一種高效的聚氨酯彈性纖維生產(chǎn)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種高效的聚氨酯彈性纖維生產(chǎn)方法，該方法以聚四亞甲基醚二醇PTMG、4,4-二苯甲烷二異氰酸酯4,4-MDI為主原料，正丁醇為封端劑，進(jìn)行預(yù)聚反應(yīng)，得到預(yù)聚物PP；然后，采用分布聚合反應(yīng)的方式，依次使用二醇DMAC溶液、混合胺DMAC溶液對PP進(jìn)行一次擴(kuò)鏈反應(yīng)和二次擴(kuò)鏈反應(yīng)，得到性能穩(wěn)定、粘度增長率低的聚氨基甲酸酯和聚脲基甲酸酯混合聚合物溶液；再后，在上述混合聚合物溶液中加入抗氧化劑、潤滑劑、消光劑、紫外吸收劑等功能助劑，得到紡絲溶液；最后，借助氨綸干法紡絲系統(tǒng)，實現(xiàn)聚氨酯彈性纖維的高效生產(chǎn)。
【專利說明】一種高效的聚氨酯彈性纖維生產(chǎn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是一種高效的聚氨酯彈性纖維生產(chǎn)方法，屬于聚氨酯彈性纖維材料制造的【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]聚氨酯彈性纖維，俗稱氨綸，具有類似橡膠的高彈性、高伸長率等特性，與非彈性纖維混紡得到織物布料，可以大大改善織物穿著地舒適性。自從1958年美國DUPON公司成功將氨綸進(jìn)行商業(yè)化之后，氨綸產(chǎn)業(yè)得到了迅猛發(fā)展，已經(jīng)成為主要的幾大化纖產(chǎn)業(yè)之一。然而近來，隨著氨綸產(chǎn)能的進(jìn)一步擴(kuò)大，加之受歐債危機(jī)的影響，整個氨綸行業(yè)處于相對低迷的狀態(tài)，產(chǎn)品利潤下降，廠商間的競爭也日益加劇。因此，各氨綸生產(chǎn)商都在不遺余力的尋求技術(shù)突破，以降低生產(chǎn)成本，提高利潤空間，保持市場競爭力。
[0003]截止目前，關(guān)于氨綸高效生產(chǎn)(900m/min以上)技術(shù)報道不多，其中美國英威達(dá)(Invista)公司在專利US4139567A、CN200680015886公開了一種聚(四亞甲基-共聚-亞乙基醚)二醇為軟段，選用4，4-MDI為二異氰酸酯，乙二胺和一種二醇(I, 2-乙二醇或1，4- 丁二醇)為擴(kuò)鏈劑的高速紡氨綸制備方法。相比傳統(tǒng)的聚四亞甲基醚二醇(PTMG)，聚(四亞甲基-共聚-亞乙基醚)二醇作為嵌段共聚物的軟段，不僅可以降低聚合物熔融溫度，提供優(yōu)異的低溫性能，還可以降低聚合物粘度，改善聚合物伸長率、負(fù)載力，還可以降低聚合物過程粘度，因此可以達(dá)到提高紡絲速度(可以超過900m/min)。同時，隨著聚(四亞甲基-共聚-亞乙基醚)二醇聚合物中的亞乙基醚含量的增加，聚合物的伸長率、負(fù)載力將隨之提高，因此紡速可以進(jìn)一步提高達(dá)到1000m/min?1100m/min,而不會對產(chǎn)品的物理性能產(chǎn)生很大的影響。英威達(dá)公司還在專利CN200810003050中公開了一種采用4，4_MD1、2，4-MDI混合二異氰酸酯為原料，原液濃度為45%,紡速達(dá)到950m/min的氨纟侖制備方法,該方法可以解決聚合物濃度超過37%時，出現(xiàn)的聚氨酯脲不能很好的溶解在DMAC溶劑中，而引起溶液不穩(wěn)定、加工困難以及凝膠等問題。此外，曉星公司在CN200410001009等報道了在擴(kuò)鏈劑(二胺或二醇)中，加入少量二乙撐三胺(DETA)，控制聚合物粘度，從而借助提高濃度達(dá)到提高紡速之目的。
[0004]但是上述方法使用的聚(四亞甲基-共聚-亞乙基醚)二醇、或是4，4-MD1、2，4-MDI混合二異氰酸酯氨綸主等原料目前尚未進(jìn)入大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化的階段，因此原料價格相對較高，不利于生產(chǎn)成本的降低，因此，制約了這些技術(shù)方法的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]技術(shù)問題:本發(fā)明的目的在于解決上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種高效的聚氨酯彈性纖維生產(chǎn)方法。
[0006]技術(shù)方案:本發(fā)明的一種高效的聚氨酯彈性纖維生產(chǎn)方法，采用分布聚合法，首先采用正丁醇作為封端劑，對預(yù)聚反應(yīng)過程進(jìn)行封端控制；接著，采用少量二醇對預(yù)聚物進(jìn)行一次擴(kuò)鏈；然后，采用含有二胺擴(kuò)鏈劑、單胺鏈終止劑以及二乙撐三胺鏈交聯(lián)劑混合胺溶液對一次擴(kuò)鏈后的聚合物同時進(jìn)行鏈增長、鏈終止和鏈交聯(lián)，制備得到高濃度的、性能穩(wěn)定的、且易加工的聚氨基甲酸酯和聚脲基甲酸酯混合聚合物溶液；再后，在混合聚合物溶液中添加各種功能助劑得到紡絲原液；最后，借助干法紡絲系統(tǒng)，實現(xiàn)聚氨酯彈性纖維的高效生產(chǎn)。具體包括如下幾個步驟:
[0007]步驟1.將聚四亞甲基醚二醇PTMG、4，4_ 二苯甲烷二異氰酸酯4，4-MD1、正丁醇BuOH同時送至第一反應(yīng)器中，使其進(jìn)行充分地預(yù)聚反應(yīng)，得到以-NCO和-OH封端的預(yù)聚物PP ；
[0008]步驟2.將預(yù)聚物PP和N，N- 二甲基乙酰胺DMAC同時輸送至高速溶解機(jī)中，并在高速剪切力的作用下，使預(yù)聚物PP充分溶解，得到預(yù)聚物溶液PPs ；
[0009]步驟3.將PPs溶液和二醇DMAC溶液同時輸送至第二反應(yīng)器中，在快速攪拌的條件下，使其進(jìn)行一次擴(kuò)鏈反應(yīng)，得到含有-NCO端基的聚氨基甲酸酯聚合物溶液；
[0010]步驟4.將步驟3制得的含有-NCO端基聚氨基甲酸酯聚合物溶液輸送至第三反應(yīng)器中，同時通入包含二胺類擴(kuò)鏈劑、單胺類鏈終止劑、二乙撐三胺鏈交聯(lián)劑的混合胺DMAC溶液，并進(jìn)行高速攪拌，使其同時進(jìn)行二次擴(kuò)鏈、鏈終止以及鏈交聯(lián)，制備聚氨基甲酸酯和聚脲基甲酸酯混合聚合物溶液；
[0011]步驟5.在步驟4的混合聚合物溶液中加入抗氧化劑、潤滑劑、消光劑和紫外吸收齊U，得到紡絲原液；
[0012]步驟6.最后，借助氨綸干法紡絲系統(tǒng)，紡絲原液在干法紡絲系統(tǒng)進(jìn)行生產(chǎn)，實現(xiàn)聚氨酯彈性纖維的高效生產(chǎn)。
[0013]所述的預(yù)聚反應(yīng)，其反應(yīng)溫度為60°C?80°C ; —次擴(kuò)鏈反應(yīng)中，其反應(yīng)溫度為50°C?90°C。
[0014]所述的聚四亞甲基醚二醇分子量為1500?3000 ;所述的正丁醇，其添加重量占聚四亞甲基醚二醇添加重量的300ppm?3000ppm。
[0015]所述的預(yù)聚物PP中的-NCO端基含量為2.20wt%?2.60wt%。
[0016]所述二醇DMAC溶液中的-OH摩爾數(shù)加上混合胺溶液中的-NH2摩爾數(shù)之和與預(yù)聚物PP中-NCO摩爾數(shù)的比值為1.005?1.125 ;二醇DMAC溶液中的二醇為乙二醇、1，2-丙二醇、1，3-丙二醇、1，4- 丁二醇、1，2- 丁二醇、三乙二醇中的一種或幾種。
[0017]所述的二胺類擴(kuò)鏈劑中的二胺為乙二胺、1，2-丙二胺、2-甲基-1，5-戊二胺、四甲基乙二胺、N，N-雙(3-氨丙基)甲胺中的一種或幾種；單胺類終止劑中的單胺為二甲胺、二乙胺、二丙胺、乙醇胺中的一種或幾種；二乙撐三胺交聯(lián)劑添加重量占PTMG添加重量的30ppm ?150ppmo
[0018]所述的二醇DMAC溶液中的二醇添加量與二胺類擴(kuò)鏈劑中的二胺添加量的摩爾比值為0.05?0.5 ;二胺類擴(kuò)鏈劑中的二胺添加量與單胺終止劑中的單胺添加量的摩爾比值為6?12。
[0019]所述的二醇DMAC溶液濃度為3wt%?10wt% ;所述的混合胺DMAC溶液濃度為3wt%?7wt% ;所述的聚氨基甲酸酯和聚脲基甲酸酯混合聚合物溶液濃度為35wt%?45wt%0
[0020]所述的紡絲原液，在干法紡絲系統(tǒng)進(jìn)行生產(chǎn)時，紡絲速度為900m/min?IlOOm/min0[0021]所述的步驟3中的二醇DMAC溶液添加次序也可以放在步驟2中實現(xiàn)，即將所需添加量的二醇溶解中在DMAC中得到二醇DMAC溶液，然后與PP同時送入高速溶解機(jī)，在進(jìn)行高速剪切溶解的同時，完成一次擴(kuò)鏈反應(yīng)。
[0022]有益效果:本發(fā)明采用分布聚合制備聚氨基甲酸酯和聚脲基甲酸酯混合聚合物溶液，相比于其它制備方法，該方法具有如下優(yōu)點:(I)在預(yù)聚反應(yīng)過程添加適量的正丁醇對-NCO進(jìn)行封端，制備了部分以-O (CH2) 3CH3封端的小分子聚合物，由于這部分小分子聚合物無法在后續(xù)過程中發(fā)生反應(yīng)，因此有助于降低整個體系的粘度以及粘度增長速度；(2)由于醇類化合物與-NCO反應(yīng)活性遠(yuǎn)低于胺類化合物，若二者同時與-NCO進(jìn)行反應(yīng)時，會引起醇類化合物完成不完全，低溫時，甚至無法發(fā)生反應(yīng)。本發(fā)明通過兩步擴(kuò)鏈反應(yīng)的方法，不僅克服了該問題；同時，由于二醇與-NCO發(fā)生擴(kuò)鏈反應(yīng)后，醇羥基(-0H)中的O原子上再無活性H原子，因此可以有效抑制混合聚合物后續(xù)聚集粘度的增長；(3)在二次擴(kuò)鏈過程中，采用二乙撐三胺對一次擴(kuò)鏈后的聚合物進(jìn)行鏈交聯(lián)，在聚合物之間形成支鏈結(jié)構(gòu)，可以阻止聚合物之間形成氫鍵，因此亦可以有效抑制混合聚合物后續(xù)聚集粘度的增長。因此，可以借助該組合技術(shù)可以適當(dāng)提高聚氨酯彈性纖維生產(chǎn)原液的濃度以及穩(wěn)定性，來實現(xiàn)高效生產(chǎn)聚氨酯彈性纖維之目的。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1是本發(fā)明的工藝路線1，
[0024]圖2是本發(fā)明的工藝路線2。
【具體實施方式】
[0025]下面用實例來詳細(xì)描述本發(fā)明，但這些實例不得理解為任何意義上對本發(fā)明的限制。
[0026]實施例1
[0027]步驟①將407.95g聚四亞甲基醚二醇、91.55g4, 4_ 二苯甲烷二異氰酸酯、0.5g正丁醇同時送至第一反應(yīng)器中，反應(yīng)時間2hr，得到預(yù)聚物(PP)；
[0028]步驟②將500g預(yù)聚物和596.5g N, N- 二甲基乙酰胺(DMAC)溶劑同時輸送至高速溶解機(jī)中，并在高速剪切力的作用下，使PP充分溶解，得到預(yù)聚物溶液(PPs)；
[0029]步驟③將1096.5g預(yù)聚物溶液和21.5g乙二醇DMAC (濃度為4%)溶液同時輸送至第二反應(yīng)器中，在快速攪拌的條件下，使其進(jìn)行一次擴(kuò)鏈反應(yīng)，得到含有部分-NCO端基的聚氨基甲酸酯聚合物溶液；
[0030]步驟④將含有部分-NCO端基的聚氨基甲酸酯聚合物溶液輸送至第三反應(yīng)器中，同時通入244.98g混合胺(包括0.83g丙二胺、7.7g乙二胺、1.26可二乙胺、0.02g 二乙撐三胺鏈交聯(lián)劑)DAMC溶液，并高速攪拌，使其同時進(jìn)行二次擴(kuò)鏈、鏈終止以及鏈交聯(lián)，制備聚氨基甲酸酯和聚脲基甲酸酯混合聚合物溶液；
[0031]步驟⑤在步驟④的混合聚合物溶液中加入31.24g含有抗氧化劑、潤滑劑、消光齊U、紫外吸收劑等功能助劑DMAC溶液(濃度為35%)，得到紡絲原液；
[0032]步驟⑥最后，借助氨纟侖干法紡絲系統(tǒng)，紡絲速度為950m/min。
[0033]實施例2[0034]步驟①將407.95g聚四亞甲基醚二醇、91.55g4, 4_ 二苯甲烷二異氰酸酯、1.0g正丁醇同時送至第一反應(yīng)器中，反應(yīng)時間2hr，得到預(yù)聚物(PP)；
[0035]步驟②將500g預(yù)聚物和565.4g N, N- 二甲基乙酰胺(DMAC)溶劑同時輸送至高速溶解機(jī)中，并在高速剪切力的作用下，使PP充分溶解，得到預(yù)聚物溶液(PPs)；
[0036]步驟③將1065.4g預(yù)聚物溶液和28.7g乙二醇DMAC (濃度為4%)溶液同時輸送至第二反應(yīng)器中，在快速攪拌的條件下，使其進(jìn)行一次擴(kuò)鏈反應(yīng)，得到含有部分-NCO端基的聚氨基甲酸酯聚合物溶液；
[0037]步驟④將含有部分-NCO端基的聚氨基甲酸酯聚合物溶液輸送至第三反應(yīng)器中，同時通入248.62g混合胺(包括0.87g丙二胺、7.6g乙二胺、1.21g可二乙胺、0.025g 二乙撐三胺鏈交聯(lián)劑)DAMC溶液，并高速攪拌，使其同時進(jìn)行二次擴(kuò)鏈、鏈終止以及鏈交聯(lián)，制備聚氨基甲酸酯和聚脲基甲酸酯混合聚合物溶液；
[0038]步驟⑤在步驟④的混合聚合物溶液中加入31.24g含有抗氧化劑、潤滑劑、消光齊U、紫外吸收劑等功能助劑DMAC溶液(濃度為35%)，得到紡絲原液；
[0039]步驟⑥最后，借助氨纟侖干法紡絲系統(tǒng)，紡絲速度為1000m/min。
[0040]實施例3
[0041]步驟①將407.95g聚四亞甲基醚二醇、91.55g4, 4_ 二苯甲烷二異氰酸酯、1.5g正丁醇同時送至第一反應(yīng)器)中，反應(yīng)時間2hr，得到預(yù)聚物(PP)；
[0042]步驟②將500g預(yù)聚物和548.5g N, N- 二甲基乙酰胺(DMAC)溶劑同時輸送至高速溶解機(jī)中，并在高速剪切力的作用下，使PP充分溶解，得到預(yù)聚物溶液(PPs)；
[0043]步驟③將1048.5g預(yù)聚物溶液和30.8g乙二醇DMAC (濃度為4%)溶液同時輸送至第二反應(yīng)器中，在快速攪拌的條件下，使其進(jìn)行一次擴(kuò)鏈反應(yīng)，得到含有部分-NCO端基的聚氨基甲酸酯聚合物溶液；
[0044]步驟④將含有部分-NCO端基的聚氨基甲酸酯聚合物溶液輸送至第三反應(yīng)器中，同時通入254.73g混合胺(包括0.95g丙二胺、7.8g乙二胺、1.23g可二乙胺、0.03g 二乙撐三胺鏈交聯(lián)劑)DAMC溶液，并高速攪拌，使其同時進(jìn)行二次擴(kuò)鏈、鏈終止以及鏈交聯(lián)，制備聚氨基甲酸酯和聚脲基甲酸酯混合聚合物溶液；
[0045]步驟⑤在步驟④的混合聚合物溶液中加入31.24g含有抗氧化劑、潤滑劑、消光齊U、紫外吸收劑等功能助劑DMAC溶液(濃度為35%)，得到紡絲原液；
[0046]步驟⑥最后，借助氨纟侖干法紡絲系統(tǒng)，紡絲速度為1080m/min。
【權(quán)利要求】
1.一種高效的聚氨酯彈性纖維生產(chǎn)方法，其特征在于該方法包括如下幾個步驟: 步驟1.將聚四亞甲基醚二醇PTMG、4，4-二苯甲烷二異氰酸酯4，4-MD1、正丁醇BuOH同時送至第一反應(yīng)器中，使其進(jìn)行充分地預(yù)聚反應(yīng)，得到以-NCO和-OH封端的預(yù)聚物PP ； 步驟2.將預(yù)聚物PP和N，N- 二甲基乙酰胺DMAC同時輸送至高速溶解機(jī)中，并在高速剪切力的作用下，使預(yù)聚物PP充分溶解，得到預(yù)聚物溶液PPs ； 步驟3.將PPs溶液和二醇DMAC溶液同時輸送至第二反應(yīng)器中，在快速攪拌的條件下，使其進(jìn)行一次擴(kuò)鏈反應(yīng)，得到含有-NCO端基的聚氨基甲酸酯聚合物溶液； 步驟4.將步驟3制得含有-NCO端基的聚氨基甲酸酯聚合物溶液輸送至第三反應(yīng)器中，同時通入包含二胺類擴(kuò)鏈劑、單胺類鏈終止劑、二乙撐三胺鏈交聯(lián)劑的混合胺DMAC溶液，并進(jìn)行高速攪拌，使其同時進(jìn)行二次擴(kuò)鏈、鏈終止以及鏈交聯(lián)，制備聚氨基甲酸酯和聚脲基甲酸酯混合聚合物溶液； 步驟5.在步驟4的混合聚合物溶液中加入抗氧化劑、潤滑劑、消光劑和紫外吸收劑，得到紡絲原液； 步驟6.最后，借助氨綸 干法紡絲系統(tǒng)，紡絲原液在干法紡絲系統(tǒng)進(jìn)行生產(chǎn)，實現(xiàn)聚氨酯彈性纖維的高效生產(chǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效的聚氨酯彈性纖維生產(chǎn)方法，其特征在于所述的預(yù)聚反應(yīng)，其反應(yīng)溫度為60V~80°C 次擴(kuò)鏈反應(yīng)中，其反應(yīng)溫度為50°C~90°C。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效的聚氨酯彈性纖維生產(chǎn)方法，其特征在于所述的聚四亞甲基醚二醇分子量為1500~3000 ;所述的正丁醇，其添加重量占聚四亞甲基醚二醇添加重量的300ppm~3000ppm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效的聚氨酯彈性纖維生產(chǎn)方法，其特征在于所述的預(yù)聚物PP中的-NCO端基含量為2.20wt%~2.60wt%o
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效的聚氨酯彈性纖維生產(chǎn)方法，其特征在于所述二醇DMAC溶液中的-OH摩爾數(shù)加上混合胺溶液中的-NH2摩爾數(shù)之和與預(yù)聚物PP中-NCO摩爾數(shù)的比值為1.005~1.125 ;二醇DMAC溶液中的二醇為乙二醇、1，2-丙二醇、1，3-丙二醇、1，4- 丁二醇、1，2- 丁二醇、三乙二醇中的一種或幾種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效的聚氨酯彈性纖維生產(chǎn)方法，其特征在于所述的二胺類擴(kuò)鏈劑中的二胺為乙二胺、1，2-丙二胺、2-甲基-1，5-戊二胺、四甲基乙二胺、N，N-雙(3-氨丙基)甲胺中的一種或幾種；單胺類終止劑中的單胺為二甲胺、二乙胺、二丙胺、乙醇胺中的一種或幾種；二乙撐三胺交聯(lián)劑添加重量占PTMG添加重量的30ppm~150ppm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效的聚氨酯彈性纖維生產(chǎn)方法，其特征在于所述的二醇DMAC溶液中的二醇添加量與二胺類擴(kuò)鏈劑中的二胺添加量的摩爾比值為0.05~0.5 ;二胺類擴(kuò)鏈劑中的二胺添加量與單胺終止劑中的單胺添加量的摩爾比值為6~12。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效的聚氨酯彈性纖維生產(chǎn)方法，其特征在于所述的二醇DMAC溶液濃度為3wt%~10wt% ;所述的混合胺DMAC溶液濃度為3wt%~7wt% ;所述的聚氨基甲酸酯和聚脲基甲酸酯混合聚合物溶液濃度為35wt%~ 45wt%。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效的聚氨酯彈性纖維生產(chǎn)方法，其特征在于所述的紡絲原液，在干法紡絲系統(tǒng)進(jìn)行生產(chǎn)時，紡絲速度為900m/min~1100m/min。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效的聚氨酯彈性纖維生產(chǎn)方法，其特征在于所述的步驟3中的二醇DMAC溶液添加次序也能放在步驟2中實現(xiàn)，即將所需添加量的二醇溶解中在DMAC中得到二醇DMAC溶液，然后與PP同時送入高速溶解機(jī)，在進(jìn)行高速剪切溶解的同時，完成一次擴(kuò)鏈反 應(yīng)。
【文檔編號】C08G18/12GK103526331SQ201310446184
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年9月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月25日
【發(fā)明者】溫作楊, 梁紅軍, 陳鈴, 席青, 費長書, 劉亞輝 申請人:浙江華峰氨綸股份有限公司