CN101838863B

CN101838863B - 一种聚硅氧烷纤维及其制备方法

Info

Publication number: CN101838863B
Application number: CN 201010162260
Authority: CN
Inventors: 王全; 欧阳旭频; 苏俊柳
Original assignee: BEITELI NEW MATERIAL Co Ltd DONGGUAN CITY; DONGGUAN BETELY NEW MATERIALS Co Ltd
Current assignee: SUZHOU BEITELI POLYMER MATERIALS CO., LTD.
Priority date: 2010-04-27
Filing date: 2010-04-27
Publication date: 2013-04-10
Anticipated expiration: 2030-04-27
Also published as: CN101838863A

Abstract

本发明涉及一种聚硅氧烷纤维及其制备方法，是由α，ω-二有机基聚硅氧烷，和有机硅树脂，在一定温度及催化作用下，缩聚成热熔型聚硅氧烷聚合物，经过高压喷丝工艺，制备出一种聚硅氧烷纤维。本发明制备出的聚硅氧烷纤维，具有优良的物理机械性能和一定的弹性。耐高温，耐低温，防水透气，防油污，耐气候老化，生理惰性，可回收循环利用，绿色环保。

Description

一种聚硅氧烷纤维及其制备方法

技术领域：

本发明属于合成纤维技术领域，特别涉及一种聚硅氧烷纤维及其制备方法。

背景技术：

目前，我们常用的合成纤维有聚丙烯纤维(丙纶)、聚丙烯腈纤维(腈纶)、聚乙烯醇缩甲醛纤维(维尼纶)、聚酰胺纤维(锦纶)、聚对苯二甲酸乙二酯(涤纶)等等，生产合成纤维的基本原料源于石油。而石油的资源的有限，价格的频繁波动，给作为纺织品原料的合成纤维带来价格的不稳定性，不能迅速降解和回收循环利用，也造成环境的负担。

聚硅氧烷具有优异的耐高低温性能，耐候性，电气绝缘性以及生理惰性等。它具有硅油，硅橡胶和硅树脂等等的各种形态，广泛应用于航空航天，电子电气，建筑，汽车机械等工业以及医疗卫生，日常生活的各个领域，可以循环回收再利用。其主要原料是单质硅，氯化钠和甲醇，来源广泛，容易获取。

公开号为CN1710162A的中国专利也公开了一种有机硅聚合物合成纤维的生产方法，其中的有机硅聚合物橡胶合成纤维配液是加成型硅橡胶组合物体系，铂系化合物硫化催化剂当遇到含有S，N，P，Sn等的化合物时，容易中毒而失去催化活性，使得组合物无法固化。其生产工艺中喷丝装置在常温下进行喷丝，因为该配液组合物在常温下依然是能够流动的液体，所以在进入加热装置之前，容易变形或者断裂，非常不适合的喷丝生产工艺，而且固化后，不可以重新熔融再喷丝。

公开号为CN101177595A的中国专利公开了一种湿固化有机硅压敏胶的制备方法，使用端羟基硅橡胶与纳米MQ硅树脂反应合成的有机硅压敏胶，由于羟基之间的缩合反应不彻底，使得产生的有机硅聚合物在初始有很强的粘性，不适合纺丝。

发明内容：

针对以上有机硅合成纤维生产过程中存在的问题，本发明的目的是提供了一种新的聚硅氧烷热熔性聚合物，和方便的纺丝制造工艺，纺丝时可纺性好，不易断丝，生产简单。为解决上述技术问题，采用如下技术方案：

一种聚硅氧烷纤维的热熔料合成，其原料由α，ω-二有机基聚硅氧烷，有机硅树脂，催化剂，聚二烃基硅氧烷和颜料组成，合成时所用原料的质量比例为：α，ω-二有机基聚基硅氧烷10％～78％，有机硅树脂10％～70％，催化剂0.01％～10％，聚二烃基硅氧烷0％～30％，颜料0％～10％。

所述的α，ω-二有机基聚硅氧烷，是线性的聚硅氧烷，其结构式如下所示：

其中，R¹为1～6个碳的烃基，可以是相同的或不同的，n＝1000～50000，R²为烷氧基和氨烃基的其中的一种，最佳为甲氧基或者氨丙基。

原料中所述的有机硅树脂，其平均单元分子式如下所示：

〔R₃SiO_1/2〕_a〔R₂SiO_2/2〕_b〔RSiO_3/2〕_c〔SiO_4/2〕_d

其中，R可以是相同或不同的任选被取代的一价有机基团，包括甲基，苯基，缩水甘油醚丙基，氨丙基，三氟丙基等有机基团，(a+b+c)/d＝0.4～4.0，a/b/c/d＝0.1～1.5/0～0.5/0.1～2.0/1。有机硅树脂与α，ω-二有机基聚硅氧烷进行缩聚反应，生成高分子量，具有一定网络结构的聚合物。α，ω-二甲氧基聚硅氧烷或者α，ω-二氨丙基聚硅氧烷具有较好的反应活性，与硅树脂上的Si-OH进行的缩聚反应，速度更快，反应更彻底。

所述的聚二烃基硅氧烷的粘度为50～500000mm²/s，其结构式如下所示：

其中，R¹为1～6个碳的烃基，可以是相同的或不同的，包括：甲基，乙基，苯基等等。聚二烃基硅氧烷起到调节粘度和增加流动性的作用，利于纺丝的顺利进行。

所述的催化剂是用于缩聚合成反应的催化剂，可以加快缩合反应速度，主要为含氨(胺)基化合物，和硼酸酯化合物，包括氨气，乙醇胺，氨丙基三乙氧基硅烷，氨丙基甲基二乙氧基硅烷，硼酸三丙酯等等。

本发明还提供了一种聚硅氧烷纤维的制备方法，先制备热熔型聚硅氧烷聚合物，然后将热熔聚合物进行纺丝，制备方法包括如下步骤：

步骤一、热熔型聚硅氧烷聚合物的制备：

将α，ω-二有机基聚硅氧烷，有机硅树脂和催化剂先后加入到强力混合装置，必要时可用烷烃类溶剂稀释后加入，加热升温到90℃～220℃，维持1小时～12小时，进行缩聚反应，然后抽真空脱除低分子和溶剂，或加入聚二烃基硅氧烷和颜料，混合0.5小时～5小时。开动螺杆排料机，通过保温管道送入螺杆挤出机。

步骤二、熔融纺丝：

螺杆挤出机将熔融的聚硅氧烷聚合物送入纺丝箱体中进行纺丝，经吹侧风冷却成型后经油泵上油。

步骤三、卷绕成型：

将上述得到的纤维由卷绕头卷绕成型即得聚硅氧烷纤维成品。

以上技术方案中所述的热熔型聚硅氧烷聚合物的熔融点为130℃～200℃，所用强力混合装置，是装备有2个或多个强力搅拌桨，可以进行高粘稠物质的搅拌混合，该装置具有加热和冷却功能，并至少带有一个螺杆排料装置，一个可以油水分离的回流冷凝器和一个可以进行脱除低分子的冷凝器。螺杆排料装置可以将反应后的产物从强力混合机送入螺杆挤出机，进行后续的纺丝作业。回流冷凝器可以保持反应时水分与溶剂的分离，溶剂的回流。

螺杆挤出机及挤出机头，管道和纺丝箱体均采用高温导热油保温，导热油温度为150℃～240℃，保证聚合物在设备内部的流动性。纺丝冷却的侧吹风的温度为15℃～35℃。

本发明与传统的合成纤维相比，具有以下优点：

1、聚硅氧烷纤维具有防水透气，防油，防紫外老化，耐候性好，对人体无害。

2、基础原料来源容易，可以循环再利用，节能环保，不依赖石油。

3、熔点较低，能耗低，容易纺丝，生产工艺简单。

具体实施方式：

下面列举实施例，进一步具体地说明本发明。

实施例1：

将重均分子量约50万的α，ω-二甲氧基聚二甲基硅氧烷100kg，加入到500L三轴密炼机中，甲基硅树脂〔(CH₃)₃SiO_1/2〕_0.6〔CH₃SiO_3/2〕_0.1〔SiO_4/2〕₁90kg用甲苯溶解后和1kg氨丙基三乙氧基硅烷一起加入，加热升温到140℃，维持3小时回流，进行缩聚反应，然后升温至185℃抽真空脱除低分子，水分和溶剂，根据需要加入10000mpa.s聚二甲基硅氧烷5kg，混合1小时。设定导热油的保温温度为220℃，开动螺杆排料机，通过保温管道送入螺杆挤出机。螺杆挤出机将聚合物送入纺丝箱体中进行纺丝，经吹侧风冷却成型后经油泵上油卷绕成型。

实施例2：

将重均分子量约35万的α，ω-二甲氧基聚二甲基硅氧烷100kg，加入到500L三轴密炼机中，甲基苯基硅树脂〔CH₃SiO_1/2〕_0.4〔C₆H₅SiO_3/2〕_0.2〔SiO_4/2〕₁80kg和2kg氨丙基甲基二乙氧基硅烷一起加入，加热升温到130℃，维持4小时回流，进行缩聚反应，然后升温至190℃抽真空脱除低分子，水分和溶剂，根据需要加入50000mpa.s聚二甲基硅氧烷10kg，混合1.5小时。设定导热油的保温温度为200℃，开动螺杆排料机，通过保温管道送入螺杆挤出机。螺杆挤出机将聚合物送入纺丝箱体中进行纺丝，经吹侧风冷却成型后经油泵上油卷绕成型。

实施例3：

将重均分子量约70万的α，ω二氨丙基聚二甲基硅氧烷120kg，加入到500L三轴密炼机中，〔(CH₃)₃SiO_1/2〕_0.2〔(CH₃)₂SiO_2/2〕_0.3〔CH₃SiO_3/2〕_0.2〔SiO_4/2〕₁甲基硅树脂100kg用甲苯溶解后和0.05kg硼酸三丙酯一起加入，加热升温到140℃，维持3小时回流，进行缩聚反应，然后升温至190℃抽真空脱除低分子，水分和溶剂，根据需要加入10000mpa.s聚二甲基硅氧烷10kg，混合1小时。其他同实施例1。

实施例4：

将重均分子量约50万的α，ω-二氨丙基聚二甲基硅氧烷100kg，加入到500L三轴密炼机中，甲基硅树脂〔(CH₃)₃SiO_1/2〕_0.4〔CH₃SiO_3/2〕_0.4〔SiO_4/2〕₁85kg用甲苯溶解后和0.04kg硼酸三丙酯一起加入，加热升温到140℃，维持3小时回流，进行缩聚反应，然后升温至185℃抽真空脱除低分子，水分和溶剂，根据需要加入50000mpa.s聚二甲基硅氧烷5kg，白色颜料2kg，混合1小时。其他同实施例1。

结果：

项目	实施例1	实施例2	实施例3	实施例4
					熔点(℃)	185	160	165	170
纤度(dtex)	9.8	8.6	7.8	9.0
					纤度不匀率(％)	2.5	3.0	2.8	2.7
断裂强度(cN/dtex)	7	5.2	3	3.5
					断裂伸长率(％)	90	95	80	70

以上所述仅是本发明的较佳实施方式，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。

Claims

1.一种聚硅氧烷纤维，其特征在于：合成聚硅氧烷纤维的原料由以下质量百分比的物质组成：

α，ω-二有机基聚硅氧烷 10％～78％

有机硅树脂 10％～70％

催化剂 0.01％～10％

聚二烃基硅氧烷 0％～30％

颜料 0％～10％

其中，原料中α，ω-二有机基聚硅氧烷，其结构式如下所示：

其中，R¹为1～6个碳的烃基，可以是相同的或不同的，n=1000～50000，R²为烷氧基和氨烃基的其中的一种；

所述原料中的有机硅树脂，其平均单元分子式如下所示：

〔R₃ Si O_1/2〕_a〔R₂Si O_2/2〕_b〔R Si O_3/2〕_c〔Si O_4/2〕_d

其中，R可以是相同或不同的任选被取代的一价有机基团，（a+b+c）/d=0.4~4.0, a/b/c/d=0.1~1.5/0~0.5/0.1~2.0/1。

2.根据权利要求1所述的一种聚硅氧烷纤维，其特征在于：所述原料的聚二烃基硅氧烷的粘度为50～500000mm²/s，其结构式如下所示：

其中，R¹为1～6个碳的烃基，可以是相同的或不同的。

3.根据权利要求1所述的一种聚硅氧烷纤维，其特征在于：所述原料中催化剂为含氨基化合物，硼酸酯化合物。

4.一种权利要求1所述的聚硅氧烷纤维的制备方法，其特征在于：制备方法包括以下步骤：

步骤一、热熔型聚硅氧烷聚合物的制备：将α，ω-二有机基聚硅氧烷，有机硅树脂和催化剂先后加入到强力混合装置，可用烷烃类溶剂稀释后加入，加热升温到90℃～220℃，维持1小时～12小时，进行缩聚反应，然后抽真空脱除低分子和溶剂，加入聚二烃基硅氧烷和颜料，混合0.5小时～5小时，开动螺杆排料机，通过保温管道送入螺杆挤出机；

步骤二、熔融纺丝：螺杆挤出机将熔融的聚硅氧烷聚合物送入纺丝箱体中进行纺丝，经吹侧风冷却成型后上油；

步骤三、卷绕成型：将上述得到的纤维由卷绕头卷绕成型即得聚硅氧烷纤维成品。

5.根据权利要求4所述的一种聚硅氧烷纤维制备方法，其特征在于：步骤一中所制备的热熔型聚硅氧烷聚合物用于一种合成纤维的制造，其熔融点为130℃～200℃。

6.根据权利要求4所述的一种聚硅氧烷纤维制备方法，其特征在于：步骤一中所用强力混合装置，是装备有2个或多个强力搅拌桨，具有加热和冷却功能的设备，并至少带有一个螺杆排料装置，一个可以油水分离的回流冷凝器和一个可以进行脱除低分子的冷凝器。

7.根据权利要求4所述的一种聚硅氧烷纤维制备方法，其特征在于：步骤二中所述的侧吹风的温度为15℃～35℃。

8.根据权利要求4所述的一种聚硅氧烷纤维制备方法，其特征在于：步骤二中所述的螺杆挤出机及挤出机头，管道和纺丝箱体均采用高温导热油保温，导热油温度为150℃～240℃。