一種納米改性聚氨酯纖維材料及其製備方法與流程
2023-05-28 10:43:56 1
本發明涉及聚氨酯纖維領域，具體涉及一種納米改性聚氨酯纖維材料及其製備方法。
背景技術：
：聚氨酯是一種通用的嵌段共聚物，由於其優良的性能，現已經廣泛應用於紡織纖維、粘合劑、環保材料、薄膜和生物材料。近年來，用粘土增強聚氨酯的複合材料，與普通聚氨酯相比在力學性能上有了顯著提高，例如具有搞模量、高強度和姣好的耐熱性能，引起了人們越來越多的關注。聚氨酯纖維是由二元醇與二異氰酸酯經聚合反應得到軟硬端相嵌的聚合物後經紡絲而得。由於其優異的彈性和回彈性能而成為一種高附加值的合成纖維，在紡織、服裝、生物醫用材料等領域獲得廣泛的應用。但由於普通的聚氨酯纖維耐熱性較差，它的應用範圍收到一定的限值。為了提高聚氨酯纖維的熱性能，許多學者做了大量的研究工作，利用不同的技術途徑製備高熱穩定性聚氨酯材料。技術實現要素：本發明提供了一種納米改性聚氨酯纖維材料及其製備方法，所述納米改性聚氨酯纖維材料具有優異的耐熱性、耐磨性、耐腐蝕性及強度，製備方法簡單易行，便於推廣。為實現以上目的，本發明通過以下技術方案予以實現：一種納米改性聚氨酯纖維材料的製備方法，包括以下步驟：(1)將氣相白碳黑、納米二氧化鈦、玄武巖短纖維混合均勻，得混合粉體，將矽烷偶聯劑加入到乙醇中，調節pH至矽烷偶聯劑完全溶解，加入混合粉體，充分攪拌後超聲波分散，之後進行噴霧乾燥，得表面包覆有一層矽烷偶聯劑的改性混合粉體；(2)將聚醚多元醇置於密閉容器中，80-90℃下真空乾燥2-3h，冷卻至60-70℃，體系通入氮氣保護，加入二異氰酸酯及溶劑，之後滴加二月桂酸二丁基錫，於80-90℃下預聚2-3h，得預聚物；將預聚物降溫至60-70℃，緩慢滴入擴鏈劑，滴加完後在60-70℃下繼續反應0.5h，之後降溫至40-50℃，加入改性混合粉體攪拌0.5h，最後加入抗氧劑、潤滑劑，攪拌混勻，得聚氨酯紡絲溶液；(3)將聚氨酯紡絲溶液進行溼法紡絲，並對所紡纖維進行熱處理，得所述納米改性聚氨酯纖維材料。優選地，所述步驟(1)中的氣相白炭黑的粒徑為20-60nm，所述納米二氧化鈦粒徑為20-60nm。優選地，所述步驟(1)中的矽烷偶聯劑為3-氨基丙基三乙氧基矽烷。優選地，所述步驟(2)中的聚醚多元醇為聚氧化丙烯二醇或聚氧化丙烯三醇。優選地，所述步驟(2)中的溶劑為丙酮。優選地，所述步驟(2)中的擴鏈劑1，4-丁二醇和山梨醇的混合物。優選地，所述步驟(2)中的抗氧化劑為2，2'-亞甲基雙-(4-甲基-6-叔丁基苯酚)或四(3，5-二叔丁基-4-羥基)苯丙酸季戊四醇酯。優選地，所述步驟(2)中的潤滑劑為硬脂酸鎂。一種納米改性聚氨酯纖維材料，其是採用如上所述的方法製備的。本發明的有益效果為：1.本發明在聚氨酯纖維中添加納米材料氣相白炭黑及納米二氧化鈦，可有效提高聚氨酯纖維的耐熱性、耐磨性、耐腐蝕性及強度。2.本發明在聚氨酯纖維中添加適量的玄武巖短纖維，可明顯提高其強度，同時可提高聚氨酯纖維的耐磨性及耐熱性能。3.本發明聚氨酯纖維在製備過程中將納米材料、玄武巖短纖維使用矽烷偶聯劑做改性處理，可提高其在反應液中的分散性及穩定性，使最終製備得到的聚氨酯纖維具有更優異的綜合性能；本發明擴鏈劑的加入方式為緩慢滴加，可有效控制擴鏈反應，使製得的聚氨酯纖維質量得到保證。4.本發明納米改性聚氨酯纖維的製備方法簡單易行，便於推廣。具體實施方式下面結合具體實施例進一步說明本發明的技術解決方案，實施例不能理解為是對技術解決方案的限制。實施例1：一種納米改性聚氨酯纖維材料的製備方法，包括以下步驟：(1)將粒徑為20-40nm的氣相白碳黑、粒徑為20-40nm的納米二氧化鈦、玄武巖短纖維混合均勻，得混合粉體，將3-氨基丙基三乙氧基矽烷加入到乙醇中，調節pH至3-氨基丙基三乙氧基矽烷完全溶解，加入混合粉體，充分攪拌後超聲波分散，之後進行噴霧乾燥，得表面包覆有一層3-氨基丙基三乙氧基矽烷的改性混合粉體；(2)將聚氧化丙烯二醇置於密閉容器中，90℃下真空乾燥2h，冷卻至70℃，體系通入氮氣保護，加入二異氰酸酯及丙酮，之後滴加二月桂酸二丁基錫，於80℃下預聚3h，得預聚物；將預聚物降溫至60℃，緩慢滴入1，4-丁二醇和山梨醇的混合物，滴加完後在60℃下繼續反應0.5h，之後降溫至50℃，加入改性混合粉體攪拌0.5h，最後加入2，2'-亞甲基雙-(4-甲基-6-叔丁基苯酚)、硬脂酸鎂，攪拌混勻，得聚氨酯紡絲溶液；(3)將聚氨酯紡絲溶液進行溼法紡絲，並對所紡纖維進行熱處理，得納米改性聚氨酯纖維材料。實施例2：一種納米改性聚氨酯纖維材料的製備方法，包括以下步驟：(1)將粒徑為40-60nm的氣相白碳黑、粒徑為40-60nm的納米二氧化鈦、玄武巖短纖維混合均勻，得混合粉體，將3-氨基丙基三乙氧基矽烷加入到乙醇中，調節pH至3-氨基丙基三乙氧基矽烷完全溶解，加入混合粉體，充分攪拌後超聲波分散，之後進行噴霧乾燥，得表面包覆有一層3-氨基丙基三乙氧基矽烷的改性混合粉體；(2)將聚氧化丙烯三醇置於密閉容器中，80℃下真空乾燥3h，冷卻至60℃，體系通入氮氣保護，加入二異氰酸酯及丙酮，之後滴加二月桂酸二丁基錫，於90℃下預聚2h，得預聚物；將預聚物降溫至70℃，緩慢滴入1，4-丁二醇和山梨醇的混合物，滴加完後在70℃下繼續反應0.5h，之後降溫至40℃，加入改性混合粉體攪拌0.5h，最後加入四(3，5-二叔丁基-4-羥基)苯丙酸季戊四醇酯、硬脂酸鎂，攪拌混勻，得聚氨酯紡絲溶液；(3)將聚氨酯紡絲溶液進行溼法紡絲，並對所紡纖維進行熱處理，得納米改性聚氨酯纖維材料。實施例3：一種納米改性聚氨酯纖維材料的製備方法，包括以下步驟：(1)將粒徑為20-40nm的氣相白碳黑、粒徑為20-40nm的納米二氧化鈦、玄武巖短纖維混合均勻，得混合粉體，將3-氨基丙基三乙氧基矽烷加入到乙醇中，調節pH至3-氨基丙基三乙氧基矽烷完全溶解，加入混合粉體，充分攪拌後超聲波分散，之後進行噴霧乾燥，得表面包覆有一層3-氨基丙基三乙氧基矽烷的改性混合粉體；(2)將聚氧化丙烯二醇置於密閉容器中，85℃下真空乾燥2.5h，冷卻至65℃，體系通入氮氣保護，加入二異氰酸酯及丙酮，之後滴加二月桂酸二丁基錫，於85℃下預聚2.5h，得預聚物；將預聚物降溫至65℃，緩慢滴入1，4-丁二醇和山梨醇的混合物，滴加完後在65℃下繼續反應0.5h，之後降溫至45℃，加入改性混合粉體攪拌0.5h，最後加入四(3，5-二叔丁基-4-羥基)苯丙酸季戊四醇酯、硬脂酸鎂，攪拌混勻，得聚氨酯紡絲溶液；(3)將聚氨酯紡絲溶液進行溼法紡絲，並對所紡纖維進行熱處理，得納米改性聚氨酯纖維材料。實施例4：一種納米改性聚氨酯纖維材料的製備方法，包括以下步驟：(1)將粒徑為30-50nm的氣相白碳黑、粒徑為30-50nm的納米二氧化鈦、玄武巖短纖維混合均勻，得混合粉體，將3-氨基丙基三乙氧基矽烷加入到乙醇中，調節pH至3-氨基丙基三乙氧基矽烷完全溶解，加入混合粉體，充分攪拌後超聲波分散，之後進行噴霧乾燥，得表面包覆有一層3-氨基丙基三乙氧基矽烷的改性混合粉體；(2)將聚氧化丙烯三醇置於密閉容器中，90℃下真空乾燥3h，冷卻至60℃，體系通入氮氣保護，加入二異氰酸酯及丙酮，之後滴加二月桂酸二丁基錫，於80℃下預聚3h，得預聚物；將預聚物降溫至70℃，緩慢滴入1，4-丁二醇和山梨醇的混合物，滴加完後在70℃下繼續反應0.5h，之後降溫至50℃，加入改性混合粉體攪拌0.5h，最後加入2，2'-亞甲基雙-(4-甲基-6-叔丁基苯酚)、硬脂酸鎂，攪拌混勻，得聚氨酯紡絲溶液；(3)將聚氨酯紡絲溶液進行溼法紡絲，並對所紡纖維進行熱處理，得納米改性聚氨酯纖維材料。實施例5：一種納米改性聚氨酯纖維材料的製備方法，包括以下步驟：(1)將粒徑為20-40nm的氣相白碳黑、粒徑為20-40nm的納米二氧化鈦、玄武巖短纖維混合均勻，得混合粉體，將3-氨基丙基三乙氧基矽烷加入到乙醇中，調節pH至3-氨基丙基三乙氧基矽烷完全溶解，加入混合粉體，充分攪拌後超聲波分散，之後進行噴霧乾燥，得表面包覆有一層3-氨基丙基三乙氧基矽烷的改性混合粉體；(2)將聚氧化丙烯二醇置於密閉容器中，80℃下真空乾燥2h，冷卻至70℃，體系通入氮氣保護，加入二異氰酸酯及丙酮，之後滴加二月桂酸二丁基錫，於90℃下預聚2h，得預聚物；將預聚物降溫至60℃，緩慢滴入1，4-丁二醇和山梨醇的混合物，滴加完後在60℃下繼續反應0.5h，之後降溫至40℃，加入改性混合粉體攪拌0.5h，最後加入2，2'-亞甲基雙-(4-甲基-6-叔丁基苯酚)、硬脂酸鎂，攪拌混勻，得聚氨酯紡絲溶液；(3)將聚氨酯紡絲溶液進行溼法紡絲，並對所紡纖維進行熱處理，得納米改性聚氨酯纖維材料。實施例6：一種納米改性聚氨酯纖維材料的製備方法，包括以下步驟：(1)將粒徑為40-60nm的氣相白碳黑、粒徑為40-60nm的納米二氧化鈦、玄武巖短纖維混合均勻，得混合粉體，將3-氨基丙基三乙氧基矽烷加入到乙醇中，調節pH至3-氨基丙基三乙氧基矽烷完全溶解，加入混合粉體，充分攪拌後超聲波分散，之後進行噴霧乾燥，得表面包覆有一層3-氨基丙基三乙氧基矽烷的改性混合粉體；(2)將聚氧化丙烯三醇置於密閉容器中，85℃下真空乾燥3h，冷卻至60℃，體系通入氮氣保護，加入二異氰酸酯及丙酮，之後滴加二月桂酸二丁基錫，於82℃下預聚2h，得預聚物；將預聚物降溫至62℃，緩慢滴入1，4-丁二醇和山梨醇的混合物，滴加完後在62℃下繼續反應0.5h，之後降溫至48℃，加入改性混合粉體攪拌0.5h，最後加入四(3，5-二叔丁基-4-羥基)苯丙酸季戊四醇酯、硬脂酸鎂，攪拌混勻，得聚氨酯紡絲溶液；(3)將聚氨酯紡絲溶液進行溼法紡絲，並對所紡纖維進行熱處理，得納米改性聚氨酯纖維材料。性能檢測：檢測步驟：取大於60mm的樣絲，樣絲的上下端分別夾在強力儀的上下夾持器中，夾絲時，儘量使樣絲伸直但不伸長，且初始距離為60mm，根據設定好的拉伸速度等數據，進行拉伸至240mm處停止，並使上夾器回到初始位置，重複拉伸至伸長為300％時再停止拉伸，如此循環5次。鬆弛長度為第五次拉伸返回停留40秒後的長度。檢測結果如表1所示：表1性能測試數據TXH(％)DLS(％)DLS-6(％)實施例192.1580.6580.3實施例291.2578.3578.2實施例391.8580.1580.4實施例491.6576.8576.6實施例592.0578.9579.0實施例691.5579.4579.2其中：TXH為彈性回復率；DLS為斷裂伸長率；DLS-6為連續5次拉伸300％後第6次拉伸的斷裂伸長率。由表1可知由本發明方法製備的納米改性聚氨酯纖維材料具有優異的彈性回復率及斷裂伸長率。當前第1頁1 2 3