[发明专利]一种利用氨纶废丝制造热塑性聚氨酯TPU的工艺

说明书

[技术领域]

本发明涉及废弃氨纶丝再利用的技术领域，具体的说是一种利用氨纶废丝制造热塑性聚氨酯TPU的工艺。

[背景技术]

氨纶(Spandex)(俗称PU弹性纤维)是一种具高弹性及伸缩性的纤维，拉伸强度、拉伸应力、耐磨损性、耐老化性、耐化学药品性上都比橡胶更好。现在被纺织业者广泛应用来制作纺织品。目前化纤、纺织等企业生产过程中出现产生大量废弃边角零料的实际情况，如何对氨纶废丝进行合理回收利用，已成为关系可持续发展亟待解决的课题。氨纶废丝的回收主要有能量回收方法、物理回收方法和化学回收方法。然而，国内外在这方面的研究比较少。

TPU是Thermoplastic Urethane的简称，中文名称为热塑性聚氨酯弹性体，TPU是由二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)、甲苯二异氰酸酯(TDI)和大分子多元醇、扩链剂共同反应聚合而成的高分子材料。它的分子结构是由二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)、甲苯二异氰酸酯(TDI)和扩链剂反应得到的刚性嵌段以及二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)、甲苯二异氰酸酯(TDI)和大分子多元醇反应得到的柔性链段交替构成的。TPU具有卓越的高张力、高拉力、强韧和耐老化的特性，是一种成熟的环保材料。

目前，TPU已广泛应用与医疗卫生、电子电器、工业及体育等方面，其具有其它塑料材料所无法比拟的强度高、韧性好、耐磨、耐寒、耐油、耐水、耐老化、耐气候等特性，同时他具有高防水性透湿性、防风、防寒、抗菌、防霉、保暖、抗紫外线以及能量释放等许多优异的功能。

氨纶和TPU都属于聚氨酯类型，具有相似的特性基团：氨基甲酯基和脲基，但由于氨纶化学交联程度高，既不能溶解，也不能熔融，无法二次加工；同时，现有TPU生产是采用MDI、聚多元醇、小分子多元醇，在一定条件下聚合而成，这样成本高；加上近年来我国氨纶方面的研究迅速发展，实现工业化，产量逐年增加，生产过程中产生的氨纶废丝已成为严重的问题，如果将氨纶废丝采取掩埋和焚烧的方法进行处理，这样不仅浪费了大量的化工原料，还会造成土地浪费和大气污染，不符合生态环境的可持续发展战略。因此对氨纶废丝进行合理回收利用已成为一个亟待解决的问题。如果可以用氨纶废丝来制备TPU，那将是一个双赢方法，既可以处理日益增加的氨纶废丝，又可以降低TPU的生产成本。

[发明内容]

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种利用氨纶废丝制造热塑性聚氨酯TPU的工艺，应用此方法生产成本低能获得比较好的性能。

为了达到上述目的，设计一种利用氨纶废丝制造热塑性聚氨酯TPU的工艺，其特征在于工艺步骤包括氨纶废丝的降解过程和热塑性聚氨酯TPU的合成过程，所述氨纶废丝的降解过程由以下步骤组成：(1)预处理：先筛检氨纶废丝，将反应用氨纶废丝撕成厚度小于2厘米状，后放在60-80℃入鼓风烘箱干燥6小时以上，干燥时需要翻动，以免氨纶废丝发黄；(2)降解反应：先将稀释剂T和小分子多元醇E₁加入反应釜，搅拌并通入氮气，升温至80-140℃，分多次将已预处理的氨纶废丝和降解剂G加入反应釜中，温度升至130-180℃时，恒温1.5-3小时；当反应釜中中间体M的粘度达到700-20000mPa·s/25℃时，开始冷却，并用60-100目的过滤网过滤待用；所述热塑性聚氨酯TPU的合成过程由以下步骤组成：(1)合成反应：将降解过程中产生的中间体M、催化剂C₁、催化剂C₂、聚多元醇E₂加入反应器中，搅拌并升温至60-90℃，后加入根据R计量的4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯MDI并高速搅拌反应；(2)后处理：待反应完毕后趁热卸下，用不绣钢盘子盛装，在70-90℃下熟化12小时，即可得到热塑性聚氨酯TPU，后冷却、粉碎、注塑、物性检测。

在氨纶废丝的降解过程有下述重量百分比的反应原料：

反应物名称                    重量百分比

氨纶废丝                      40-85％

稀释剂T                       0-45％

小分子多元醇E                 15-50％

降解剂G                       0.5-5％

在热塑性聚氨酯TPU的合成过程有下述重量百分比的反应原料：

反应物名称                        重量百分比

中间体M                           30-70％