一种基于熔体直纺技术制备功能化尼龙6纤维的方法技术

本发明专利技术涉及尼龙材料领域，公开了一种基于熔体直纺技术制备功能化尼龙6纤维的方法，包括：1）配料：将已内酰胺、封端剂、水和催化剂加热混合，得到混合物；2）开环；3）预缩聚：进行预缩聚反应和脱挥；4）终缩聚：进行终缩聚反应和脱挥；5）纺前脱挥；6）纺丝，获得功能化尼龙6纤维；其中，在步骤1）中，添加功能组分；或在步骤5）进行纺前脱挥前，添加含有功能组分的功能尼龙母粒。本发明专利技术可分为两种并列方案，可在步骤1）中直接添加功能组分，或在步骤5）脱挥前添加含有功能组分的功能尼龙母粒。本发明专利技术在添加功能组分后直接进行熔融直纺，并在预缩聚及终缩聚时就进行脱挥，可避免功能组分分散不佳的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于熔体直纺技术制备功能化尼龙6纤维的方法
本专利技术涉及尼龙材料领域，尤其涉及一种基于熔体直纺技术制备功能化尼龙6纤维的方法。
技术介绍
尼龙纤维(PA纤维，锦纶)由于其具有优异的物理机械性能和纺织加工性能，自问世以后，其产量在相当长的一段时间内位居合成纤维家族的第一位，但由于价格与生产成本的限制以及聚酯纤维的快速发展，现为第二大产量的合成纤维，2018年我国锦纶产量超过了330万吨。尼龙6纤维具有聚酯纤维无法比拟的优良物理性能，如尼龙6纤维的断裂强度较高，耐磨性居纺织通用纤维之冠，吸湿性好，弹性回复率和耐疲劳性能优良，染色性好。尼龙6纤维除了服装业用和装饰用外，在其他产业中也有广阔的应用，如其在轮胎帘子布、汽车用纺织品、过滤材料、BCF地毯膨体纱上都开发了新产品。经过发展，虽然PA6纤维差别化率超过了50％，但主要集中在细旦、粗旦、有色、大有光和全消光等技术层次不高的物理改性品种上，占比超过了80％，品种单一、技术含量不高、附加值低的问题仍然严重。同时，随着生活水平的提高，纺织品的作用从以蔽体、保暖为目的的初级阶段，逐渐过渡到越来越重视保健、舒适等功能性元素，常规PA6纤维已经不能满足国内外市场对PA6纤维及制品多样化、功能化的需求。因此，目前急需在体现高新技术水平与应用水平的化学改性或物理化学协同改性的多功能复合PA6纤维开发方面突破，设计开发新颖的多功能PA6纤维新产品，促进PA6纤维产业的转型升级。目前，在PA6纤维生产过程中，纤维的张力大，气泡或杂质的存在会引起单丝断裂，因此PA6纺丝对熔体要求较高，熔体中热水可萃取物含量需低于2wt％。而己内酰胺水解聚合的转化率一般在90％左右，意味着聚合物中残余有10％左右的己内酰胺单体和低聚物(也称热水可萃取物，其中单体约占75％，低聚物约占25％)，这些熔体中的杂质对纺丝造成了极大的影响，因此，在PA6纺丝前，需要对切片进行萃取处理，根据FZ/T51004-2011，PA6切片热水可萃取物含量应小于0.5wt％(优等品)。现在工业上普遍采用热水连续萃取工艺，萃取掉PA6切片中的单体和低聚物，使切片中可萃取物含量低于0.5wt％，满足高速纺丝的要求。然而在萃取过程中，用于辅助功能组分分散的助剂容易在萃取过程中析出，使功能组分的分散效果下降，进一步导致制品品质的下降。此外，在萃取、干燥再熔融过程中需要消耗大量的水和能源，据统计，在PA6切片生产过程中，萃取、干燥过程的能耗占PA6切片生产过程能耗的15-20％，大幅提高了PA6纤维的生产成本。为了避免这些弊端，PA6纺丝技术在未来将往直接纺丝方向推进，熔体直纺相较于切片法纺丝还可大大简化生产流程，单位产量基建投资少，有利于进一步降低纤维生产成本。因此通过开发新聚合工艺，降低已内酰胺水解聚合过程中所产生的低聚物含量，实现尼龙6熔体直纺成为了产业发展的趋势。目前降低己内酰胺水解聚合过程中低聚物含量的主要方法是对聚合温度的控制，因为己内酰胺聚合是一个随着温度变化而变化的平衡关系，随着温度的升高，更有利于低聚物生成，尤其是环状低聚物，因此可以通过控制聚合温度来有效控制低聚物含量，即低温聚合。要想确保聚合过程处于液态进行，聚合温度需至少大于尼龙6熔点以下10℃，此时的聚合温度仍不能将低聚物控制在可熔体直纺的范围，而且低温聚合还有另外一个缺点，即反应速度较慢，所获的聚合物数均分子量偏低；而在更低温度下聚合的过程实际上是分为两部分，一部分是熔融聚合过程，一部分是固相聚合过程，固相聚合的过程是为了获得足够数均分子量的聚合物用以产品的开发，但是目前还没有找到能将低温下形成的固态聚合物变成适合纺丝的有效方法，如果由低温聚合物纺制纤维，则必须先将聚合物熔融，然而，这时由于存在化学反应平衡，又形成低分子化合物，这样一来，与正常的聚合法相比较就没有什么优点了。
技术实现思路
针对现有技术存在的上述技术问题，本专利技术提供了一种基于熔体直纺技术制备功能化尼龙6纤维的方法。本专利技术通过在配料或纺前脱挥阶段添加功能组分，对尼龙进行功能化改性，并且能够实现尼龙熔体聚合后的直纺，无需先制成切片，可提高功能组分的分散性，同时能够有效控制尼龙熔体中的热水可萃取物和环状二聚体的含量。本专利技术的具体技术方案为：一种基于熔体直纺技术制备功能化尼龙6纤维的方法，包括以下步骤：1)配料：将已内酰胺、封端剂、水和催化剂加热混合，得到混合物；2)开环：将所述混合物加热进行开环反应；3)预缩聚：对开环所获产物进行加热，进行预缩聚反应和脱挥；4)终缩聚：将预缩聚所得产物加热，进行终缩聚反应和脱挥；5)纺前脱挥：通过薄膜蒸发器对终缩聚所得产物进行纺前脱挥；6)纺丝：纺前脱挥后产物直接输送至纺丝线进行纺丝，获得功能化尼龙6纤维；其中，在步骤1)中，添加功能组分；或在步骤5)进行纺前脱挥前，添加含有功能组分的功能尼龙母粒。本专利技术可分为两种并列方案，可在步骤1)中直接添加功能组分，或在步骤5)脱挥前添加含有功能组分的功能尼龙母粒。如
技术介绍
部分中所述，在现有技术(非熔体直纺，先制成切片再熔融纺丝)中，对尼龙熔体中的热水可萃取物的萃取过程中，用于辅助功能组分分散的助剂容易在萃取过程中析出，使功能组分的分散效果下降，进一步导致制品品质的下降。而本专利技术在添加功能组分后直接进行熔融直纺，并在预缩聚及终缩聚时就进行脱挥，可避免上述问题。本专利技术方法的流程具体为：先通过配料釜配制原料，配制好的原料输送至开环釜，经开环反应后获得尼龙6预聚物，所获预聚物输送至预缩聚釜，使尼龙6预聚物的数均分子量进一步增长，所获熔体被输送至终缩聚釜中进一步进行缩聚反应，在预缩聚和终缩聚过程中聚合物呈现液态，低聚物(热水可萃取物)从熔体中形成气相脱除(即脱挥)，实现尼龙6的液相萃取，使所获尼龙6熔体热水可萃取物含量≤1.5wt％，其中环状二聚体含量≤0.3wt％；然后，所获熔体被输送至纺丝组件，纺丝组件前，熔体经过薄膜蒸发器，使熔体中的热水可萃取物含量进一步降低(此步脱挥主要是针对输送过程中新生成的热水可萃取物)；尼龙6熔体最终经纺丝组件，直接熔融纺丝成形。本专利技术工艺简单，在提高己内酰胺的利用率的同时，还降低了能耗，所获熔体可直接熔融纺丝，也可直接制成塑料制品，易于实现大容量规模化生产，可应用在服用纤维、工业用丝、汽车等领域。本专利技术的优势在于：将聚合过程分解成多步，具有极高的工艺调控柔性，可根据每一步反应原理及特点，对聚合工艺进行调整。例如可在开环阶段，降低反应温度，可预先调控环状二聚体含量；在预缩聚过程中采用降低真空度，减缓脱挥速度的方法预先将大部分挥份脱除，同时给予较长反应时间让分子链充分进行链交换，再通过高真空终缩聚进一步强化脱挥效果，可避免大量挥份脱除时产生大量熔体气泡所引起的粘壁现象以及数均分子量分布宽的问题。通过工艺的针对性调整，实现降低熔体热水可萃取物含量的同时，保证了熔体的质量。此外，本专利技术结合己内酰胺缩聚反应放热、数均分子量增长的特点，将部分缩聚反应放在终缩聚釜中进行，也就是终缩聚釜中起到的作用不仅仅是液本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于熔体直纺技术制备功能化尼龙6纤维的方法，其特征在于包括以下步骤：/n1)配料：将已内酰胺、封端剂、水和催化剂加热混合，得到混合物；/n2)开环：将所述混合物加热进行开环反应；/n3)预缩聚：对开环所获产物进行加热，进行预缩聚反应和脱挥；/n4)终缩聚：将预缩聚所得产物加热，进行终缩聚反应和脱挥；/n5)纺前脱挥：通过薄膜蒸发器对终缩聚所得产物进行纺前脱挥；/n6)纺丝：纺前脱挥后产物直接输送至纺丝线进行纺丝，获得功能化尼龙6纤维；/n其中，在步骤1)中，添加功能组分；或在步骤5)进行纺前脱挥前，添加含有功能组分的功能尼龙母粒。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于熔体直纺技术制备功能化尼龙6纤维的方法，其特征在于包括以下步骤：
1)配料：将已内酰胺、封端剂、水和催化剂加热混合，得到混合物；
2)开环：将所述混合物加热进行开环反应；
3)预缩聚：对开环所获产物进行加热，进行预缩聚反应和脱挥；
4)终缩聚：将预缩聚所得产物加热，进行终缩聚反应和脱挥；
5)纺前脱挥：通过薄膜蒸发器对终缩聚所得产物进行纺前脱挥；
6)纺丝：纺前脱挥后产物直接输送至纺丝线进行纺丝，获得功能化尼龙6纤维；
其中，在步骤1)中，添加功能组分；或在步骤5)进行纺前脱挥前，添加含有功能组分的功能尼龙母粒。


2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述功能组分为抗氧化剂、抗紫外剂、抗菌剂、阻燃剂、负离子发生材料、荧光材料、碳纳米管、石墨烯、聚乙二醇、聚己内酯、间苯二甲酸-5-磺酸钠、PET、PBT、尼龙66盐、尼龙610盐、尼龙612盐和尼龙6T盐中的一种或多种。


3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：
所述抗氧化剂为抗氧化剂1010、抗氧化剂168和抗氧化剂616中的一种或多种；
所述抗紫外剂为水杨酸、二苯甲酮系苯并三唑系、二氧化钛、氧化锌、碳酸钙、滑石粉和SEED中的一种或多种；
所述抗菌剂为纳米二氧化钛、氧化锌、氧化铁、壳聚糖、纳米银、纳米铜和季铵盐类化合物中的一种或多种；
所述阻燃剂为硼酸锌、四溴双酚A、[(6-氧代-6H-二苯并[C，E][1，2]氧磷杂己环-6-基)甲基]丁二酸、双(六氯环戊二烯)环辛烷、多磷酸铵、十溴二苯醚和1，3，6-三(4，6-二氨基-2-硫基三嗪)己烷与三聚氰酸的混合物中的一种或多种；
所述负离子发生材料为奇冰石和/或电气石；
所述荧光材料以碱土金属的硫化物、铝酸盐作为发光基质，以稀土镧系元素铕、钐、铒或钕作为激活剂。


4.如权利要求3所述的方法，其特征在于：所述季铵盐类化合物分子式为其中，R1、R2＝C8～C20，R1、R2相同或不同，X-为Cl-、Br-或I-。


5.如权利要求1-4之一所述的方法，其特征在于，步骤1)中：
相对于己内酰胺，水的添加量为1-5wt％，封端剂的添加量为0.1-0.5wt％，催化剂的添加量为0.01-1wt％；和/或
所述封端剂为HOOC(CH2)nCOOH、对苯二甲酸、邻苯二甲酸中的一种或多种；其中n为2-10；和/或
所述催化剂为尼龙66盐、NH2(CH2)xCOOH中的一种或多种；其中，X为4-10；和/或
混合温度为80-140℃，混合时进行搅拌10-60min，转速为60-240r/min。


6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，相对于己内酰胺，所述功能组分的添加量为0.1-5wt％。


7.如权利要求6所述的方法，其特征在于：所述功能尼龙母粒中功能组分的含量为5-30wt％。


8.如权利要求1-4之一所述的方法，其特征在于，步骤2)中，开环温度为210-260℃，反应压力控制在0.1-2MPa；...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐锦龙，王松林，汤廉，黄家鹏，何宁艳，王华平，王朝生，
申请(专利权)人：浙江恒澜科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33