[发明专利]一种添加碳纳米管的黑色聚氨酯脲弹性纤维及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于聚氨酯脲弹性纤维的制备技术方法，特别涉及一种添加碳纳米管的黑色聚氨酯脲弹性纤维的制备方法。

背景技术

聚氨酯脲弹性纤维（简称“氨纶”）因其优异的力学性能与良好的回弹性能广泛应用于高档服装、运动衫裤、贴身内衣、袜子等纺织品领域。氨纶通常是与其他纤维一同混织，再经一定染整工艺制成相应的面料。染色的含氨纶织物或面料在经热水洗涤或长时间使用后，会出现因氨纶丝褪色而造成的“露白”现象。这主要是染色过程中，大部分染料仅仅是附着于氨纶丝的表面，无法渗入氨纶丝内部的原因造成的。使用本身带有颜色的氨纶就可以有效地解决这一难题。黑色氨纶就是最为常用的一种有色氨纶，其主要应用于黑色的内衣、丝袜以及泳衣等。

制造黑氨纶的方法是通常将炭黑等黑色填料制成预分散液，然后直接添加至聚氨酯脲原液进行纺丝。其中所需解决的关键问题包括了如何实现黑色填料的均匀分散，从而保证纺丝过程稳定，产品质量均一；如何强化黑色填料与聚氨酯脲间的相互作用，从而提高着色效果与色牢度。中国专利201010525066.4中提到直接将普通炭黑、分散剂、少量聚氨酯脲原液以及溶剂进行研磨形成母液，再添加至原液中混合熟化，然后进行纺丝制备黑色氨纶。此专利仅是使用表面活性剂改善炭黑在原液中的分散性，并没有在炭黑与聚合物之间建立有效的化学键以增加两相间的作用力。因此，炭黑粒子与聚合物分子链间段仅依靠分子间作用力或机械锁合等的物理结合，这使得氨纶中的炭黑成分在高温染色或长时间使用过程中极可能从聚合物分子链中出脱落，进而造成氨纶丝褪色、织物“露白”等问题。中国专利201210447405.0中提到利用炭黑粒子表面的活性羟基与异氰酸酯基反应形成化学键，以增加黑氨纶的色牢度以及力学强度。但炭黑本身自带的反应活性点是十分有限的，借此仍难以有效地在炭黑与聚合物分子链间构建大量的化学结合键。两个专利都没有很好地解决如何提高炭黑与聚氨酯脲之间的结合作用。

此外，炭黑用量的控制对于保证黑氨纶的品质以及实现稳定生产都具有十分重要的意义。如果使用少量的普通或改性的炭黑，其带来的黑色效果往往不佳，同时对于氨纶力学性能的提高及耐热耐高温性能的改善效果不明显；如果大量使用炭黑就很可能造成喷丝板堵塞等问题影响纺丝过程，氨纶丝也会变得发硬、发涩、不顺滑，影响织物的穿着舒适度。因此，在制备黑氨纶时需要添加一种新颖的黑色填料代替传统的炭黑，不仅能使黑氨纶外观颜色达到理想状况，而且能使氨纶的力学性能及其他功能性得到改善。

碳纳米管是一种由单层或多层石墨片卷曲而成的中空的纳米管状物质。由于其独特的结构与优异的性能一直被为聚合物补强或功能化的理想填料。通常情况下，碳纳米管为黑色粉末状固体，其结构特点为长径比高、比表面积大、密度小，性能表现为力学强度大、导电导热性好等。但碳纳米管也有其缺点，如高度缠结不易分散；化学惰性强，难以与聚合物形成有效的界面结合作用。因此，在使用碳纳米管作为填料前，需要对碳纳米管进行分散及表面改性处理。已有大量的相关专利报道使用碳纳米管作为化纤的新型填料。中国专利200410033773.6运用碳纳米管优良的导电性和极高的长径比来制备具有导电性能的聚酯纤维，并通过特殊的偶联剂强化碳纳米管与聚酯之间的相互作用。中国专利201010128403.6介绍了了一种利用碳纳米管改性芳纶纤维的方法，其具体技术是先将碳纳米管羧基化，再与表面氨基化的芳纶纤维进行反应，通过超声辅助使部分碳纳米管进入到芳纶内部，形成碳纳米管内外掺杂的芳纶纤维复合材料。中国专利201210564030.6中公开了一种碳纳米管/聚氨酯/聚丙烯导电纤维的制备方法。其具体方法是将碳纳米管酸化，利用羧酸基与聚氨酯形成氢键作用，再将碳纳米管、聚氨酯及聚丙烯通过高速混合机混合均匀，经螺杆挤出机造粒，最后以熔融纺丝的方法制备导电纤维。但至今为止，没有相关的专利文献报道使用碳纳米管制备黑色聚氨酯脲弹性纤维。

发明内容

技术问题：本发明的目的在于提供一种添加碳纳米管的黑色聚氨酯脲弹性纤维及其制备方法，此发明首次使用碳纳米管作为黑氨纶的着色剂，解决了碳纳米管在氨纶中的难分散问题及两相界面结合作用弱的缺点。由此方法制备的黑氨纶具有良好的黑色效果与色牢度；力学强度高，伸长率大；体积电阻率低，抗静电效果出色；具备优异的耐热耐高温性能，能经受长时间高温沸煮，力学强度保持率高。