氨纶生产工艺技术研究进展*

梁　斌, 吕利平,3, 李　航

(1 长江师范学院化学化工学院，重庆　408100：2 重庆市三峡水务涪陵排水有限责任公司，重庆　408000； 3 三峡库区环境监测与灾害防治工程研究中心，重庆　408100)



氨纶生产工艺技术研究进展*

梁斌1, 吕利平1,3, 李航2

(1 长江师范学院化学化工学院，重庆408100：2 重庆市三峡水务涪陵排水有限责任公司，重庆408000； 3 三峡库区环境监测与灾害防治工程研究中心，重庆408100)

综述了目前世界上生产氨纶的四种主要工艺技术，包括熔融氨纶法、干法氨纶法、湿法氨纶法和化学纺丝法。以代表性企业的生产方法为基础，比较了各种工艺的优缺点，将纺丝速度、氨纶纤度、溶剂、工艺成熟度、工艺流程长度、工艺流程管理及维修难度、环境问题和总投资成本等影响投资者投资的因素详细成列于表，并对干法氨纶法和熔融氨纶法做了详细的比较，预测了氨纶生产工艺未来发展的主要趋势。

氨纶；生产工艺 ；工艺比较

聚氨酯(Polyurethane)纤维,国名氨纶，国际通用名：斯潘德克斯(Spandex)，其高聚合分子中聚氨基甲酸酯含量大85%，具有高延伸性和高弹性恢复，瞬时弹性恢复率达到90%以上[1],断裂伸长度高达400%～800%；密度小(1.0～1.39 g/cm3)；具有耐腐蚀、耐热、抗老化和对染料有良好亲和性等性能广泛用于运动服，泳衣，高弹袜，内衣，医用绷带等。但由于生产工艺不同，产品质量也大有不同，因此，对生产氨纶的四种工艺[2-4]，即熔融纺丝法、干法、化学纺丝法和溶液湿法的探讨刻不容缓。

1　氨纶生产工艺

1.1熔融氨纶法

图1　熔融法制氨纶工艺方框流程图

熔融纺丝法是利用高聚物熔融的流体进行纤维成形的一种生产工艺[5]。该工艺的代表企业为日本日清纺，产能2.2 kt/a[6]。该工艺的生产工艺流程图如图1所示，其以热塑性聚氨酯弹性体(TPU)为原料，将二异氰酸酯(MDI)、聚酯/醚二醇和扩链剂，在催化剂、助剂等按一定比例混合加入双螺杆反应器中，在无溶剂条件下聚合为TPU，干燥后送入单螺杆机挤出成丝，再添加剂下纺丝，经上油，卷绕等工序制成成品氨纶。在此工艺中需要MDI过量。

此法制取氨纶有着200～800 m/min的纺丝速度[7]；制得的氨纶纤度为1.38～1.51 dtex[8]；过程无需使用溶剂，具有理论无环境污染毒害和三废处理问题。

1.2干法氨纶法

该工艺的代表企业为美国杜邦(Lycra)年产8.0 kt/a和德国拜耳(Dorlastan)公司年产17 kt/a[6]。

二异氰酸酯(MDI)与醚二醇(PTMEG)以2:1的摩尔比在反应器内合成预聚物，经溶解，加入二甲基乙酰胺(DMAC)或二甲基甲酰胺(DMF)[9]进行链增长反应，后加入助剂并充分混合，再过滤，脱泡等制成纺丝原液。然后用计量泵压入喷丝头，纺丝液从喷丝板毛细孔中挤出，进入纺丝甬道。在甬道中，热空气(或氮气)迅速蒸发并带走溶剂，丝条浓度提高而凝固，丝条一般为两条，在凝固前需用加捻器使其抱合，最后上油卷绕成成品。该法的工艺流程如图2所示。

图2　溶液干法制氨纶工艺方框流程图

该法制氨纶有200～600 m/min的高纺丝速度，平均为500 m/min；所得氨纶的纤度为1.1～246.4 tex[7]；在工艺最为成熟的同时，也能生产高质量高性能的产品。

1.3湿法氨纶法

该法具有代表性的企业为富士纺公司(Fujibo)年产2.2 kt/a[6]。本法与干法制氨纶类似，由聚酯型二醇与MDI制得嵌段共聚物溶液，经纺丝前准备，送至纺纱机，后由计量泵压入，经喷丝板毛细孔压入凝固液。溶剂在凝固液中扩散，原液溶质则在凝固液中不断提高浓度，再析出成型，洗涤干燥后卷绕，最后制成成品。该法的工艺流程如图3所示。

图3　湿法制氨纶工艺方框流程图

本法所制氨纶纺丝速度为5～50 m/min，纺丝纤度0.55～44 dtex[7]。

1.4化学纺丝法

化学法亦称反应法，由纺丝液转化成固态纤维时，必须经过化学反应或用化学反应控制成纤速率[10]。该法具有代表性的企业为环球公司(Glospan)，其产能为9.0 kt/a[6]。

该法的纺丝原料为二异氰酸酯预聚合物溶液，由喷丝头压出进入凝固浴，同时往里面加入链增长剂，使之形成初生纤维，卷绕后接着在加压水中进行硬化处理，制得交联完全的三维聚氨酯嵌段共聚物氨纶。该法的生产工艺流程如图4所示。

图4　化学法制氨纶工艺方框流程图

本法所制氨纶纺丝速度为50～150 m/min，纺丝纤度0.56～38 dtex[7]。

2　工艺优缺点比较

干法作为目前世界上生产氨纶总量达到80%的一种成熟方法，使之成为氨纶产业的“明星”；而熔融纺丝法也发展迅速，不断以各种优势占领市场份额；然而更早的化学纺丝法和湿法则因为工艺流程复杂，纺丝速度过慢，产品质量低，不能满足市场要求，初始设备投资以及厂房需求量较大，且生产过程中会有二胺等污染性物质污染环境，对周围环境的破坏巨大等，湿法和化学法已经逐渐被淘汰，如今世界总产量上已不足10%,如表1所示。

表1　四种生产工艺优缺点

3　结　论

干法目前呈现出工艺复杂，技术难度大，工艺过程需使用溶剂，有明显的环境污染问题，投资成本高，占用土地资源等劣势；而熔融法也有许多不足之处，比如喷丝板使用寿命短，且需要频繁清洗，纺纱也不均匀，产品也会出现斑马纹等，最致命的则是该法工艺尚未成熟，使用原料和助剂的经济不合理性；因此工艺过程和原料助剂等的研究升级，将是熔融法未来必须解决和最有竞争力的一点，再加上其工艺流程简单，设备投资低，占地少，生产效率高和非溶剂型成丝无环境污染问题，迅速崛起，产品质量也在日趋完善[11]，成为中小型投资者的首选。相比之下，干法制氨纶则拥有成熟的工艺，高经济效率和工业大规模化等优势成为该行业的支柱，更受大型投资者青睐。

[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]杨涛锋,陈大俊,李瑶君. 熔纺氨纶的制备方法及性能[J].聚氨酯工业，2000,15(1)：1-2.

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

[6]钱伯章. 国内外氨纶生产现状和市场分析[J].合成纤维,2007,5(2):1-7.

[7]宁凡河,于萍,莫晓茹. 氨纶的生产技术与市场前景[J].合成纤维,2000,23(4)：1-3.

[8]韩秀山,杨涛,董宏伟. 氨纶纤维的生产技术及发展趋势[J].化工科技市场,2004(2):1-3.

[9]邱久辉. 氨纶干法纺丝介质循环系统的设备和工艺介绍[J].合成纤维工业，2003,26(4):1-3.

[10]陈彬. 氨纶工业状况与生产技术发展趋势[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

长江师范学院科研资助项目(青年项目NO：2014QN015)；长江师范学院科研资助项目(钛白废酸回收再利用工艺研究：2014CXX0179)。

梁斌(1993-)，男，本科生在读，主要从事化学工程与工艺。

吕利平(1987-)，女，硕士，助教，主要从事化学工程设计研究。

TQ340.1+4

A

1001-9677(2016)02-0008-03