尼龙纤维及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种尼龙纤维及其制备方法，具体为尼龙56纤维及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 尼龙纤维是世界上最早投入工业化生产的合成纤维之一，产量在合成纤维中居第 二位。尼龙低旦丝（200?700dteX)具有断裂强度高、耐磨、耐疲劳、耐冲击、尺寸稳定性好 等特点，被广泛应用于军工产品、橡胶骨架材料、安全气囊丝及绳、网、索类、篷布、工业滤布 等领域；同时因其手感柔软、质感轻盈、悬垂性好、透气吸湿、弹性好、易于加工等良好的服 用性，在高档缝纫线用丝、T恤衫用丝、雨伞面料、运动纺织品等领域拥有良好的市场前景。
[0003] 其中，尼龙6(PA6)和尼龙66纤维占据尼龙纤维90%以上的市场份额。然而，两者 在聚合与纺丝过程中都存在自身的缺点，导致经济效益下降。对于PA6,由于其聚合后的熔 体中存在较多未反应的单体，因此无法实现聚合后熔融直接纺丝，聚合后的熔体必须经冷 却、切粒后用水洗去未反应的单体，再干燥、熔融才能进行纺丝，如此造成了大量能源的浪 费和对环境的污染。对于PA66,由于其结晶速度过快，导致可纺性较差，尤其在纺制细旦丝 时，其染色均匀率更加不易控制，同时PA66的高熔点及其结构方面的原因，导致在纺丝过 程中易出现交联现象，以上问题的存在使得PA66的纺丝成本较PA6高出一万多元/吨。
[0004] 此外，目前的尼龙基本上都是以石油的衍生物作为原料制得，例如市场占有量最 大的尼龙6和尼龙66,它们的原料己内酰胺和己二酸是通过苯类同系物经过加氢再氧化等 一系列反应制得，己二胺是通过丁二烯或丙烯腈先合成己二腈再通过催化加氢方法制备， 整个合成工艺复杂，且存在一定污染。
[0005] 长期以来，人们期待着使用通过从空气中吸收二氧化碳来生长的可再生植物资源 作为起始材料，来制备与现有品种尼龙性能相当的绿色尼龙，解决对非再生能源的依赖，建 造循环型社会。在这样的背景下，对于通过赖氨酸脱羧得到的1，5-戊二胺作为原料制得的 尼龙，尤其是尼龙56 (PA56)，其作为植物来源的聚合物令人非常期待。
[0006] 目前对于PA56的聚合及应用研发尚处于初级阶段，由于原料的限制相关报道非 常少。非专利文献I (J. Polym. Sci. 2, 306, 1947)中记载了通过加热缩聚法制成的尼龙56。 然而，其与非专利文献 2 (J. Polym. Sci. 2, 306, 1947)、非专利文献 3 (CN200980118941. 2)通 过界面缩聚法制得的尼龙56相比，熔点低且耐热性劣化。但是，界面缩聚法工序非常复杂， 难以在工业上适用。
[0007] 专利文献 1(CN201310049401. 1)、专利文献 2(CN201310074772.5)通过工艺优化 制得了具有应用价值的尼龙56。专利文献3(CN200980118941. 2)通过沸水处理得到了可用 于制备安全气囊的PA56丝，该制备方法不仅增加了生产工序，同时为得到分子量高、分布 窄的尼龙56,采用了预聚加固相聚合的方式，使得整个工艺周期长，能耗高。
【发明内容】
[0008] 针对上述现有尼龙纤维和制备技术存在的不足，本发明的目的是提供一种利用聚 合后熔体直接纺丝来制备尼龙56纤维的方法以及通过该方法制备的适用于不同应用领域 性能要求的尼龙56纤维。
[0009] 本发明的另一目的在于提供一种包含上述尼龙56纤维的制成品。
[0010] 一种尼龙纤维的制备方法，其中，将包含1，5-戊二胺和己二酸的原料进行聚合反 应后直接进行纺丝。
[0011] 根据本发明的一实施方式，所述聚合反应包括如下步骤：1)将1，5-戊二胺和己二 酸配成尼龙盐水溶液；2)将所述尼龙盐水溶液浓缩；3)将浓缩后的尼龙盐水溶液预缩聚， 得预聚物；4)将所述预聚物进一步脱水聚合，得尼龙56熔体。
[0012] 根据本发明的另一实施方式，所述纺丝包括：a)将聚合反应后的熔体经喷丝板喷 出，形成熔体细流；b)所述熔体细流经吹风凝固成为丝条；c)将所述丝条集束上油；d)将 所述丝条经牵伸及后加工得到尼龙纤维。
[0013] 根据本发明的另一实施方式，所述步骤1)的尼龙盐水溶液中尼龙盐的质量分数 为 55% ?80%。
[0014] 根据本发明的另一实施方式，所述步骤1)的尼龙盐水溶液稀释至10%时的PH值 为7?9。
[0015] 根据本发明的另一实施方式，还包括加入其它共聚单体和/或添加剂的步骤，所 述添加剂选自抗氧剂、耐热稳定剂、耐候剂、颜料、光泽增强剂、染料、晶体成核剂、消光剂、 增塑剂、抗静电剂、阻燃剂、金属及金属盐中的一种或几种。
[0016] 根据本发明的另一实施方式，所述其它共聚单体选自氨基酸，内酰胺，芳族、脂族、 脂环族二羧酸，芳族、脂族、脂环族二醇，芳族、脂族、脂环族二胺，芳族、脂族、脂环族羟基羧 酸，以及上述单体衍生物中的一种或几种。
[0017] 根据本发明的另一实施方式，所述浓缩步骤的温度为80°C?150°C，压力为0.01 至 0. 5MPa。
[0018] 根据本发明的另一实施方式，将所述尼龙盐水溶液浓缩至所述尼龙盐的质量分数 为 70% ?95%。
[0019] 根据本发明的另一实施方式，将所述尼龙盐水溶液浓缩至所述尼龙盐的质量分数 为 80% ?90%。
[0020] 根据本发明的另一实施方式，所述预缩聚步骤的压力为0. 5?2. 2MPa。
[0021] 根据本发明的另一实施方式，所述预缩聚步骤的压力进一步为0. 8?I. 7MPa。
[0022] 根据本发明的另一实施方式，所述脱水聚合步骤包括闪蒸，所述闪蒸温度为 260。。?320。。。
[0023] 根据本发明的另一实施方式，所述脱水聚合的温度为250°C?290°C，压力为0 至-0. 09MPa。
[0024] 本发明还提供了一种根据上述方法制备的尼龙纤维。
[0025] 根据本发明的另一实施方式，己二酰戊二胺结构单元占所述尼龙纤维重复单元的 至少50%。
[0026] 根据本发明的另一实施方式，所述尼龙纤维包括由1，5-戊二胺、己二酸和其它单 体共聚形成的共聚物，所述其它单体选自氨基酸，内酰胺，芳族、脂族、脂环族二羧酸，芳族、 脂族、脂环族二醇，芳族、脂族、脂环族二胺，芳族、脂族、脂环族羟基羧酸，以及上述单体衍 生物中的一种或几种。
[0027] 本发明进一步提供了一种尼龙纤维制品，包含上述的尼龙纤维。
[0028] 本发明采用尼龙聚合与熔融直纺相结合的方式制备了尼龙56丝，使用高浓度低 PH值的尼龙盐液，同时采用低温、低压的工艺条件，从而降低了生产成本，减少了废气的排 放及对环境的污染。
[0029] 聚合后熔融直纺省去了冷却、造粒、干燥、熔融等过程，大幅降低了成本，同时该工 艺克服了尼龙56经反复冷却、加热熔融、在高温下停留时间过长导致的分子量分布变宽， 以及纺丝和拉伸过程中难以使分子链均匀取向而引发的绒毛和断丝的问题。
[0030] 本发明还通过工艺调整制得了以往必须通过聚合配合固相聚合才能得到的高分 子量、窄分子量分布的尼龙56熔体，控制了纺丝熔体的稳定性、提高了熔体可纺性，为得到 性能优良的尼龙56纤维奠定了基础。
[0031] 利用本发明所述方法可以根据应用领域及性能要求的不同通过改变工艺参数来 调节尼龙56纤维的纤度和强度，操作过程简单、方便。利用本发明所述方法得到的尼龙56 纤维具有较传统锦纶高的极限氧指数（29?35%)，可作为阻燃材料使用。
[0032] 利用本发明所述方法制备的尼龙56纤维具有较传统尼龙更快的吸水和排水速 率，吸水率可通过纺丝工艺调节结晶度与取向度来调节，最大可达12_14%(传统尼龙纤维 最大吸湿率为8?10%)，是最接近天然纤维的一种大众化纤纤维。该性能使其在服装领域 拥有广阔的发展前景。
[0033] 根据本发明的方法所制造的尼龙56纤维具有优良的抗拉强度（3?12cN/dteX)， 因此除了可以进一步用于制成纱线、梭织布、针织布、无纺布和地毯等用于民用纤维领域 夕卜，还能够应用于轮胎帘子线、传送带等对强度要求较高的工业纤维领域。本发明的尼龙56 丝是属于环保材料，其原料来源于可再生的植物，解决了对非再生能源的依赖，利于建造循 环型社会。
【附图说明】
[0034] 图1为本发明的尼龙纤维制备方法的工艺流程示意图。
[0035] 其中，附图标记说明如下：
[0036] 1、成盐釜 2、中间罐 3、笫-预热器 4、浓缩槽 5、笫二预热器 6、反应器； 7、添加剂梢 8、闪蒸器 9、前聚合器 10、j5聚合器 11、纺丝箱体 丨2、侧吹风装H 13、纺丝甬道 14、上油装質 15、第+-导丝辊 16、第二导丝辊 17、卷绕筒
[0037]
【具体实施方式】
[0038] 聚合后熔体直接纺丝具有能耗低、成本低、污染少、纤维质量稳定等众多优点，然 而一些聚合物特性或技术问题使得部分高分子无法通过聚合后熔融直纺制得纤维，本发明 所述工艺对于尼龙56尚属首例。
[0039] 本发明人对尼龙56连续聚合、纺丝工艺进行了深入的研究，通过控制尼龙盐水溶 液的浓度和PH值、聚合温度、聚合压力、聚合真空度、纺丝组件压力、纺丝箱温度、侧吹风的 速度及稳定性、油剂和上油装置制得了分子量分布1. 2?3、纤度0. 1?lOdtex、强度3? 12cN/dtex的绿色尼龙56纤维。
[0040] 聚合和纺丝过程通过PH值和聚合温度调节有效的抑制了交联的发生。连续平稳 的聚合工艺保证了尼龙56熔体分子量分布的窄分布性。通过提高尼龙盐浓度、降低聚合温 度和聚合压力有效的降低了加热能耗。通过调节尼龙盐的pH值和聚合压力降低了 1，5_戊 二胺的蒸汽排放，减少了污染。通过催化剂、盐溶液PH值和聚合、纺丝工艺调节尼龙56的 分子量，间接控制了尼龙56丝的强度。
[0041] 通