專利名稱：一種低溫生產尼龍纖維的方法
技術領域：
本發明涉及紡織材料技術領域，尤其涉及一種低溫生產尼龍纖維的方法。
背景技術：
一般說來，可紡織用的高分子材料包括尼龍(聚酰胺)、丙綸(聚丙烯)、滌綸(聚對苯二甲酸乙二醇酯)和腈綸(聚丙烯腈)等。這些材料可以通過紡絲而形成纖維絲，從而用于紡織工業。熔融紡絲是一種常用的紡絲方法，通過熔融紡絲可以得到適于紡織用的纖維細絲。通常，使用熔融紡絲方法得到的纖維細絲可達到幾旦的纖細程度(纖度)。用這樣纖度的纖維細絲紡織、編制而得的產品，例如服裝面料等，具有很多優點，因此市場應用空間廣闊。
尼龍纖維織物具有吸汗、輕質、韌性佳、回彈性好、抗酸堿等特點，是最適合人類穿著的人造織物之一。在服裝上的應用也是尼龍纖維的主要用途之一。
目前，尼龍纖維的工業生產方法主要是熔融紡絲方法。這種情況下，通常需要將尼龍加熱至熔融狀態，然后在熔融狀態下(紡絲溫度一般在260～280℃范圍內)進行紡絲。此時，為了維持尼龍處于熔融狀態，需要對其持續進行加熱，這會消耗大量的能量，尤其紡絲設備的噴絲板或噴絲頭，溫度一般會高達280℃，實踐中一般使用聯苯對其進行加熱，聯苯的沸點約為265°，因此需要加壓提高聯苯的沸點以避免其沸騰汽化，這不僅需要消耗高能量，還需要耐壓設備。這些因素使得使用現有熔融紡絲方法生產尼龍纖維的成本昂貴，工藝要求高。
發明內容
本發明所要解決的技術問題在于提供一種低溫生產尼龍纖維的方法，該方法顯著降低了尼龍纖維生產的能耗，從而節約成本。
本發明人經過大量研究和試驗發現，可以在比現有熔融紡絲的紡絲溫度更低的溫度下，例如低于聯苯沸點的溫度下紡出得到尼龍纖維絲。
本申請提供了一種低溫生產尼龍纖維的方法，該方法是熔融紡絲方法，包括在尼龍的熔融之前或熔融期間加入一種第三主族或第四主族或第五主族金屬的化合物，然后所得熔融體在160～250℃，優選為170～240℃，優選為190～240℃，更優選為210～240℃的低溫下進行紡絲。
文中術語“熔融紡絲方法”是指將紡絲用的原料加熱熔融，熔融體通過螺桿擠出機擠出后送至紡絲機，經計量泵將熔融體定量壓入紡絲部件，通過噴絲板上的噴絲孔將熔體以細絲態流出，上油卷繞，或再經熱牽伸過程，生產纖維絲的方法。
本發明低溫生產尼龍纖維的方法中，所述尼龍是指可紡絲用的尼龍，例如尼龍6、尼龍66等，優選尼龍6。
本發明低溫生產尼龍纖維的方法中，所述第三主族或第四主族或第五主族金屬的化合物非限定性地包括第三主族或第四主族或第五主族金屬鹽、絡合物和氧化物。所述第三主族金屬元素選自鋁、鎵、銦等，所述第四主族金屬元素選自鍺、錫等；所述第五主族金屬元素選自鉍。所述金屬鹽的陰離子或絡合物的配體選自磷酸根、碳酸根、羧酸根、硝酸根、硫酸根、磺酸根、亞硫酸根、鹵素陰離子(如氟離子、氯離子和溴離子等)、擬鹵素離子(例如，硫氫酸根)以及其他含氮和/或含氧(如羧酸根)和/或含硫有機配體等，但并不限于此。
具體而言，所述第三主族或第四主族或第五主族金屬的化合物的實例非限定性包括磷酸鋁、醋酸鋁、醋酸鎵、醋酸錫、醋酸鉍、硫酸鋁、硫酸鎵、硫酸錫、硫酸鉍、氯化鋁、氯化鎵、氯化錫、氯化鉍、溴化鋁、溴化鎵、溴化錫、溴化鉍、氧化鋁、氧化鎵、氧化錫、氧化鉍等。
第三主族或第四主族或第五主族金屬的化合物能夠降低尼龍纖維的熔點，并且賦予尼龍纖維熔融體以良好的性能，例如高強度、高粘性、高可紡性等，因此，可以在更低的紡絲溫度下得到尼龍纖維。第三主族或第四主族或第五主族金屬的化合物的使用量如下基于所用尼龍的重量計，第三主族或第四主族或第五主族金屬的化合物中的第三主族或第四主族或第五主族金屬元素的重量為50ppm～10wt％，優選為0.01wt％～5wt％，更優選為0.1wt％～5wt％，特別優選為0.5wt％～3wt％。若第三主族或第四主族或第五主族金屬的化合物的使用量低于50ppm，則其對尼龍的改性效果不夠好，難以在低溫下得到尼龍纖維。若第三主族或第四主族或第五主族金屬的化合物的使用量大于10wt％，則添加的金屬化合物量過多，會導致所得纖維絲的質量惡化。
對第三主族或第四主族或第五主族金屬的化合物的加入方式沒有特別限定，可以直接加入，也可以將其與部分尼龍制成包含第三主族或第四主族或第五主族金屬的化合物的添加劑后再進行加入，優選將其與部分尼龍制成包含第三主族或第四主族或第五主族金屬的化合物的添加劑后再進行加入。
本發明的低溫生產尼龍纖維的方法還可以包括在尼龍的熔融之前或熔融期間加入助劑。所述助劑例如選自抗氧化劑、紫外線吸收劑、光穩定劑和抗靜電劑等。可以使用其中的一種或多種助劑。
其中，所述抗氧劑是受阻酚類和亞磷酸鹽，例如抗氧劑1010、抗氧劑CA、抗氧劑163、抗氧劑168、抗氧劑3114、抗氧劑DLTP和抗氧劑TNP等。可以使用其中的一種或多種。抗氧化劑的添加量優選為0.001wt％-1wt％，以所用尼龍的重量計。
加入的抗氧劑為四[β-(3’，5’-二叔丁基-4’-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯、1，1，3-三(2-甲基-4-羥基-5-特丁基苯基)丁烷、亞磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯、三(3，5-二叔丁基-4-羥基芐基)異氰酸酯、硫代二丙酸雙月桂酯、亞磷酸三壬基苯酯中的一種或多種；在尼龍的熔融之前或熔融期間加入的紫外線吸收劑為2-(2-羥基-5-甲基苯基)-苯并三唑、2-(2-羥基-3，5-二叔丁基苯基)-苯并三唑、2-(2-羥基-5-辛基苯基)-苯并三唑、2-羥基-4-正辛氧基二苯甲酮、2-(2-羥基-3，5-二叔丁基苯基)-5-氯代苯并三唑、2-(2-羥基-3-叔丁基-5-甲基苯基)-5-氯代苯并三唑、碳黑、氧化鋅、二氧化鈦中的一種或多種。
所述紫外線吸收劑是苯并三唑類、苯酮類等有機芳香物質，如UV-A、UV-B、UV-320、UV5411、Tinuvin326、Tinuvin 327；碳黑、氧化鋅、二氧化鈦等無機物質。可以使用其中的一種或多種。紫外線吸收劑的添加量優選為0.001wt％-1wt％，以所用尼龍的重量計。
所述光穩定劑是鹵化銅、受阻胺類、酚類、二苯甲酮系、三唑系。可以使用其中的一種或多種。所述光穩定劑的添加量優選為0.001wt％-1wt％，以所用尼龍的重量計。
所述抗靜電劑是脂肪醇磷酸鹽、脂肪醇氧化烯醚磷酯鹽、脂肪醇磷酸酯鉀、十二烷基硫酸鈉鹽、硬脂酸甘油單酯、月桂醇氧乙烯醚磷酸酯鉀鹽、聚乙二醇等。可以使用具中的一種或多種。所述抗靜電劑的添加量優選為0.001wt％-1wt％，以所用尼龍的重量計。
對所述助劑的加入方式也沒有特別限定，可以直接加入，也可以將其與部分尼龍和第三主族或第四主族或第五主族金屬的化合物制成第三主族或第四主族或第五主族金屬的化合物的添加劑后再進行加入。
這樣，在本發明低溫生產尼龍纖維的方法中，可以在較低的溫度下進行紡絲，例如在160～250℃的溫度范圍內，優選在170～240℃的溫度范圍內，更優選在190～240℃的溫度范圍內，特別優選在210～240℃的溫度范圍內進行紡絲，也就是說，紡絲溫度可以如上所述。在這樣的紡絲溫度下，使用常規的熔融紡絲方法即可得到一般紡織用的尼龍纖維。
而現有技術中，紡絲溫度一般在260～280℃的范圍內，相比較而言，本發明可以顯著降低尼龍纖維的紡絲溫度。雖然沒有任何現有的可適用理論對其進行解釋，但發明人認為可能的機理如下第三主族或第四主族或第五主族金屬的化合物可以提高尼龍熔融體的強度，提高熔融體的粘性，降低熔體指數MFR，因此其能夠經受較大的拉伸力，即使在熔融體經噴絲后變為半熔融體時仍具有較好的強度，因而能夠耐受較大的拉伸力，使得纖維絲在熔融紡絲過程中能夠承受拉細步驟中所遭受的力而不會斷裂，從而提高尼龍纖維的可紡性；此外，第三主族或第四主族或第五主族金屬的化合物可以降低尼龍的熔點，因此可以在更低的溫度下進行紡絲；另一原因在于，當溫度高于尼龍熔點時尼龍熔融體會因過老化作用而發生尼龍的結晶、析出溫度顯著低于尼龍的熔點，因此會進一步降低尼龍紡絲的溫度；由于上述因素的綜合作用，使得尼龍纖維可以在本發明所述的低溫下進行紡絲生產。但本發明的效果并不受該理論的束縛。
有益效果使用本發明的方法，可以將尼龍，尤其是尼龍6紡絲得到規格符合紡織用的尼龍纖維，例如，其纖度可以達到幾旦，甚至更細。采用本發明方法的紡絲溫度顯著低于現有技術的紡絲溫度，因此能夠顯著降低能耗，并且能夠降低成本，而且噴絲設備，尤其是噴絲板或噴絲頭不再需要使用高壓設備進行加熱，因此工業生產安全性得到進一步提高。
具體實施例方式
以下通過具體實施例來進一步描述本發明。本發明的特點和優點會隨著這些描述而變得更為清楚。但是，這些實施例僅僅是范例性的，用于解釋說明本發明，但并不對本發明的范圍構成任何限制。本領域技術人員應該理解，在不違背本發明的精神和范圍情況下，可以在細節方面對本發明進行修飾和/或改變和/或等價替換，這些修飾/修改/替換均應落入本發明所請求保護的范圍內。
實施例中所涉及到的“份”均為“重量份”。
所用原料尼龍6切片寧波亨潤公司生產的高速紡純尼龍6切片實施例1將5份GaCl3與100份尼龍6切片一起進行加熱熔融，熔融體通過螺桿擠出機擠出送至紡絲機，經計量泵將熔融體定量壓入紡絲部件，通過噴絲板上的噴絲孔將熔體以細絲態流出，上油卷繞得卷繞絲，其中熔體在螺桿擠出機中各區的的溫度分別是220℃、230℃、230℃、235℃，紡絲溫度是220℃，所用的噴絲板孔徑為0.35mm，長度為0.7mm，卷繞速度為1000m/min。所得卷繞絲纖度為8旦，在120℃的溫度下進行3.7倍的熱牽伸，得到纖度為3旦的尼龍6纖維。其強度為3.7cN/dtex，斷裂伸長率為30％。
實施例2按下表1的比例使用雙螺桿擠出機制備SnCl2添加劑母粒，其中擠出機各區的溫度為I區為255℃；II區為300℃；III區為290℃；IV區為290℃。
表1含SnCl2的添加劑母粒配方
將所得SnCl2的添加劑母粒與尼龍6切片在真空烘箱中進行干燥，以除去水分和小分子物質。干燥溫度在90-100℃之間，干燥時間為24-48小時。
然后再將SnCl2的添加劑母粒與尼龍6切片以重量比5∶1000混合進行加熱熔融，熔融體通過螺桿擠出機擠出后送至紡絲機，經計量泵將熔融體定量壓入紡絲部件，通過噴絲板上的噴絲孔將熔體以細絲態流出，上油卷繞得卷繞絲，其中熔體在螺桿擠出機中各區的的溫度分別是230℃、240℃、240℃、245℃，紡絲溫度是240℃，所用的噴絲板孔徑為0.3mm，長度為0.7mm，卷繞速度為1000m/min。所得卷繞絲纖度為10旦，在120℃的溫度下進行3.3倍的熱牽伸，得到纖度為3旦的尼龍6纖維。其強度為3.9cN/dtex，斷裂伸長率為35％。
實施例3按下表2的比例使用雙螺桿擠出機制備Bi2O3添加劑母粒，其中擠出機各區的溫度為I區為265℃；II區為295℃；III區為280℃；IV區為285℃表2含Bi2O3的添加劑母粒配方
將所得Bi2O3的添加劑母粒與尼龍6切片在真空烘箱中進行干燥，以除去水分和小分子物質。干燥溫度在90-100℃之間，干燥時間為24-48小時。
然后再將Bi2O3的添加劑母粒與尼龍6切片以重量比1∶100混合加熱熔融，熔融體通過螺桿擠出機擠出后送至紡絲機，經計量泵將熔融體定量壓入紡絲部件，通過噴絲板上的噴絲孔將熔體以細絲態流出，上油卷繞得卷繞絲，其中熔體在螺桿擠出機中各區的的溫度分別是230℃、240℃、240℃、250℃，紡絲溫度是210℃，所用的噴絲板孔徑為0.3mm，長度為0.7mm，卷繞速度為1000m/min。所得卷繞絲纖度為3旦，在100℃的溫度下進行1.2倍的熱牽伸，得到纖度為2.5旦的尼龍6纖維。其強度為4.0cN/dtex，斷裂伸長率為38％。
實施例4按照實施例3的方法生產尼龍6纖維，區別在于，使用60份醋酸錫代替50份Bi2O3，添加劑母粒與尼龍6切片以30∶1000的重量比混合，紡絲溫度為210℃。得到纖度為3旦的尼龍6纖維。
比較實施例1將100份尼龍6切片進行加熱熔融，熔融體通過螺桿擠出機擠出送至紡絲機，經計量泵將熔融體定量壓入紡絲部件，通過噴絲板上的噴絲孔將熔體以細絲態流出，上油卷繞得卷繞絲，其中熔體在螺桿擠出機中各區的的溫度分別是260℃、305℃、290℃、290℃，紡絲溫度是270℃，所用的噴絲板孔徑為0.35mm，長度為0.7mm，卷繞速度為1000m/min。所得卷繞絲纖度為8旦，在120℃的溫度下進行3.7倍的熱牽伸，得到纖度為3旦的尼龍6纖維。其強度為3.6cN/dtex，斷裂伸長率為30％。
比較實施例2按比較實施例1的方法將尼龍6切片進行紡絲，其區別在于紡絲溫度為295℃，卷繞速度為900米/分，噴絲板孔數為48，孔徑為0.3毫米，長徑比3∶1。得到單絲纖度為7旦的尼龍6尼龍卷繞絲，對所得到的尼龍6卷繞絲進行3.5倍的熱牽伸，羅拉溫度90度，熱板溫度160度，得到單絲纖度為2.0旦的尼龍纖維絲。
通過將實施例1-4和比較實施例1和2進行比較可知，當向尼龍中添加第三、第四或第五主族金屬的化合物時，在較低溫度下就可以紡出品質很好的尼龍纖維絲，如實施例1-4所述，而現有方法則需在很高的溫度下進行紡絲，如比較實施例1和2。實施例1-4比比較實施例1和2分別節約了大約15-20％能耗。
權利要求
1.一種低溫生產尼龍纖維的方法，該方法是熔融紡絲方法，其特征在于，在尼龍熔融之前或熔融期間加入一種第三主族或第四主族或第五主族金屬的化合物，然后所得熔融體在160～250℃的低溫下進行紡絲。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述溫度為170～240℃的低溫下進行。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述溫度為190～240℃的低溫下進行。
4.根據權利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，所述溫度為210～240℃的低溫下進行。
5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述尼龍為尼龍6。
6.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述第三主族或第四主族或第五主族金屬的化合物是第三主族或第四主族或第五主族金屬鹽或絡合物或金屬氧化物，其中，所述第三主族金屬元素為鋁、鎵和銦；所述第四主族金屬元素為鍺和錫；第五主族金屬元素為鉍；所述金屬鹽的陰離子或絡合物的配體選自磷酸根、碳酸根、羧酸根、硝酸根、硫酸根、磺酸根、亞硫酸根、鹵素陰離子、擬鹵素離子以及其他含氮和/或含氧和/或含硫有機配體或多元配體。
7.根據權利要求1或6所述的方法，其特征在于，基于所用尼龍的重量計，所述第三主族或第四主族或第五主族金屬的化合物中第三主族或第四主族或第五主族金屬元素的重量為50ppm～10wt％。
8.根據權利要求1、6或7所述的方法，其特征在于，基于所用尼龍的重量計，所述第三主族或第四主族或第五主族金屬的化合物中第三主族或第四主族或第五主族金屬元素的重量為0.01wt％～5wt％。
9.根據權利要求1、6、7或8所述的方法，其特征在于，基于所用尼龍的重量計，所述第三主族或第四主族或第五主族金屬的化合物中第三主族或第四主族或第五主族金屬元素的重量為0.1wt％～5wt％。
10.根據權利要求1、6、7、8或9所述的方法，其特征在于，基于所用尼龍的重量計，所述第三主族或第四主族或第五主族金屬的化合物中第三主族或第四主族或第五主族金屬元素的重量為0.5wt％～3wt％。
11.根據權利要求1、6-10中任一項所述的方法，其特征在于，所述第三主族或第四主族或第五主族的化合物與部分尼龍制成包括第三主族或第四主族或第五主族的化合物的添加劑后再進行加入。
12.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，在尼龍的熔融之前或熔融期間加入助劑，所述助劑為抗氧化劑、紫外線吸收劑、光穩定劑和抗靜電劑中的一種或多種。
13.根據權利要求1或12所述的方法，其特征在于，在尼龍的熔融之前或熔融期間加入的抗氧劑是受阻酚類、亞磷酸鹽中的一種或多種。
14.根據權利要求1、12或13所述的方法，其特征在于，加入的抗氧劑為四[β-(3’，5’-二叔丁基-4’-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯、1，1，3-三(2-甲基-4-羥基-5-特丁基苯基)丁烷、亞磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯、三(3，5-二叔丁基-4-羥基芐基)異氰酸酯、硫代二丙酸雙月桂酯、亞磷酸三壬基苯酯中的一種或多種；以所用尼龍重量，抗氧化劑的添加量為0.001wt％-1wt％。
15.根據權利要求1或12所述的方法，其特征在于，所述在尼龍的熔融之前或熔融期間加入的紫外線吸收劑是苯并三唑類、苯酮類有機芳香物質。
16.根據權利要求1、12或15所述的方法，其特征在于，所述在尼龍的熔融之前或熔融期間加入的紫外線吸收劑為2-(2-羥基-5-甲基苯基)-苯并三唑、2-(2-羥基-3，5-二叔丁基苯基)-苯并三唑、2-(2-羥基-5-辛基苯基)-苯并三唑、2-羥基-4-正辛氧基二苯甲酮、2-(2-羥基-3，5-二叔丁基苯基)-5-氯代苯并三唑、2-(2-羥基-3-叔丁基-5-甲基苯基)-5-氯代苯并三唑、碳黑、氧化鋅、二氧化鈦中的一種或多種；以所用尼龍的重量計，紫外線吸收劑的添加量為0.001wt％-1wt％。
17.根據權利要求1或12所述的方法，其特征在于，所述光穩定劑是鹵化銅、受阻胺類、酚類、二苯甲酮系、三唑系中的一種或多種；以所用尼龍的重量計，所述光穩定劑的添加量為0.001wt％-1wt％。
18.根據權利要求1或12所述的方法，其特征在于，所述抗靜電劑是脂肪醇磷酸鹽、脂肪醇氧化烯醚磷酯鹽、脂肪醇磷酸酯鉀、十二烷基硫酸鈉鹽、硬脂酸甘油單酯、月桂醇氧乙烯醚磷酸酯鉀鹽、聚乙二醇中的一種或多種；以所用尼龍的重量計，所述抗靜電劑的添加量為0.001wt％-1wt％。
19.根據權利要求1、12-18任一項所述的方法，其特征在于，所述助劑與第三主族或第四主族或第五主族金屬的化合物和部分尼龍制成添加劑后再進行加入。
全文摘要
本發明公開了一種屬于紡織材料的技術領域，尤其是指一種低溫生產尼龍纖維的方法，該方法包括在尼龍熔融之前或熔融期間加入一種第三主族或第四主族或第五主族金屬的化合物，然后所得熔融體在160～250℃的低溫下進行紡絲。在尼龍的熔融之前或熔融期間加入抗氧化劑、紫外線吸收劑、光穩定劑、抗靜電劑的助會有更好的效果。依本發明所制備的尼龍纖維織物具有吸汗、輕質、韌性佳、回彈性好、抗酸堿等特點，該方法的能耗較低，成本較低，并且工業操作更方便、安全，在服裝、編織等行業具有廣闊的用途。
文檔編號D01D5/08GK101054738SQ20071006858
公開日2007年10月17日 申請日期2007年5月22日 優先權日2007年5月22日
發明者蔣劍雄, 徐怡莊, 邱化玉, 來國橋, 黃昆, 吳燕婕, 鄔繼榮, 章成峰, 劉毓海, 劉少軒, 李慧珍, 劉玉峰, 蔣可志, 張秀芹, 陸達天, 李龍波, 王明超, 趙瑩, 王篤金, 吳瑾光, 華西林, 楊展瀾, 徐端夫 申請人:杭州師范大學