一种高强度、高回弹的氨纶纤维及其制备方法技术

本发明专利技术属于高分子化学领域，具体涉及一种高强度、高回弹的氨纶纤维及其制备方法。该制备方法包括以下步骤：以多元醇和异氰酸酯反应制备得到预聚物；将所述预聚物与扩链剂进行二次聚合，添加链终止剂终止聚合，得到聚氨酯脲的聚合物原液；向所述聚氨酯脲的聚合物原液中任选地加入添加剂，搅拌均匀，然后进行纺纱，得到所述氨纶纤维；所述异氰酸酯为包含二异氰酸酯和碳化二亚胺改性异氰酸酯的混合物。本发明专利技术的氨纶纤维同时具备高强度和高回弹性能，强度为1.70‑2.00g/d或更高，定伸应力为10.5‑13.5cN，断裂伸长率为520‑600cN或更高，弹性回复率为93‑95％或更高，大大提高了氨纶面料在高回弹领域的织用性能。

【技术实现步骤摘要】
一种高强度、高回弹的氨纶纤维及其制备方法
本专利技术属于高分子化学领域，具体涉及一种高强度、高回弹的氨纶纤维及其制备方法。
技术介绍
氨纶是由聚氨酯嵌段共聚物经过纺丝成形而制得的弹性纤维。一般而言，氨纶的断裂伸长为500％～700％，弹性回复率大于90％，被广泛用于针织和机织物中。为了满足使用要求，某些特定的应用领域(例如：运动员的护膝、护腕、运动服、女士胸衣吊带、游泳衣等)需要更高回弹性能的氨纶纤维。由于软硬段在热力学上的不相容性，氨纶通常表现为微相分离的聚集态结构，而微相分离程度越大，纤维的耐疲劳性、回弹性能等力学性能就越好。目前已有的改善氨纶回弹性能的方法也都基于此考虑，其中有的通过改善软段结构来达到提高软硬段分离程度的目的，比如美国专利文献US5981686，US5000899，US5708118等；有的采用二次补加MDI的方式增加氨纶预聚物中的物理交联，如中国专利文献CN101469463；有的通过添加特殊的扩链剂提高硬段之间的物理交联，如中国专利文献CN103757741B；还有的通过纺丝和染整过程中的交联反应来提高回弹性能，如中国专利文献CN103436983B。但上述专利文献制备的氨纶均不同程度地存在回弹性能改善有限、氨纶原液的储存稳定性下降和纺丝性能下降等问题。因此，迫切需要开发一种氨纶纤维的制备方法，使其同时具备高回弹性能和高强度，同时兼顾氨纶原液的储存稳定性和纺丝性能。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种氨纶纤维的制备方法，使得制备得到的氨纶纤维同时具备高强度和高回弹性能，同时兼顾氨纶原液的储存稳定性和纺丝性能。本专利技术是通过以下技术方案来实现的：第一方面，本专利技术提供一种高强度和高回弹的氨纶纤维的制备方法，包括以下步骤：以多元醇和异氰酸酯反应制备得到预聚物；将所述预聚物与扩链剂进行二次聚合，添加链终止剂终止聚合，得到聚氨酯脲的聚合物原液；向所述聚氨酯脲的聚合物原液中任选地加入添加剂，搅拌均匀，然后进行纺纱，得到所述氨纶纤维。优选地，上述制备方法中，所述异氰酸酯为包含二异氰酸酯和碳化二亚胺改性异氰酸酯的混合物；优选地，所述碳化二亚胺改性异氰酸酯的含量为所述异氰酸酯的5-20wt％，优选7-15wt％。优选地，上述制备方法中，所述碳化二亚胺改性异氰酸酯为碳化二亚胺改性的4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯(其商品名为液化MDI，例如万华化学生产的CD-MDI100L、CD-MDI100H，锦湖三井液化MDI-LL，巴斯夫MM103C，拜耳CD-C，NPU的MX，亨斯迈2020等等)。优选地，上述制备方法中，所述二异氰酸酯选自4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、2,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯，1,5’-萘二异氰酸酯、1,4’-亚苯基二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、1,4’-环己烷二异氰酸酯、4,4’-二环己烷二异氰酸酯和异佛尔酮二异氰酸酯中的至少一种，优选选自4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯或者4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯与其他二异氰酸酯的混合物，更优选选自4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯和2,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯的混合物，更进一步优选选自含量为1-5％的2,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯和含量为95-99％的4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯的混合物；和/或，所述多元醇选自聚四亚甲基醚二醇、聚丙二醇和聚碳酸酯二醇中的至少一种，优选选自聚四亚甲基醚二醇。优选地，上述制备方法中，所述多元醇和所述异氰酸酯的用量比使得封端比(即NCO/OH的摩尔比)为1.0-2.0，优选1.4-1.8。优选地，上述制备方法中，所述多元醇和所述异氰酸酯于40-50℃下混合1-2小时，在70-90℃下反应1-2小时，然后于35-45℃下冷却1-2小时，制备得到预聚物；和/或，所述二次聚合在螺杆挤压动态混合器内进行，控制聚合反应温度在55-85℃，时间为30-90秒，聚合物的固含量控制在30-50％，聚合粘度控制在1000-5000Poise。优选地，上述制备方法中，所述扩链剂选自乙二胺、1,2-丙二胺、1,3-丙二胺、1,4-丁二胺、2,3-丁二胺、1,5-戊二胺、1,6-己二胺和1,4-环己二胺中的至少一种，优选选自乙二胺和1,2-丙二胺中的一种或两种的混合物；和/或，所述链终止剂选自二甲胺、二乙胺、二正丁胺、环己胺、正戊胺和乙醇胺中的至少一种；和/或，所述扩链剂与所述预聚物的摩尔比为1：1.01-1.1，优选1：1.02-1.05；和/或，所述链终止剂的加入量为扩链剂的的加入量2-20摩尔％，优选4-14摩尔％；优选地，链终止剂随扩链剂一同添加。优选地，上述制备方法中，可以在原液中任选地加入添加剂，所述添加剂选自抗紫外剂、抗氧剂、润滑剂和消光剂中的至少一种。上述添加剂各自的用量为本领域惯常的用量，这是本领域技术人员所已知的。上述制备方法中，纺纱按照本领域通常的方式进行，这也是本领域技术人员所已知的。第二方面，本专利技术提供上述制备方法制备得到的氨纶纤维。优选地，上述氨纶纤维的强度为1.70-2.00g/d或更高，定伸应力为10.5-13.5cN，断裂伸长率为520-600cN或更高，弹性回复率为93-95％或更高。本专利技术的技术方案具有如下优点：(1)本专利技术通过研究发现，在改变氨纶硬段结构以提高软硬段微相分离程度的同时，通过在异氰酸酯中引入特定结构的碳化二亚胺改性异氰酸酯，并调整优化其加入量，不仅可以在提升氨纶制品性能，而且可以保证聚合物原液和纺丝的稳定性。一方面，由于碳化二亚胺改性异氰酸酯结构在硬段中可以提供更高的强度和回弹性能，使得最终制备的氨纶纤维具有更高的强度和回弹性能；另一方面，由于异氰酸酯中包含少量的碳化二亚胺改性异氰酸酯，经由预聚物改进了聚氨酯分子的交联结构，避免了纺丝过程中喷丝孔的堵塞，且由于碳化二亚胺改性异氰酸酯的稳定性，为聚氨酯脲的聚合物原液提供良好的储存稳定性，因此可以解决其他方法中描述的过度交联和原液存储不稳定等问题，保证了聚合物原液的储存稳定性和纺丝的稳定性。(2)本专利技术的制备方法制备得到的氨纶纤维，同时具备高强度和高回弹性能，强度为1.70-2.00g/d或更高，定伸应力为10.5-13.5cN，断裂伸长率为520-600cN或更高，弹性回复率为93-95％或更高，大大提高了氨纶面料在高回弹领域的织用性能。具体实施方式根据本专利技术的实施例的氨纶纤维是，以多元醇和异氰酸酯反应制备预聚物，使预聚物与扩链剂进行二次聚合得到聚氨酯脲的聚合物原液，并于原液中添加各添加剂并搅拌均匀后，进行纺纱得到所述氨纶纤维。在本专利技术中，用于氨纶纤维制备的异氰酸酯为包含二异氰酸酯、碳化二亚胺改性异氰酸酯的混合物。优选地，碳化二亚胺改性异氰酸酯的含量为二异氰酸酯及碳化二亚胺改性异氰酸酯总量的5-20％为宜。在本专利技术中，二异氰酸酯的具体示例包括4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、2,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯，1,5’-萘二异氰酸酯、1,4’-亚苯基二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、1,4’-环己烷二异氰本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高强度和高回弹的氨纶纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：以多元醇和异氰酸酯反应制备得到预聚物；将所述预聚物与扩链剂进行二次聚合，添加链终止剂终止聚合，得到聚氨酯脲的聚合物原液；向所述聚氨酯脲的聚合物原液中任选地加入添加剂，搅拌均匀，然后进行纺纱，得到所述氨纶纤维。/n

【技术特征摘要】
1.一种高强度和高回弹的氨纶纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：以多元醇和异氰酸酯反应制备得到预聚物；将所述预聚物与扩链剂进行二次聚合，添加链终止剂终止聚合，得到聚氨酯脲的聚合物原液；向所述聚氨酯脲的聚合物原液中任选地加入添加剂，搅拌均匀，然后进行纺纱，得到所述氨纶纤维。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述异氰酸酯为包含二异氰酸酯和碳化二亚胺改性异氰酸酯的混合物；优选地，所述碳化二亚胺改性异氰酸酯的含量为所述异氰酸酯的5-20wt％，优选7-15wt％。


3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述碳化二亚胺改性异氰酸酯为碳化二亚胺改性的4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯。


4.根据权利要求1-3中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述二异氰酸酯选自4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、2,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯，1,5’-萘二异氰酸酯、1,4’-亚苯基二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、1,4’-环己烷二异氰酸酯、4,4’-二环己烷二异氰酸酯和异佛尔酮二异氰酸酯中的至少一种，优选选自4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯或者4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯与其他二异氰酸酯的混合物，更优选选自4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯和2,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯的混合物，更进一步优选选自含量为1-5％的2,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯和含量为95-99％的4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯的混合物；和/或，
所述多元醇选自聚四亚甲基醚二醇、聚丙二醇和聚碳酸酯二醇中的至少一种，优选选自聚四亚甲基醚二醇。


5.根据权利要求1-4中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述多元醇...

【专利技术属性】
技术研发人员：许钦一，高振华，齐旺顺，张宏科，
申请(专利权)人：万华化学集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37