一种制备聚氨酯纤维的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种制备聚氨酯纤维的方法和装置，该方法采用了（１）将ＰＴＭＥＧ、ＭＤＩ加入预聚反应器的同时加入１，３－丙二醇；（２）预聚反应是在一带夹套的、内置静态混合器的预聚反应器中进行的，该预聚反应器分成前、后二段，前段为预聚物的主生段，夹套内通以８０～９０℃的热水，将管内的物料加热到７０～７５℃反应温度；后段夹套内通以５℃冷却水，使预聚物降温到达稳定状态；（３）溶剂采用可使扩链反应平稳进行，消除凝胶现象，提高纺丝原液浓度的吡咯烷酮；（４）扩链剂含有增强纤维强度和染色性能的苯二胺和二丁胺。本发明专利技术的方法生产的聚氨酯纤维分子量可达３００００－８００００，强度高，染色性能好，伸长率和弹性恢复率均佳，节省溶剂，成本低。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种制备聚氨酯纤维的方法，具体说来，本专利技术涉及一种以聚醚二醇(PTMEG)、二异氰酸酯(MDI)和1，3丙二醇反应生成预聚物后，再加入含有苯二胺、二丁胺的混合二胺、溶剂吡咯烷酮，进行扩链反应生成聚氨酯纤维母液的方法，本专利技术还涉及实现上述方法的装置。
技术介绍
聚氨酯纤维弹性体已被纺织工业广泛应用，通常描写弹性体的氨纶是指含有85wt％嵌段聚氨酯的长链合成聚合物。弹性纤维在纺织工业中用于不同的目的，例如用其制备内衣裤、紧身外衣、游泳衣、弹性外衣或长筒袜。弹性体纤维可用作长丝或短纤维纺纱的包芯弹性体纱，或用作加入到非弹性体纤维中的短纤维以改进本身不是高弹性体纤维的穿着性能。通过聚加成方法由高分子量基本是线性多羟基化合物、多异氰酸酯和具有反应活性的氢原子的扩链剂在高极性有机溶剂中反应制备聚氨酯是已知的。由这些溶剂生成聚氨酯弹性体形成纤维、长丝、丝线和薄膜也是已知的。上述技术可参看中国专利CN1239971A，CN1329101A，CN1108705A，CN1316446A；美国专利US 5723563A，US5843357A，US 5879596A，US 6171537A。由S.瑟内克，B.劳雷于1997年10月9日提出的中国专利申请CN1239971A公开了一种“改进的氨纶弹性体”。其中，示出一种具有改进的物理性能的氨纶型嵌段聚氨酯/脲弹性体，它是由异氰酸酯封端的预聚物的胺扩链制备的。异氰酸酯封端的预聚物是通过化学计量的异氰酸酯与多元醇组分制备的，多元醇组分包括至少一种不饱和度小于约0.10meq/g且分子量大于约1500Da的超低不饱和度聚氧亚丙基二醇。超低不饱和度聚氧亚丙基二醇可与聚四甲基醚二醇(PTMEG)和/与低分子量二醇的混合物共同使用以形成多元醇组分。上述技术由于以聚丙二醇类生产的氨纶纤维总体性能比以PTMEG生产的氨纶纤维的总体性能要差，即使如上述技术，聚丙二醇与PTMEG混合使用，其弹性纤维的性能也难以达到人们所希望的要求，因此限制了它的使用。由李瑶君、陈大俊专利技术的，东华大学于2001年4月9日申请的中国专利CN1316446A公开了“一种熔纺氨纶用的亚氨酯添加剂的制造方法”；该方法是将聚(四亚甲基丁二醇)醚二醇或聚(己二酸丁二醇)酯二醇与二异氰酸酯反应生成预聚体，用带有活泼氢的酚、醇、酯、胺等化合物与预聚体进行反应，使预聚体中的二端的NCO基团得到暂时的保护，形成一种在常温下稳定的亚氨酯的方法。该方法没有对改善聚氨酯纤维的物化性能，例如分子量、强度、伸长率、弹性恢复率等技术方案作出论述。由Bruce D.Lawrey等人专利技术的1998年3月3日公开的美国专利5723563描述了一种具有特殊物理性质的弹性纤维型聚氨酯/脲链段弹性体，它是由异氰酸酯终端的聚氧化丙二醇聚合物溶液脂和/或脂环二胺扩链制备的，其中二醇组分包括其主体是含有低于0.010meg/g和数均分子量大于2000Da的超低不饱和聚氧化丙二醇。该专利是上述中国专利申请CN1239971A在先申请国美国的同族专利申请(部分)；由Stephen D.Seneker等人专利技术的于1998年12月1日公开的美国专利US 5843357公开了一种具有特殊延伸率滞后性、恢复性和其它物理性能的弹性纤维型链断聚氨酯/脲弹性体，它是由化学计算的过量异氰酸酯与混合二醇反应生成的异氰酸酯终端的预聚物，经胺扩链制备的，其二醇含有分子量在750Da以下的低分子量二醇，和其分子量在1500Da-20000Da高分子量二醇，不饱和度小于0.010meg/g的超低不饱和聚氧亚丙基二醇。由David H Roach等人专利技术的于1999年3月9日公开的美国专利US 5879596公开了一种低温制备聚氨酯-脲的方法，这种聚氨酯-脲可用于制备弹性纤维、极限各种类型的弹性布制品，该工艺包括冷却异氰酸酯预聚物到低于-100℃，形成粉状异氰酸酯预聚物，加入至少一种扩链剂和/或链终止剂，升温粉状物到室温，得到聚氨酯-脲。由上述文献，不难看出，在制备氨纶领域人们通过1.选择二醇类、链终止剂和相应的预聚添加物在最佳化的反应条件下进行预聚合反应生成以二醇类为中心，链终止剂为端部保护基的预聚物；2.选择高极性的有机溶剂、扩链剂；使预聚物扩链聚合反应处于最佳反应状态；3.选择最佳化的预聚反应器，使预聚反应能够平稳进行，并使预聚物迅速降温，使其处于稳定状态；本专利技术人长期从事聚氨酯纤维的开发工作，通过实验，惊奇的发现预聚前向预聚反应器加入PTMEG、MDI的同时，加入1，3-丙二醇可增加预聚体扩链后的原液的分子量，从而增加纤维的伸长率和弹性恢复率，这对于纤维的后应用具有极为重要的作用。现有技术多采用加入正丁醇的方法，在其它条件相同的情况下，使用1，3-丙二醇所达到的原液分子量为70000-78000，而使用正丁醇的原液的分子量仅为50000-58000；使用1，3-丙二醇的伸长率较正丁醇提高约20％，而弹性恢复率更接近100％。通过实验，本专利技术人还发现，采用吡咯烷酮(NP)溶剂，将预聚物稀释至50-60％浓度进行扩链反应，即可使扩链反应顺利进行。现有技术多采用N，N-二甲基乙酰胺(DMAC)，N，N-二甲基甲酰胺(DMF)或甲基吡咯烷酮(NMP)(参见US5723563A)作为溶剂，但在原液高粘度情况下易造成扩链反应时的凝胶现象，所以浓度一般局限在40-50％。而吡咯烷酮中的N原子没有连接甲基，从而没有甲基位阻的影响，吡咯烷酮上的N原子可与预聚物分子上的N-H基形成N-H-N氢键结构，这不但减少了预聚物分子间形成O-N-H，同时也增加了溶剂分子与预聚物分子的结合能力，因而可大大增强原液的溶剂化效果，有利于扩链反应的平稳进行。采用吡咯烷酮作溶剂的量比现有技术采用的DMAC、DMF或NMP溶剂的量可减少20-40％，回收成本节省5-15％，大大减轻了溶剂回收系统的负担。通过实验，本专利技术人还发现，采用以乙二胺，二丁胺，苯二胺，丙二胺构成的混合二胺扩链剂可大大增加聚氨酯纤维的强度和染色性。上述混合二胺各组分的体积比为70∶5∶5∶20，浓度为2-10％(吡咯烷酮作溶剂)。与现有技术比较，增加了苯二胺，并以二丁胺代替了二乙胺。实验表明，聚氨酯纤维强度增强是由于苯二胺的加入，而二丁胺的使用可增强聚氨酯纤维的染色性能。通过实验，本专利技术人设计了一种内置静态混合器的带夹套的蛇形管式预聚合反应器，该反应器分为前段和后段反应器，两段中间隔有过渡段，前段反应器为预聚物主生段，PTMEG、MDI和1，3丙二醇在此完成预聚合反应，该段夹套内通以80-90℃热水，将反应器内的物料加热到70-75℃的反应温度。为了保持预聚物的稳定，在生成预聚物后，应迅速将其降温到40-45℃，该预聚反应器的后段反应器适应了这个需要，在后段反应器的夹套内通以5℃的冷却水，可实现上述的工艺。现有技术的工艺是在一个带夹套和搅拌器的釜式反应器中进行的，在该釜式反应器内由反应温度降温到使预聚物稳定的温度，实现起来较为困难。旧工艺多采用夹套内切换低温水，在高强度搅拌下实现传热，因此增加了成本和所耗费的工艺时间，实验证明，釜式反应器的工艺耗费时间约为管式反应器耗费时间的1.33倍。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种制备聚氨酯本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种聚氨酯纤维的制备方法，包括： 将定量的聚醚二醇（ＰＴＭＥＧ）、过量的二异氰酸酯（ＭＤＩ）和预聚添加物同时加入预聚反应器（Ｒ１０１）中，经混合、反应、生成以聚醚二醇为中心，二端由二异氰酸酯封闭的预聚物的步骤； 将预聚物与溶剂的混合物由混合釜（Ｍ１０１）混合均匀后送入带有夹套的，夹套内通有５℃冷却水的双螺杆连续反应器（Ｒ１０２）中与同时进入上述反应器（Ｒ１０２）的扩链剂溶剂混合物在该反应器中进行反应生成聚氨酯母液的步骤； 将添加剂溶剂混合物加入聚氨酯母液、混匀、喷丝、加热、脱出溶剂的步骤； 将脱出的溶剂分离回收的步骤； 其特征在于： 所述的预聚的微量添加物为１，３－丙二醇； 在生成预聚体步骤中，预聚反应在一带夹套的内置静态混合器的预聚反应器中进行，预聚反应器分为前、后二段，前段反应器的夹套内通以热水，为加热、反应、预聚物主生段；后段反应器的夹套内通以冷却水，为预聚物冷却、稳定段；前后两段间有一段无夹套的过渡段； 所述的溶剂是可使预聚物扩链反应平稳进行的吡咯烷酮； 所述的扩链剂是含有可增强聚氨酯纤维强度的苯二胺，和提高聚氨酯纤维染色性能的二乙胺的混合二胺。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吕涛，范天民，黄柽，苏亚贵，韩兵，蒲海龙，
申请(专利权)人：吕涛，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]