一種改性聚氨酯纖維材料及其納米改性與著色方法技術

一種改性聚氨酯纖維材料及其改性與著色方法，該方法包括如下步驟：a.配置改性著色溶液，將核殼結構過渡金屬氧化物納米材料加入到N,N-二甲基乙酰胺的溶劑中，并加入相增容劑，配制改性著色溶液；b.制備聚合溶液，將改性著色溶液加入到正丁醇、聚四氫呋喃醚二醇和N,N-二甲基乙酰胺的混合溶液中，隨后加入4,4-二苯基甲烷二異氰酸酯；c.進行嵌段聚合擴鏈反應；d.紡絲溶液色度匹配；e.紡絲。本發明專利技術采用過渡金屬氧化物納米材料來改性聚氨酯材料并利用納米材料自身顏色，通過單用或復配來給纖維著色，該方法制造的聚氨酯纖維具有較高的力學性能，同時具有較高的色牢度。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種改性聚氨酯纖維材料，具體涉及由過渡金屬氧化物納米材料改性的聚氨酯纖維材料及其制備方法。
技術介紹
聚氨酯是一種既具有塑料的高硬度又具有橡膠高彈性的高分子合成材料。聚氨酯纖維材料(商品名為氨綸，簡稱PU)具有獨特的軟硬段鏈接結構和氫鍵作用，是彈性纖維中開發技術最為成熟的品種，常溫下聚氨酯纖維具有比重輕、彈性回復率好、斷裂強度高等優點。隨著氨綸使用和應用范圍的逐漸變廣，對氨綸絲的力學性能要求越來越高，特別是對于宇航服、滑翔傘、繩索、濾布等特殊用途的使用，普通氨綸絲很難達到要求。近年來，研究者采用有機硅、丙烯酸樹脂、環氧樹脂、天然產物以及與塑料共混和短纖維填充等方法對其進行改性，還有使用稀土元素、蒙脫土、凹凸棒土、碳酸鈣、氧化硅等納米材料來改性聚氨酯纖維。其方法有接枝共聚、嵌段共聚等化學方法，也有共混、充填等物理方法。如國內文獻報道了納米氧化鋅和二氧化鈦等納米材料作為增強劑和紫外線吸收劑對聚氨酯纖維改性研究取得的重要進展，但這些改性方法存在成本太高或效果不佳的缺點。成纖聚合物需要著色或染色工藝賦予纖維多彩性。成纖聚合物的著色又稱紡前著色，是在化學纖維生產過程中摻入適當的顏料或染料，直接制成有色纖維的方法，主要是物理過程。而染色與著色不同，染色會引起纖維表面分子結構的改變，其過程主要屬于化學變化。另外長時間的高溫染色定型，會降低纖維的力學性能，嚴重影響纖維的質量?；瘜W纖維著色與常規染色相比優點是:著色、紡絲可以連續進行；著色均勻，色牢度好；顏料(染料)利用率高；生產周期短、成本低。因此著色法生產有色化學纖維的比例逐年增加。氨綸傳統著色使用的色素通常是低分子量的染料或顏料。著色劑的耐熱性和分散性不夠，不少染料和顏料對光的穩定性也差，影響了相關產品的耐用性和外觀。因此近期不少學者開發色耐牢度和耐熱性更好的無機納米著色劑。但由于這些納米無機著色劑色譜不全和使用工藝較復雜使得色譜調節不及常規染色法靈活。因此，開發高性能的著色劑以及加強對成纖聚合物的著色工藝技術研究就顯得尤為迫切。由于纖維納米改性和著色所要達到的技術目標不同，所以傳統工藝對改性劑和著色劑會分別選擇不同的材料，工藝步驟也是分開進行的，目前在氨綸中既能作為納米改性劑又能作為著色劑并協同發揮作用的材料和方法尚未見報道。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供，采用過渡金屬氧化物納米材料來改性聚氨酯材料并利用納米材料自身顏色，通過單用或復配來給纖維著色，該納米材料既是改性劑又是著色劑。本專利技術制造的聚氨酯纖維不僅具有較高的力學性能，同時具有牢固的色彩。為實現上述目的，本專利技術采取以下技術方案:一種改性聚氨酯纖維材料的改性與著色方法，該方法包括如下步驟:a.配置改性著色溶液:將核殼結構過渡金屬氧化物納米材料加入到N，N- 二甲基乙酰胺的溶劑中，并加入相增容劑，配制改性著色溶液；其中，該核殼結構過渡金屬氧化物納米材料的內核為過渡金屬氧化物粒子，粒徑為20-80nm ;外殼為表面修飾劑或稱表面改性劑，厚度為3-10nm;b.制備聚合溶液:將步驟a制備的改性著色溶液加入到正丁醇、聚四氫呋喃醚二醇和N，N- 二甲基乙酰胺的混合溶液中，并高速攪拌分散形成穩定均勻的溶液；隨后加入4，4- 二苯基甲烷二異氰酸酯，控制在35 55°C溫度下聚合反應90 120min，得到聚合溶液；c.進行嵌段聚合擴鏈反應:在60_120min內將含有胺類擴鏈劑和胺類反應控制劑的N，N- 二甲基乙酰胺溶液加入到上述聚合溶液中，得到聚氨酯溶液；d.紡絲溶液色度匹配:向步驟c制備的聚氨酯溶液中加入抗氧化劑、潤滑疏解劑；參照色板，通過調節核殼結構過渡金屬氧化物納米材料在溶液中的含量來提高或降低色濃度，最終得到濃度為28% 35%的聚氨酯紡絲原液；e.紡絲:將步驟d制備的聚氨酯紡絲原液經熟化、過濾、脫氣后，干法紡絲得到各種顏色的聚氨酯纖維材料。如上所述的改性與著色方法，優選地，所述步驟a中的過渡金屬氧化物為氧化鐵、氧化鈷、氧化鈦和/或氧化銅，所述核殼結構過渡金屬氧化物納米材料在所述改性著色溶液中的濃度為15-20Wt%。如上所述的改性與著色方法，優選地，所述步驟a中的相增容劑為甲醇、乙醇或正丙醇，其在N，N- 二甲基乙酰胺溶劑中的濃度小于6wt%。如上所述的改性與著色方法，優選地，所述步驟b包括如下操作:將步驟a制備的改性著色溶液加入到正丁醇、聚四氫呋喃醚二醇和N，N- 二甲基乙酰胺的混合溶液中，四者的重量比為10 290重量份:I 6重量份:700 1000重量份:400 700重量份；在1200 2500轉/min下攪拌60_120min，攪拌時溫度控制在45 55°C，待冷卻到30°C以下后，加入200 300重量份的4，4 二苯基甲烷二異氰酸酯，控制在40 55°C溫度下聚合反應60 120min ;再加入600 1000重量份的N，N- 二甲基乙酰胺溶劑，將其冷卻到6 15°C，得到聚合溶液。如上所述的改性與著色方法，優選地，所述步驟c中的胺類擴鏈劑為乙二胺和1，2-丙二胺組成的混胺，兩者質量比為30 80: 10 ;所述胺類反應控制劑為二乙胺；所述胺類擴鏈劑、胺類反應控制劑、N，N- 二甲基乙酰胺和聚合溶液的質量比為(20 30): (2 6): (3 10): (1500 3000)。如上所述的改性與著色方法,優選地,所述表面修飾劑或稱表面改性劑為C2-C5羧酸鹽或十二烷基苯磺酸鈉。如上所述的改性與著色方法，所述步驟d中的抗氧化劑可選用本領域常用抗氧化劑，例如，德國巴斯夫公司生產的的抗氧化劑1010或廣州志一化工有限公司生產的CCPSTAB390-抗氧化劑和PUA-102抗氧化劑；所述潤滑疏解劑可選用硬脂酸鎂或其它本領域常用潤滑疏解劑，例如日本油脂株式會社、德國杜道聯合化工有限公司或新加坡嘉實多生產的潤滑劑。一種改性聚氨酯纖維材料，其是采用如上所述的方法制備的。本專利技術的所述的核殼結構過渡金屬氧化物納米材料可以市場購買獲得，例如江蘇華天通科技有限公司生產的核殼結構過渡金屬氧化物納米材料；也可以采用公知的方法制備，例如采用以下方法制備:向濃度為0.1 lmol/L的金屬鹽溶液中，滴加H2SO4水溶液至溶液呈透明狀，該金屬選自鐵、銅、鈷和/或鈦；然后滴加堿性水溶液使沉淀沉出，水溶液PH在7-12間，在50°C下，加酸使沉淀溶解，得到金屬氧化物氧化水溶膠；pH在1-7間，加入作為表面修飾劑的濃度為0.1 5mol/L的C2-C5羧酸鹽或十二烷基苯磺酸鈉，和/或作為相轉移劑的氨水或乙酸鈉；過渡金屬鹽、表面修飾劑和相轉移劑三者間的摩爾比為1: (0.1-10): (0-1);攪拌10-60分鐘，有過渡金屬氧化物納米顆粒生成，將溶液經離心脫水、烘干得松散的過渡金屬氧化物納米復合顆粒。本專利技術的有益效果在于，本專利技術采用過渡金屬氧化物納米材料來改性聚氨酯材料并利用納米材料自身顏色給纖維著色。其中，氧化鈷納米材料為紫色、氧化鐵納米材料為黃色、氧化鈦納米材料為白色、氧化銅納米材料為藍色，選取與三基色——紅、黃、藍較相近的納米材料，單用或復配出各種所需著色溶液。該方法制造的聚氨酯纖維不僅具有較高的力學性能，同時具有牢固的色彩。附圖說明圖1為實施例4與對比例I聚氨酯纖維拉伸曲線圖。圖2為實施例4纖本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種改性聚氨酯纖維材料的改性與著色方法，其特征在于，該方法包括如下步驟：a.配置改性著色溶液：將核殼結構過渡金屬氧化物納米材料加入到N，N?二甲基乙酰胺的溶劑中，并加入相增容劑，配制改性著色溶液；其中，該核殼結構過渡金屬氧化物納米材料的內核為過渡金屬氧化物粒子，粒徑為20?80nm；外殼為表面修飾劑或稱表面改性劑，厚度為3?10nm；b.制備聚合溶液：將步驟a制備的改性著色溶液加入到正丁醇、聚四氫呋喃醚二醇和N，N?二甲基乙酰胺的混合溶液中，并高速攪拌分散形成穩定均勻的溶液；隨后加入4，4?二苯基甲烷二異氰酸酯，控制在35～55℃溫度下聚合反應90～120min，得到聚合溶液；c.進行嵌段聚合擴鏈反應：在60?120min內將含有胺類擴鏈劑和胺類反應控制劑的N，N?二甲基乙酰胺溶液加入到上述聚合溶液中，得到聚氨酯溶液；d.紡絲溶液色度匹配：向步驟c制備的聚氨酯溶液中加入抗氧化劑、潤滑疏解劑；參照色板，通過調節核殼結構過渡金屬氧化物納米材料在溶液中的含量來提高或降低色濃度，最終得到濃度為28％～35％的聚氨酯紡絲原液；e.紡絲：將步驟d制備的聚氨酯紡絲原液經熟化、過濾、脫氣后，干法紡絲得到各種顏色的聚氨酯纖維材料。...

【技術特征摘要】
1.一種改性聚氨酯纖維材料的改性與著色方法，其特征在于，該方法包括如下步驟: a.配置改性著色溶液:將核殼結構過渡金屬氧化物納米材料加入到N，N-二甲基乙酰胺的溶劑中，并加入相增容劑，配制改性著色溶液；其中，該核殼結構過渡金屬氧化物納米材料的內核為過渡金屬氧化物粒子，粒徑為20-80nm;外殼為表面修飾劑或稱表面改性劑，厚度為3-10nm ； b.制備聚合溶液:將步驟a制備的改性著色溶液加入到正丁醇、聚四氫呋喃醚二醇和N，N- 二甲基乙酰胺的混合溶液中，并高速攪拌分散形成穩定均勻的溶液；隨后加入4，4- 二苯基甲烷二異氰酸酯，控制在35 55°C溫度下聚合反應90 120min，得到聚合溶液； c.進行嵌段聚合擴鏈反應:在60-120min內將含有胺類擴鏈劑和胺類反應控制劑的N，N- 二甲基乙酰胺溶液加入到上述聚合溶液中，得到聚氨酯溶液； d.紡絲溶液色度匹配:向步驟c制備的聚氨酯溶液中加入抗氧化劑、潤滑疏解劑；參照色板，通過調節核殼結構過渡金屬氧化物納米材料在溶液中的含量來提高或降低色濃度，最終得到濃度為28% 35%的聚氨酯紡絲原液； e.紡絲:將步驟d制備的聚氨酯紡絲原液經熟化、過濾、脫氣后，干法紡絲得到各種顏色的聚氨酯纖維材料。2.根據權利要求1所述的改性與著色方法，其特征在于，所述步驟a中的過渡金屬氧化物為氧化鐵、氧化鈷、氧化鈦和/或氧化銅，所述核殼結構過渡金屬氧化物納米材料在所述改性著色溶液中的濃度為15-20Wt%。3.根據權利要求1所述的改性與著色方法，其特征在于，所述步驟a中的相增容劑為甲醇、乙醇或正丙醇，其在N，N- 二甲基乙酰胺溶劑中的濃度小于6wt%。4.根據權利要求1所述的改性與著色方法，其特征在于，所述步驟b包括如下操作:將步驟a制備的改性著 色溶液加入到正丁醇、聚四氫呋喃醚二醇和N，N-二甲基乙酰胺的混合溶液中，四者的重量比為10 290重量份:I 6重量份:700 1000重量份:400 700重量份；在1200 2500轉/min下攪拌60_120min，攪拌時溫度控制在45 55°C，待冷卻到30°C以下后，加入200 300重量份的4，4 二苯基甲烷二異氰酸酯，控制在40 55°C溫度下聚合反應60 120min ;再加入600 1000重量份的N，N-二甲基乙酰胺溶劑，將其冷卻到6 15°C，得到聚合溶液。5.根據權利要求1所述的改性與著色方法，其特征在于，所述步驟c中的胺類擴鏈劑為乙二胺和1，2_丙二胺組成的混胺，兩者質量比為...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張宗弢，王潤偉，王旭，王明華，徐靜濤，程宏斌，初蓓，許迪歐，解仁國，鄭永華，
申請(專利權)人：江蘇華天通科技有限公司，
類型：發明
國別省市：