摘要

因氨纶具有较好的弹性已被广泛地应用到弹性织物中，工业化生产方法有：干法纺丝、湿法纺丝、化学反应纺丝、熔融纺丝。其中熔纺氨纶投资少、产量大，绿色无污染，是最具发展前途的氨纶纺丝技术，本文简述了熔纺氨纶的主流生产工艺，重点介绍了耐热氨纶切片、高回弹氨纶切片、抗菌性氨纶切片、有色氨纶切片、导电氨纶切片等差别化氨纶切片的研究进展，指出了未来差别化氨纶切片的发展方向。

关键词

熔纺氨纶；切片；差别化；进展 

引言随着生活水平的不断提高，消费者对面料的舒适性要求也越来越高，氨纶纤维的普及，可以使面料在外观和弹性等方面获得良好的改善，因此广泛应用于内衣、泳衣、运动服等弹性要求较高的织品中。氨纶于1937年由德国拜耳公司发明，1958年美国杜邦公司实现了工业化，随后欧洲、日本等也相继有了自己的氨纶产业。我国的氨纶产业是从1990年烟台氨纶厂引进日本东洋纺的设备及技术后开始的，在第一次实现国产化后我国的氨纶产业飞速发展，早在2003年总生产能力已接近10万吨/年，跃居世界首位。

1 氨纶的生产方法氨纶与一般聚氨酯弹性体一样都是由硬链段和软链段两部分组成，硬链段由二异氰酸酯和扩链剂组成，结晶和横向交联性能良好，能有效防止横向滑移，赋予氨纶一定的强度和回弹性；软链段一般为多元醇(聚醚或聚酯)，赋予氨纶良好的拉伸性能，一般能够拉伸6～7倍。目前生产氨纶的方法主要有4种，即干法纺丝法、湿法纺丝法、化学反应法、熔融纺丝法。在这四种方法中，干法纺丝占总产量的80%，湿法纺丝占10%，熔纺和化学反应纺丝共占10%。干法纺丝技术最为成熟，是将聚醚二元醇与二异氰酸酯在一定条件下反应生成预聚体，预聚体再与二胺进行扩链反应，然后添加助剂，纺丝原液经过热气流使溶剂快速挥发得到氨纶产品。湿法纺丝与干法纺丝类似，不同的是纺丝原液从喷丝板的毛细孔中挤出后进入凝固浴，原液细流中的溶剂向凝固浴扩散，同时聚合物的浓度不断提高，从而形成纤维。化学反应法是将预聚体溶液在甲苯、乙二胺的反应浴中进行反应，纤维出纺丝浴时，完成聚合反应。该方法工艺复杂，纺丝速度不能令人满意，生产成本高，已逐渐被淘汰。熔融纺丝法是NCO-封端的预聚体在二元醇扩链剂的作用下生成熔融温度较低的聚合物，然后切片造粒，再进行熔融挤压纺丝。该方法不仅纺丝速度快、易于实现细旦化，而且设备投资少、生产流程简单，更重要的是绿色环保、无溶剂使用，是最具发展前途的氨纶纺丝技术。

2 熔纺氨纶的生产工艺(1)一步法一步法合成工艺是将聚酯或聚醚二元醇与二异氰酸酯、扩链剂按一定比例在螺杆挤压机中熔融、聚合、造粒，经过反应后纺丝卷绕成为氨纶丝成品。(2)两步法两步法是将预聚和扩链分开进行，之后直接熔融纺丝。预聚体在纺丝过程中起添加剂的作用，使熔融的大分子弹性体粘度下降；在纺丝成形中又起到了交联剂的作用，使形成的弹性纤维有较高的强度。因此，预聚合体又称为剂联剂。(3)封端法封端法是采用封端剂将二异氰酸酯分子上的-NCO基团先行封闭，合成一种稳定的衍生物，然后与聚氨酯体混合进行纺丝。衍生物在纺丝过程中解封闭，使-NCO基团再活化，并且在纤维的固化成型中与聚氨基甲酸酯大分子发生交联，使纺丝过程中弹性体耐热性能提高，有利于熔融纺丝，同时提高了氨纶纤维的物理机械性能。
  3 熔纺氨纶切片的差别化发展最初熔融纺丝氨纶产品在弹性回复率、耐热性等方面还不如干纺氨纶，但随着纤维级聚氨酯切片技术生产日益成熟及熔融纺丝技术的完善，现在熔融纺丝产品不仅达到与干纺氨纶产品相媲美的程度而且已开发出一系列高性能的差别化氨纶切片，主要有以下几种：3.1 耐热氨纶切片最开始的耐热切片开发主要有两种方法：第一种是采用二胺取代一部分丁二醇作扩链剂，使弹性体的分子链上引入含有脲结构和芳香环的硬段；第二种方法是适当提高MDI与PTMG的摩尔比，增加主链中芳环的含量。芳环耐热性较好，不能内旋转，可使分子链的刚性增加，从而提高氨纶丝的强度和耐热性。随着科学技术的相互交融，纳米粉体技术也运用到切片中。公开号为CN01115739的专利在氨纶切片中加入纳米粉体后用于纺丝，实验证明熔纺氨纶的热性能和力学性能都有不同程度的提高。北京尚科诚纳米科技有限公司通过离子交换反应，插入蒙脱土层间的有机伯羟基与PTMG、丁二醇等单体和MDI一起在层间形成共价键，以离子键-共价键形式将纳米尺度蒙脱土片与高分子连接在一起，形成浑然一体的熔纺氨纶专用切片。纳米复合熔纺氨纶纤维耐热性好，断裂伸长率与弹性回复率高，综合性能大幅提高。另外，助剂的研究也促进了耐热切片的发展。苏州晟德竹科技发展有限公司开发一种熔纺氨纶油剂，该油剂降低了卷绕时的张力，增强了耐热性稳定，不仅实现均匀上油，油膜强度高，还不堵塞管线。江苏南黄海实业股份有限公司开发一种制备热稳定的熔纺氨纶的方法：将添加剂、交联剂、热塑性聚氨酯弹性体切片均匀混合、熔融挤出和卷绕成形，通过选择合适的添加剂，增加氨纶大分子链间的作用力以及硬段相的结晶度和晶粒尺寸，进而提高了氨纶的热稳定性。3.2 高回弹氨纶切片相比干纺氨纶，熔纺氨纶在耐热性、回弹力等方面的劣势主要来源于熔纺氨纶与干纺氨纶结构差别：熔纺氨纶中扩链剂采用二醇，形成氨酯键结构；干纺氨纶中扩链剂采用二胺，形成脲键结构。脲键有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，可通过在氨纶切片中引入适当比例的二胺类的扩链剂，形成一定含量的脲键，以改善纤维的耐热性能。东华大学采用DDSU(4,4’-二氨基二苯基砜)与丁二醇作为混合扩链剂，随着DDSU比例的增加，切片的耐热性和回弹性都有所提高，并且在熔融状态下可以流动。HQEE(氢醌双羟乙基醚)是一种新型芳香族二醇扩链剂，用HQEE作扩链剂可以制得模量高，弹性好和耐高温等优点的各种弹性体，一般用于机械性能要求很高的领域，对改善和调节熔纺氨纶的力学性能有很大作用。芳醚环的引入，硬段结构更加规整，弹性体具有良好的热性能。上海交通大学区洁将HQEE与丁二醇按一定比例混合，当HQEE的质量分数达到总扩链剂的20%时，熔纺氨纶纤维的力学性能较好。在其它条件完全相同时，用混合扩链剂合成的熔纺氨纶纤维比单纯用丁二醇做扩链剂合成的熔纺氨纶纤维耐热性要好；此外，实验还表明随HQEE含量的增加，分子链中耐热性较好的苯环增多，纤维的耐热性增强，耐水解性能也得到改善，有利于材料耐水性能的提高。3.3 有色氨纶切片氨纶本身分子结构上有较多的疏水亚甲基链和较少的芳环，基本上没有着色基团。但氨纶存在较多的脲基和氨基甲酸酯基，这些基团可以和染料分子中的有关基团发生氢键和偶极力结合，所以干法氨纶通常可用酸性染料、中性染料、分散染料和酸性媒染料进行染色。浙江华峰氨纶股份有限公司公开了一种多孔易染氨纶的制备方法，通过添加聚乙烯吡咯烷酮(PVP)到聚氨酯脲溶液中，由于PVP结构特殊，在高温染色过程中，氨纶丝表面会形成多孔结构，可以提高氨纶比表面积，从而提高氨纶染色效果。染色是熔纺氨纶有色产品制作中存在的技术瓶颈，染料在氨纶纤维分子中成排斥状态，加入较多的染料则氨纶弹性降低甚至无法纺丝。刘晓顺等将聚氨酯和色素按比例(色素质量占聚氨酯和色素总质量的0.05%～0.15%)放入均化器，混合充分后送入螺杆挤压机。经过螺杆挤压机加工成的流体物料分别同时进入三个计量泵(供应量比例为1:2:3)输送到混合搅拌泵。三个计量泵的不同供应量能形成径向混合，从而有效减少色素对氨纶力学性能的损害。3.4 抗菌性氨纶切片氨纶纤维在日常的使用和存放过程中，容易滋生细菌，尤其是适宜的温度和湿度下。随着卫生意识的不断提高，面料的抗菌性逐渐受到人们的重视。专利201210078915.5“一种抗菌氨纶纤维及其制备方法”公开的抗菌氨纶纤维是：将包括纳米银的抗菌剂分散加入到聚氨酯溶液中，搅拌均匀，得到含有纳米银抗菌剂的抗菌氨纶纺丝溶液，放置，熟化，将抗菌氨纶纺丝溶液过滤后进行干法纺丝，制备抗菌氨纶丝。该方法采用的是干法纺丝，熔纺氨纶切片并未涉及。河北邦泰氨纶科技有限公司和北京化工大学联合开发了一种具有抗菌性能的熔纺纶切片，该方法二元醇采用含聚碳酸酯，1,4-丁二醇为扩链剂，辅以抗氧剂、催化剂、抗菌剂等，制备出的抗菌性氨纶切片。抗菌剂成分较多，主要包含纳米TiO2、纳米银、纳米ZnO、纳米CuO、磷酸二氢铵、碳酸锂、载银沸石、载银活性炭和壳聚糖等。将抗菌剂融入到氨纶纤维基体当中，不仅解决了因后续洗涤造成的抗菌剂的迁移问题，避免了使用常规氨纶切片和抗菌剂的混合二次造粒的过程，可以直接纺丝制备出抗菌性氨纶纤维。3.5 导电氨纶切片合成纤维在实际应用中都会不可避免的存在一个问题，就是积聚静电。纺织面料积聚静电以后会吸附灰尘、起毛起球，有时还会对皮肤产生粘附感。解决这个问题最简单的方法是在织物经向或纬向加入导电材料，使织物具有抗静电性能。公开号为CN102560817A的发明专利，公开了一种抗静电面料：经向采用天丝、细旦粘胶纤维、细旦羊毛纤维的混纺纱线为经纱；纬向采用氨纶包覆丝和毛型改性纱作为A、B原料，具体包括阳离子纤维、细旦粘胶纤维、导电纤维，实验表明，该方法有良好的抗静电效果。王卫庆等公开了一种导电氨纶生产方法，他们通过在干纺氨纶纤维的外面附着一层含有一定比例导电粒子的熔纺氨纶皮层，使氨纶纤维在保持高伸长、高回弹的同时具有良好的导电性能。其中导电母粒是由熔纺氨纶颗粒与导电粒子经过造粒后得到的，导电粒子为碳纳米管或石墨烯，导电粒子在导电母粒中的含量为10%～40%。导电粒子的引入，使氨纶的织物具有良好的抗静电性能，优异的耐久性和稳定性。3.6 其他氨纶切片除了以上几种市场上已有的差别化氨纶产品外，目前已公开可查询的差别化氨纶切片主要有以下几种：细旦丝切片、特定温度下可熔熔纺氨纶切片、绿色保健氨纶切片等。随着熔纺氨纶切片技术与设备的日益成熟，助剂开发、后处理手段的日益完善，尤其是纳米技术的广泛应用，未来还可能开发可生物降解氨纶切片，防辐射氨纶切片，阻燃氨纶切片等。
  4 熔纺氨纶废丝的循环利用熔纺氨纶废丝比干法少很多，废丝率大约在2%～2.5%，熔纺氨纶的原料是聚氨酯切片，回收利用相对较容易一些。目前，热降解再生法研究的较多。东华大学提出在磷酸三乙酯介质中，以乙酰胺对废丝进行热降解，使其获得重新加工的性能的方法。进一步，将降解产物与新鲜的PTMG混合，然后与TDI进行反应，制成了再生聚氨酯薄膜。另外，有专利公开了一种熔纺氨纶废丝再利用的方法：熔纺氨纶废丝加入高沸点试剂，然后加入带有活泼氢的化合物；惰性气氛下反应，得到黄色粘稠液体；然后将液化的熔纺氨纶废丝原料采用常规的方法与聚醚二醇或聚酯二醇和二异氰酸酯反应，重新生成聚氨酯弹性体。熔纺氨纶废丝重新回收利用，不仅可解决废丝造成的环境问题，好具有较高的经济价值，前景巨大。
  5 结 语随着我国对节能减排要求的不断提高，一些环境污染严重、产能落后的氨纶工艺与设备将逐渐被淘汰。由于生产流程简单、成本低、尤其是绿色无污染等优势，熔融氨纶将成为今后氨纶发展的主流。切片技术是熔纺氨纶的核心部分，随着应用领域的不断扩大，开发高性能、多功能的差别化切片有望成为熔纺氨纶研究与发展的重点。