[发明专利]一种纳米凹凸棒土改性聚氨酯弹性纤维的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料自造领域，特别涉及一种纳米凹凸棒土改性聚氨酯弹性纤维的原位制备方法。本发明制造的聚氨酯弹性纤维具有较好的热稳定性和力学性能。

背景技术

聚氨酯弹性纤维在常温下具有比重轻、断裂强度高、断裂伸长高、弹性高和弹性回复好等诸多优点。但随着聚氨酯弹性纤维使用和应用范围的逐渐变广，对聚氨酯弹性纤维的力学性能越来越高，氨纶丝用于制作鬃丝、降落伞绸、绳索、滤布等，对氨纶丝的力学性能均有较高的要求，而一些普通氨纶丝已经较难达到要求。而且当氨纶与聚酯纤维一起织造或针织纺织品在染色时，需要在190℃左右高温下定型和在130℃左右的温度下长时间染色或改色处理，而聚氨酯弹性纤维其热稳定性差，使其聚氨酯弹性纤维的物理性能严重受到破坏，纤维发生断裂。鉴于此，聚氨酯弹性纤维的使用受到很大的限制，因此，近年来，诸多国内外公司、科研院所从事对氨纶力学性能和热稳定性的研究。

中国专利CN03153706.5公开使用层状纳米复合材料插层来增强聚氨酯弹性纤维力学性能的方法，中国专利200410009599.1公开使用稀土元素通过配位键与聚氨酯纤维分子基质结合来提高其力学性能，但这两方法无法提高其热稳定性。美国专利US 5879799和日本专利JP 782608；JP 08020625；JP08176268等均公开了使用各种摩尔比的2，4-MDI和4，4-MDI复合异氰酸酯生产聚氨酯弹性纤维，以提高其热稳定性，但这种方法无法提高弹性纤维的力学性能。中国专利CN 01109463报道了一种制备纳米蒙脱土复合物的方法，提高热稳定性和力学性能，但未说明该产品应用在聚氨酯弹性纤维的情况。中国专利CN 1687173和CN16933550分别公开了利用二元胺改性蒙脱土和季铵盐蒙脱土添加到氨纶纺丝原液中，改性生产高力学性能和高热稳定的氨纶。但由于蒙脱土是片层状结构，对纺丝溶液的可纺性会产生不良影响。

纳米凹凸棒土又名坡缕石或坡缕缟石，是一种层链状结构的含水富镁铝硅酸盐粘土矿物。纳米凹凸棒粘土晶体形状为棒状或纤维状，长0.15μm～5μm，直径0.01μm～0.1μm。纳米凹凸棒具有独特的分散、耐盐碱等胶体性质和较高的吸附脱色能力，具有一定的可塑性和粘结力，使其在各行各业得到广泛应用。数十年来，纳米凹凸棒粘土已在石油化工、日用化工、精细化工、食品加工、新型建材、环保、轻纺、催化剂、饲料、农药等领域得到了广泛的应用。目前，纳米凹凸棒土作为一种硅酸盐粘土，引起了学者的注意，把它作为填充剂以减少聚合物材料的消耗和作为在一些结晶聚合物的成核剂。(Peng ZQ，Chen DJ.Study on thenonisothermal crystallization behavior of poly(vinyl alcoh-ol)/attapulgitenanocompositesby DSC analysis.J Polym Sci B Polym Phys.2006；44：534-540)。

而目前为止，使用纳米凹凸棒粘土改性氨纶的技术尚未报道。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，通过原位聚合方法制备了纳米凹凸棒土改性聚氨酯弹性纤维，其特征在于该发明所述的纳米凹凸棒土为棒状结构，可以均匀的分散在聚氨酯弹性纤维中，呈纳米尺寸分布。本发明制造的聚氨酯弹性纤维不仅具有高热稳定性，还有较好的力学性能。

一种纳米凹凸棒土改性聚氨酯弹性纤维的原位制备方法，包括以下步骤：

1纳米凹凸棒原土经过滤、溶解、搅拌、静置、再搅拌、再过滤、研磨和烘干处理，然后加到以N，N-二甲基乙酰胺(DMAC)或N，N-二甲基甲酰胺(DMF)的溶剂中，混合物在超声波振荡器中超声处理1～5小时，使纳米凹凸棒土在溶剂中呈絮状分散，形成纳米凹凸棒土的分散液。

2将纳米凹凸棒土溶液加入到以用DMAC为溶剂的低聚二元醇和反应控制剂a的混合溶液中，通过转速为1000～3000转的搅拌器高速搅拌分散形成稳定均匀的胶体，然后向溶液中加入二异氰酸酯，控制温度反应一定时间，制备得到预聚体溶液；

所述的纳米凹凸棒土直径10-100nm，长度为300-900nm。

所述的纳米凹凸棒土在聚氨酯弹性纤维的质量百分比为0.1％-4％。

所述低聚二元醇是数均分子量为1800～4000的聚四氢呋喃醚二醇；

所述的反应控制剂a为正丁醇，添加量相当于0～0.45wt％低聚二元醇的量；

所述二异氰酸酯为4，4二苯基甲烷二异氰酸酯；

所述的反应温度38～50℃；

所述的反应时间60～180min；