[发明专利]一种聚氨酯脲橡胶复合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方法，特别涉及一种聚氨酯脲橡胶复合弹性纤维的制备方法。

背景技术

聚氨酯脲纤维（简称“氨纶”）因其良好的弹性广泛地应用于高档服装、运动衫裤、贴身内衣、袜子、泳衣等纺织品领域。但普通的氨纶也存在几个缺点：首先，氨纶难以经受长时间的高温染煮；染色温度越高，时间越长，氨纶的强力及弹性回复率损伤就越严重。因此，含氨纶的织物其染色温度一般不超过100℃，染色时间通常在2小时以内。但染色温度越低、染色时间越短，染料很可能仅仅是附着于氨纶的表面，无法渗透到整个纤维的内部，造成染色效果不佳、色牢度差等问题。所以，提高氨纶的耐热耐高温性能一直是氨纶产品开发过程中的重点。其次，普通氨纶产品不耐碱。无论是聚醚型氨纶还是聚酯型氨纶，其分子结构中含有大量的氨基甲酸酯键或是酯键。这些官能团极易受到碱基的侵蚀，进而发生酯的水解反应。当酯键断裂，聚氨酯分子链段结构便被破坏，氨纶的物理机械性能也随之受到严重地影响。但是氨纶织物在后期染色或皂洗过程中都可能是在碱性条件下进行的。因此，提高氨纶的耐碱性对于保持含氨织物长期稳定使用具有重要的意义。

近些年，诸多文献专利都报道了关于如何提高氨纶的耐高温性能及耐碱耐化学性的技术方法。专利CN1846018A中提到在聚氨酯的纺丝溶液中加入1-20wt%的乙酸纤维素制备具有高模量与高耐热耐碱性的弹性纤维；专利CN102127826A将有机改性后的纳米水滑石添加至氨纶中，以提高其耐高温性能；专利CN102127827A将超声分散的纳米凹凸棒溶液与聚氨酯纺丝原液混合，制备具有良好热稳定性的氨纶；日本旭化成纤维株式会社（CN103429801A）公开了一种应力高、滞后损耗小且耐热性高的新型聚氨酯弹性纤维的制备方法，其核心技术是使用碳链个数为2～10的不同的聚亚烷基醚作为软段，并通过分子设计的方法将硬段分数控制在特定的范围内；专利CN103498209A则是采用含氟的芳香族二胺为扩链剂制备同时具有耐高温、耐碱的氨纶纤维。

丁腈橡胶是一种由丁二烯与丙烯腈两种物质形成的嵌段共聚物。由于分子结构含有大量的腈基，所以丁腈橡胶的极性强，这使得其具有很好的耐热耐高温性、耐酸碱腐蚀性以及耐油性。高性能的氢化丁腈橡胶制品甚至可以在120℃或更极端环境下保持性能的长期稳定。因此丁腈橡胶被广泛运用于航天航空、石油开采、密封防护等领域。专利CN103554572A公开了使用丁腈橡胶制备具有耐高温阻燃的电缆料；专利CN103012881A报道的耐高温丁腈橡胶复合材料适用于不高于150℃的各种密封场合，如发电机或空调离合器的轴承密封圈等；专利CN103601927A则采用丁腈橡胶制作耐腐蚀电容密封垫。但至今为此，没有相关的专利或文献报道将聚氨酯脲与丁腈橡胶类材料复合制备高性能弹性纤维的技术方法。

发明内容

技术问题：本发明的目的在于提供一种具有耐高温耐碱性的聚氨酯脲橡胶复合弹性纤维及其制备方法。发明首次提出将丁腈橡胶类材料与聚氨酯脲进行混合制备功能性复合纤维。本发明采用溶液共混的方法保证丁腈橡胶与聚氨酯脲两相均匀混合，以低温低速的纺丝工艺实现橡胶硫化交联与原液成纤的同时完成。由此方法制备的聚氨酯脲橡胶复合纤维的力学强度高，耐热耐高温性能优异，耐碱耐化学腐蚀性好。

技术方案：本发明制备的耐高温耐碱聚氨酯脲橡胶复合弹性纤维是先将丁腈橡胶类材料与硫化助剂溶解混合，再与聚氨酯脲原液进行混合；通过低温低速的干法纺丝工艺，将聚氨酯脲橡胶复合原液纺制成纤维。丁腈橡胶溶液与聚氨酯脲原液必须有相近的粘度，以保两者混合均匀。选择较低的纺丝温度，以防止丁腈橡胶在固化交联时发生“焦烧”现象；选择较慢的纺速，保证溶液挥发完全以及橡胶微交联网络的形成。

本发明制备聚氨酯脲橡胶复合纤维过程主要包括以下几个步骤：

1）将丁腈橡胶类材料剪碎成小块，溶解于有机溶剂中，得到丁腈橡胶溶液；

2）将硫化交联剂溶解于有机溶剂中，分散均匀后与步骤1）得到的丁腈橡胶溶液混合，得到丁腈橡胶混合液；

3）将聚四亚甲基醚二醇PTMG、二异氰酸酯以及有机溶剂在40～60℃进行1～3小时的预聚合反应，得到异氰酸酯基封端的预聚合产物；

4）将步骤3）得到的预聚合产物加入有机溶剂稀释，再冷却至5～20℃，然后缓慢滴加胺类扩链剂与封端剂进行扩链反应，待扩链反应完成后，加入抗氧化剂、光稳定剂、润滑剂、染色助剂等，搅拌2～5小时，得到质量浓度为30～40%聚氨酯脲纺丝原液；聚氨酯脲纺丝原液的粘度为2000～6000泊；