[发明专利]一种原位聚合制备黑色聚氨酯弹性纤维的方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料生产领域，特别涉及一种原位聚合制备黑色聚氨酯弹性纤维的方法。本发明制造的黑色聚氨酯弹性纤维具有更持久的黑色效果，色牢度高，后续加工不需要再染色，同时具有较好的力学性能。

背景技术

聚氨酯弹性纤维在我国称为氨纶，其由至少85%（重量百分比）聚氨酯链段组成的大分子，具有高断裂强度、高断裂伸长和弹性回复率好等优点，并且聚氨酯弹性纤维的应用范围也在逐渐变广。然而由于聚氨酯弹性纤维本身分子结构的原因，在通常的染色条件下，聚氨酯弹性纤维丝染色较难，染色不佳的聚氨酯弹性纤维很容易在织物中露出白点，影响织物的整体品质；而若染色条件过于激烈，则聚氨酯弹性纤维的物理性能会受到严重破坏，甚至发生断裂，进而影响织物的使用性能。

炭黑是一种重要的化工原料，主要由碳元素组成，既可以用作橡胶材料的补强剂和填充剂，又可用于涂料、油墨等，其中炭黑作为着色剂，是一种最好的黑色颜料，而且价格低廉易得，是生产黑色聚氨酯弹性纤维的理想原料。

中国专利CN201010525066.4和美国专利US7364792B2公开使用炭黑来制备黑色聚氨酯弹性纤维，二者均是将炭黑的二甲基乙酰胺溶液添加到聚氨酯纺丝原液中，然后通过干法纺丝制备出黑色聚氨酯弹性纤维。但由于纳米炭黑分子间强大的范德华力作用，加入的纳米炭黑在纺丝原液中易团聚，造成后期原液可纺性下降，同时炭黑粒子仅是通过物理作用与纤维发生作用，进而对纤维力学性能也造成一定的负面影响。即使利用一些分散剂来提高炭黑的分散性，但改进效果并不明显。

发明内容

技术问题：本发明的目的在于解决上述现有技术的不足，提供一种原位聚合制备黑色聚氨酯弹性纤维的方法，将纳米炭黑分散液均匀分散在低聚物多元醇中，利用炭黑粒子表面的活性羟基在预聚物制备过程中与异氰酸基反应，使得炭黑粒子与聚氨酯大分子链间形成稳定的化学键，同时起到交联点的作用，进而使聚氨酯弹性纤维具有更持久的黑色效果，更高的色牢度，同时力学性能也得到改善。

技术方案：本发明的原位聚合制备黑色聚氨酯弹性纤维的方法包括如下几个步骤：

1）纳米炭黑在90-120℃下干燥2～4小时，然后加入有机溶剂在20～50℃下研磨3～7小时，研磨后的混合物在超声波振荡器中超声处理1～4小时，使纳米炭黑在溶剂中均匀分散，形成稳定的纳米炭黑分散液；

2）将纳米炭黑分散液加入到低聚物多元醇中通过强力机械搅拌分散混合，然后加入二异氰酸酯制备以-NCO封端的氨基甲酸酯预聚物，并加入溶剂充分溶解，得到预聚物溶液；

3）将制备的预聚物溶液冷却后，加入混合胺溶液进行扩链反应和链终止反应，得到聚氨酯脲溶液；

4）向上述聚氨酯脲溶液中加入抗氧化剂、紫外线吸收剂、防黄变剂、消光剂和润滑舒解剂，充分搅拌混合后，制备出含纳米碳黑的黑色聚氨酯纺丝液；

5）将制备得到的黑色聚氨酯纺丝液，借助干法纺丝系统，对黑色聚氨酯纺丝液进行喷吐、拉伸成丝，并随着溶剂挥发、干燥，即得到黑色聚氨酯弹性纤维。

所述的纳米炭黑粒径为20nm～500nm，纳米炭黑分散液中炭黑的质量分数为10%～40%。

所述的纳米炭黑在黑色聚氨酯弹性纤维中的质量百分比为0.3%～5.0%。

所述的低聚物多元醇为数均分子量1500～3000的聚四氢呋喃醚二醇或数均分子量1500～3000的聚丙二醇亦或是两者的混合物。

所述的二异氰酸酯为4,4-MDI或2,4-MDI，或两者的混合物；所加入的溶剂为N,N-二甲基甲酰胺DMF或N,N-二甲基乙酰胺DMAC。

所述的混合胺溶液为扩链剂和链终止剂混合溶液，扩链剂选自乙二胺、丙二胺、己二胺或2-甲基戊二胺，或其混合物；链终止剂为二乙胺、二丙胺、乙醇胺或正己胺，或其混合物。

所述的有机溶剂为N,N-甲基甲酰胺DMF或N,N-甲基乙酰胺DMAC。

有益效果：本发明采用原位聚合法制备的黑色聚氨酯弹性纤维，在预聚物制备过程中加入廉价易得的纳米碳黑，利用炭黑粒子本身所带的-OH与二异氰酸酯所带的-NCO基团反应，从而使炭黑粒子参与预聚物的合成反应。通过原位聚合法，炭黑粒子与聚氨酯分子间形成稳定的化学键，同时炭黑粒子起到化学交联点的作用。