具有稳定粘度和良好耐热性能的聚氨酯脲弹性纤维及其制备方法技术

本发明专利技术涉及新的聚氨酯脲弹性纤维及其制备方法。本发明专利技术中生产的聚合物具有优异的粘度稳定性和降低数目的在其中形成的凝胶粒子，因此可以显著地延长喷丝组合件的更换周期。纺成的纱线具有良好的耐热性，因而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。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及聚氨酯脲弹性纱线以及使用连续聚合工艺在高速下搅拌聚氨酯脲生产所述弹性纱线的方法，所述纱线具有降低数目的凝胶粒子和优异的粘度稳定性和耐热性，并可以与聚酯一起使用。此外，本专利技术涉及聚氨酯脲聚合物的纺丝原液，其中纺丝原液用于新聚氨酯脲弹性纱线的生产。本专利技术也涉及生产聚氨酯脲聚合物的预聚物。
技术介绍
斯潘德克斯是具有优异弹性和弹性回复并通常用于弹性针织和织造织物的弹性纤维。特别地，斯潘德克斯的经编针织物主要用于游泳衣、健身衣和自行车服等，并且斯潘德克斯的圆形针织物主要用于短袜、长袜和针织品等。在不要求高弹性的织造织物例如布中，少量使用斯潘德克斯可以产生新的质地。在过去，由于将斯潘德克斯与具有低染色温度的纤维，如尼龙或棉混合而将它用于针织和织造织物，所以斯潘德克斯不具有特殊问题。近来，它渐增地与聚酯一起使用，但聚酯一般具有约125-130℃的显著高染色温度。因此，由于通用斯潘德克斯具有低耐热性，因此在如此高的染色温下容易受到损害而降低其弹性或引起纱线断裂。由于此缺点，斯潘德克斯的应用是有限的。用于通用纤维的聚氨酯聚合物由两步骤聚合生产，其中首先将分子量为约1,800-2,000g/摩尔的多元醇与过量二异氰酸酯反应以生产预聚物，然后将它用二醇或二胺扩链剂进行扩链和用链终止剂进行链终止。在此两步骤聚合中，获得具有更规则结构的聚合物，并且支化或交联的可能性低使得容易进行聚合。因此，目前主要由两步骤聚合生产聚氨酯聚合物。下面更详细地描述两步骤聚合。在作为第一步骤的预聚中，将作为高分子量二醇化合物的多元醇与过量二异氰酸酯反应，以形成在两个末端具有尿烷键和异氰酸酯基的预聚物。在15-30％的硬链段含量和1.5-2.0的NCO/OH比下进行此预聚。同样，一般在本体中在约60-90℃下进行预聚1-2小时。在此，反应温度越高，反应速度越高。如果在预聚中使用溶剂，如N，N’-二甲基乙酰胺(DMAc)或N，N’-二甲基甲酰胺(DMF)，反应速率由溶剂的催化作用而增加，使得反应在10-30℃下在20-30分钟内完成。在作为第二步骤的扩链反应中，将预聚物与作为扩链剂的具有活性氢的低分子量化合物如1，2-丙二胺、1.4-丁二醇等反应，以增加预聚物的聚合度。如果二胺用作扩链剂，会产生脲键，并且如果二醇用作扩链剂，会产生尿烷键。由于扩链是快速放热反应，因此为了均匀反应，使用极性溶剂如DMAc或DMF进行溶液聚合。特别地，如果二胺用作扩链剂，反应速率变得非常快，因此，为保持反应条件在均匀水平，反应应当在0-15℃的低温下进行，并且应当充分混合预聚物和扩链剂以满足扩链剂的反应速率。此外，为调节扩链的速率和程度，与扩链剂的使用一起或在扩链剂的使用之后使用少量一元胺。如果在生产聚氨酯脲聚合物中单独使用作为扩链剂的乙二胺，在异氰酸酯和乙二胺之间的反应速率变快。因此，由于非常难以采用低搅拌速度(10-70rpm)由间歇聚合生产聚氨酯脲聚合物，采用快搅拌速度(大于200rpm)的连续聚合一般用于生产聚氨酯脲聚合物。此外，通过使用乙二胺而形成的脲键之间的内聚力因脲键之间的氢键合而大大增加，因此增加了凝胶的形成。由于形成的凝胶对弹性纤维的纺丝过程和对弹性纤维的机械性能有极大的影响，因此使用过滤器进行聚合。结果是，在其中乙二胺单独用作扩链剂的情况下，存在的优点是聚合物具有优异的耐热性，但存在的问题是形成大量的凝胶从而缩短了过滤器的更换周期，并因此降低了聚合物的生产率，以及聚合物具有差的粘度稳定性以至于显著地降低了纺成纱线的均匀性。因此，化学纤维制造商大多数采用作为主扩链剂的乙二胺和作为次扩链剂的第二二元胺的混合物，使得在异氰酸酯和胺之间的聚合速率降低以使聚合物的生产更容易。然而，这样生产的聚合物比单独使用乙二胺的情况具有显著更低的耐热性，使得此聚合物与聚酯一起使用变得十分困难。作为对策，在扩链中使用作为交联剂的二亚乙基三胺以向聚合物提供耐热性，但聚合的原液在粘度稳定性方面存在问题。关于其中二亚乙基三胺用于生产聚氨酯弹性纤维的现有技术，登记号10-0384094的韩国专利公开了生产聚氨酯弹性纤维的方法，其中在静态混合器中通过搅拌在40-50℃下，在1∶1.4-1.55摩尔比下反应二醇和二异氰酸酯以生产预聚物，然后，将该预聚物用扩链剂进行扩链，所述扩链剂由93-98mol％的乙二胺，2-7mol％的丙二胺和0.2-0.8mol％的二亚乙基三胺组成。然而，在此现有方法中，由于大量使用二亚乙基三胺而增加聚合物的交联密度，导致聚合物的线性降低。同样，也严重地降低了在纺丝之前聚合物的两相流动，使得难以由相分离稳定聚合物。此外，由于相对大量地使用具有良好填充性的乙二胺，从而降低了在纺丝之前聚合物的粘度稳定性，使得工艺难以控制，导致聚合物的可纺性降低。结果是，此现有技术的限制在于聚合物的纺丝速度不能超过700米/分钟。公开号2002-0081605的韩国专利申请公开了生产纺丝原液的方法，其中使用由60-75mol％的乙二胺，24.9-39mol％的1，2-丙二胺和0.1-1.0mol％的二亚乙基三胺组成的扩链剂进行扩链，然后以相对于聚合物固体的0.1-0.3wt％的量再次向聚合物中加入二亚乙基三胺。然而，类似于登记号10-0384094的韩国专利公开的方法，在此方法中，扩链中也使用了交联剂，从而降低了聚合物的线性并使聚合物的粘度显著不稳定。同样，由于将过量(0.1-0.3wt％)二亚乙基三胺再次加入到聚合物中，而发生过度交联使得难以在大于600m/min(米/分钟)的纺丝速度下纺丝聚合物。此外，虽然聚合物具有良好的热定形性，但它的耐热性不足，因此难以将该聚合物应用到混合的聚酯和针织物。公开号平4-100919的日本专利申请公开了一种方法，其中仅有乙二胺用作扩链剂，并在纺丝工艺之前，以相对于聚合物的0.15wt％的量加入三胺、四胺和五胺等。然而，在此方法中，在纺丝之前的聚合物粘度非常不稳定，因此它具有差的可纺性。聚合物的耐热性优异，但它具有差的热定形效率。US专利5,362,432公开了一种方法，其中83-92mol％的乙二胺和8-17mol％的1，2-丙二胺的混合物用作扩链剂。然而，此方法的缺点在于由于使用了相对大量的乙二胺，聚合物的粘度稳定性不足，并且从聚合物生产的弹性纤维具有降低的耐热性。US专利5,981,686公开了一种方法，其中10-65mol％的乙二胺和35-90mol％的1，3-二氨基戊烷的混合物用作扩链剂。此专利提及可以非必要地在扩链剂或链终止剂中包含少量三官能胺如二亚乙基三胺，而向聚合物提供少量交联。然而，在此专利中，没有清楚地描述二亚乙基三胺的使用量，并且用于此专利的1，3-二氨基戊烷比乙二胺或1，2-丙二胺具有更长的链并易于具有大体积侧链如甲基。因此，二亚乙基三胺通过相分离干扰硬链段和软链段的重排和结晶，使得聚合物的耐热性不足。如果聚合物的耐热性不足，聚合物保持它的物理性能的能力降低，使得在染色和整理之后弹性纤维的固有性能损失。
技术实现思路
因此，提出本专利技术以解决现有技术中存在的上述问题。本专利技术的目的是提供具有耐热性的新聚氨酯脲弹性纱线，该纱线可以与聚酯一起使用；本专利技术还提供生产所述聚氨酯脲弹性纤维的方法，通过该方法改进了聚合物本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种使用连续聚合工艺制备聚氨酯脲弹性纤维的方法，该方法包括如下步骤：　　　　在装配有搅拌器的反应器中反应直链聚合物多元醇、有机二异氰酸酯和单官能的烷基一元醇以生产预聚物；　　　　在Ｎ，Ｎ－二甲基乙酰胺（ＤＭＡｃ）或二甲基甲酰胺（ＤＭＦ）中溶解所述预聚物以生产包含３５－５０ｗｔ％固体的预聚物溶液；　　　　在高速、高剪切混合机中均匀混合所述预聚物溶液和由乙二胺、１，２－丙二胺和二乙胺组成的扩链剂混合物，随后在静态混合器中反应获得的混合物，以生产具有弹性的聚氨酯脲聚合物；　　　　在Ｄｙｎｏ研磨机中充分混合一部分所述聚氨酯脲聚合物、二亚乙基三胺和添加剂，以生产具有低粘度的添加剂浆料；　　　　在静态混合器中混合所述添加剂浆料和所述聚氨酯脲聚合物，以生产纺丝原液；和　　　　在纺纱机中将所述纺丝原液纺丝以生产弹性纱线。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：李兴宰，郑石奎，
申请(专利权)人：泰光产业株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]