一种水相界面反应纺丝制备智能纤维的方法与流程

本发明涉及功能纤维技术领域，特别是一种水相界面反应纺丝制备智能纤维的方法。

背景技术：

相聚氨酯纤维具有回弹性优良等优良特性，有纺织“类味精型”纤维的美誉，在织物中只要加入少许氨纶(质量分数2％～25％)，就可以改善织物性能，提高织物档次。随着化工、化纤和纺织技术的发展，其应用领域不断拓宽，是典型的形状记忆纤维之一。通常这类纤维通过湿法纺丝或干法纺丝制备，但制备过程需要大量的溶剂，且物料输送能耗大；反应纺丝是先制成聚氨酯预聚体，再加溶剂配制成溶液，然后经纺丝头在凝固浴中扩链固化，凝固浴由二胺或二醇和溶剂组成，二胺或二醇与丝液发生化学反应，加速凝固速度，形成具有三维结构的聚氨酯弹性纤维。由于二胺或二醇的挥发性强，易造成环境污染，使其应用受到限制。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提供一种水相界面反应纺丝制备智能纤维的方法，该纤维制备过程具体如下：

s1.制备含有聚醚链段的聚氨酯预聚体

先将二苯基甲烷二异氰酸酯溶于甲苯，在180r/min条件下搅拌，并升温加热至80℃，混合均匀后，滴加少量二月桂酸二丁基锡，混合后得到溶液a；将聚乙二醇溶于甲苯得到溶液b，将溶液b滴加到溶液a，滴完后继续反应1.5-2h；反应结束，产物通过离心法去除杂质，得预聚体；

s2.配制水基反应介质并注入具有温控装置成型槽

将步骤s1制备的预聚体注入纺丝罐，经计量泵从喷丝孔挤出，挤出液流进入成型槽，与水基介质反应成型并固化4-5min形成纤维，引出纤维，用红外线烘干后卷绕，得到智能响应性纤维。

所述步骤s1中，溶液a由二苯基甲烷二异氰酸酯、甲苯和二月桂酸二丁基锡组成，各原料之间的配比是：二苯基甲烷二异氰酸酯与甲苯的质量配比为1:60-1:90；二月桂酸二丁基锡与二苯基甲烷二异氰酸酯的质量配比为1:25-1:20。

所述步骤s1中，溶液b由聚乙二醇和甲苯组成，聚乙二醇和甲苯质量比为1:7-1:10。

进一步的，所述步骤s1中，溶液a中二苯基甲烷二异氰酸酯与溶液b中聚乙二醇的摩尔比为2:1-2.2:1。溶液b的滴加时间为0.5h，溶液b滴加完毕继续反应时间为1.5-2h。

进一步的，所述步骤s1中，聚乙二醇的分子质量为1000-4000。

所述步骤s2中，水基反应介质是由二甲基甲酰胺(dmf)、nahco3或者乙醇中任一种与水组成的混合物，其中dmf或nahco3或乙醇与水的质量混合比为10:90-15:85。

因此，所述步骤s2中，从喷丝孔挤出的预聚体与水基介质在10-30℃下反应固化成型，丝条经红外线烘干卷绕，得到智能响应性纤维。

本发明同时请求保护上述方法制备的相变调温功能和温度响应性纤维。

本发明中选择二苯基甲烷二异氰酸酯为聚氨酯合成用的反应原料，主要作用是与聚乙二醇反应，形成聚氨酯预聚体，在扩链之后构成聚氨酯大分子的硬链段。甲苯在本发明中的作用是：作为反应过程的溶剂和带水剂。二月桂酸二丁基锡在本发明的作用是：作为聚氨酯合成用的催化剂。本发明中聚乙二醇是相变物质，聚乙二醇首先与二苯基甲烷二异氰酸酯反应形成预聚体，再扩链形成软链段。限定聚乙二醇的分子质量在1000-4000可以有效控制相变聚氨酯的相变焓与相变温度。

有益效果：

本发明提出用水溶液替代传统的扩链剂二胺或二醇作为扩链剂，通过反应纺丝法制备具有温度响应、形状记忆和调温功能的智能纤维材料。与传统技术相比，该方法具有操作简单、节能、环境友好等特点。

附图说明

图1为响应性相变聚氨酯纤维；

图2聚氨酯的红外光谱图。

其中，sspcpu1-4分别是扩链时使用：10wt％nahco3、纯水、10wt％dmf、10wt％乙醇。

具体实施方式

下面通过具体实施例详述本发明，但不限制本发明的保护范围。如无特殊说明，本发明所采用的实验方法均为常规方法，所用实验器材、材料、试剂等均可从商业途径获得。

实施例1

将1.93克二苯基甲烷二异氰酸酯溶于150克甲苯，在180r/min条件下搅拌，并升温加热至80℃，混合均匀后，滴加0.08克二月桂酸二丁基锡，混合后得到溶液a；将7克聚乙二醇2000溶于49克甲苯得到溶液b，用0.5h将溶液b滴加到溶液a，滴完后继续反应2小时；反应结束，将产物在3000r/min下离心滤除杂质，得预聚体；将预聚体从喷丝孔挤出，进入水溶液，反应凝固5分钟，引出纤维，红外线烘干后得到聚氨酯纤维，其相变焓为34.58j/g，相变温度为32.2℃，32℃时具有温度响应。

实施例2

将1.93克二苯基甲烷二异氰酸酯溶于150克甲苯，在180r/min条件下搅拌，并升温加热至80℃，混合均匀后，滴加0.06克二月桂酸二丁基锡，混合后得到溶液a；将3.5克聚乙二醇1000溶于35克甲苯得到溶液b，用0.5h将溶液b滴加到溶液a，滴完后继续反应1.5小时；反应结束，将产物在3000r/min下离心滤除杂质，得预聚体；将预聚体从喷丝孔挤出，进入10wt％的碳酸钠水溶液，反应凝固5分钟，引出纤维，红外线烘干后得到聚氨酯纤维，其相变焓为40.1j/g，相变温度为28.2℃，30℃时具有温度响应。

实施例3

将1.76克二苯基甲烷二异氰酸酯溶于105克甲苯，在180r/min条件下搅拌，并升温加热至80℃，混合均匀后，滴加0.08克二月桂酸二丁基锡，混合后得到溶液a；将7克聚乙二醇2000溶于60克甲苯得到溶液b，用0.5h将溶液b滴加到溶液a，滴完后继续反应2小时；反应结束，将产物在3000r/min下离心滤除杂质，得预聚体；将预聚体从喷丝孔挤出，进入10wt％的二甲基甲酰胺水溶液，反应凝固5分钟，引出纤维，红外线烘干后得到聚氨酯纤维，其相变焓为53j/g，相变温度为31℃，30℃时具有温度响应。

实施例4

将1.93克二苯基甲烷二异氰酸酯溶于150克甲苯，在180r/min条件下搅拌，并升温加热至80℃，混合均匀后，滴加0.06克二月桂酸二丁基锡，混合后得到溶液a；将7克聚乙二醇2000溶于50克甲苯得到溶液b，用0.5h将溶液b滴加到溶液a，滴完后继续反应1.5小时；反应结束，将产物在3000r/min下离心滤除杂质，得预聚体；将预聚体从喷丝孔挤出，进入10wt％的二甲基甲酰胺水溶液，反应凝固5分钟，引出纤维，红外线烘干后得到聚氨酯纤维，其相变焓为53.43j/g，相变温度为31.07℃，31℃时具有温度响应。

实施例5

将1.93克二苯基甲烷二异氰酸酯溶于150克甲苯，在180r/min条件下搅拌，并升温加热至80℃，混合均匀后，滴加0.06克二月桂酸二丁基锡，混合后得到溶液a；将7克聚乙二醇2000溶于50克甲苯得到溶液b，用0.5h将溶液b滴加到溶液a，滴完后继续反应1.5小时；反应结束，将产物在3000r/min下离心滤除杂质，得预聚体；将预聚体从喷丝孔挤出，进入10wt％的乙醇水溶液，反应凝固3分钟，引出纤维，红外线烘干后得到聚氨酯纤维，其相变焓为48.66j/g，相变温度为27.6℃，29℃时具有温度响应。

以上所述，仅为本发明创造较佳的具体实施方式，但本发明创造的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明创造披露的技术范围内，根据本发明创造的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明创造的保护范围之内。