[发明专利]通过聚合物纳米纤维构筑超轻聚氨酯气凝胶纤维的方法

说明书

本发明提供了一种通过聚合物纳米纤维构筑超轻聚氨酯气凝胶纤维的方法，通过将聚合物纳米纤维添加到聚氨酯溶液中，对湿法纺丝过程中纤维凝固成型进行调控，冷冻干燥后制得超轻、高弹、多孔的聚氨酯气凝胶纤维。本发明通过添加聚合物纳米纤维，在聚氨酯气凝胶纤维内部形成均匀致密的多孔结构，该结构可实现内部空腔保留空气，含静止空气量大，且通气量小，不易与外部空气交换，制成的纺织品具有更好的保暖效果，可应用于个人热管理，减少能源浪费。聚氨酯气凝胶纤维内部多孔结构和比表面积的增加使得纤维质量轻，为其舒适度和轻薄提供了潜在的应用；且该方法具有连续式的纺丝工艺，简单易实现、易于调控、成本较低、绿色环保、便于工业化生产。

技术领域

本发明涉及聚氨酯气凝胶纤维技术领域，尤其涉及一种通过聚合物纳米纤维构筑超轻聚氨酯气凝胶纤维的方法。

背景技术

21世纪以来，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，在服装、纺织、生物医用材料等领域获得了广泛的应用。聚氨酯纤维具有较高的弹力是因为它的高分子链是由低熔点、无定型的“软”链段为母体和嵌在其中的高熔点、结晶的“硬”链段所组成。柔性链段分子链间以一定的交联形成一定的网状结构，由于分子链间相互作用力小，可以自由伸缩，造成大的伸长性能。刚性链段分子链结合力比较大，分子链不会无限制地伸长，造成高的回弹性。另外，聚氨酯制成的泡沫制品和非泡沫制品也广泛应用于交通运输、土木建筑、鞋类、合成革、航天航空、座椅沙发、床垫海绵等材料领域。

随着聚氨酯纤维在不同领域的广泛应用，人们对聚氨酯纤维的性能提出了更多、更高的要求；不仅要求其强度和舒适性，还要求具有一定的保暖性；织物的保暖性能不仅要求聚氨酯纤维含静止空气量要大而且通气量要小，避免与外界气体的交换，以减少热量的流失，使其保持较好的保暖效果。

气凝胶是一种多孔纳米结构(介孔，小大孔)材料，具有高孔隙率(90％以上)和高比表面积(至少大于100m²/g)。气凝胶纤维是气凝胶3D网络和纤维几何形状的同时体现，在隔热方面已显示出优于天然纤维和合成纤维的巨大优势。具有超高孔隙率和超低密度的气凝胶纤维有望用于个人热管理材料方面，以减少整个房间供暖的能源浪费，并在总体上减少能源浪费方面发挥重要作用。但是，气凝胶纤维通常具有复杂的制备过程，且其保温效果不能满足复杂的环境和人们的需求。

目前，制备和生产聚氨酯的方法大致分为四类：湿法纺丝、干法纺丝、熔融纺丝和化学反应法纺丝。其中，湿法纺丝是通过将聚氨酯溶解有机溶剂中，然后在凝固浴中成型进行纺丝。通过湿法纺丝技术制备的聚氨酯纤维虽然弹性较好，但由于在凝固浴中存在溶剂的快速交换，容易形成不均匀的大孔或片状结构，使其性能和应用受到影响。

有鉴于此，本发明基于湿法纺丝技术，采用连续的制备工艺，通过在纺丝液中添加纳米纤维粉末，对纤维的凝固成型过程进行调控，从而通过纳米纤维粉末在聚氨酯纤维内部构筑出细小、致密、均匀的多孔结构，得到超轻、高弹且多孔的聚氨酯气凝胶纤维，保暖性显著提高，对于气凝胶纤维在个人热管理材料方面的应用具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种通过聚合物纳米纤维构筑超轻聚氨酯气凝胶纤维的方法，基于湿法纺丝技术，通过采用连续的制备工艺，在聚氨酯溶液中添加聚合物纳米纤维，制备出超轻、高弹、多孔的聚氨酯气凝胶纤维。该制备方法简单易实现，便于工业化生产；且制备的产品性能好，可应用于个人热管理材料方面，在减少能源浪费方面发挥重要作用。

为实现上述发明目的，本发明提供了一种通过聚合物纳米纤维构筑超轻聚氨酯气凝胶纤维的方法，包括以下步骤：

S1、将聚氨酯加入有机溶剂中，搅拌至完全溶解，得到聚氨酯溶液；

S2、将聚合物纳米纤维加入到醇溶液中分散，使用高速打浆机剪切，获得聚合物纳米纤维悬浮液；

S3、将步骤S2获得的所述聚合物纳米纤维悬浮液离心、干燥，获得聚合物纳米纤维粉末；