一种氨纶纤维及其制备方法和制备的纺织品

本发明属于纺丝领域，涉及化学纤维的制造，特别是指一种氨纶纤维及其制备方法和制备的纺织品。

背景技术：

1、氨纶具有其他合成纤维无可比拟的弹性，其断裂伸长高达800％，弹性回复率达95％以上，广泛应用于纺织服装、医疗卫生、体育运动和国防军工等领域。少量的加入即可赋予纺织品优异的弹性、舒适性和保型性，是高端纺织品不可或缺的纤维材料。公开号cn101849048a的专利公开了一种氨纶，通过改变氨纶结构达到提高氨纶热定型效率的目的，涉及到非对称异氰酸酯或者结构对称但具有位阻效应的异氰酸酯的使用，但在提高热定形效率的同时，氨纶的力学强度及耐热性能等均出现了不同幅度的下降。

2、常规氨纶聚合物是由多聚脂肪族聚二元醇和芳香族二异氰酸酯通过逐步聚合和扩链反应制备得到的，其分子链中大量的脂肪族二元醇的存在使得常规氨纶的力学性能和耐热性较差，公开号为cn109487361a的专利，公开了一种具有良好耐热性和低温定形性的氨纶纤维及制备方法，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，进行纺纱得到氨纶纤维；但是其热分解温度较低，热分解温度低于230℃，无法满足氨纶在后续高温印染及高端领域的应用。

技术实现思路

1、为解决提高氨纶纤维的热解温度、提高氨纶的阻燃性能和力学性能遇到的技术问题，本发明提出一种氨纶纤维及其制备方法和应用。

2、本发明的技术方案是这样实现的：

3、一种氨纶纤维的制备方法，包括如下步骤：

4、(1)预聚：将芳香族结构二元醇与二异氰酸酯按摩尔比1：(1.5-2.1)和催化剂溶解于极性胺溶液中，投入到预聚反应器，在80-110℃下高速搅拌反应80-100min，制备得到预聚物a；将多聚二元醇与二异氰酸酯按照摩尔比1：(1.2-2)溶解于极性胺溶液中，投入到预聚反应器，在80-110℃下高速搅拌反应60-90min，制备得到预聚物b。将预聚物a与b按照质量比3:7-9:1混合后，输送到终聚反应器；

5、(2)聚合:将扩链剂与助剂溶解分散于极性胺溶液中，通过多点注入方式加入到终聚反应器中，对预聚物进行扩链，得到重均分子量大于8万的聚氨酯脲溶液；

6、(3)纺丝：将聚氨酯脲溶液经过熟化后得到纺丝原液，经计量泵输送到纺丝箱体中通过喷丝挤出，丝条在纺丝甬道内固化，卷绕后得到高性能氨纶丝；或将聚氨酯脲溶液在乙醇溶液中沉淀，过滤干燥后，经熔融纺丝制备高性能氨纶丝。

7、所述的芳香族结构二元醇为以下结构的一种或两种的组合：

8、

9、其中n为2-12的正整数。

10、所述的二异氰酸酯为4,4’-亚甲基双(异氰酸苯酯)、甲苯-2,4-二异氰酸酯、甲苯-2,5-二异氰酸酯，2,2’-二甲基联苯异氰酸酯、偶氮苯二异氰酸酯中的任一种；

11、所述的多聚二元醇为聚乙二醇、聚丙二醇、聚四氢呋喃醚二醇中的任一种；

12、所述的催化剂为辛酸亚锡、二月桂酸二丁基锡、二丁基硫化锡中的任一种，用量为单体总质量的0.01-0.5wt％

13、所述的极性胺溶液为n,n-二甲基甲酰胺或n,n-二甲基乙酰胺；

14、所述的扩链剂为二元胺或二元醇，其中二元胺为乙二胺、丙二胺、丁二胺中的一种；所述的二元醇为丁二醇和分子量≤600的聚乙二醇中的任一种。

15、所述的助剂为光稳定剂、颜料、抗氧剂、抗菌剂，用量为纺丝液总质量的0.1-2wt％。

16、所述的纺丝原液的粘度为20-80pa.s,喷丝孔数为60-100，纺丝甬道热空气或热氮气的温度为230-280℃，气体流速为0.1-1m/s，卷绕速度为600-1000m/min。

17、所述的熔融纺丝在螺杆纺丝机中进行，纺丝温度为250-280℃，卷绕速度800-1500m/min。

18、利用上述方法制备的氨纶纤维，其断裂强度＞2.0cn/dtex，断裂伸长为100-700％，细度为5-40d，热分解温度＞280℃，极限氧指数＞28％。

19、基于上述氨纶纤维制备的纺织品。

20、本发明具有以下有益效果：

21、本发明分别将芳香族二元醇、多聚二元醇与异氰酸酯进行共聚，然后进行扩链，可赋予氨纶刚柔并济的分子链结构，提升了分子链的作用力和刚性，增强了微相分离程度，并使氨纶氢键密度有所下降，使得制备得到的聚氨酯在溶液及熔融状态下具有一定的双折射现象，表现出类似于液晶分子的流动行为，有利于成型加工(干法及熔融纺丝)中分子链的高度取向，继而获得具有优异力学性能和耐热性的氨纶纤维，极大改善了常规氨纶由于含有大量柔性脂肪族多聚二元醇结构造成的力学性能低，耐热及耐候性差等缺陷，大幅度提高了氨纶纤维的品质。

技术特征：

1.一种氨纶纤维的制备方法，其特征在于，步骤为：

2.根据权利要求1所述的氨纶纤维的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中芳香族结构二元醇选自以下结构中的一种或两种：其中n为2-12的正整数。

3.根据权利要求2所述的氨纶纤维的制备方法，其特征在于：所述二异氰酸酯为4,4’-亚甲基双(异氰酸苯酯)、甲苯-2,4-二异氰酸酯、甲苯-2,5-二异氰酸酯，2,2’-二甲基联苯异氰酸酯和偶氮苯二异氰酸酯中的任一种；催化剂为辛酸亚锡、二月桂酸二丁基锡和二丁基硫化锡中的任一种；极性胺溶液为n,n-二甲基甲酰胺或n,n-二甲基乙酰胺。

4.根据权利要求3所述的氨纶纤维的制备方法，其特征在于：所述芳香族结构二元醇与二异氰酸酯的摩尔比为1:1.5-2.1；催化剂的添加量为单体总质量的0.01-0.5wt％；高速搅拌反应ⅰ的反应温度为80-110℃、时间为80-100min。

5.根据权利要求4所述的氨纶纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中多聚二元醇为聚乙二醇、聚丙二醇和聚四氢呋喃醚二醇中的任一种；所述多聚二元醇与二异氰酸酯按照摩尔比1:1.2-2；高速搅拌反应ⅱ的反应温度为80-110℃、时间为60-90min。

6.根据权利要求5所述的氨纶纤维的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中扩链剂为二元胺或二元醇，其中二元胺为乙二胺、丙二胺和丁二胺中的任一种；二元醇为丁二醇和分子量≤600的聚乙二醇中的任一种；助剂为光稳定剂、颜料、抗氧剂和抗菌剂中的一种或多种。

7.根据权利要求6所述的氨纶纤维的制备方法，其特征在于：所述预聚物a和预聚物b的质量比为3:7-9:1；扩链剂的用量为聚氨酯脲溶液总质量的5-25wt％；助剂的用量为聚氨酯脲溶液总质量的0.1-2wt％；扩链反应的条件为于40-90℃下反应30-60min。

8.根据权利要求7所述的氨纶纤维的制备方法，其特征在于，所述干法纺丝的条件为：熟化后的聚氨酯脲溶液的粘度为20-80pa.s，喷丝孔数为60-100，纺丝甬道热空气或热氮气的温度为230-280℃，气体流速为0.1-1m/s，卷绕速度为600-1000m/min；所述熔融纺丝的条件为：纺丝温度为250-280℃，卷绕速度800-1500m/min。

9.利用权利要求1-8任一项所述的方法制备的氨纶纤维，其特征在于：所述氨纶纤维的断裂强度＞2.0cn/dtex，断裂伸长为100-700％，细度为5-40d，热分解温度＞280℃，极限氧指数＞28％。

10.基于权利要求9所述的氨纶纤维制备的纺织品。

技术总结
本发明属于纺丝领域，涉及化学纤维的制造，特别是指一种氨纶纤维及其制备方法。以解决现有常规氨纶力学性能和耐热性较差的问题。通过芳香族二元醇与异氰酸酯进行共聚，再进行扩链，可明显提升分子链的刚性，制备得到的聚氨酯在溶液及熔融状态下具有一定的双折射现象，有利于成型加工中分子链的高度取向，再通过溶液或熔融纺丝可获得具有优异力学性能和耐热性的氨纶纤维，满足在高温印染和高端领域的应用需求。

技术研发人员：魏朋,刘昱辰,张纪超,陈宇恒,王明环,郝克倩
受保护的技术使用者：中原工学院
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5