一种耐热高伸长率氨纶纤维生产工艺制造技术

一种耐热高伸长率氨纶纤维生产工艺，其特点是预聚物溶解工序中，将DEA溶于DMAC中形成质量百分比为0.1%~0.3%的溶液，用此DEA溶液代替常规氨纶聚合生产工艺中预聚物溶解工序之纯DMAC，使提DEA封端提前在预聚物溶解工序完成，确保DEA的反应率减少二次聚合后DEA变成过量胺未能参与反应的几率；相应的，二次聚合工序中，只有双胺基有机胺与提前部份被DEA封端的预聚物发生反应；一种耐热高伸长率氨纶纤维生产工艺，其特点之二是使用平均分子量为2300~28000左右的PTMG代替常规氨纶生产工艺中平均分子量为1800左右的PTMG、并将预聚合工序中MDI占总物料的质量百分比由18%~20%下调到16%~17%，同时MDI与PTMG的摩尔比，由常规工艺的1.55~1.75左右调整到2.0左右；一种耐热高伸长率氨纶纤维生产工艺，其特点之三是二次聚合工艺中，控制DEA与高聚物中过量胺的摩尔比，由常规氨纶生产工艺的1.1以上调整到0.99~1.02左右，以提高甬道内的三次聚合比例。以提高甬道内的三次聚合比例。以提高甬道内的三次聚合比例。

【技术实现步骤摘要】
一种耐热高伸长率氨纶纤维生产工艺


[0001]本专利技术属于高分子聚合
，涉及干纺氨纶聚合生产工艺等方面。

技术介绍

[0002]目前干纺工艺生产氨纶，主要分为聚合工序和纺丝工序，其中聚合工序分为预聚合和二次聚合。
[0003]预聚合由MDI（二苯基甲烷二异氰酸酯）和PTMG（聚四亚甲基醚二醇）按一定比例混合均匀后升温到70℃~90℃发生化学反应，生成异氰酸酯基
‑
N=C=O封端的预聚物(一般MDI摩尔数与PTMG摩尔数之比在MDI：PTMG=1.55~1.75左右)，用于生产氨纶的PTMG之平均分子量一般在1600~2000左右，预聚合原料配比中，MDI占质量百分比一般在18%~20%左右。
[0004]二次聚合是将预聚物溶液和混合胺溶液混合进行进一步的扩链反应，混合胺溶液由扩链剂双胺基有机胺与终止剂单胺基有机胺按一定的比例溶解于溶剂DMAC中调配而成（质量浓度一般在4%~10%间），胺基与异氰酸酯基发生化学反应生成含有脲键的高分子量聚合物（以下简称高聚物），形成高聚物溶液；扩链剂有乙二胺、丙二胺、戊二胺等，本说明书中扩链剂以仅使用乙二胺的工艺进行说明（乙二胺EDA，分子式：H2N
‑
CH2‑
CH2‑
NH2，以下称EDA）；终止剂一般使用二乙胺，本说明书中终止剂以仅使用二乙胺的工艺进行说明（二乙胺DEA，分子式：CH3‑
CH2‑
NH
‑
CH2‑
CH3以下称DEA）；一般氨纶聚合工艺之二次聚合，胺基的摩尔数略超过异氰酸酯基NCO，因此二次聚合生成的高聚物，其分子由DEA与NCO结合封端外，还包括相当一部份的来自扩链剂的胺基也起到封端作用（即1个EDA分子只有1个胺基反应到高聚物中、另一个胺基因为NCO已经消耗完了没有机会反应而连接在高聚物上）；二次聚合中混合胺之胺基摩尔数超过NCO基团的摩尔数的量、称为过量胺；高聚物中结合的胺基摩尔数占总过量胺的摩尔数百分比在本说明书中称为过量胺附着率；过量胺附着率与二次聚合反应均匀度密切相关，涉及到设备、工艺（如预聚物溶液粘度）等多个方面，过量胺附着率低会导致二次聚合出来之高聚物溶液粘度上升、胶体增多、而生产出来的氨纶纤维中高聚物的特性粘度会下降、氨纶纤维的断裂强度和耐热性均会相应下降。
[0005]二次聚合生产出来的高聚物溶液添加一定量的功能性助剂（包括抗氧剂、防粘剂、助染剂、消光剂等）后形成纺丝原液，纺丝原液经过计量泵从喷丝孔中挤出进入纺丝甬道，在纺丝甬道的高温（230℃~260℃左右）热风作用下溶剂DMAC闪蒸脱除后纺丝原液固化形成氨纶纤维，同时在高温热量作用下，高聚物的特性粘度进一步上升，由原液中的0.7~0.9dl/g上升到1.0~2.0dl/g左右，其本质原因是在甬道高温作用下，二次聚合中DEA与NCO反应封端生成的脲键分解、释出NCO、使得部份高聚物分子的封端基团变成了NCO，此部份NCO与高聚物中过量胺封端部分的胺基反应结合，使得部份高聚物的分子量进一步上升（此即干纺氨纶生产工艺中的后聚合或三次聚合，以下称三次聚合）。
[0006]当前常规氨纶生产中，一般使用PTMG分子量约1800左右，而耐热型常规氨纶，为了
提高纤维的耐热性，NCO%值控制得比较高（一般达到2.5~2.7%）、而纺丝甬道的进风温度高达260℃以上。NCO%值偏高（即MDI使用比例偏大，占预聚物原料质量百分比d在19%~20%左右）会导致氨纶丝的模量偏大、伸长率偏低（断裂伸长率只有450%~550%左右），不利于人体的舒适感，而纺丝甬道温度过高（260℃以上）不仅导致生产氨纶的能耗偏高、也增加了溶剂DMAC的热分解量导致DMAC酸值偏高，即增加了精制的运行成本也增加了溶剂DMAC的消耗量；另外、MDI使用比例上升增加了高聚物间氢键形成量也导致纺丝原液的动态粘度偏高、所以纺丝原液的固含量只能偏低一点（34%~35%左右），这也导致生产能耗偏高；普通非耐热型氨纶，使用的MDI比例稍偏小，占预聚物原料百分比18.5%左右，其伸长率比普通耐热型氨纶要高，断裂伸长率约600%左右，但是因为纤维特性粘度偏低、耐热性差。

技术实现思路

[0007]本专利技术的第一项内容是，使用分子量2300~2800的PTMG代替分子量1800左右的PTMG，预聚物MDI使用百分比由常规工艺的18~20%下降到16~17%左右，MDI与PTMG的摩尔比由1.55~1.75调整到2.0；二次聚合工艺中，DEA与高聚物中的过量胺之摩尔比按接近1：1来设计(0.99~1.05之间控制)；本专利技术以预聚中MDI使用质量百分比为16%的配比，分子量为2630的PTMG来生产改良型高伸长率耐热氨纶纤维为例进行说明，以使用分子量为1790的PTMG及MDI使用质量百分比为16%的高伸长率耐热氨纶纤维配方工艺、普通非耐热型氨纶配方工艺、普通耐热型氨纶配方工艺为参照对比进行说明，具体配比工艺见表1、表2：表1：不同PTMG分子量及不同MDI使用百分比之预聚合配方工艺对比表1中:MDI分子量为250.26，预聚物分子封端NCO量(mol)=2
×
MDI（mol）
‑2×
PTMG(mol)预聚物平均分子量=预聚物量（g）
÷
[预聚物分子封端NCO量（mol）
×
0.5]；从表1可知，如果使用分子量为1790的PTMG来生产高伸长率耐热型氨纶纤维，当MDI使用质量百分比为16%时，预聚物的分子量高达5886，远远超过普通氨纶工艺的预聚物分子量，意味着其粘度会上升，不利于后继的预聚物溶解及二次聚合的均一性，容易产生胶体、导致高聚物分子量分布过宽等一系列不利状态出现，而使用分子量为2630的PTMG，在MDI使用质量比为16%时，其预聚物的分子量仅有3131，略低于常规氨纶工艺之预聚物的分子量，这有利于后继工序的预聚物溶解均匀、也有利于二次聚合预聚物与扩链剂有机胺的
均匀混合与反应、有利于降低二次聚合生成的高聚物的分子量分布、提高二次聚合过量胺的附着率进而提高甬道内的三次聚合比例以提高氨纶纤维中高聚物的特性粘度；显然，使用分子量为1800左右的PTMG来生产高伸长率的氨纶纤维并不是最合适的选择；此外，改良型高伸长率配方工艺之预聚物中， MDI的摩尔数是PTMG摩尔数的2.0倍，因此预聚物中主要的分子结构是1个PTMG与2个MDI结合而成，预聚物的分子量分布非常均匀（预聚的工艺是低温45℃条件下先混合均匀，此时几乎不反应，混合均匀后再升温到80℃~90℃进行预聚物应，因此反应会非常均匀）；以M代表MDI、P代表PTMG，那么预聚物的分子可以用M
‑
P
‑
M来表示，改良型高伸长率配方工艺中之预聚物主要是这种分子形式，因此其分子量分布非常窄而均匀、也不容易产生胶体；普通型耐热配方预聚工艺之摩尔比MDI：PTMG=1.7（见表1），17mol MDI与10mol PTMG反应，可先生成8.5mol的M
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耐热高伸长率氨纶纤维生产工艺，其特征在于将常规氨纶聚合工艺中之混合胺分开添加：混合胺中之终止剂二乙胺DEA溶解于预聚物溶解工序使用之DMAC中，使得DEA提前在预聚物溶解工序中完成对部份预聚物的封端工序，提高DEA封端预聚物的均匀性及DEA的反应率。2.一种耐热高伸长率氨纶纤维生产工艺，其特征还在于使用平均分子量为2300~28000左右的PTMG代替常规氨纶生产工艺中平均分子量为1800左右的PTMG、并将预聚合工序中MDI占总物...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪宜春，
申请(专利权)人：汪宜春，
类型：发明
国别省市：