专利名称：一种生产聚氨酯弹性纤维的方法
技术领域：
本发明属于化学纤维生产方法的技术领域，即提供一种生产线性聚氨酯弹性体和聚氨酯弹性纤维的方法。
聚氨酯弹性纤维我国定名为氨纶纤维，通常它分为聚酯型和聚醚型两大类。从分子结构来看，它是由非结晶性低熔点聚合物(柔性链段)和高结晶性高熔点聚合物(刚性链段)嵌段聚合而成，其柔性链段系由分子量500～5，000的聚酯或聚醚所组成;而高结晶性的“刚性”链段则由聚氨酯键、酰胺键、脲键等组成。美国专利3009762公开了美国橡胶公司制造聚酯型聚氨酯弹性纤维的方法，其特征是先用多元醇缩合反应制成分子量为1900左右的聚酯，再与过量的异氰酸酯反应生成预聚体，加入适当的溶剂用化学纺丝法制成聚氨酯弹性纤维。美国专利2726219和3094374公开了美国杜邦公司生产聚醚型聚氨酯弹性纤维的方法，其特征在于以聚醚多元醇和异氰酯酸作原料，经过预聚反应、扩链反应和终止反应三个过程制成具有醚结构和氨基甲酸酯以及脲结构的线性聚氨酯弹性体，再采用溶液法纺制成聚氨酯弹性纤维。上述两种预聚体法生产聚氨酯弹性体的方法，由于其工艺复杂、设备投资大，因而生产成本高。而且他们用化学纺丝法和溶液法纺制聚氨酯弹性纤维，由于所使用的溶剂(如二甲基甲酰胺)毒性较大，会要严重危及生产工人的身体健康，对环境也有较大污染，这些因素均限制了聚氨酯弹性纤维的发展。
本发明的目的是寻找较为简便、经济而又无毒的生产线性聚氨酯弹性体和聚氨酯弹性纤维的方法，降低生产成本，改善生产工人的劳动条件，以开辟发展我国聚氨酯弹性纤维的新途径。
本发明提供了一种生产聚氨酯弹性纤维的新方法，它以聚酯或聚醚多元醇和异氰酸酯作主要原料，其特征在于(1)采用扩链剂使多元醇和异氰酸酯在双螺杆挤出机中一步合成线性聚氨酯弹性体;(2)采用熔体法将线性聚氨酯弹性体纺制成聚氨酯弹性纤维。
本发明中所采用扩链剂，可以是1，4-丁二醇(简称BDO)，也可以是三羟甲基丙烷(TMP);还可以是3，3′-二氯-4，4′-二苯基甲烷二胺(MOCA)或其它二胺类化合物。扩链剂的加入量其最佳范围按摩尔配比计算为多元醇∶扩链剂∶异氰酸酯＝1∶(1～3)∶(2～4)。
本发明中所采用的双螺杆挤出机必须适合本发明的特殊技术要求。其计量泵精度必须达到0.5～1.0%，螺杆的长径比(32～42)∶1。沿螺杆轴向的温度分布必须分段控制，通常分为4～5段，温度范围为100～230℃，控制精度为±1℃。螺杆转数为5～200转/分，机头压力为10～200千克/平方厘米。
本发明所提供的生产聚氨酯弹性纤维的方法在加入扩链剂的同时，还可以加入一定数量的配合剂。配合剂的加入可有效地增加线性聚氨酯弹性体和聚氨酯弹性纤维的热稳定性和光稳定性，起到防老化的作用，在本发明中所加入的配合剂可以是酚类防老剂即受阻酚及苯酚的多官能衍生物如2.6-二特丁基-4-甲基苯酚;2，2′-亚甲基-双-(4-甲基-6-特丁基苯酚)或三(3，5-二特丁基-4羟苄基)异氰脲酸酯，配合剂也可以是对苯二胺的衍生物如N，N′-二苯基对苯二胺;N，N′-二-β萘基对苯二胺以及N-苯基-N′-异丙基对苯二胺。所说的配合剂还可以是二苯甲酮类及苯并三唑衍生物如2-羟基-4-甲氧基二苯甲酮;2-(2′-羟基-5′-甲基苯基)苯并三唑以及2-(3′，5′-二特丁基-2′-羟基苯基)5氯苯并三唑。配合剂的最佳加入量按反应物的总重量计算(重量百分比)为0.05～1%。
由于本发明采用扩链剂并用双螺杆挤出机一步合成线性聚氨酯弹性体，使生产工艺大为简化，减少了设备投资，降低了生产成本;而且由于采用熔体法纺丝，即直接加热使线性聚氨酯弹性体处于融熔状态进行纺丝，不需要使用任何溶剂，这能使生产工人无需再接触诸如二甲基甲酰胺之类有害物质，工厂的环境和工人的劳动条件均可得到改善;而所生产的聚氨酯弹性纤维中不再含有残留的有毒溶剂，这对于穿着和使用这些弹性纤维的人们的健康也是有益的。
采用本发明所提供的生产聚氨酯弹性纤维的方法，所生产出来的氨纶纤维其性能指标可以同美国橡胶公司生产的“维里茵”纤维(聚酯型聚氨酯弹性纤维)相媲美，而建设相同规模的生产线，本发明所需的设备投资不到上述两公司的十分之一。由于聚氨酯弹性纤维在纺织行业中应用前景极为可观，故本发明推广应用之后，必将产生巨大的社会效益和经济效益。
下面结合本发明的实施例进一步阐述本发明的特征和所请求保护的权利要求。
实施例1。
将分子量为1000的四氢呋喃聚醚(PTMG)、1，4-丁二醇、二苯基甲烷-4，4′-二异氰酸酯(MDI)按摩尔配比1∶1∶2由计量泵计量经混合头注入双螺杆挤出机，挤出机的螺杆轴向温度分为5段予以控制，5段的温度分别为150℃、160℃、170℃、180℃、200℃，螺杆转数为30～50转/分，经水下切粒制成聚氨酯切片树脂，其邵氏硬度为75A。将上述聚氨酯切片树脂在210℃融熔，用VC401纺丝机进行纺丝。经纺丝机所纺制成氨纶纤维其主要性能标准为纤维强度1.04克/旦，总延伸率达到702.7%。
实施例2。
将分子量为2000的四氢呋喃聚醚、1，4-丁二醇、二苯基甲烷-4，4′-二异氰酸酯按摩尔配比1∶2∶3，同时加入适量的配合剂，由计量泵注入双螺杆挤出机。螺杆纵向温度分为4段控制，各段温度为150℃-180℃-190℃-200℃，螺杆转数为150转/分，经水下切粒制得聚氨酯切片树酯，其邵氏硬度为80A。在215℃下用VC404纺织机进行融熔纺丝，所纺制成的氨纶纤维其主要性能指标为纤维强度0.76克/旦，总延伸率达到786.2%。
实施例3。
将分子量为2000的聚己二酸乙二醇酯、1，4-丁二醇、二苯基甲烷-4，4′二异氰酸酯和80/20甲苯二异氰酸酯(TDI-80)按摩尔配比1∶1∶1.8∶0.2，同时加入适量配合剂，由计量泵注入双螺杆挤出机。螺杆轴向温度分布为150℃-170℃-180℃-190℃，螺杆转数为100转/分，长径比为38∶1。经水下切粒制成聚氨酯切片树酯。其邵氏硬度为85A。在220℃下用德国产率SSI型融熔纺丝机进行融熔纺丝。所制成的氨纶纤维其主要性能指标为纤维强度0.6～0.7克/旦;总延伸率450～500%;100%定伸长回弹率95.3%;300%定伸长率92.7%。
还可以列举出更多的实施例来，它们之间的共同特征在于用一步法合成线性聚氨酯弹性体和用熔体法纺制聚氨酯弹性纤维，这正是本发明的方法与美国橡胶公司、美国杜邦公司的方法相比具备专利性的主要特征。此外，现有技术中的聚氨酯弹性纤维的纺丝系采用溶液法或化学纺丝法，纺制成的纤维虽经过一定的后处理，但仍含有一定数量的残留有机溶剂，如二甲基甲酰胺、四氯化碳等有害物质。而本发明采用熔体法纺丝，它不接触上述有机溶剂，故纤维上没有有害物质。这也是本发明的一个显著特征，利用这一特征可以通过对氨纶纤维进行微量分析来判断是否有侵犯本专利权的行为发生。
权利要求
1.一种用多元醇和异氰酸酯生产聚氨酯弹性纤维的方法，其特征在于a.采用扩链剂使多元醇和异氰酸酯在双螺杆挤出机中一步合成线性聚氨酯弹性体；b.采用熔体法将线性聚氨酯弹性体纺制成弹性纤维。
2.一种用多元醇和异氰酸酯生产聚氨酯弹性纤维的方法，其特征在于a.采用扩链剂和配合剂使多元醇和异氰酸酯在双螺杆挤出机中一步合成线性聚氨酯弹性体;b.采用熔体法将线性聚氨酯弹性体纺制成弹性纤维。
3.按照权利要求1.2.所述的生产聚氨酯弹性纤维的方法，其特征在于所说的扩链剂是1，4-丁二醇(BDO)。
4.按照权利要求1.2所述的生产聚氨酯弹性纤维的方法，其特征在于所说的扩链剂是三羟甲基丙烷(TMP)。
5.按照权利要求1.2所述的生产聚氨酯弹性纤维的方法，其特征在于所说的扩链剂是3，3′-二氯-4，4′-二苯甲烷二胺(MOCA)或其它二胺类化合物。
6.按照权利要求1.2.3.4.5.所述的生产聚氨酯弹性纤维的方法，其特征在于所说的扩链剂其最佳加入量按摩尔配比计算为多元醇∶扩链剂∶异氰酸酯＝1∶(1～3)∶(2～4)。
7.按照权利要求2所述的生产聚氨酯弹性纤维的方法，其特征在于所说的配合剂是受阻酚及苯酚的多官能衍生物。
8.按照权利要求2所述的生产聚氨酯弹性纤维的方法，其特征在于所说的配合剂是对苯二胺的衍生物。
9.按照权利要求2所述的生产聚氨酯弹性纤维的方法，其特征在于所说的配合剂是二苯甲酮及苯并三唑衍生物。
10.按照权利要求2.7.8.9.所述的生产聚氨酯弹性纤维的方法，其特征在于所说的配合剂其最佳加入量按反应物总重量(重量百分比)为0.05～1%。
11.按照权利要求1.2.所述的生产聚氨酯弹性纤维的方法，其特征在于所说的双螺杆挤出机的计量泵其精度为0.5～1.0%，螺杆的长径比为(30～42)∶1。
全文摘要
本发明提供了一种用多元醇和异氰酸酯生产聚氨酯弹性纤维的方法，其特征在于(1)采用扩链剂使多元醇和异氰酸酯在双螺杆挤出机中一步合成线性聚氨酯弹性体；(2)采用熔体法将聚氨酯弹性体纺制成弹性纤维。采用本发明所提供的方法可使氨纶纤维的生产工艺大为简化，减少设备投资，降低生产成本，还可改善工人的劳动条件和生产环境。实施本发明所提供的方法可产生巨大的社会效益和经济效益。
文档编号C08G18/10GK1108705SQ94110109
公开日1995年9月20日 申请日期1994年3月12日 优先权日1994年3月12日
发明者陶宇, 吴一红, 李绍光 申请人:陶宇, 吴一红, 李绍光