一种耐老化锦纶的制备方法技术

本发明专利技术涉及纤维合成领域，公开了一种耐老化锦纶的制备方法，步骤为：A)聚合：将己内酰胺、无机酸催化剂、二元酸、负载有扩链剂的天冬氨酸‑脯氨酸‑谷氨酸共聚物纳米粒子、抗氧化剂、抗紫外剂和水混合均匀，先加热至170‑180℃预聚30‑50min，然后加热至230‑250℃反应3‑5h；减压带走体系中的水，待产物呈黏稠状后冷却，经纯化、切片、干燥后制得锦纶切片；B)熔融纺丝；C)热拉伸；D)集束上油；E)卷绕成筒。本发明专利技术方法在聚酰胺聚合时就提前添加功能助剂，功能助剂与聚酰胺基体的相容性好，对纺丝液的可纺性影响较小，对于纺丝过程的工艺参数设定要求较为宽松，可控性强。

Preparation method of aging resistant nylon

The invention relates to the field of fiber synthesis, and discloses a preparation method of aging-resistant nylon fibers. The steps are as follows: A) polymerization: mixing caprolactam, inorganic acid catalyst, binary acid, aspartate-proline-glutamic acid copolymer nanoparticles loaded with chain extender, antioxidant, anti-ultraviolet agent and water evenly, heating to the first step. Prepolymerization at 170 180 for 30 50 min, then heating to 230 250 for 3 5 h; decompression stripping water from the system, after the product is viscous cooled, purified, sliced and dried to produce nylon chips; B) melt spinning; C) hot stretching; D) bundle oiling; E) winding into barrels. The method of the invention adds functional additives in advance when polyamide is polymerized. The functional additives have good compatibility with the polyamide matrix, have little influence on the spinnability of the spinning solution, and have loose requirements for setting the technological parameters of the spinning process and strong controllability.

【技术实现步骤摘要】
一种耐老化锦纶的制备方法
本专利技术涉及纤维合成领域，尤其涉及一种耐老化锦纶的制备方法。
技术介绍
锦纶纤维可分为两大类：一类是由二胺和二酸缩聚而得的聚己二酸己二胺，这类锦纶的相对分子量一般为17000-23000。根据所用二元胺和二元酸的碳原子数不同，可以得到不同的锦纶产品，并可通过加在锦纶后的数字区别，其中前一数字是二元胺的碳原子数，后一数字是二元酸的碳原子数。例如锦纶66，说明它是由己二胺和己二酸缩聚制得；锦纶610，说明它是由己二胺和癸二酸制得。另一类是由己内酰胺缩聚或开环聚合得到的。锦纶最突出的优点是耐磨性高于其他所有纤维，比棉花耐磨性高10倍，比羊毛高20倍，在混纺织物中稍加入一些锦纶，可大大提高其耐磨性；当拉伸至3-6％时，弹性回复率可达100％；能经受上万次折挠而不断裂。但同时锦纶的缺点也很明显，其耐热性和耐光性较差，在高温或者长时间光照下，聚酰胺分子上的酰胺键容易断裂，使得分子链变短，分子量降低，从而使得锦纶容易老化，严重影响纤维强度。为了解决上述技术问题，人们在锦纶熔融纺丝时添加各类抗氧化剂、防紫外剂、扩链剂等。但是由于上述功能助剂与聚酰胺的分散性、相容性普遍较差，在上述物质无法在短时间内充分与纺丝熔体充分相容的情况下，添加大量的功能助剂会影响纺丝液的可纺性，从而又影响到锦纶产品的质量，因此必须在纺丝过程中严格控制工艺参数来解决上述技术问题。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种耐老化锦纶的制备方法。本专利技术方法在聚酰胺聚合时就提前添加功能助剂，功能助剂与聚酰胺基体的融合时间长，相容性更好，因此对纺丝液的可纺性影响较小，对于纺丝过程的工艺参数设定要求较为宽松，可控性强。在纺丝工艺中也无需增加额外步骤来提高功能助剂的分散性和相容性。本专利技术的具体技术方案为：一种耐老化锦纶的制备方法，步骤如下：A)聚合：将己内酰胺、无机酸催化剂、二元酸、负载有扩链剂的天冬氨酸-脯氨酸-谷氨酸共聚物纳米粒子、抗氧化剂、抗紫外剂和水投入反应釜中混合均匀，在氮气保护下先加热至170-180℃预聚30-50min，然后加热至230-250℃反应3-5h；减压带走体系中的水，待产物呈黏稠状后冷却，经纯化、切片、干燥后制得锦纶切片，备用。B)熔融纺丝：将锦纶切片加热熔融，制得纺丝液；对纺丝液进行纺丝，制得锦纶单丝。C)热拉伸：对锦纶单丝进行热拉伸。D)集束上油：对锦纶单丝侧吹风冷却，然后集束上油。E)卷绕成筒。与现有技术在熔融纺丝过程中添加功能助剂相比，本专利技术在锦纶原料合成的过程中就将功能助剂复合于聚酰胺材料中，其优点是：功能助剂与聚酰胺材料的相互作用时间长，有充足的时间进行融合，相容性更好，因此对纺丝液的可纺性影响较小，对于纺丝过程的工艺参数设定要求较为宽松，可控性强。此外在纺丝工艺中也无需增加额外步骤来提高功能助剂的分散性和相容性。另一方面，本专利技术的功能助剂中包含有扩链剂，在现有技术中，扩链剂的作用是在聚合过程中直接参与反应，提高聚酰胺的分子量以提高产品强度和耐老化性。但是分子量过高的聚酰胺粘度过高，流动性差，不利于后续的纺丝。而在本专利技术中，扩链剂的作用并非是在聚合时参与反应，而是在制得锦纶产品后提高锦纶的耐老化性。当锦纶遇到高温或长时间光照时，其分子量会发生一定程度的降解，长分子链裂解为多段小分子链，此时在高温或者光照下，扩链剂能够将裂解的聚酰胺分子链重新连接，防止产品老化。但是扩链剂在聚酰胺聚合时会提前发生反应，而如果在纺丝时添加不仅需要改变纺丝工序，较为不便，而且又会影响纺丝液的可纺性。因此如何防止扩链剂提前消耗是关键所在。为此，本专利技术采用特制的天冬氨酸-脯氨酸-谷氨酸共聚物纳米粒子来负载扩链剂。天冬氨酸-脯氨酸-谷氨酸共聚物纳米粒子为三嵌段聚合物，根据天冬氨酸、脯氨酸、谷氨酸三种特定搭配氨基酸的性质，该聚合物具有以下特性：当环境pH低于3以下时，聚合物的三个嵌段都带正电荷，由于同性相斥的原理，分子链处于伸展状态；当环境pH在3-6时，位于分子链两端的天冬氨酸链段和谷氨酸链段带负电荷，而位于中间段的脯氨酸仍带负电荷，因此两端的嵌段在静电作用下向中间段靠近，此时分子链为“蜷缩”状态；当环境为中性或碱性时，两端的嵌段仍旧带负电荷，而此时脯氨酸段也转变为中性(pH为7左右)或带负电荷(碱性)，此时两端嵌段相斥，整条分子链呈伸展状态。本专利技术正是利用该聚合物的上述特性，将扩链剂负载后，在聚酰胺聚合时添加，由于聚酰胺聚合环境呈弱酸性(pH约为5-6)，此时聚合物分子链呈“蜷缩”状，分子链将扩链剂紧紧包覆，扩链剂在其阻隔下很难参与反应。当制备成品后，产品处于中性环境下，聚合物分子链伸展，扩链剂得到释放，在高温或日晒条件小扩链剂能够进行反应将裂解的聚酰胺分子链段重新连接，起到耐老化作用。选用氨基酸共聚物作为载体，其与聚酰胺性质相近、相容性好，对纺丝液的可纺性影响几乎可以忽略。此外，在制得产品后，氨基酸共聚物在长时间下也能够与聚酰胺慢慢发生交联、反应，进一步提高锦纶强度。进一步地，步骤B)中，纺丝温度为235-250℃，纺丝速度为4500-5000m/min。进一步地，步骤C)中，热拉伸牵伸比为1.1-1.3。进一步地，步骤D)中，侧吹风速度为0.5-1.0m/s。进一步地，步骤A)中，所述无机酸催化剂为80-90wt％的浓硫酸或80-90wt％的浓磷酸；无机酸催化剂的用量为己内酰胺的1-3wt％。进一步地，步骤A)中，所述二元酸选自己二酸、辛二酸、奎二酸中至少一种；二元酸的用量为己内酰胺的3-5wt％。进一步地，步骤A)中，所述扩链剂为双噁唑啉或聚甲基丙烯酸甲酯。进一步地，步骤A)中，所述负载有扩链剂的天冬氨酸-脯氨酸-谷氨酸共聚物纳米粒子的制备方法为：1)将L-天冬氨酸-N-羧基-环内酸酐、镍螯合物催化剂按质量比100:1-3添加至N，N-二甲基甲酰胺中，在氮气保护、30-35℃下搅拌反应8-16h；接着加入L-脯氨酸-N-羧基-环内酸酐，继续保温搅拌反应12-24h；然后加入L-谷氨酸-N-羧基-环内酸酐，继续保温搅拌反应8-16h；最后经正己烷沉淀并通过渗析法制天冬氨酸-脯氨酸-谷氨酸共聚物纳米粒子；其中L-天冬氨酸-N-羧基-环内酸酐、L-脯氨酸-N-羧基-环内酸酐和L-谷氨酸-N-羧基-环内酸酐的摩尔比为0.8-1.2:1-1.5:0.8-1.2。2)将扩链剂添加至pH为8-14的乙醇溶液中搅拌均匀，然后添加质量为扩链剂8-12倍的天冬氨酸-脯氨酸-谷氨酸共聚物纳米粒子并超声分散均匀，静置吸附1-3h后，调节体系pH为4-6，最后经透析后得到负载有扩链剂的天冬氨酸-脯氨酸-谷氨酸共聚物纳米粒子。本专利技术的氨基酸共聚物中的氨基酸种类是根据本专利技术聚酰胺聚合环境以及产品使用环境而有针对性严格筛选的，不同氨基酸的性质不同，并非任意组合的氨基酸共聚物都能起到前文所述的技术效果(可能完全相反)。相应地，步骤2)中负载扩链剂的pH控制也是完全根据本专利技术氨基酸共聚物的特性来设计的。只有在上述pH范围内才能实现扩链剂的有效负载。在制备氨基酸共聚物时，需要严格控制各嵌段之间的比例，中间链段较长情况下，能够有效提高负载率。进一步地，步骤A)中，所述负载有扩链剂的天冬氨酸-脯氨酸-谷氨酸共聚物纳米粒子的用量为己内酰胺本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种耐老化锦纶的制备方法，其特征在于步骤如下：A)聚合：将己内酰胺、无机酸催化剂、二元酸、负载有扩链剂的天冬氨酸‑脯氨酸‑谷氨酸共聚物纳米粒子、抗氧化剂、抗紫外剂和水投入反应釜中混合均匀，在氮气保护下先加热至170‑180℃预聚30‑50min，然后加热至230‑250℃反应3‑5h；减压带走体系中的水，待产物呈黏稠状后冷却，经纯化、切片、干燥后制得锦纶切片，备用；B)熔融纺丝：将锦纶切片加热熔融，制得纺丝液；对纺丝液进行纺丝，制得锦纶单丝；C)热拉伸：对锦纶单丝进行热拉伸；D)集束上油：对锦纶单丝侧吹风冷却，然后集束上油；E)卷绕成筒。

【技术特征摘要】
1.一种耐老化锦纶的制备方法，其特征在于步骤如下：A)聚合：将己内酰胺、无机酸催化剂、二元酸、负载有扩链剂的天冬氨酸-脯氨酸-谷氨酸共聚物纳米粒子、抗氧化剂、抗紫外剂和水投入反应釜中混合均匀，在氮气保护下先加热至170-180℃预聚30-50min，然后加热至230-250℃反应3-5h；减压带走体系中的水，待产物呈黏稠状后冷却，经纯化、切片、干燥后制得锦纶切片，备用；B)熔融纺丝：将锦纶切片加热熔融，制得纺丝液；对纺丝液进行纺丝，制得锦纶单丝；C)热拉伸：对锦纶单丝进行热拉伸；D)集束上油：对锦纶单丝侧吹风冷却，然后集束上油；E)卷绕成筒。2.如权利要求1所述的一种耐老化锦纶的制备方法，其特征在于，步骤B)中，纺丝温度为235-250℃，纺丝速度为4500-5000m/min。3.如权利要求1所述的一种耐老化锦纶的制备方法，其特征在于，步骤C)中，热拉伸牵伸比为1.1-1.3。4.如权利要求1所述的一种耐老化锦纶的制备方法，其特征在于，步骤D)中，侧吹风速度为0.5-1.0m/s。5.如权利要求1所述的一种耐老化锦纶的制备方法，其特征在于，步骤A)中，所述无机酸催化剂为80-90wt％的浓硫酸或80-90wt％的浓磷酸；无机酸催化剂的用量为己内酰胺的1-3wt％。6.如权利要求1所述的一种耐老化锦纶的制备方法，其特征在于，步骤A)中，所述二元酸选自己二酸、辛二酸、奎二酸中至少一种；二元酸的用量为己内酰胺的3-5wt％。7.如权利要求1所述的一种耐老化锦纶的制备方法，其特征在于，步...

【专利技术属性】
技术研发人员：奚正华，
申请(专利权)人：奚正华，
类型：发明
国别省市：浙江,33