专利名称：一种低温生产尼龙纤维的方法
技术领域：
本发明涉及一种纺织材料的制备方法技术领域，尤其涉及一种低温生产尼龙纤维的方法。
背景技术：
一般说来，可纺织用的高分子材料包括尼龙(聚酰胺)、丙纶(聚丙烯)、涤纶(聚对苯二甲酸乙二醇酯)和腈纶(聚丙烯腈)等。这些材料可以通过纺丝而形成纤维丝，从而用于纺织工业。熔融纺丝是一种常用的纺丝方法，通过熔融纺丝可以得到适于纺织用的纤维细丝。通常，使用熔融纺丝方法得到的纤维细丝可达到几旦的纤细程度(纤度)。用这样纤度的纤维细丝纺织、编制而得的产品，例如服装面料等，具有很多优点，因此市场应用空间广阔。
尼龙纤维织物具有吸汗、轻质、韧性佳、回弹性好、抗酸碱等特点，是最适合人类穿着的人造织物之一。在服装上的应用也是尼龙纤维的主要用途之一。
目前，尼龙纤维的工业生产方法主要是熔融纺丝方法。这种情况下，通常需要将尼龙加热至熔融状态，然后在熔融状态下(纺丝温度一般在260～280℃范围内)进行纺丝。此时，为了维持尼龙处于熔融状态，需要对其持续进行加热，这会消耗大量的能量，尤其纺丝设备的喷丝板或喷丝头，温度一般会高达280℃，实践中一般使用联苯对其进行加热，联苯的沸点约为265°，因此需要加压提高联苯的沸点以避免其沸腾汽化，这不仅需要消耗高能量，还需要耐压设备。这些因素使得使用现有熔融纺丝方法生产尼龙纤维的成本昂贵，工艺要求高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种低温生产尼龙纤维的方法，该方法显著降低了尼龙纤维生产的能耗，从而节约成本。
本发明人经过大量研究和试验发现，可以在比现有熔融纺丝的纺丝温度更低的温度下，例如低于联苯沸点的温度下纺出得到尼龙纤维丝。
本申请提供了一种低温生产尼龙纤维的方法，该方法是熔融纺丝方法，包括在尼龙的熔融之前或熔融期间加入一种过渡金属的化合物，然后所得熔融体在160～250℃，优选180～250℃，更优选220～250℃的低温下进行纺丝。
文中术语“熔融纺丝方法”是指将纺丝用的原料加热熔融，熔融体通过螺杆挤出机挤出后送至纺丝机，经计量泵将熔融体定量压入纺丝部件，通过喷丝板上的喷丝孔将熔体以细丝态流出，上油卷绕，或再经热牵伸过程，生产纤维丝的方法。
本发明低温生产尼龙纤维的方法中，所述尼龙是指可纺丝用的尼龙，例如尼龙6、尼龙66等，优选尼龙6。
本发明低温生产尼龙纤维的方法中，所述过渡金属的化合物非限定性地包括过渡金属盐、络合物或氧化物。所述过渡金属元素选自钪、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、钇、锆和钼，等。所述金属盐的阴离子或络合物的配体选自磷酸根、碳酸根、羧酸根、硝酸根、硫酸根、磺酸根、亚硫酸根、卤素阴离子(如氟离子、氯离子和溴离子等)、拟卤素离子(例如，硫氰酸根)以及其他含氮和/或含氧(如羧酸根)和/或含硫有机配体等，但并不限于此。
具体而言，所述过渡金属的化合物的实例非限定性包括碳酸铜、醋酸铜、醋酸铁、醋酸锌、醋酸钴、醋酸钇、硫酸锰、硫酸铜、硫酸铁、硫酸锌、硫酸镍、硫酸锆、硫酸锌、硫酸钴、硫酸铬、硫酸镍、氯化铜、氯化铁、氯化锌、氯化钴、氯化钛、氯化钴、氯化锰、氯化锆、溴化铜、溴化铁、溴化钴、溴化钛、溴化锌、溴化锰、溴化锆、氧化钛、氧化锰、氧化铁、氧化钴、氧化镍、氧化铜、氧化锌等。
过渡金属的化合物能够降低尼龙纤维的熔点，并且赋予尼龙纤维熔融体以良好的性能，例如高强度、高粘性、高可纺性等，因此，可以在更低的纺丝温度下得到尼龙纤维。过渡金属的化合物的使用量如下基于所用尼龙的重量计，过渡金属的化合物中的过渡金属元素的重量为40ppm～10wt％，优选为0.01wt％～5wt％，更优选为0.1wt％～5wt％，特别优选为0.8wt％～3wt％。若过渡金属的化合物的使用量低于50ppm，则其对尼龙的改性效果不够好，难以在低温下得到尼龙纤维。若过渡金属的化合物的使用量大于10wt％，则添加的金属化合物量过多，会导致所得纤维丝的质量恶化。
对过渡金属的化合物的加入方式没有特别限定，可以直接加入，也可以将其与部分尼龙制成包含过渡金属的化合物的添加剂后再进行加入，优选将其与部分尼龙制成包含过渡金属的化合物的添加剂后再进行加入。
本发明的低温生产尼龙纤维的方法还可以包括在尼龙的熔融之前或熔融期间加入助剂。所述助剂例如选自抗氧化剂、紫外线吸收剂、光稳定剂和抗静电剂等。可以使用其中的一种或多种助剂。
其中，所述抗氧剂是受阻酚类和亚磷酸盐，例如抗氧剂1010、抗氧剂CA、抗氧剂163、抗氧剂168、抗氧剂3114、抗氧剂DLTP和抗氧剂TNP等。可以使用其中的一种或多种。抗氧化剂的添加量优选为0.001wt％-1wt％，以所用尼龙的重量计。加入的抗氧剂为四[β-(3’，5’-二叔丁基-4’-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、1，1，3-三(2-甲基-4-羟基-5-特丁基苯基)丁烷、亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯、三(3，5-二叔丁基-4-羟基苄基)异氰酸酯、硫代二丙酸双月桂酯、亚磷酸三壬基苯酯中的一种或多种；在尼龙的熔融之前或熔融期间加入的紫外线吸收剂为2-(2-羟基-5-甲基苯基)-苯并三唑、2-(2-羟基-3，5-二叔丁基苯基)-苯并三唑、2-(2-羟基-5-辛基苯基)-苯并三唑、2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、2-(2-羟基-3，5-二叔丁基苯基)-5-氯代苯并三唑、2-(2-羟基-3-叔丁基-5-甲基苯基)-5-氯代苯并三唑、碳黑、氧化锌、二氧化钛中的一种或多种；所述紫外线吸收剂是苯并三唑类、苯酮类等有机芳香物质，如UV-A、UV-B、UV-320、UV5411、Tinuvin326、Tinuvin 327；碳黑、氧化锌、二氧化钛等无机物质。可以使用其中的一种或多种。紫外线吸收剂的添加量优选为0.001wt％-1wt％，以所用尼龙的重量计。
所述光稳定剂是卤化铜、受阻胺类、酚类、二苯甲酮系、三唑系。可以使用其中的一种或多种。所述光稳定剂的添加量优选为0.001wt％-1wt％，以所用尼龙的重量计。
所述抗静电剂是脂肪醇磷酸盐、脂肪醇氧化烯醚磷酯盐、脂肪醇磷酸酯钾、十二烷基硫酸钠盐、硬脂酸甘油单酯、月桂醇氧乙烯醚磷酸酯钾盐、聚乙二醇等。可以使用其中的一种或多种。所述抗静电剂的添加量优选为0.001wt％-1wt％，以所用尼龙的重量计。
对所述助剂的加入方式也没有特别限定，可以直接加入，也可以将其与部分尼龙和过渡金属的化合物制成过渡金属的化合物的添加剂后再进行加入。
这样，在本发明低温生产尼龙纤维的方法中，可以在较低的温度下进行纺丝，例如在160～250℃的温度范围内，优选在180～250℃的温度范围内，特别优选在210～250℃的温度范围内进行纺丝，也就是说，纺丝温度可以如上所述。在这样的纺丝温度下，使用常规的熔融纺丝方法即可得到一般纺织用的尼龙纤维。
而现有技术中，纺丝温度一般在260～280℃的范围内，相比较而言，本发明可以显著降低尼龙纤维的纺丝温度。虽然没有任何现有的可适用理论对其进行解释，但发明人认为可能的机理如下过渡金属的化合物可以提高尼龙熔融体的强度，提高熔融体的粘性，降低熔体指数MFR，因此其能够经受较大的拉伸力，即使在熔融体经喷丝后变为半熔融体时仍具有较好的强度，因而能够耐受较大的拉伸力，使得纤维丝在熔融纺丝过程中能够承受拉细步骤中所遭受的力而不会断裂，从而提高尼龙纤维的可纺性；此外，过渡金属的化合物可以降低尼龙的熔点，因此可以在更低的温度下进行纺丝；另一原因在于，当温度高于尼龙熔点时尼龙熔融体会因过老化作用而发生尼龙的结晶、析出温度显著低于尼龙的熔点，因此会进一步降低尼龙纺丝的温度；由于上述因素的综合作用，使得尼龙纤维可以在本发明所述的低温下进行纺丝生产。但本发明的效果并不受该理论的束缚。
有益效果使用本发明的方法，可以将尼龙，尤其是尼龙6纺丝得到规格符合纺织用的尼龙纤维，例如，其纤度可以达到几旦，甚至更细。采用本发明方法的纺丝温度显著低于现有技术的纺丝温度，因此能够显著降低能耗，并且能够降低成本，而且喷丝设备，尤其是喷丝板或喷丝头不再需要使用高压设备进行加热，因此工业生产安全性得到进一步提高。
具体实施例方式
以下通过具体实施例来进一步描述本发明。本发明的特点和优点会随着这些描述而变得更为清楚。但是，这些实施例仅仅是范例性的，用于解释说明本发明，但并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解，在不违背本发明的精神和范围情况下，可以在细节方面对本发明进行修饰和/或改变和/或等价替换，这些修饰/修改/替换均应落入本发明所请求保护的范围内。
实施例中所涉及到的“份”均为“重量份”。
所用原料尼龙6切片宁波亨润公司生产的高速纺纯尼龙6切片实施例1将10份ZnSO4与100份尼龙6切片一起进行加热熔融，熔融体通过螺杆挤出机挤出送至纺丝机，经计量泵将熔融体定量压入纺丝部件，通过喷丝板上的喷丝孔将熔体以细丝态流出，上油卷绕得卷绕丝，其中熔体在螺杆挤出机中各区的的温度分别是230℃、245℃、245℃、250℃，纺丝温度是230℃，所用的喷丝板孔径为0.35mm，长度为0.7mm，卷绕速度为1000m/min。所得卷绕丝纤度为8旦，在120℃的温度下进行3.7倍的热牵伸，得到纤度为3旦的尼龙6纤维。其强度为3.7cN/dtex，断裂伸长率为30％。
实施例2按下表1的比例使用双螺杆挤出机制备FeCl3添加剂母粒，其中挤出机各区的温度分别为260℃、305℃、290℃和290℃。
表1含MnCl2的添加剂母粒配方
将所得MnCl2的添加剂母粒与尼龙6切片在真空烘箱中进行干燥，以除去水分和小分子物质。干燥温度在90-100℃之间，干燥时间为24-48小时。
然后再将FeCl3的添加剂母粒与尼龙6切片以重量比5∶1000混合进行加热熔融，熔融体通过螺杆挤出机挤出后送至纺丝机，经计量泵将熔融体定量压入纺丝部件，通过喷丝板上的喷丝孔将熔体以细丝态流出，上油卷绕得卷绕丝，其中熔体在螺杆挤出机中各区的的温度分别是220℃、230℃、230℃、235℃，纺丝温度是210℃，所用的喷丝板孔径为0.3mm，长度为0.7mm，卷绕速度为1000m/min。所得卷绕丝纤度为10旦，在120℃的温度下进行3.3倍的热牵伸，得到纤度为3旦的尼龙6纤维。其强度为3.8cN/dtex，断裂伸长率为36％。
实施例3按下表2的比例使用双螺杆挤出机制备CuBr2添加剂母粒，其中挤出机各区的温度分别为265℃、295℃、290℃和290℃。。
表2含CuBr2的添加剂母粒配方
将所得CuBr2的添加剂母粒与尼龙6切片在真空烘箱中进行干燥，以除去水分和小分子物质。干燥温度在90-100℃之间，干燥时间为24-48小时。
然后再将CuBr2的添加剂母粒与尼龙6切片以重量比2∶100混合加热熔融，熔融体通过螺杆挤出机挤出后送至纺丝机，经计量泵将熔融体定量压入纺丝部件，通过喷丝板上的喷丝孔将熔体以细丝态流出，上油卷绕得卷绕丝，其中熔体在螺杆挤出机中各区的的温度分别是225℃、240℃、245℃、245℃，纺丝温度是180℃，所用的喷丝板孔径为0.3mm，长度为0.7mm，卷绕速度为1000m/min。所得卷绕丝纤度为3旦，在100℃的温度下进行1.2倍的热牵伸，得到纤度为2.5旦的尼龙6纤维。其强度为4.0cN/dtex，断裂伸长率为38％。
实施例4按照实施例3的方法生产尼龙6纤维，区别在于，使用60份醋酸钴代替80份CuBr2，添加剂母粒与尼龙6切片以36∶1000的重量比混合，纺丝温度为210℃。得到纤度为3旦的尼龙6纤维。
比较实施例1将100份尼龙6切片进行加热熔融，熔融体通过螺杆挤出机挤出送至纺丝机，经计量泵将熔融体定量压入纺丝部件，通过喷丝板上的喷丝孔将熔体以细丝态流出，上油卷绕得卷绕丝，其中熔体在螺杆挤出机中各区的的温度分别是260℃、305℃、290℃、290℃，纺丝温度是270℃，所用的喷丝板孔径为0.35mm，长度为0.7mm，卷绕速度为1000m/min。所得卷绕丝纤度为8旦，在120℃的温度下进行3.7倍的热牵伸，得到纤度为3旦的尼龙6纤维。其强度为3.6cN/dtex，断裂伸长率为30％。
比较实施例2按比较实施例1的方法将尼龙6切片进行纺丝，其区别在于纺丝温度为295℃，卷绕速度为900米/分，喷丝板孔数为48，孔径为0.3毫米，长径比3∶1。得到单丝纤度为7旦的尼龙6尼龙卷绕丝，对所得到的尼龙6卷绕丝进行3.5倍的热牵伸，罗拉温度90度，热板温度160度，得到单丝纤度为2.0旦的尼龙纤维丝。
通过将实施例1-4和比较实施例1和2进行比较可知，当向尼龙中添加过渡金属的化合物时，在较低温度下就可以纺出品质很好的尼龙纤维丝，如实施例1-4所述，而现有方法则需在很高的温度下进行纺丝，如比较实施例1和2。实施例1-4比比较实施例1和2分别节约了约10-20％能耗。
权利要求
1.一种低温生产尼龙纤维的方法，该方法是熔融纺丝方法，其特征在于，在尼龙熔融之前或熔融期间加入一种过渡金属的化合物，然后所得熔融体在160～250℃的低温下进行纺丝。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述温度为180～250℃时进行低温纺丝。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述温度为220～250℃时进行低温纺丝。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述尼龙为尼龙6。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述过渡金属的化合物是过渡金属盐、络合物或氧化物，其中，所述过渡金属元素为钪、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、钇、锆、钼；所述金属盐的阴离子或络合物的配体为磷酸根、碳酸根、羧酸根、硝酸根、硫酸根、磺酸根、亚硫酸根、卤素阴离子、拟卤素离子以及其他含氮和/或含氧和/或含硫有机配体或多元配体。
6.根据权利要求1或5所述的方法，其特征在于，基于所用尼龙的重量计，所述过渡金属的化合物中过渡金属元素的重量为40ppm～10wt％。
7.根据权利要求1、5或6所述的方法，其特征在于，基于所用尼龙的重量计，所述过渡金属的化合物中过渡金属元素的重量为0.01wt％～5wt％。
8.根据权利要求1、5、6或7所述的方法，其特征在于，基于所用尼龙的重量计，所述过渡金属的化合物中过渡金属元素的重量为0.1wt％～5wt％。
9.根据权利要求1、5、6、7或8所述的方法，其特征在于，基于所用尼龙的重量计，所述过渡金属的化合物中过渡金属元素的重量为0.8wt％～3wt％。
10.根据权利要求1、5-9任一项所述的方法，其特征在于，所述过渡金属的化合物与部分尼龙制成包括过渡金属的化合物的添加剂后再进行加入。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括在尼龙的熔融之前或熔融期间加入助剂，所述助剂选自抗氧化剂、紫外线吸收剂、光稳定剂和抗静电剂中的一种或多种。
12.根据权利要求1或11所述的方法，其特征在于，在尼龙的熔融之前或熔融期间加入的抗氧剂是受阻酚类、亚磷酸盐中的一种或多种。
13.根据权利要求1、11或12所述的方法，其特征在于，加入的抗氧剂为四[β-(3’，5’-二叔丁基-4’-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、1，1，3-三(2-甲基-4-羟基-5-特丁基苯基)丁烷、亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯、三(3，5-二叔丁基-4-羟基苄基)异氰酸酯、硫代二丙酸双月桂酯、亚磷酸三壬基苯酯中的一种或多种；以所用尼龙重量，抗氧化剂的添加量为0.001wt％-1wt％。
14.根据权利要求1或11所述的方法，其特征在于，所述在尼龙的熔融之前或熔融期间加入的紫外线吸收剂是苯并三唑类、苯酮类有机芳香物质。
15.根据权利要求1、11或14所述的方法，其特征在于，所述在尼龙的熔融之前或熔融期间加入的紫外线吸收剂为2-(2-羟基-5-甲基苯基)-苯并三唑、2-(2-羟基-3，5-二叔丁基苯基)-苯并三唑、2-(2-羟基-5-辛基苯基)-苯并三唑、2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮、2-(2-羟基-3，5-二叔丁基苯基)-5-氯代苯并三唑、2-(2-羟基-3-叔丁基-5-甲基苯基)-5-氯代苯并三唑、碳黑、氧化锌、二氧化钛中的一种或多种；以所用尼龙的重量计，紫外线吸收剂的添加量为0.001wt％-1wt％。
16.根据权利要求1或11所述的方法，其特征在于，所述光稳定剂是卤化铜、受阻胺类、酚类、二苯甲酮系、三唑系中的一种或多种；以所用尼龙的重量计，所述光稳定剂的添加量为0.001wt％-1wt％。
17.根据权利要求1或11所述的方法，其特征在于，所述抗静电剂是脂肪醇磷酸盐、脂肪醇氧化烯醚磷酯盐、脂肪醇磷酸酯钾、十二烷基硫酸钠盐、硬脂酸甘油单酯、月桂醇氧乙烯醚磷酸酯钾盐、聚乙二醇中的一种或多种；以所用尼龙的重量计，所述抗静电剂的添加量为0.001wt％-1wt％。
18.根据权利要求1、11-17任一项所述的方法，其特征在于，所述助剂与过渡金属的化合物和部分尼龙制成添加剂后再进行加入。
全文摘要
本发明公开了一种涉及纺织材料制备方法的技术领域，尤其是低温生产尼龙纤维的方法，该方法包括在尼龙熔融之前或熔融期间加入一种过渡金属的化合物，然后所得熔融体在160～250℃的低温下进行纺丝。在尼龙的熔融之前或熔融期间加入抗氧化剂、紫外线吸收剂、光稳定剂、抗静电剂的助会有更好的效果。该方法的能耗较低，成本较低，并且工业操作更方便、安全。在服装、编织等行业具有广阔的用途。
文档编号D01F1/10GK101054739SQ20071006858
公开日2007年10月17日 申请日期2007年5月22日 优先权日2007年5月22日
发明者李慧珍, 来国桥, 吴燕婕, 蒋剑雄, 章成峰, 刘毓海, 邱化玉, 黄昆, 刘少轩, 伍川, 倪勇, 刘玉峰, 齐剑, 李龙波, 王明超, 陆达天, 马清芳, 徐端平, 潘庆华, 赵莹, 王笃金, 徐怡庄, 吴瑾光, 徐端夫 申请人:杭州师范大学, 北京大学