一種原位聚合制備黑色聚氨酯彈性纖維的方法技術

本發明專利技術涉及一種原位聚合制備黑色聚氨酯彈性纖維的方法，該方法包括如下幾個步驟：（1）采用研磨或超聲及強力機械攪拌等方法，使納米炭黑粒子均勻分散在低聚物多元醇中，形成穩定的混合物；（2）在含有炭黑粒子的聚多元醇混合物中加入二異氰酸酯，進行充分反應，并加入溶劑進行充分溶解，得到-NCO封端的預聚物聚氨酯甲酸酯溶液；（3）采用混合胺溶液，對預聚物溶液進行擴鏈、鏈終止，生成聚氨酯脲溶液；（4）聚氨酯脲溶液熟化，借助干法紡絲系統，將聚氨酯脲溶液紡成黑色聚氨酯彈性纖維。本發明專利技術使用原位聚合法制備的黑色聚氨酯彈性纖維具有非常持久的黑色效果，色牢度高，且后續加工不需要再進行染色，同時具有較好的力學性能。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于高分子材料生產領域，特別涉及。本專利技術制造的黑色聚氨酯彈性纖維具有更持久的黑色效果，色牢度高，后續加工不需要再染色，同時具有較好的力學性能。
技術介紹
聚氨酯彈性纖維在我國稱為氨綸，其由至少85% (重量百分比)聚氨酯鏈段組成的大分子，具有高斷裂強度、高斷裂伸長和彈性回復率好等優點，并且聚氨酯彈性纖維的應用范圍也在逐漸變廣。然而由于聚氨酯彈性纖維本身分子結構的原因，在通常的染色條件下，聚氨酯彈性纖維絲染色較難，染色不佳的聚氨酯彈性纖維很容易在織物中露出白點，影響織物的整體品質；而若染色條件過于激烈，則聚氨酯彈性纖維的物理性能會受到嚴重破壞， 甚至發生斷裂，進而影響織物的使用性能。炭黑是一種重要的化工原料，主要由碳元素組成，既可以用作橡膠材料的補強劑和填充劑，又可用于涂料、油墨等，其中炭黑作為著色劑，是一種最好的黑色顏料，而且價格低廉易得，是生產黑色聚氨酯彈性纖維的理想原料。中國專利CN201010525066. 4和美國專利US7364792B2公開使用炭黑來制備黑色聚氨酯彈性纖維，二者均是將炭黑的二甲基乙酰胺溶液添加到聚氨酯紡絲原液中，然后通過干法紡絲制備出黑色聚氨酯彈性纖維。但由于納米炭黑分子間強大的范德華力作用，力口入的納米炭黑在紡絲原液中易團聚，造成后期原液可紡性下降，同時炭黑粒子僅是通過物理作用與纖維發生作用，進而對纖維力學性能也造成一定的負面影響。即使利用一些分散劑來提高炭黑的分散性，但改進效果并不明顯。
技術實現思路
技術問題本專利技術的目的在于解決上述現有技術的不足，提供，將納米炭黑分散液均勻分散在低聚物多元醇中，利用炭黑粒子表面的活性羥基在預聚物制備過程中與異氰酸基反應，使得炭黑粒子與聚氨酯大分子鏈間形成穩定的化學鍵，同時起到交聯點的作用，進而使聚氨酯彈性纖維具有更持久的黑色效果，更高的色牢度，同時力學性能也得到改善。技術方案本專利技術的原位聚合制備黑色聚氨酯彈性纖維的方法包括如下幾個步驟I)納米炭黑在90_120°C下干燥2 4小時，然后加入有機溶劑在20 50°C下研磨3 7小時，研磨后的混合物在超聲波振蕩器中超聲處理I 4小時，使納米炭黑在溶劑中均勻分散，形成穩定的納米炭黑分散液；2)將納米炭黑分散液加入到低聚物多元醇中通過強力機械攪拌分散混合，然后加入二異氰酸酯制備以-NCO封端的氨基甲酸酯預聚物，并加入溶劑充分溶解，得到預聚物溶液；3)將制備的預聚物溶液冷卻后，加入混合胺溶液進行擴鏈反應和鏈終止反應，得到聚氨酯脲溶液；4)向上述聚氨酯脲溶液中加入抗氧化劑、紫外線吸收劑、防黃變劑、消光劑和潤滑舒解劑，充分攪拌混合后，制備出含納米碳黑的黑色聚氨酯紡絲液；5)將制備得到的黑色聚氨酯紡絲液，借助干法紡絲系統，對黑色聚氨酯紡絲液進行噴吐、拉伸成絲，并隨著溶劑揮發、干燥，即得到黑色聚氨酯彈性纖維。所述的納米炭黑粒徑為20nm 500nm,納米炭黑分散液中炭黑的質量分數為10% 40% O所述的納米炭黑在黑色聚氨酯彈性纖維中的質量百分比為O. 3% 5. 0%。所述的低聚物多元醇為數均分子量1500 3000的聚四氫呋喃醚二醇或數均分子量1500 3000的聚丙二醇亦或是兩者的混合物。 所述的二異氰酸酯為4，4-MDI或2，4-MDI，或兩者的混合物；所加入的溶劑為N, N- 二甲基甲酰胺DMF或N，N- 二甲基乙酰胺DMAC。所述的混合胺溶液為擴鏈劑和鏈終止劑混合溶液，擴鏈劑選自乙二胺、丙二胺、己二胺或2-甲基戊二胺，或其混合物；鏈終止劑為二乙胺、二丙胺、乙醇胺或正己胺，或其混合物。所述的有機溶劑為N，N-甲基甲酰胺DMF或N，N-甲基乙酰胺DMAC。有益效果本專利技術采用原位聚合法制備的黑色聚氨酯彈性纖維，在預聚物制備過程中加入廉價易得的納米碳黑，利用炭黑粒子本身所帶的-OH與二異氰酸酯所帶的-NCO基團反應，從而使炭黑粒子參與預聚物的合成反應。通過原位聚合法，炭黑粒子與聚氨酯分子間形成穩定的化學鍵，同時炭黑粒子起到化學交聯點的作用。采用本專利技術制備黑色聚氨酯彈性纖維，原液可紡性良好，纖維具有更持久的黑色效果，色牢度高，后續加工過程中不需要對聚氨酯彈性纖維再次染色，給聚氨酯彈性纖維后期的加工帶來極大的便利。同時，炭黑粒子在聚氨酯大分子鏈中形成的化學交聯點，使炭黑粒子起到補強的作用，制備的黑色聚氨酯彈性纖維具有更優異的力學性能。具體實施例方式下面用實例來詳細描述本專利技術，但這些實例不得理解為任何意義上對本專利技術的限制。(I)納米炭黑在90_120°C下干燥2 4小時，然后加入有機溶劑在20 50°C下研磨3 7小時，研磨后的混合物在超聲波振蕩器中超聲處理I 4小時，使納米炭黑在溶劑中均勻分散，形成穩定的炭黑分散液；(2)將納米炭黑分散液加入到低聚物多元醇中通過強力機械攪拌分散混合，然后加入二異氰酸酯制備以-NCO封端的氨基甲酸酯預聚物，并加入溶劑充分溶解，得到預聚物溶液；(3)將制備的預聚物溶液冷卻后，加入混合胺溶液進行擴鏈反應和鏈終止反應，得到聚氨酯脲溶液；(4)向制備聚氨酯脲溶液中加入抗氧化劑、紫外線吸收劑、防黃變劑、消光劑和潤滑舒解劑等，充分攪拌混合后，制備含納米碳黑的黑色聚氨酯紡絲液；(5)將制備得到的黑色聚氨酯紡絲液，借助干法紡絲系統，對黑色聚氨酯紡絲液進行噴吐、拉伸成絲，并隨著溶劑揮發、干燥，即得到黑色聚氨酯彈性纖維。所述的納米炭黑粒徑為20nm 500nm,分散液中炭黑質量分數為10% 40% ；所述的納米炭黑在聚氨酯彈性纖維中的質量分數為O. 3% 5% ；所述的低聚物多元醇是數均分子量1500 3000的聚四氫呋喃醚二醇或數均分子量1500 3000的聚丙二醇亦或是兩者的混合物；所述二異氰酸酯為4，4-二苯基甲烷二異氰酸酯或2，4-二苯基甲烷二異氰酸酯亦或是兩者的混合物；反應溫度40 50°C，反應時間90 180min ；所述的低聚物多元醇與二異氰酸酯的物質量比為1:1. 4 1:1.85 ;所述的混合胺溶液為擴鏈劑二胺和鏈終止劑單胺的混合DMAC溶液或DMF溶液，濃度為3% 9% ；所述的擴鏈劑二胺為乙二胺、丙二胺、己二胺、2-甲基戊二胺或其混合物，鏈終止劑為二乙胺、二丙胺、乙醇胺、正己胺或其混合物；所述抗氧化劑用量為纖維重量的O. 5% I. 5%,防黃變劑用量為纖維重量的·O. 2% I. 5%，紫外線吸收劑用量為纖維重量的O. 1% I. 0%，潤滑舒解劑用量為纖維重量的O. 1% I. 0%。實施例I :將納米炭黑在110°C下干燥2小時，取120g加入到680g的N，N-二甲基乙酰胺(DMAC)中，研磨機研磨5小時；然后將研磨后的炭黑溶液在超聲波振蕩器中超聲分散2小時，得到穩定的納米炭黑分散液，其濃度為15%。將420g的納米炭黑分散液加入到IOKg聚四氫呋喃醚二醇和5. 385Kg的N，N- 二甲基乙酰胺的溶液中，高速攪拌3小時；再加入2. 3Kg的4，4’ - 二苯基甲烷二異氰酸酯，在45°C下聚合反應2小時。加入14. 68Kg的N，N- 二甲基乙酰胺制備出預聚物溶液。將預聚體溶液冷卻至15°C以下，逐步加入含有O. 216Kg的乙二胺、O. 014Kg的丙二胺和O. 038Kg的二乙胺的N，N- 二甲基乙酰胺溶液(胺的濃度為3%)進行擴鏈反本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種原位聚合制備黑色聚氨酯彈性纖維的方法，其特征在于該方法包括如下幾個步驟：1）納米炭黑在90？120℃下干燥2～4小時，然后加入有機溶劑在20～50℃下研磨3～7小時，研磨后的混合物在超聲波振蕩器中超聲處理1～4小時，使納米炭黑在溶劑中均勻分散，形成穩定的納米炭黑分散液；2）將納米炭黑分散液加入到低聚物多元醇中通過強力機械攪拌分散混合，然后加入二異氰酸酯制備以？NCO封端的氨基甲酸酯預聚物，并加入溶劑充分溶解，得到預聚物溶液；3）將制備的預聚物溶液冷卻后，加入混合胺溶液進行擴鏈反應和鏈終止反應，得到聚氨酯脲溶液；4）向上述聚氨酯脲溶液中加入抗氧化劑、紫外線吸收劑、防黃變劑、消光劑和潤滑舒解劑，充分攪拌混合后，制備出含納米碳黑的黑色聚氨酯紡絲液；5）將制備得到的黑色聚氨酯紡絲液，借助干法紡絲系統，對黑色聚氨酯紡絲液進行噴吐、拉伸成絲，并隨著溶劑揮發、干燥，即得到黑色聚氨酯彈性纖維。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：薛士壯，劉亞輝，溫作楊，席青，費長書，
申請(專利權)人：浙江華峰氨綸股份有限公司，
類型：發明
國別省市：