或是两者的混合物。

[0018] 所述的二异氰酸酯为4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯或2,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯，亦或是两者的混合物，且二异氰酸酯与低聚物多元醇的摩尔比为1∶1.6～1∶2.2。

[0019] 所述的混合胺溶液由扩链剂、链终止剂和有机溶剂组成，其中扩链剂与链终止剂的摩尔比为2∶1～25∶1，扩链剂为无支链扩链剂乙二胺、1,3-丙二胺或1,4-丁二胺中的一种或几种，链终止剂为选自二乙胺、乙醇胺或二异丙胺或二丁胺中的一种或几种。

[0020] 所述的扩链剂为无支链扩链剂与带支链扩链剂的混合物，其中无支链扩链剂占扩链剂总摩尔量的80％～99％，带支链扩链剂占扩链剂总摩尔量的1％～20％，带支链扩链剂为1,2-丙二胺或2-甲基戊二胺或N-乙基乙二胺中的一种或几种。

[0021] 所述的聚氨酯弹性纤维的纺丝原液的固含量为30wt％～45wt％。

[0022] 所述的有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺或N,N-二甲基乙酰胺。

[0023] 有益效果：本发明在特定的工艺条件下，采用两步添加表面活性剂的方法制备聚氨酯弹性纤维，首先在预聚合过程中添加非离子表面活性剂，利用非离子表面活性剂的渗透和乳化作用使混合体系更加均匀、聚合过程更加稳定，同时可有效缩短聚合时间；然后在聚氨酯原液的熟化过程中添加非离子表面活性剂和阴离子表面活性剂的复配体系，通过两者的协同效应，可有效降低表面活性剂的使用量，同时对聚氨酯原液体系中分子间或分子内的无序不稳定的氢键进行调整，以得到均匀稳定的硬段区域，且促进微相分离，从而提高了原液的可纺性和纤维的弹性性能，能满足高速纺丝工艺的要求，达到高效生产的目的。

具体实施方式

[0024] 本发明的一种具有高生产效率的聚氨酯弹性纤维的制备方法包括以下步骤：

[0025] 1)将组分a加入到低聚物多元醇中，通过强力机械搅拌进行充分混合，形成稳定的混合物体系；

[0026] 2)在上述体系中加入二异氰酸酯，在25～55℃的条件下反应60～120min，得到具有异氰酸根封端的预聚物溶液；

[0027] 3)将得到的预聚物溶液冷却至3～25℃后，加入混合胺溶液进行扩链反应，生成聚氨酯原液；

[0028] 4)向上述聚氨酯原液中添加组分b、抗氧剂、紫外线吸收剂、防黄剂、润滑剂、染色助剂充分搅拌混合，熟化后得到纺丝原液；

[0029] 5)将上述纺丝原液进行干法纺丝，即得到聚氨酯弹性纤维。

[0030] 本发明的一种具有高生产效率的聚氨酯弹性纤维的制备方法，其中所述组分a由具有通式Ⅰ结构的非离子表面活性剂和有机溶剂组成，且式中R1、R2、R3为碳数为1～16的直链、支链或环状烷基。

[0031]

[0032] 所述组分a中非离子表面活性剂在聚氨酯弹性纤维中的质量百分比为0.005％～0.02％。

[0033] 所述组分b由具有通式Ⅱ～Ⅴ结构的非离子表面活性剂、具有通式Ⅵ～Ⅸ结构的阴离子表面活性剂和有机溶剂组成；通式Ⅱ～Ⅸ中R4为碳数为8～18的直链、支链或环状烷基，R5为碳数为2～20的直链、支链或环状烷基，M为碱金属、碱土金属、铵或有机胺，x、y、z＝1～30，n＝1～10。

[0034]

[0035] 所述组分b中非离子表面活性剂与阴离子表面活性剂的质量比为1∶1～4∶1，二者总量在聚氨酯弹性纤维中的质量百分比为0.03％～1.5％。

[0036] 本发明的一种具有高生产效率的聚氨酯弹性纤维的制备方法，其中所述步骤1)中的低聚物多元醇为分子量为1000～3000的聚四亚甲基醚二醇或聚丙二醇，亦或是两者的混合物。

[0037] 本发明的一种具有高生产效率的聚氨酯弹性纤维的制备方法，其中所述步骤2)中的二异氰酸酯为4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯或2,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯，亦或是两者的混合物，且二异氰酸酯与低聚物多元醇的摩尔比为1∶1.6～1∶2.2。

[0038] 本发明的一种具有高生产效率的聚氨酯弹性纤维的制备方法，其中所述步骤3)中的混合胺溶液由扩链剂、链终止剂和有机溶剂组成，其中扩链剂与链终止剂的摩尔比为2∶1～25∶1，扩链剂为无支链扩链剂乙二胺、1,3-丙二胺或1,4-丁二胺中的一种或几种，链终止剂为选自二乙胺、乙醇胺或二异丙胺或二丁胺中的一种或几种。

[0039] 本发明的一种具有高生产效率的聚氨酯弹性纤维的制备方法，其中所述的扩链剂为无支链扩链剂与带支链扩链剂的混合物，其中无支链扩链剂占扩链剂总摩尔量的80％～99％，带支链扩链剂占扩链剂总摩尔量的1％～20％，带支链扩链剂为1,2-丙二胺或2-甲基戊二胺或N-乙基乙二胺中的一种或几种。

[0040] 本发明的一种具有高生产效率的聚氨酯弹性纤维的制备方法，其中所述步骤4)中抗氧剂可为245、紫外线吸收剂可为UV-320、防黄剂可为UDT、润滑剂可为硬脂酸镁、染色助剂可为SAS。

[0041] 本发明的一种具有高生产效率的聚氨酯弹性纤维的制备方法，其中所述的聚氨酯弹性纤维的纺丝原液的固含量为30wt％～45wt％。

[0042] 本发明的一种具有高生产效率的聚氨酯弹性纤维的制备方法，其中所述的有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺或N,N-二甲基乙酰胺。

[0043] 本发明的一种具有高生产效率的聚氨酯弹性纤维的制备方法，其中所述步骤5)中的干法纺丝即是纺丝原液经过滤后由喷丝板挤出，通过高温甬道，经过假捻、上油及卷绕制成聚氨酯弹性纤维。

[0044] 为进一步说明本发明，下面用具体的实施例来详细描述本发明的具体操作过程，但这些实施例不得理解为任何意义上的对本发明的限制。此外应理解，在阅读本发明的内容后，本领域技术人员可以对本发明作的各种改动，这些等价形式同样属于本申请权利要求书所限定的范围。

[0045] 实施例1：

[0046] 将250g的表面活性剂的N,N-二甲基乙酰胺溶液(浓度为1％)加入到5.0kg的N,N-二甲基乙酰胺和10.0kg聚四亚甲基醚二醇溶液中，充分搅拌均匀。然后加入2.5kg的4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯，在40℃条件下反应80min，再加入11.38kg的N,N-二甲基乙酰胺搅拌均匀，即得到异氰酸根封端的预聚物溶液。

[0047] 将预聚物溶液冷却至5℃后，在80min内逐步加入6.35kg含有223.9g的乙二胺、30.7g的1,2-丙二胺、45.1g的二乙胺的N,N-二甲基乙酰胺溶液进行扩链反应生成聚氨酯原液，然后加入25.7g的辛烷基酚聚氧乙烯醚和12.8g的十二烷基苯磺酸三乙醇胺的复配体系溶液(浓度为10％)，最后加入抗氧剂、紫外线吸收剂、防黄剂、润滑剂、染色助剂得到纺丝原液。

[0048] 将上述纺丝原液经熟化、过滤、脱泡后，以900m/min的速度进行干法纺丝，生产出22dtex/2f的聚氨酯弹性纤维。

[0049] 实施例2：

[0050] 根据实施例1所述的同样方法制备聚氨酯弹性纤维，不同之处在于，纺丝速度为1200m/min。

[0051] 实施例3：

[0052] 根据实施例1所述的同样方法制备聚氨酯弹性纤维，不同之处在于，在聚氨酯原液中添加了12.8g的辛烷基酚聚氧乙烯醚和25.7g的十二烷基苯磺酸三乙醇胺的复配体系溶液(浓度为10％)。

[0053] 实施例4：

[0054] 根据实施例1所述的同样方法制备聚氨酯弹性纤维，不同之处在于，在聚氨酯原液中添加了25.7g的辛烷基酚聚氧乙烯醚和25.7g的十二烷基苯磺酸三乙醇胺的复配体系溶液(浓度为10％)。

[0055] 实施例5：

[0056] 根据实施例1所述的同样方法制备聚氨酯弹性纤维，不同之处在于，在聚氨酯原液中添加了2.6g的辛烷基酚聚氧乙烯醚和1.3g的十二烷基苯磺酸三乙醇胺的复配体系溶液(浓度为10％)。

[0057] 实施例6：

[0058] 根据实施例1所述的同样方法制备聚氨酯弹性纤维，不同之处在于，在聚氨酯原液中添加了8.3g的辛烷基酚聚氧乙烯醚和4.5g的十二烷基苯磺酸三乙醇胺的复配体系溶液(浓度为10％)。

[0059] 实施例7：

[0060] 根据实施例1所述的同样方法制备聚氨酯弹性纤维，不同之处在于，在聚氨酯原液中添加了83.2g的辛烷基酚聚氧乙烯醚和44.9g的十二烷基苯磺酸三乙醇胺的复配体系溶液(浓度为10％)。

[0061] 实施例8：

[0062] 根据实施例1所述的同样方法制备聚氨酯弹性纤维，不同之处在于，在聚氨酯原液中添加了128.3g的辛烷基酚聚氧乙烯醚和64.1g的十二烷基苯磺酸三乙醇胺的复配体系溶液(浓度为10％)。

[0063] 实施例9：

[0064] 根据实施例1所述的同样方法制备聚氨酯弹性纤维，不同之处在于，在聚氨酯原液中添加了25.7g的尼诺尔和12.8g的十二烷基苯磺酸钠的复配体系溶液(浓度为10％)。

[0065] 比较例1：

[0066] 根据实施例1所述的同样方法制备聚氨酯弹性纤维，不同之处在于，在预聚过程中不再加入非离子表面活性剂，同时在聚氨酯原液中也不再加入非离子表面活性剂和阴离子表面活性剂的复配体系溶液。

[0067] 比较例2：

[0068] 根据实施例1所述的同样方法制备聚氨酯弹性纤维，不同之处在于，仅在预聚过程中不再加入非离子表面活性剂。

[0069] 比较例3：

[0070] 根据实施例1所述的同样方法制备聚氨酯弹性纤维，不同之处在于，仅在聚氨酯原液中不再加入非离子表面活性剂和阴离子表面活性剂的复配体系溶液。

[0071] 上述制得的聚氨酯弹性纤维的力学性能结果见下表

[0072] 表1本发明实施例与比较例的结果。