一种定岛型海岛纤维及其制备方法和应用与流程

1.本发明涉及纤维技术领域，尤其涉及一种定岛型海岛纤维及其制备方法和应用。


背景技术：

2.随着科技的发展，人们对超纤产品的应用越来越广泛，比如在服装上和女士长靴筒鞋上，需要一些弹力要求比较高的基布，有些甚至还有着四面弹的需求，因此对它们的要求也越来越多。而单单靠聚氨酯树脂很难达到这种弹性要求，所以需要纤维本身就需要很高的弹性，因此我们亟需开发出一种具有高弹性的纤维来适应市场。
3.目前海岛纤维上主要应用尼龙和涤纶两种原料，但是这两种原材料限制于材料本身的结构，所纺出的纤维弹性有限，不可能有质的提升，因此我们需要开发具备高弹性的氨纶定岛纤维，从而能做出具有高弹性的超纤基布。
4.cn110952335a公开了一种耐候性定岛海岛纤维基布及其制备方法和应用，其公开的耐候性定岛海岛纤维基布，是由如下重量份数的组分制备的：涤纶90
‑
60份，耐候性聚氨酯树脂10
‑
40份。其公开的耐候性定岛海岛纤维基布具有非常好的离型结构，使得超纤基布具有非常优异的绒感和肉感。同时因为脲基和脂肪族结构的引入，产品的耐候性比常规产品得到大幅度提升，且基布的色牢度高。但是其公开的耐候性定岛海岛纤维基不能降低聚氨酯加工过程中分子链的锻炼，所得的纤维弹性较差。
5.cn103788636a公开了一种用于高细度高强度非定岛型pa6超细纤维制造的高聚物共混体系，其公开的超细纤维以尼龙6(pa6)和低密度聚乙烯为共混体系的主要高聚物，以马来酸酐改性线性低密度聚乙烯为相容剂，以马来酸酐改性三元乙丙橡胶为增韧剂，共同组成高聚物共混体系。这种共混体系可以制备pa6/ldpe海岛纤维，最终溶离的pa6超细纤维的纤度可达到0.0001dtex，具有准纳米级尺寸，而且具有更好的均匀度和强度。由这种海岛纤维制造的非织造布，经过浸渍湿法聚氨酯和甲苯减量，可以得到非定岛型pa6超细纤维合成革基布，再经过后整饰可得到手感更好、强度更高的超细纤维合成革。但是用聚氨酯和低密度聚乙烯共混纺丝，在基布减量时需要通过高温甲苯槽减量来去除海相聚乙烯，而聚氨酯纤维又比较细，减量时在甲苯槽中极易溶解或者溶胀，严重损害了聚氨酯纤维的物性。
6.综上所述，开发出一种具有高弹性且减量时聚氨酯损失较小的定岛型海岛纤维至关重要。


技术实现要素：

7.针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种定岛型海岛纤维及其制备方法和应用，所述定岛型海岛纤维兼具优良的耐热性和弹性，且减量时聚氨酯损失较小。
8.为达此目的，本发明采用以下技术方案：
9.第一方面，本发明提供一种定岛型海岛纤维，所述定岛型海岛纤维包括质量比为(5
‑
7):(5
‑
3)的聚氨酯和水溶性涤纶，5
‑
7可以为5.2、5.4、5.6、5.8、6.0、6.2、6.4、6.6、6.8等，2
‑
5可以为2.2、2.4、2.6、2.8、3.0、3.2、3.4、3.6、3.8、4.0、4.2、4.4、4.6、4.8等；
10.所述聚氨酯为岛相；
11.所述水溶性涤纶为海相。
12.本发明所述定岛型海岛纤维以聚氨酯为岛相，水溶性涤纶为海相。用水溶性涤纶(copet)做海相时，可以用热水或者低浓度氢氧化钠碱溶液代替甲苯来进行减量，从而将定岛型海岛纤维中聚氨酯的物性损失程度降到最低。并且本发明通过将聚氨酯和水溶性涤纶的质量比控制在(5
‑
7):(5
‑
3)范围内，使所得的定岛型海岛纤维具有较好的弹性和耐热性，聚氨酯占比过重，水溶性涤纶无法形成海相，且减量时会有部分聚氨酯被损失；水溶性涤纶占比过重，所得的定岛型海岛纤维弹性不足。
13.优选地，所述聚氨酯包括聚酯型聚氨酯和/或聚醚型聚氨酯中。
14.优选地，所述聚氨酯的数均分子量为80000
‑
300000g/mol，例如90000g/mol、100000g/mol、150000g/mol、200000g/mol、250000g/mol等。
15.优选地，所述水溶性涤纶的数均分子量为5000
‑
80000g/mol，例如10000g/mol、20000g/mol、30000g/mol、40000g/mol、50000g/mol、60000g/mol、70000g/mol等。
16.优选地，所述定岛型海岛纤维的纤度为3
‑
8dtex，例如4dtex、5dtex、6dtex、7dtex等。
17.第二方面，本发明提供一种第一方面所述的定岛型海岛纤维的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
18.(1)将聚氨酯原料熔融后与聚氨酯类预聚体进行熔融缩聚反应，得到扩链后的聚氨酯；
19.(2)将扩链后的聚氨酯与熔融后的水溶性涤纶进行纺丝，牵引，得到所述定岛型海岛纤维。
20.优选地，步骤(1)所述聚氨酯原料在熔融前还包括干燥的步骤。
21.优选地，所述聚氨酯原料干燥至质量浓度为200ppm以下，例如180ppm、150ppm、120ppm等。
22.优选地，所述步骤(1)具体包括：将聚氨酯原料进行干燥后在第一螺杆挤出机中熔融，然后转移至第二螺杆挤出机并加入聚氨酯类预聚体进行熔融缩聚反应，得到扩链后的聚氨酯。
23.优选地，所述第一螺杆挤出机的螺杆温度为150
‑
200℃，例如155℃、160℃、165℃、170℃、175℃、180℃、185℃、190℃、195℃等。
24.优选地，所述第二螺杆挤出机的螺杆温度为200
‑
250℃，例如205℃、210℃、215℃、220℃、225℃、230℃、235℃、240℃、245℃等。
25.优选地，所述第二螺杆挤出机的箱体温度为220
‑
260℃，例如225℃、230℃、235℃、240℃、245℃、250℃、255℃、260℃等。本发明所述箱体温度是指熔融纺丝流出螺杆后后面管道和控制喷丝板所在区域的温度。
26.优选的，步骤(1)中所述聚氨酯类预聚体的添加量为聚氨酯原料和水溶性涤纶总质量的1％
‑
10％。
27.优选地，所述聚氨酯类预聚体的制备原料包括聚酯多元醇和二苯甲烷二异氰酸酯(mdi)的组合。
28.优选地，所述聚酯多元醇和二苯甲烷二异氰酸酯的摩尔比为(1:1.5)
‑
(1:3)，例如
1:1.6、1:1.8、1:2、1:2.2、1:2.4、1:2.6、1:2.8等。
29.优选地，所述聚酯多元醇的制备原料包括1,8
‑
亚辛基二醇(mod)、1,9
‑
亚壬基二醇(nd)和己二酸(aa)的组合。
30.本发明所述聚酯多元醇是通过mod、nd和aa缩聚而成，mod与nd都具有侧甲基，在一定环境温度下有低结晶性，形成的聚酯多元醇与mdi所合成的聚氨酯预聚体有高的微相分离趋势，热稳定性和弹性也会随之变得更好。
31.优选地，所述mod和nd的总摩尔量与aa的摩尔量相等。
32.优选地，所述mod和nd的摩尔比为(1:1)
‑
(1:4)，例如1:1.5、1:2、1:2.5、1:3、1:3.5等。
33.本发明所述预聚体是以一定比例的聚酯多元醇和mdi为原料在预聚体熔点温度反应生成即可。
34.优选地，所述步骤(1)中还包括在加入聚氨酯类预聚体的同时加入三元醇。
35.优选地，所述三元醇的添加量占聚氨酯原料和水溶性涤纶总质量的1％
‑
4％，例如1.5％、2％、2.5％、3％、3.5％等。
36.优选地，所述三元醇包括甘油。
37.优选的，步骤(2)所述水溶性涤纶在熔融前还包括预结晶和干燥操作。
38.优选地，所述水溶性涤纶预结晶后干燥至100ppm以下，例如90ppm、80ppm、70ppm等。
39.优选地，所述步骤(2)具体包括：将水溶性涤纶预结晶和干燥后，在第三螺杆挤出机中熔融，再与扩链后的聚氨酯进行纺丝，牵引，得到所述定岛型海岛纤维。
40.优选地，所述第三螺杆挤出机的螺杆温度为260
‑
290℃，例如265℃、270℃、275℃、280℃、285℃、290℃、295℃等。
41.优选地，所述第三螺杆挤出机的箱体温度为270
‑
300℃，例如275℃、280℃、285℃、290℃、295℃等。
42.优选地，所述纺丝的速率为300
‑
800m/min，例如400m/min、500m/min、600m/min、700m/min等。
43.作为优选的技术方案，所述制备方法包括如下步骤：
44.(1)将聚氨酯原料干燥至质量浓度为200ppm以下，将干燥后的聚氨酯原料在螺杆温度为150
‑
200℃的第一螺杆挤出机熔融，转移至螺杆温度为200
‑
250℃和箱体温度为220
‑
260℃的第二螺杆挤出机并加入预聚体和三元醇进行熔融缩聚反应，得到扩链后的聚氨酯；
45.(2)将水溶性涤纶预结晶，干燥至质量浓度为100ppm以下，在螺杆温度为260
‑
290℃和箱体温度为270
‑
300℃的第三螺杆挤出机熔融，再与扩链后的聚氨酯以300
‑
800m/min的速率进行纺丝，牵引，得到所述定岛型海岛纤维。
46.第三方面，本发明提供了第一方面所述的定岛型海岛纤维在服饰或鞋子中的应用。
47.相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
48.本发明所述定岛型海岛纤维以聚氨酯为岛相，水溶性涤纶为海相。用水溶性涤纶做海相时，可以用热水或者低浓度氢氧化钠碱溶液代替甲苯来进行减量，可以将定岛型海岛纤维中聚氨酯的物性损失程度降到最低。并且本发明通过调控聚氨酯和水溶性涤纶的质
量比，使所得的定岛型海岛纤维具有较好的弹性和耐热性。所述定岛型海岛纤维的伸长率在173％以上，损失率在2.9％以内，耐热性良好。
附图说明
49.图1是实施例1所得的定岛型海岛纤维的岛型截面图。
具体实施方式
50.为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
51.实施例1
52.本实施例提供一种定岛型海岛纤维，所述定岛型海岛纤维由质量比为6:4的岛相的聚氨酯(种类为聚酯型聚氨酯，数均分子量为100000g/mol)和海相的水溶性涤纶(数均分子量为8000g/mol，购于扬州新惠纤维材料研究所有限公司，牌号为as200)组成。
53.所述定岛型海岛纤维微观结构如图1所示，分析图1可以看出所述定岛型海岛纤维中岛型分布均匀，纤维直径大概有4.5μm。
54.上述定岛型海岛纤维的制备方法包括如下步骤：
55.(1)以摩尔比为1:1.3:2.3的mod、nd和aa合成聚酯多元醇，再将聚酯多元醇与mdi以摩尔比1:2合成预聚体，预聚体总质量占聚氨酯原料和水溶性涤纶总质量的5％；
56.(2)将聚氨酯原料(购于沈阳鸿祥塑胶制造有限公司，牌号为e
‑
8968)干燥至质量浓度为190ppm，将干燥后的聚氨酯原料在螺杆温度为180℃的第一螺杆挤出机熔融，转移至螺杆温度为225℃和箱体温度为220℃的第二螺杆挤出机并加入预聚体和甘油(占聚氨酯原料和水溶性涤纶总质量的2％)进行熔融缩聚反应，得到扩链后的聚氨酯；
57.(3)将水溶性涤纶预结晶，干燥至质量浓度为90ppm，在螺杆温度为275℃和箱体温度为290℃的第三螺杆挤出机熔融，再与扩链后的聚氨酯以500m/min的速率进行纺丝，牵引，得到所述定岛型海岛纤维(纤度为6dtex)。
58.实施例2
59.本实施例提供一种定岛型海岛纤维，所述定岛型海岛纤维由质量比为7:3的岛相的聚氨酯(种类为聚酯型聚氨酯，数均分子量100000g/mol)和海相的水溶性涤纶(数均分子量为8000g/mol)组成。
60.上述定岛型海岛纤维的制备方法包括如下步骤：
61.(1)以摩尔比为1:2.8:3.8的mod、nd和aa合成聚酯多元醇，再将聚酯多元醇与mdi以摩尔比1:2.5合成预聚体，预聚体总质量占聚氨酯原料和水溶性涤纶总质量的4％；
62.(2)将聚氨酯原料(购于沈阳鸿祥塑胶制造有限公司，牌号为e
‑
8968)干燥至质量浓度为180ppm，将干燥后的聚氨酯原料在螺杆温度为150℃的第一螺杆挤出机熔融，转移至螺杆温度为200℃和箱体温度为220℃的第二螺杆挤出机并加入预聚体和甘油(占聚氨酯原料和水溶性涤纶总质量的1％)进行熔融缩聚反应，得到扩链后的聚氨酯；
63.(3)将水溶性涤纶预结晶，干燥至质量浓度为75ppm，在螺杆温度为290℃和箱体温度为270℃的第三螺杆挤出机熔融，再与扩链后的聚氨酯以800m/min的速率进行纺丝，牵引，得到所述定岛型海岛纤维(纤度为3dtex)。
64.实施例3
65.本实施例提供一种定岛型海岛纤维，所述定岛型海岛纤维由质量比为6.5:3.5的岛相的聚氨酯(种类为聚醚型聚氨酯，数均分子量120000g/mol)和海相的水溶性涤纶(数均分子量20000g/mol)组成。
66.上述定岛型海岛纤维的制备方法包括如下步骤：
67.(1)以摩尔比为1:2:3的mod、nd和aa合成聚酯多元醇，再将聚酯多元醇与mdi以摩尔比1:1.5合成预聚体，预聚体总质量占聚氨酯原料和水溶性涤纶总质量的8％；
68.(2)将聚氨酯原料(购于noveon，牌号estane 58280)干燥至质量浓度为170ppm，将干燥后的聚氨酯原料在螺杆温度为200℃的第一螺杆挤出机熔融，转移至螺杆温度为250℃和箱体温度为260℃的第二螺杆挤出机并加入预聚体和甘油(占聚氨酯原料和水溶性涤纶总质量的1.2％)进行熔融缩聚反应，得到扩链后的聚氨酯；
69.(3)将水溶性涤纶预结晶，干燥至质量浓度为80ppm，在螺杆温度为270℃和箱体温度为300℃的第三螺杆挤出机熔融，再与扩链后的聚氨酯以300m/min的速率进行纺丝，牵引，得到所述定岛型海岛纤维(纤度为8dtex)。
70.实施例4
71.本实施例与实施例1的区别在于聚氨酯和水溶性涤纶的质量比5.5:4.5，本实施例中的制备方法与实施例1相同。
72.实施例5
73.本实施例与实施例1的区别在于聚氨酯和水溶性涤纶的质量比7:3，本实施例中的制备方法与实施例1相同。
74.实施例6
75.本实施例与实施例1的区别在于制备过程中未添加甘油。
76.对比例1
77.本对比例与实施例1的区别在于将水溶性涤纶替换为等质量的低密度聚乙烯(采购自韩国lg mb9500)，本对比例中的制备方法与实施例1相同。
78.对比例2
79.本对比例与实施例1的区别在于将水溶性涤纶替换为等质量的常规涤纶，所述常规涤纶为非水溶性涤纶(购于浙江盛元化纤有限公司有限公司，牌号为sy103)，本对比例中的制备方法与实施例1相同。
80.对比例3
81.本对比例与实施例1的区别在于聚氨酯和水溶性涤纶的质量比7.5:2.5，本对比例中的制备方法与实施例1相同。
82.对比例4
83.本对比例与实施例1的区别在于聚氨酯和水溶性涤纶的质量比4:6，本对比例中的制备方法与实施例1相同。
84.性能测试
85.将实施例1
‑
6与对比例1
‑
4如下测试：
86.(1)伸长率：按fz/t 50006进行测试。
87.(2)减量后聚氨酯的损失率：将10g纤维放入溶液中溶解减量1个小时，将减量后的
纤维烘干得重量a，损失率x＝(7
‑
a)/7，其中对比例1
‑
2进行苯减量，实施例1
‑
6和对比例3
‑
4进行水减量(碱液中)。
88.(3)耐热性(分为1
‑
5级，1级最差，5级最好)：将纤维置于160℃烘箱中10min，观察颜色的变化和弹性的衰减率来进行1
‑
5级评级，1级最差，5级最好。
89.表1
[0090][0091][0092]
分析表1数据可知，相比于苯减量制备的聚氨酯纤维，本发明所述定岛型海岛纤维兼具良好的耐热性和弹性，且减量后聚氨酯的损失较少，所述定岛型海岛纤维的伸长率在173％以上，损失率在2.9％以内。
[0093]
分析对比例1
‑
2与实施例1可以发现，对比例1
‑
2的性能不如实施例1，证明选择水溶性涤纶作为海相形成的定岛型海岛纤维性能更好。
[0094]
分析实施例4
‑
5、对比例3
‑
4与实施例1可以发现，对比例3
‑
4性能不如实施例1和实施例4
‑
5，证明聚氨酯和水溶性涤纶在(7
‑
5):(3
‑
5)范围内所得的定岛型海岛纤维性能更好。
[0095]
分析实施例6与实施例1可以发现，实施例6的性能不如实施例1，证明制备过程中添加甘油等三元醇所得的定岛型海岛纤维性能更好。
[0096]
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。