[发明专利]一种纤维素纳米纤丝增强聚氨酯纤维及其制备方法与应用

说明书

本发明属于高分子材料加工领域，具体涉及一种纤维素纳米纤丝增强聚氨酯纤维及其制备方法与应用。所述的一种纤维素纳米纤丝增强聚氨酯纤维的制备方法分为两步：第一步，将热塑性固体聚氨酯溶解于溶剂中，配制成一定浓度的聚氨酯溶液，加入纤维素纳米纤丝，调节纤维素纳米纤丝和热塑性聚氨酯的质量比例，真空脱泡后制成聚氨酯纺丝液；第二步，控制纺丝、固化成型、牵伸倍数及干燥条件，湿法纺制纤维素纳米纤丝增强的聚氨酯纤维。所述一种纤维素纳米纤丝增强聚氨酯纤维不仅具有良好的伸长率，且拉伸强度有了很大的提高，制成的衣物轻便柔软、穿着舒适，手感好。

技术领域

本发明属于高分子材料加工领域，具体涉及一种纤维素纳米纤丝增强聚氨酯纤维及其制备方法与应用。

背景技术

聚氨酯是由聚氨基甲酸酯键形成的软段与脲键形成的硬段交替构成的软、硬段相嵌的高分子聚合物。聚氨酯有着“类味精型”合成纤维材料的美。21世纪初以来，聚氨酯及其合成纤维因其高强度、低模量、高回弹性以及高断裂伸长率的特点而逐渐占领了尼龙、腈纶在服装布料行业的市场，特别是在紧身衣、游泳衣和女士内衣行业。易于纺制25～2500旦不同粗细的丝，因此广泛被用来制作弹性编织物，如袜口、家具罩、滑雪衣、运动服、医疗织物、带类、军需装备、宇航服的弹性部分等。随着人们对织物提出新的要求，如重量轻、穿着舒适合身、质地柔软等，低纤度聚氨酯织物在合成纤维织物中所占的比例也越来越大。

纤维素纳米纤丝(CNF)具有高纯度、高结晶度、高杨氏模量、高强度、高阻隔性等特性，纤维素纳米纤丝悬浮液还具有假塑性和触变性等特性，根据这一独特性质可生产高分子聚合物、生物材料、涂料，应用于纺织、食品、化妆品、医药和造纸等领域。纤维素纳米纤丝具有很多优异的性能，如能发挥其先进技术、优良材料的特点，可为我国众多的工程科技领域带来良好的发展前景，随着纤维素纳米纤丝基制品应用开发力度的不断增强，应用领域的不断扩大，将产生巨大的经济、环境和社会影响。

目前制备和生产聚氨酯的技术大致分为四类，即干法纺丝、熔融纺丝、湿法纺丝和化学反应法。申请号2012101754401的中国专利申请公开了一种纤维增强聚氨酯复合材料及其制备方法与应用，用于汽车制造业，但是该发明方法采用熔融法制备复合板材，工艺较复杂，能耗较高，且采用的纤维原料宏观尺寸较大，并无公开聚氨酯纤维相关的应用。申请号031537065的中国专利申请公开了层状纳米复合增强氨纶纤维材料及其制备方法，该方法将蒙脱土和滑石类原料加入聚氨酯溶液中，拉伸强度为1.1g/d，但是需要对材料进行有机化处理和插层复合技术，操作工艺复杂。申请号2013101658127的中国专利申请公布了一种高强度粘胶纤维的制备方法，通过在粘胶液中添加纳米晶须实现增强粘胶纤维的目的，但是所用的纳米晶须尺寸较小，工业化制备成本较大，不利于大规模工业化应用。目前尚无纤维素纳米纤丝用于聚氨酯纤维增强的报道。

发明内容

为了克服现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种纤维素纳米纤丝增强聚氨酯纤维的制备方法。本发明采用纤维素纳米纤丝与聚氨酯溶液均匀混合分散，纤维素纳米纤丝长径比较高，表面富含羟基，可以实现良好的分散效果，纤维素纳米纤丝经牵伸后实现有序排列。不仅增强了分子链的作用力，而且使聚氨酯纤维软连段获得更佳的晶体取向，从而制备高强度的聚氨酯纤维，扩大了纤维素纳米纤丝的应用范围。

本发明的另一目的在于提供一种纤维素纳米纤丝增强聚氨酯纤维。

本发明的再一目的在于上述纤维素纳米纤丝增强聚氨酯纤维的应用。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种纤维素纳米纤丝增强聚氨酯纤维的制备方法，包括如下步骤：

(1)将热塑性聚氨酯溶解于溶剂中，配制成一定浓度的聚氨酯溶液；

(2)向步骤(1)的聚氨酯溶液中加入纤维素纳米纤丝，调节纤维素纳米纤丝相对于热塑性聚氨酯的质量比例，添加硅烷改性剂，并用酸调节混合液pH，混合均匀后真空脱泡一段时间，制成聚氨酯纺丝液；