一种耐高温易染聚氨酯弹性纤维及其制备方法.pdf

本发明公开了一种由低聚二元醇、二异氰酸酯、扩链剂嵌段共聚而成的耐高温、易染色聚氨酯弹性纤维的生产方法，其特征在于该方法是通过改变线性胺和侧甲基的比例，来获取聚合物分子间更多的交联点，以及提高聚合物的平均分子量以及硬链段的含量来提高聚氨脂弹性纤维的耐高温属性。本发明制取的聚氨酯纺丝液具有高的粘度稳定性，聚氨酯弹性纤维具有优异的强度和耐高温、易染色特性，可以与聚酯纤维一起用于生产复合机织物和复合针织物。

1、  一种具有耐高温、易染色的聚氨酯弹性纤维的制备方法，其特征在于由低聚二元醇、二异氰酸酯、反应控制剂a、反应控制剂b、扩链剂聚合反应得到聚氨酯纺丝原液，再由该聚氨酯纺丝原液纺丝得到聚氨酯弹性纤维。

2、  根据权利要求1的聚氨酯弹性纤维的制备方法，其特征在于所述的低聚二元醇为数均分子量1800～2000的聚四氢呋喃醚二醇。

3、  根据权利要求1所述的聚氨酯弹性纤维的制备方法，其特征在于所述二异氰酸酯为4，4二苯基甲烷二异氰酸酯。

4、  根据权利要求3所述的聚氨酯弹性纤维的制备方法，其特征在于所述反应控制剂a为正丁醇，所述反应控制剂b为二乙胺。

5、  根据权利要求4所述的聚氨酯弹性纤维的制备方法，其特征在于所述扩链剂选自乙二胺、1，2-丙二胺、1，3-丙二胺、己二胺、2-甲基戊二胺、二乙撑三胺或1，3-丁二胺中的两种或多种。

6、  根据权利要求5所述聚氨酯弹性纤维的制备方法，其特征在于反应按照以下工艺条件进行：
(1)向反应容器中连续加入聚四氢呋喃醚二醇、正丁醇和4，4二苯基甲烷二异氰酸酯，进行聚合反应得到预聚物，用N，N-二甲基乙酰胺完全溶解预聚物得到预聚物的N，N-二甲基乙酰胺溶液；
(2)向步骤(1)得到的混合物中连续加入含有扩链剂乙二胺、1，2-丙二胺的N，N-二甲基乙酰胺溶液和反应控制剂b二乙胺的N，N-二甲基乙酰胺溶液进行扩链反应，得到聚合物的N，N-二甲基乙酰胺溶液，在20℃温度条件下检测其粘度为3000～6000厘泊；
(3)添加防变黄剂、抗氧化剂、紫外线吸收剂、润滑舒解剂，混合均匀得到聚氨酯纺丝原液。

7、  根据权利要求6所述的聚氨酯弹性纤维的制备方法，其特征在于4，4二苯基甲烷二异氰酸酯与聚四氢呋喃醚二醇的物质的量之比为1.50～1.85。

8、  根据权利要求6所述的聚氨酯弹性纤维的制备方法，其特征在于正丁醇添加量为聚四氢呋喃醚二醇的0～0.1wt％。

9、  根据权利要求6所述的聚氨酯弹性纤维的制备方法，其特征在于扩链剂由80～100％摩尔的乙二胺和20～0％摩尔的1，2-丙二胺组成。

10、  根据权利要求6所述的聚氨酯弹性纤维的制备方法，其特征在于反应控制剂二乙胺的量为聚四氢呋喃醚二醇的0.3～0.45wt％。

11、  根据权利要求6所述的聚氨酯弹性纤维的制备方法，其特征在于扩链剂和反应控制剂的N，N-二甲基乙酰胺溶液的浓度为3～9wt％。

12、  根据权利要求6所述的聚氨酯弹性纤维的制备方法，其特征在于聚氨酯纺丝原液的浓度为28～37wt％。

13、  根据权利要求1-12任一项所述的聚氨酯弹性纤维的制备方法制备得到的聚氨酯弹性纤维。

一种耐高温易染聚氨酯弹性纤维及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料制造领域，特别涉及一种具有耐高温易染色聚氨酯弹性纤维的制造方法。本发明制造的聚氨酯纺丝原液具有高的粘度稳定性、优异的强度以及该纤维可以与具有高染色温度的聚酯一起用于生产混合织造织物和混合针织物。
背景技术
随着聚氨酯弹性纤维使用和应用范围的逐渐变广，尤其是当氨纶与聚酯纤维一起织造或针织纺织品在染色时，需要130℃左右的高温长时间染色处理，而聚氨酯弹性纤维其染色性差，尤其是不具有耐高温性。在高温条件下，聚氨酯弹性纤维的物理性能严重受到破坏，纤维发生断裂。鉴于此，聚氨酯弹性纤维的使用受到很大的限制，因此，近年来，诸多国内外公司、科研院所从事耐高温易染氨纶的研究。
聚醚型聚氨酯是用低聚物二元醇与二异氰酸酯反应，然后加入二胺或三胺进行扩链反应得到的嵌段高分子聚合物。在通常情况下，普通聚氨酯弹性纤维在高温条件下(超190℃)或较高温度(130℃～135℃)长时间处理时，构成分子内的硬链段即分子中的物理交联点容易发生破坏使纤维性能变差。而聚氨酯的平均分子量以及分子中硬链段和软链段含量比对聚氨酯弹性纤维的耐高温性能均有很大的影响。通常情况下，提高聚合物的平均分子量以及硬链段的含量可以提高聚氨酯弹性纤维的耐高温性能。另外，增加硬链段中的结晶度对提高其耐高温性能也有一定的影响。
美国专利US 5879799公开了使用各种摩尔比的2，4-MDI和4，4-MDI复合异氰酸酯生产聚氨酯弹性纤维，以提高其耐热性。日本专利JP 782608；JP 08020625；JP08176268等也报道了采用相同方法研制开发耐高温聚氨酯弹性纤维的制造方法。其中主要是通过使用不同二异氰酸酯来生产耐高温氨纶。中国专利CN01109463报道了一种制备纳米蒙脱土复合物的方法，但未说明该产品应用在聚氨酯弹性纤维的情况。中国专利CN 1687173和CN 16933550分别公开了利用二元胺改性蒙脱土和季铵盐蒙脱土添加到氨纶纺丝原液中，改性生产耐高温氨纶。其中主要是通过添加助剂通过改性生产氨纶，使其具有耐高温性能，然而这种方法生产的氨纶其耐高温性能并不是非常理想。
发明内容
本发明提供了一种耐高温易染氨纶的生产方法，其特征在于该发明只是通过改变分子中硬链段和软链段之间的比例以及增加聚氨酯的分子量，生产所得到的聚氨脂弹性纤维不但其耐高温性能优异，并且容易上色。另外，不但可以与聚酯纤维在高温下进行长时间染色，而且还可以进行2～3次改色使用而纤维不发生断裂。本发明提供的方法如下：
(1)向反应容器中同步加入聚四氢呋喃醚二醇、正丁醇和4，4二苯基甲烷二异氰酸酯，在一定温度下进行聚合反应得到预聚物。用N，N-二甲基乙酰胺完全溶解预聚物得到预聚物的N，N-二甲基乙酰胺溶液。
所述的4，4二苯基甲烷二异氰酸酯与聚四氢呋喃醚二醇物质的量之比为1.50～1.85。
所述的反应温度控制在70～90℃
所述的正丁醇使用量为所述聚四氢呋喃醚二醇的0～0.1wt％。
(2)同步加入扩链剂和反应控制剂b进行扩链反应，得到聚氨酯的N，N-二甲基乙酰胺溶液。
所述的扩链剂是由含有80～100mol％的乙二胺、20～0mol％的1，2-丙二胺组成的N，N-二甲基乙酰胺的溶液，
所述的反应控制剂b为二乙胺，使用时将其配制成N，N-二甲基乙酰胺的溶液的形式，
所述的扩链剂和反应控制剂b的N，N-二甲基乙酰胺溶液的浓度为3～9wt％。
(3)添加防变黄剂、抗氧化剂、紫外线吸收剂、润滑疏解剂，混合均匀得到28％～35％的聚氨酯纺丝原液，经熟化、过滤、脱泡以后，干法纺丝得到一定规格的聚氨酯弹性纤维。
所述的防变黄剂为双(N，N-二甲基酰肼氨基，4-苯基)甲烷，生产商：台湾双键，其用量为聚合物量的0.27wt％。
所述的抗氧化剂为三聚异氰酸，生产商：台湾氰特，其用量为聚合物量的0.52Wt％。
所述的紫外线吸收剂为2-(2’-羟基-3’，5’-二叔戊基)-苯并三唑，生产商：台湾双键，其用量为聚合物量的0.30wt％。
所述的润滑舒解剂为硬脂酸镁，生产商：日本油脂，其用量为聚合物量的0.45wt％。
具体实施方式
下面用实施例来详细描述本发明其生产过程，但这些实施例不得理解为任何意义上的对本发明的限制。
实施例1：
(1)同步连续加入159.978Kg的聚四氢呋喃醚二醇、36.122Kg的4，4二苯基甲烷二异氰酸酯，在82℃温度下进行聚合反应得到预聚物。用325.299Kg的N，N-二甲基乙酰胺完全溶解预聚物得到预聚物的N，N-二甲基乙酰胺溶液。
(2)同步连续加入55.846Kg的扩链剂乙二胺和1，2-丙二胺以及10.990Kg的反应控制剂b二乙胺进行扩链反应，得到聚氨酯的N，N-二甲基乙酰胺溶液。
所述扩链剂的N，N-二甲基乙酰胺溶液的浓度为6wt％；其中乙二胺与1，2-丙二胺的摩尔比为90％∶10％。
所述的反应控制剂b二乙胺的N，N-二甲基乙酰胺溶液的浓度为5wt％。
(3)添加防变黄剂、抗氧化剂、紫外线吸收剂、复合耐氯助剂和润滑疏解剂，混合均匀得到34％的聚氨酯纺丝原液，经熟化、过滤、脱泡以后，干法纺丝得到40D(Denier)的聚氨酯弹性纤维。
对比例1：
(1)同步连续加入157.931Kg的聚四氢呋喃醚二醇、0.190Kg的正丁醇和37.821Kg的4，4二苯基甲烷二异氰酸酯，在82℃温度下进行聚合反应得到预聚物。用303.151Kg的N，N-二甲基乙酰胺完全溶解预聚物得到预聚物的N，N-二甲基乙酰胺溶液。
(2)同步连续加入62.211Kg的扩链剂乙二胺和1，2-丙二胺以及10.314Kg的反应控制剂b二乙胺进行扩链反应，得到聚氨酯的N，N-二甲基乙酰胺溶液。
所述的扩链剂的N，N-二甲基乙酰胺溶液的浓度为6wt％；其中乙二胺与1，2-丙二胺的摩尔比为80％∶20％。
所述的反应控制剂b的N，N-二甲基乙酰胺溶液浓度为5wt％。
(3)添加防变黄剂、抗氧化剂、紫外线吸收剂、复合耐氯助剂和润滑疏解剂，混合均匀得到34％的聚氨酯纺丝原液，经熟化、过滤、脱泡以后，干法纺丝得到40D(Denier)的聚氨酯弹性纤维。
通过对上面对比例以及实施例的具体实施，得到下表中不同氨纶丝的物理性能、耐高温性能。

表中
DE：为断裂伸长率，
DS：为断裂强力，
6DE：为连续5次拉伸300％后第六次拉伸的断裂伸长率；
6DS：为连续5次拉伸300％后第六次拉伸的断裂强力；
5RER310：表示弹性回复率。

L松弛长度为第5次拉伸返回停留30s后，样品的松弛长度。
IV：为特性粘度。
然后对上述实施例和对比例进行高温染色处理。高温染色条件是：使用不同的分散染料进行染色，每次从室温开始染色，以1.5℃/min温度上升至130℃后，保持130℃继续染色60min。另外每次高温高压染色前对氨纶丝进行预定型处理，处理条件是：牵伸3.285倍后，190℃定型1min。得到如下表中数据。


表中：

分析实施例1与对比例1，降低二胺和单胺的摩尔比，增加线性胺和侧甲基胺的摩尔比，可以增加聚合物的特性粘度IV值和聚合物硬段含量，制得的聚氨酯弹性纤维的耐高温性增加。