氨綸生產工藝技術研究進展*

梁　斌, 呂利平,3, 李　航

(1 長江師范學院化學化工學院，重慶　408100：2 重慶市三峽水務涪陵排水有限責任公司，重慶　408000； 3 三峽庫區環境監測與災害防治工程研究中心，重慶　408100)

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氨綸生產工藝技術研究進展*

梁斌1, 呂利平1,3, 李航2

(1 長江師范學院化學化工學院，重慶408100：2 重慶市三峽水務涪陵排水有限責任公司，重慶408000； 3 三峽庫區環境監測與災害防治工程研究中心，重慶408100)

綜述了目前世界上生產氨綸的四種主要工藝技術，包括熔融氨綸法、干法氨綸法、濕法氨綸法和化學紡絲法。以代表性企業的生產方法為基礎，比較了各種工藝的優缺點，將紡絲速度、氨綸纖度、溶劑、工藝成熟度、工藝流程長度、工藝流程管理及維修難度、環境問題和總投資成本等影響投資者投資的因素詳細成列于表，并對干法氨綸法和熔融氨綸法做了詳細的比較，預測了氨綸生產工藝未來發展的主要趨勢。

氨綸；生產工藝 ；工藝比較

聚氨酯(Polyurethane)纖維,國名氨綸，國際通用名：斯潘德克斯(Spandex)，其高聚合分子中聚氨基甲酸酯含量大85%，具有高延伸性和高彈性恢復，瞬時彈性恢復率達到90%以上[1],斷裂伸長度高達400%～800%；密度小(1.0～1.39 g/cm3)；具有耐腐蝕、耐熱、抗老化和對染料有良好親和性等性能廣泛用于運動服，泳衣，高彈襪，內衣，醫用繃帶等。但由于生產工藝不同，產品質量也大有不同，因此，對生產氨綸的四種工藝[2-4]，即熔融紡絲法、干法、化學紡絲法和溶液濕法的探討刻不容緩。

1　氨綸生產工藝

1.1熔融氨綸法

圖1　熔融法制氨綸工藝方框流程圖

熔融紡絲法是利用高聚物熔融的流體進行纖維成形的一種生產工藝[5]。該工藝的代表企業為日本日清紡，產能2.2 kt/a[6]。該工藝的生產工藝流程圖如圖1所示，其以熱塑性聚氨酯彈性體(TPU)為原料，將二異氰酸酯(MDI)、聚酯/醚二醇和擴鏈劑，在催化劑、助劑等按一定比例混合加入雙螺桿反應器中，在無溶劑條件下聚合為TPU，干燥后送入單螺桿機擠出成絲，再添加劑下紡絲，經上油，卷繞等工序制成成品氨綸。在此工藝中需要MDI過量。

此法制取氨綸有著200～800 m/min的紡絲速度[7]；制得的氨綸纖度為1.38～1.51 dtex[8]；過程無需使用溶劑，具有理論無環境污染毒害和三廢處理問題。

1.2干法氨綸法

該工藝的代表企業為美國杜邦(Lycra)年產8.0 kt/a和德國拜耳(Dorlastan)公司年產17 kt/a[6]。

二異氰酸酯(MDI)與醚二醇(PTMEG)以2:1的摩爾比在反應器內合成預聚物，經溶解，加入二甲基乙酰胺(DMAC)或二甲基甲酰胺(DMF)[9]進行鏈增長反應，后加入助劑并充分混合，再過濾，脫泡等制成紡絲原液。然后用計量泵壓入噴絲頭，紡絲液從噴絲板毛細孔中擠出，進入紡絲甬道。在甬道中，熱空氣(或氮氣)迅速蒸發并帶走溶劑，絲條濃度提高而凝固，絲條一般為兩條，在凝固前需用加捻器使其抱合，最后上油卷繞成成品。該法的工藝流程如圖2所示。

圖2　溶液干法制氨綸工藝方框流程圖

該法制氨綸有200～600 m/min的高紡絲速度，平均為500 m/min；所得氨綸的纖度為1.1～246.4 tex[7]；在工藝最為成熟的同時，也能生產高質量高性能的產品。

1.3濕法氨綸法

該法具有代表性的企業為富士紡公司(Fujibo)年產2.2 kt/a[6]。本法與干法制氨綸類似，由聚酯型二醇與MDI制得嵌段共聚物溶液，經紡絲前準備，送至紡紗機，后由計量泵壓入，經噴絲板毛細孔壓入凝固液。溶劑在凝固液中擴散，原液溶質則在凝固液中不斷提高濃度，再析出成型，洗滌干燥后卷繞，最后制成成品。該法的工藝流程如圖3所示。

圖3　濕法制氨綸工藝方框流程圖

本法所制氨綸紡絲速度為5～50 m/min，紡絲纖度0.55～44 dtex[7]。

1.4化學紡絲法

化學法亦稱反應法，由紡絲液轉化成固態纖維時，必須經過化學反應或用化學反應控制成纖速率[10]。該法具有代表性的企業為環球公司(Glospan)，其產能為9.0 kt/a[6]。

該法的紡絲原料為二異氰酸酯預聚合物溶液，由噴絲頭壓出進入凝固浴，同時往里面加入鏈增長劑，使之形成初生纖維，卷繞后接著在加壓水中進行硬化處理，制得交聯完全的三維聚氨酯嵌段共聚物氨綸。該法的生產工藝流程如圖4所示。

圖4　化學法制氨綸工藝方框流程圖

本法所制氨綸紡絲速度為50～150 m/min，紡絲纖度0.56～38 dtex[7]。

2　工藝優缺點比較

干法作為目前世界上生產氨綸總量達到80%的一種成熟方法，使之成為氨綸產業的“明星”；而熔融紡絲法也發展迅速，不斷以各種優勢占領市場份額；然而更早的化學紡絲法和濕法則因為工藝流程復雜，紡絲速度過慢，產品質量低，不能滿足市場要求，初始設備投資以及廠房需求量較大，且生產過程中會有二胺等污染性物質污染環境，對周圍環境的破壞巨大等，濕法和化學法已經逐漸被淘汰，如今世界總產量上已不足10%,如表1所示。

表1　四種生產工藝優缺點

3　結　論

干法目前呈現出工藝復雜，技術難度大，工藝過程需使用溶劑，有明顯的環境污染問題，投資成本高，占用土地資源等劣勢；而熔融法也有許多不足之處，比如噴絲板使用壽命短，且需要頻繁清洗，紡紗也不均勻，產品也會出現斑馬紋等，最致命的則是該法工藝尚未成熟，使用原料和助劑的經濟不合理性；因此工藝過程和原料助劑等的研究升級，將是熔融法未來必須解決和最有競爭力的一點，再加上其工藝流程簡單，設備投資低，占地少，生產效率高和非溶劑型成絲無環境污染問題，迅速崛起，產品質量也在日趨完善[11]，成為中小型投資者的首選。相比之下，干法制氨綸則擁有成熟的工藝，高經濟效率和工業大規模化等優勢成為該行業的支柱，更受大型投資者青睞。

[1]Taylor G.Disintegrationdrops field[J]. Proc R Soc，London，Ser A，1964,280:383.

[2]Fabriolus M,et al,Elastane Fibers(Spndex)[J]. Chemmical Fibers International,1996,45:400.

[3]Vieth C, et al. New Developments in the Field of Synthetic Elastomeric Yams[J]. Chemmical Fibers International,1996,46(2):104.

[4]楊濤鋒,陳大俊,李瑤君. 熔紡氨綸的制備方法及性能[J].聚氨酯工業，2000,15(1)：1-2.

[5]Yoshimoto H,Shin Y M，Vacanti J P，et al. Biomaterials,2003(24):2077.

[6]錢伯章. 國內外氨綸生產現狀和市場分析[J].合成纖維,2007,5(2):1-7.

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[8]韓秀山,楊濤,董宏偉. 氨綸纖維的生產技術及發展趨勢[J].化工科技市場,2004(2):1-3.

[9]邱久輝. 氨綸干法紡絲介質循環系統的設備和工藝介紹[J].合成纖維工業，2003,26(4):1-3.

[10]陳彬. 氨綸工業狀況與生產技術發展趨勢[J].浙江化工，2005,36(1):1-3.

[11]Ninganhe, Yuping, Moxiaoru. Production technologies and marker prospects of olyurethane fiber,2003.

Research Progress of Spandex Fiber Production Technology*

LIANGBin1,LVLi-ping1，3,LIHang2

(1 School of Chemistry and Chemical Engineering, Yangtze Normal University, Chongqing 408100;2 Chongqing Three Gorges Water Fuling Drainage Co., Ltd., Chongqing 408100;3 Research Center for Environmental Monitoring, Hazard Prevention of Three Gorges Reservoir, Yangtze Normal University, Chongqing 408100, China)

The four major technologies of production of spandex in the world including melting spandex, dry spandex, wet spinning spandex method and chemistry were summarized. Based on the representative enterprise production methods, the advantages and disadvantages of each technology were compared. The factors that affect investment in detail such as spinning speed, fiber denier, solvents, process maturity, length of process flow, process management and maintenance difficulty, environmental problems and the total investment cost were listed in the table, and the detailed comparison of dry method and melting method was made, to predict future trends in spandex production process development.

spandex fiber；the production process；process to compare

長江師范學院科研資助項目(青年項目NO：2014QN015)；長江師范學院科研資助項目(鈦白廢酸回收再利用工藝研究：2014CXX0179)。

梁斌(1993-)，男，本科生在讀，主要從事化學工程與工藝。

呂利平(1987-)，女，碩士，助教，主要從事化學工程設計研究。

TQ340.1+4

A

1001-9677(2016)02-0008-03