[发明专利]一种粘度稳定可控的聚氨酯脲纺丝原液及纤维的制备方法

说明书

本发明涉及一种粘度稳定可控的聚氨酯脲纺丝原液及纤维的制备方法，具体通过将一类胺类化合物加入到聚氨酯脲纺丝原液中，熟化后的原液经干法纺丝技术制备聚氨酯弹性纤维，解决了现有连续聚合工艺技术制备的聚氨酯脲纺丝原液在熟化过程中，易出现粘度增长快、凝胶多、可控性及稳定性差的问题。本发明生产的聚氨酯脲纺丝原液具有优良的粘度稳定性，原液凝胶少，原液过滤器及纺丝组件使用周期明显延长，同时纺制的聚氨酯弹性纤维具有高伸长的特点，特别适合于氨纶纤维高速纺丝以及后道高牵伸织造领域对纤维性能的要求。

技术领域

本发明属于高分子材料制备技术领域，具体涉及一种聚氨酯弹性纤维纺丝原液的制备方法及其弹性纤维的生产。

背景技术

聚氨酯弹性纤维属于化学合成纤维，主要由长链的聚醚或聚酯组成的软段和短链的二胺和二异氰酸酯反应形成的硬段构成。因其优异的弹性性能，在服装面料中具有广泛的应用，如泳衣、健身衣、短袜、长袜等。

聚氨酯弹性纤维的生产工艺有多种，如干法、湿法、反应法和熔融法，其中干法纺丝是应用最广泛的技术。干法纺丝技术主要分为两大过程：一是弹性纤维纺丝原液的制备；二是纺丝原液的拉伸成型，其中纺丝原液的物化性质对成纤过程的稳定性及纤维的物理性能有重要的影响。

目前，连续工艺技术制备聚氨酯弹性纤维纺丝原液，第一步是将高分子量的二元醇与过量的二异氰酸酯在管式反应器中反应生成末端带有-NCO基团的预聚物；第二步是扩链和链终止，将预聚物与低分子化合物如乙二胺、丙二胺、二乙胺等反应来提高和控制聚合物的聚合度，生成聚氨酯脲纺丝原液。聚氨酯脲聚合物结构中的脲基基团之间的氢键结合力会导致原液粘度快速上升，而稳定可控的原液粘度对聚氨酯弹性纤维的稳定生产至关重要。因为过快的粘度上升率，一方面会使纺丝原液储存过程中的电机搅拌功率增大，增加设备能耗；另一方面会使原液体系形成大量的凝胶，不仅会降低原液过滤器和纺丝组件的使用周期，而且还会对原液拉伸成纤过程及纤维的物理性能等造成不良影响。

为了能够稳定控制聚氨酯脲原液的粘度上升率，有些生产厂家在聚合物制备的扩链阶段采用高含量的非线性二胺作为协扩链剂制备聚氨酯脲原液，此类工艺虽然能在一定程度上提高纺丝原液的储存稳定性，但是会严重影响聚氨酯弹性纤维的伸长性能和耐热性能。如美国专利5,362,432公开了采用83-92％的乙二胺和8-17％的1,2-丙二胺的混合物作为扩链剂的聚氨酯脲原液的制备方法，此方法制备的原液的粘度稳定性仍然不足，并且降低了纤维的伸长性能和耐热性能，纺丝速度也只能到900m/min。公开号CN1621585A公开了采用二亚乙基三胺生产聚氨酯弹性纤维的技术，其中扩链剂乙二胺和1,2-丙二胺的摩尔百分比为70-80:20-30，该技术中的二亚乙基三胺会使聚合物形成交联结构，影响纤维的伸长性能，同时扩链剂乙二胺摩尔含量高于80％时，聚氨酯脲原液的粘度也不能得到有效控制，限制了该技术的应用。

发明内容

技术问题：针对现有技术的不足，本发明提供了一种粘度稳定可控的聚氨酯脲纺丝原液及纤维的制备方法，特别适合于单独用乙二胺作扩链剂制备的聚氨酯脲原液的粘度控制。本方法解决了连续聚合工艺技术制备的聚氨酯脲纺丝原液在熟化过程中的粘度增长快、易产生凝胶、原液过滤器及纺丝组件使用周期短、生产过程可控性及稳定性差的问题，同时纺成的聚氨酯弹性纤维具有高伸长的特点，不会影响纤维的耐热性能，适合于氨纶纤维高速纺丝工艺及后道高牵伸织造领域对纤维性能的要求。

技术方案：本发明的一种粘度稳定可控的聚氨酯脲纺丝原液及纤维的制备方法包括如下步骤：

步骤1，将聚四氢呋喃醚二醇PTMG和有机二异氰酸酯4,4’-二苯甲烷二异氰酸酯在装有静态混合器的管式反应器中按照设定的-NCO/-OH摩尔比例为1.58～1.99进行化学反应生成预聚物；

步骤2，用N,N-二甲基乙酰胺DMAC溶解所述的预聚物生成预聚物溶液，然后与混合胺溶液在高速旋转与剪切的反应器中进行混合与化学反应生成聚氨酯脲溶液；