[发明专利]熔纺氨纶用热塑性聚氨酯的合成与改性方法

说明书

技术领域

本发明属熔纺氨纶领域，特别是涉及熔纺氨纶用热塑性聚氨酯(TPU)的合成与改性方法。

背景技术

熔纺氨纶是目前世界上材料领域的研究热点之一，共有相关专利数百篇，主要集中在切片聚合、添加剂的制备、设备、油剂，改善纤维的耐热性、回弹性、伸长等方面，都只是在研究上取得的一些成就。

从目前熔纺氨纶的性能来看，技术上已经能使产品性能与干纺氨纶纤维的性能相当，并具有如下特点：

1)模量低

在低形变区熔纺氨纶张力较少，即模量较低。这种性能最终体现在服装上，就是在少量拉伸形变时张力较少，对人体压迫感少，即感到较柔软。这也是杜邦1999年以来花大量资金用来开发的“soft Lycra”。此性能是其它干法纤维无法比拟的，因此特别适用于贴身服装。

2)不含溶剂

用干法生产的纤维，因溶剂二甲基甲酰胺(DMF)或N，N-二甲基乙酰胺(DMAC)无法绝对挥发干净，这些溶剂会在以后的穿着过程中慢慢挥发出来，对人体会造成不利的影响。而熔纺氨纶因不使用溶剂，在纤维中不含任何溶剂。

3)耐氯性较好

由于大多熔纺氨纶均采用聚酯型的聚氨酯为原料，不易受次氯酸的破坏而降解，因此其制成的泳衣等制品可抗游泳池水中的氯而不降解，干纺纤维因采用聚醚型聚氨酯，故耐氯性较差。

4)投资少，易扩大规模

由于熔纺氨纶采用切片为原料，其生产工艺与聚对苯二甲酸乙二酯(PET)纤维极相似，因此可参照PET纤维生产设备，其设备投资每一千吨为3000～5000万元人民币，而干法纺丝由于溶剂回收、纯化系统等设备较复杂，投入较大，一般每千吨的设备投入为2～4亿人民币。

5)溶剂造成环境污染

熔纺氨纶不采用溶剂，故不会有任何溶剂泄漏的问题，不造成环境污染，这符合可持续发展的战略方针。

但熔纺氨纶存在耐热性较差的问题，目前只能达到110℃的耐热水平，因此高温染色均不可使用。而干法纺丝制得的纤维，可在150℃的染液中耐几十分钟至一小时，虽然还不能达到涤纶分散性染色条件的要求，但与其它纤维如Nylon、棉、腈纶等混纺时可以染色。而且，熔纺氨纶回弹应力较小、回弹较慢。上述纤维性能的差别，主要来源于熔纺氨纶与干纺氨纶结构上的差别，如下式所示：

熔纺氨纶

干纺氨纶

如上式所示，熔纺氨纶中合成热塑性聚氨酯时采用二醇为扩链剂，形成氨酯键的结构，而干纺工艺采用二胺(乙二胺、丙二胺)为扩链剂形成脲键结构，脲键产生了较强的分子间作用力，从而使纤维具有更高的耐热性和回弹力。

因此，要使熔纺氨纶与干纺氨纶具有相当的性能，原料TPU的研究开发是重要的环节。

发明内容

本发明的目的在于提供一种熔纺氨纶用热塑性聚氨酯的合成与改性方法，该方法通过在TPU中引入适当比例的含硅氧键的软段，如有机硅，和含有脲结构及刚性链的硬段，如芳香族二胺及芳香族二元醇等，从而大大改善熔纺氨纶纤维的性能。

本发明的熔纺氨纶用热塑性聚氨酯的合成与改性方法，包括下列步骤：

(1)大分子二元醇的脱水

将大分子二元醇或大分子二元醇与羟基有机硅的混合物置于三口烧瓶内，其中大分子二元醇与羟基有机硅的摩尔比为99∶1～80∶20，加热至50～180℃，抽真空脱水1～20小时，除去原料中的水分，然后充入惰性气体保护；

(2)预聚体的制备

将二异氰酸酯置于反应器中，在70～110℃下熔融后进行搅拌，并分1～5次加入已脱水的大分子二元醇或者大分子二元醇与羟基有机硅的混合物，在60～120℃下反应0.5～8小时，制成预聚体；

(3)TPU的制备

将芳香族二胺或者芳香族二元醇溶解于1，4-丁二醇中形成混合扩链剂，其中芳香族二胺或芳香族二元醇与1，4-丁二醇的摩尔比为1∶99～40∶60，然后将混合扩链剂加入步骤(2)制成的预聚体中，迅速搅拌，使混合扩链剂和预聚体混合均匀，当混合物的粘度变大时，迅速倒入已加热到80～140℃的模具中；

(4)熟化

将模具置于80～140℃的平板硫化机上，加压熟化1～5小时后脱模，然后再放至80～140℃的真空烘箱中，后熟化4～20小时。

所述步骤(1)中大分子二元醇的相对分子质量为500～4000，包括聚乙二醇、聚四氢呋喃醚二醇等。