聚氨酯-尼龙6嵌段共聚物及其制备方法和聚氨酯-尼龙6弹性纤维技术

本发明专利技术提供了一种聚氨酯‑尼龙6嵌段共聚物及其制备方法和聚氨酯‑尼龙6弹性纤维。该弹性纤维由聚氨酯‑尼龙6嵌段共聚物经熔融纺丝得到。所述聚氨酯‑尼龙6嵌段共聚物为ABA型嵌段共聚物，其中嵌段A为端氨基聚酰胺链段，嵌段B为端异氰酸基聚氨酯链段，且所述端异氰酸基聚氨酯链段的质量含量为20wt％～60wt％，采用水解聚合的方法将端氨基聚酰胺和端异氰酸基聚氨酯按摩尔比为1.2:1～1.3:1进行聚合反应得到。通过对聚氨酯‑尼龙6共聚物的分子结构进行设计，使共聚物兼具聚氨酯及尼龙的优异性能，得到满足熔融纺丝要求的共聚物切片，进而熔融纺丝得到具有高强度、高回弹性的聚氨酯‑尼龙6共聚物弹性纤维。

【技术实现步骤摘要】
聚氨酯-尼龙6嵌段共聚物及其制备方法和聚氨酯-尼龙6弹性纤维
本专利技术属于高分子材料和合成纤维
，尤其涉及一种聚氨酯-尼龙6嵌段共聚物及其制备方法和聚氨酯-尼龙6弹性纤维。
技术介绍
聚氨酯弹性纤维俗称氨纶，通常为末端含有羟基的聚酯或聚醚和芳香族二异氰酸酯的嵌段共聚物。其主链上含有比较多的氨基甲酸酯基团(-NHCOO-)，内部有交替的软段和硬段组成，其中硬段部分通常为异氰酸酯与多元醇端羟基和小分子扩链剂(二元醇或者二元胺)反应形成，而软段部分通常是分子量比较低(通常分子量控制在500-3000g/mol)的含有端羟基的聚醚或者聚酯类低聚物。软段不具有结晶性，在应力作用下容易变形，从而使得纤维可被拉伸变形；硬段具有结晶性并能产生横向交联的芳香族二异氰酸酯链段，在应力作用下不产生变形，可防止横向滑移，使得纤维具有足够的回弹性。在纺织领域，通常将聚氨酯与聚酰胺纤维、聚酯纤维等其他纤维复合，从而赋予聚氨酯纤维织物良好的耐磨性和力学强度，应用于各种需要弹性的服装中，如游泳衣、健身衣、丝袜等。现有技术的复合方法主要包括共混纺丝和制成混纺纱。如申请号为201611046719.4的中国专利技术专利公开了一种芳纶-氨纶皮芯复合纤维及其制备方法，通过喷丝孔为同心圆型的喷丝板组件将皮层纺丝原液和芯层纺丝原液以皮芯结构同时挤出进行干法纺丝。其中皮层纺丝原液为芳纶聚合物溶液，芯层纺丝原液为聚氨酯溶液。制备的芳纶-氨纶皮芯复合纤维不仅具有高回弹性能，还具有耐高温、耐化学腐蚀、耐磨损性能。但是包芯纱的稳定性和可控性低，而且由于聚氨酯的热稳定性低，不适宜熔融纺丝，该方法采用的溶液纺丝，所用的有机溶剂毒性较大，对环境造成污染，同时溶剂的去除会使工艺流程复杂化，成本高。因此，为了进一步提高聚氨酯弹性纤维的强度和耐磨性以及熔融纺丝性能，通过共聚反应，得到聚氨酯和聚酰胺的共聚物，是一种有效的方法。既能克服聚氨酯难以熔融纺丝的缺陷，从而提高纺丝效率、降低纺丝成本；又能克服共混纤维或混纺纤维的结构稳定性和可控性低的问题。中国专利201110301764.0公开了一种尼龙聚氨酯弹性体的制备方法，主要将尼龙和聚氨酯预聚体溶解在有机溶剂中进行反应得到尼龙聚氨酯弹性体，从分子结构上将两者有机结合，兼具尼龙和聚氨酯的优异性能。但是，溶解聚合过程中采用的有机溶剂毒性较大，对环境造成污染，同时溶剂的去除会使工艺流程复杂化，成本高。中国专利201410799837.7公开了尼龙聚氨酯弹性体的熔融反应制备方法，主要是先将端氨基尼龙、端异氰酸酯基聚氨酯、热稳定剂、光稳定剂、水稳定剂共混均匀，然后通过双螺杆或密炼机进行熔融反应，得到尼龙聚氨酯弹性体。该方法直接将聚氨酯和尼龙在挤出机中熔融共混，发生共聚反应的效率较低。而且上述两种制备方法仅是得到了尼龙聚氨酯弹性体，其拉伸强度小于30MPa，远低于实用聚酰胺纤维或氨纶的拉伸强度，且并未从聚氨酯-尼龙6共聚物的熔融纺丝性能角度出发，对分子结构进行设计和调控，因此得到的产物并不适用于熔融纺丝纤维的制备。因此，若能从聚合物分子链结构设计角度出发，对聚氨酯的分子结构进行设计，将尼龙分子链嵌入聚氨酯分子链，合理调控共聚物的结构，使共聚物兼具聚氨酯及尼龙的优异性能，得到满足纺丝要求的共聚物切片，这将对提高聚氨酯弹性纤维的力学强度及耐磨性具有重要意义。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种聚氨酯-尼龙6弹性纤维，由聚氨酯-尼龙6嵌段共聚物经熔融纺丝得到。所述聚氨酯-尼龙6嵌段共聚物为ABA型嵌段共聚物，其中嵌段A为端氨基聚酰胺链段，嵌段B为端异氰酸基聚氨酯链段，且所述端异氰酸基聚氨酯链段的质量含量为20wt％～60wt％。将聚氨酯优异的弹性与聚酰胺优异的力学强度和耐磨性相结合，得到具有高强度和耐磨性的聚氨酯-尼龙6共聚物弹性纤维。本专利技术的目的还在于提供一种聚氨酯-尼龙6嵌段共聚物的制备方法，首先将二异氰酸酯和聚醚多元醇反应得到端异氰酸基聚氨酯预聚物；然后低分子脂肪族二元醇进行扩链，得到分子量为800～1500g/mol的端异氰酸基聚氨酯低聚物；将其与分子量为1000～3000g/mol的端氨基聚己内酰胺预聚体聚合得到端氨基型聚氨酯-尼龙6共聚物。该方法采用熔融聚合的方法，并通过调控反应条件及反应原料的结构组成和配比，得到可用于熔融纺丝的聚氨酯-尼龙6共聚物。本专利技术的目的还在于提供一种以上所述制备方法制备得到的聚氨酯-尼龙6嵌段共聚物，该共聚物的熔融温度为205～220℃，熔融指数为15～25g/10min，具有优异的熔融纺丝性能。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案实现：一种聚氨酯-尼龙6弹性纤维，由聚氨酯-尼龙6嵌段共聚物经熔融纺丝得到；所述聚氨酯-尼龙6嵌段共聚物为ABA型嵌段共聚物，其中嵌段A为端氨基聚酰胺链段，嵌段B为端异氰酸基聚氨酯链段，且所述端异氰酸基聚氨酯链段的质量含量为20wt％～60wt％；所述聚氨酯-尼龙6嵌段共聚物的熔融指数为15～25g/10min，熔融温度为205～220℃。进一步的，所述熔融纺丝的温度为220～260℃。进一步的，所述端异氰酸基聚氨酯低聚物的分子量为800～1500g/mol；所述端氨基聚己内酰胺预聚体的分子量为1000～3000g/mol，所述纺丝纤维用聚氨酯-尼龙6嵌段共聚物的分子量为20000～50000g/mol。进一步的，所述聚氨酯-尼龙6弹性纤维的拉伸强度为4.2～6.0cN/dtex；将所述聚氨酯-尼龙6弹性纤维拉伸到30％，保持1min，释放外力30s后的弹性回复率为95％～100％。一种以上所述聚氨酯-尼龙6嵌段共聚物的制备方法，包括以下步骤：S1.按摩尔比为1.05:1～1.25:1称取二异氰酸酯和聚醚多元醇，将聚醚多元醇减压干燥后，加入二异氰酸酯及催化剂二月桂酸二丁基锡(DBTDL)，于室温下反应预设时间，得到端异氰酸基聚氨酯预聚物；S2.向步骤S1所述端异氰酸基聚氨酯预聚物中加入低分子脂肪族二元醇，继续室温反应预设时间，得到端异氰酸基聚氨酯低聚物；所述端异氰酸基聚氨酯预聚物和低分子脂肪族二元醇的摩尔比为1.05:1～1.3:1；S3.将己内酰胺、水、浓磷酸和己二胺在230～250℃的氮气环境下反应预设时间，然后将反应温度调至260～270℃，同时关闭氮气，并开始抽真空5～30min后，得到端氨基聚己内酰胺预聚体；S4.向步骤S3所述端氨基聚己内酰胺预聚体中加入步骤S2所述端异氰酸基聚氨酯低聚物，在真空条件下反应至熔体为透明状，且出现明显的爬杆现象时停止反应，得到纺丝纤维用聚氨酯-尼龙6嵌段共聚物；所述端氨基聚己内酰胺预聚体和端异氰酸基聚氨酯低聚物的摩尔比为1.2:1～1.3:1。进一步的，在步骤S3中，所述己内酰胺、水、浓磷酸和己二胺的质量百分比为100％:1％:2％:0.5～2％。进一步的，在步骤S1中，所述预设时间为2～4h；在步骤S2中，所述预设时间为2～4h；步骤S3所述预设时间为3～6本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种聚氨酯-尼龙6弹性纤维，其特征在于，所述弹性纤维由聚氨酯-尼龙6嵌段共聚物经熔融纺丝得到；所述聚氨酯-尼龙6嵌段共聚物为ABA型嵌段共聚物，其中嵌段A为端氨基聚酰胺链段，嵌段B为端异氰酸基聚氨酯链段，且所述端异氰酸基聚氨酯链段的质量含量为20wt％～60wt％；所述聚氨酯-尼龙6嵌段共聚物的熔融指数为15～25g/10min，熔融温度为205～220℃。/n

【技术特征摘要】
1.一种聚氨酯-尼龙6弹性纤维，其特征在于，所述弹性纤维由聚氨酯-尼龙6嵌段共聚物经熔融纺丝得到；所述聚氨酯-尼龙6嵌段共聚物为ABA型嵌段共聚物，其中嵌段A为端氨基聚酰胺链段，嵌段B为端异氰酸基聚氨酯链段，且所述端异氰酸基聚氨酯链段的质量含量为20wt％～60wt％；所述聚氨酯-尼龙6嵌段共聚物的熔融指数为15～25g/10min，熔融温度为205～220℃。


2.根据权利要求1所述的聚氨酯-尼龙6弹性纤维，其特征在于，所述熔融纺丝的温度为220～260℃。


3.根据权利要求1所述的聚氨酯-尼龙6弹性纤维，其特征在于，所述端异氰酸基聚氨酯低聚物的分子量为800～1500g/mol；所述端氨基聚己内酰胺预聚体的分子量为1000～3000g/mol，所述纺丝纤维用聚氨酯-尼龙6嵌段共聚物的分子量为20000～50000g/mol。


4.根据权利要求1所述的聚氨酯-尼龙6弹性纤维，其特征在于，所述聚氨酯-尼龙6弹性纤维的拉伸强度为4.2～6.0cN/dtex；将所述聚氨酯-尼龙6弹性纤维拉伸到30％，保持1min，释放外力30s后的弹性回复率为95％～100％。


5.一种权利要求1至4中任一项权利要求所述的聚氨酯-尼龙6嵌段共聚物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.按摩尔比为1.05:1～1.25:1称取二异氰酸酯和聚醚多元醇，将聚醚多元醇减压干燥后，加入二异氰酸酯及催化剂二月桂酸二丁基锡(DBTDL)，于室温下反应预设时间，得到端异氰酸基聚氨酯预聚物；
S2.向步骤S1所述端异氰酸基聚氨酯预聚物中加入低分子脂肪族二元醇，继续室温反应预设时间，得到端异氰酸基聚氨酯低聚物；
所述端异氰酸基聚氨酯预聚物和低分子脂肪族二元醇的摩尔...

【专利技术属性】
技术研发人员：王雯雯，王栋，田时友，赵青华，周鹏程，卢静，梅涛，
申请(专利权)人：武汉纺织大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42