形状记忆聚氨酯纱线及织物制造技术

本发明专利技术涉及温度感应形状记忆聚氨酯纱线及织物。采用形状记忆聚氨酯纤维单独或与其他纤维混合纺成具有形状记忆效果的纱线；采用本发明专利技术的形状记忆纱线单独织造或与其他纱线交织，或采用形状记忆聚氨酯的其他形式如乳液、薄膜、粉末对普通织物进行整理而获得具有形状记忆效果的织物。形状记忆纱线包括单丝纱和复丝纱。形状记忆织物包括机织物、针织物、非织造织物、层压织物、涂层织物和复合织物。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及具有形状记忆功能的纱线和织物，该纱线和织物采用具有温度感应的形状记忆聚氨酯加工而成。
技术介绍
形状记忆材料最有希望的、最重要的应用主要在生物医学、纺织服饰、玩具、包装、国防军工等领域。如领带、腹带、服饰衬里、乳罩等，牙科矫形器、骨科矫形器、绷带，运动服、军用作战服、登山服、帐篷等，这些材料大都以纤维、纱线或织物的形式使用。而目前在这些领域的应用报道和专利主要集中于采用镍-钛合金纤维及其织成的织物，而且主要应用于医疗领域。形状记忆合金纤维手感硬，回复力大。在纺织上可作为纱芯与其它各种纤维纺出具有形状记忆效果的花式纱，并织成动感织物。英国将形状记忆合金纤维植入织物中，研究出绝缘形状记忆织物。意大利用形状记忆合金研制出夏天可自动卷袖的聪明衬衫。许多专利和文献报道了形状记忆合金织造成医疗用的人体器官。但到目前为止，对形状记忆聚合物纱线和织物的报道很少。与形状记忆合金比较，形状记忆聚合物在纺织上的应用潜力大得多。其手感较柔软；应变可达300％甚至更大；有易成形的工艺和较高的形状稳定性；机械性质可调节范围较大，即仅对其化学结构和组成进行小的改变，就可使其形状记忆转变温度和机械性质获得较大变化，从而生产出有多种形状记忆能力的产品。近几年来，由于所开发的形状记忆聚合物纤维纺纱性能不能满足要求，限制了直接用形状记忆纤维生产纱线及其织物。美国专利公开了一种形状记忆织物的制备方法，这种织物是由天然纤维/合成纤维和一层具有形状记忆的聚合物粉末组成。英国Heriot-Watt大学纺织学院发表了有关形状记忆合金和形状记忆聚合物织物的文章，但未见有关专利。作者Chan在文章中指出，所采用的形状记忆聚合物纤维的机械性能如拉伸强力较低，而且杂质较多，因此纺纱时添加了部分聚酯纤维来提高纤维的强度。但这种纱线由于强度较低仍然只能用作毯类织物和手编织物的原料。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供具有温度感应形状记忆功能的纱线和织物，其采用形状记忆聚氨酯纤维单独或与其他纤维混合纺成具有形状记忆效果的纱线；采用本专利技术的形状记忆纱线单独织造或与其他纱线交织，或采用形状记忆聚氨酯的其他形式如乳液、薄膜、粉末、树脂对普通织物进行整理而获得具有形状记忆效果的织物。形状记忆纱线包括单丝纱和复丝纱。形状记忆织物包括机织物、针织物、非织造织物、层压织物、涂层织物和复合织物。上述形状记忆聚氨酯纤维或形状记忆聚氨酯的其他形式如乳液、薄膜、粉末、树脂都是由形状记忆聚氨酯制备得到，该形状记忆聚氨酯可由形成可逆相的组分(A)与形成固定相的组分(B)制备得，其中组分(A)和(B)为(A)催化剂 0.01-0.20重量份聚醚或聚酯二元醇 30-100重量份芳香族或脂肪族二异氰酸酯 5-30重量份溶剂 0-500重量份(B)芳香族二异氰酸酯 5-100重量份交联剂三羟基多元醇 0.10-2.00重量份扩链剂短链脂肪族二元醇 2-30重量份含羧基的短链脂肪族二元醇 0-10重量份溶剂 0-200重量份由组分(A)与组分(B)制备形状记忆聚氨酯的方法(1)a，使包括0.01-0.20重量份催化剂、30-100重量份聚醚或聚酯二元醇、5-30重量份芳香族或脂肪族二异氰酸酯、0-500重量份溶剂的可逆相组分在反应器中反应，得到含可逆相结构的聚氨酯预聚物； (1)b，加入包括5-100重量份芳香族二异氰酸酯、2-30重量份扩链剂短链脂肪族二元醇、0-10重量份含羧基的短链脂肪族二元醇和0.10-2.00重量份交联剂三羟基多元醇，继续反应，加入0-200重量份溶剂调整粘度和浓度，获得包含可逆相和固定相的具有形状记忆特性的聚氨酯。然后，利用制得的形状记忆聚氨酯分别制成形状记忆聚氨酯纤维或形状记忆聚氨酯的其他形式如乳液、薄膜、粉末、树脂、泡沫等。形状记忆聚氨酯纤维是利用制备得到的形状记忆聚氨酯通过熔法纺丝或湿法纺丝方法制备得。形状记忆聚氨酯的乳液为离子型或非离子型乳液，乳胶粒径分布在50-1000nm，固含量为10-40％，其胶膜具有形状记忆功能。形状记忆聚氨酯薄膜的制备方法可采用已知方法，如参见美国专利US5,098,776/1992和US5,128,197/1992中的方法。形状记忆聚氨酯树脂的制备方法可采用已知方法，如参见日本专利(公开号252353/1986)中的方法。形状记忆聚氨酯泡沫的制备方法也可采用已知方法。本专利技术的形状记忆聚氨酯为一种由固定相(也称硬段相)和可逆相(也称软段相)组成的嵌段聚氨酯，其中固定相有很好的耐热性，可逆相具有-10℃～60℃形变回复温度(Ts)，固定相有高于100℃的玻璃化转变温度(Tgh)或结晶熔融温度(Tmh)，当环境温度高于Ts时，可逆相在外力作用下产生高弹形变，而此时由于固定相的相态转变温度较高，仍处于玻璃态或结晶态，起着支撑的作用，在形变回复过程中提供所需的弹性恢复力。当环境温度再降至Ts以下时，由于处于玻璃态的可逆相的强力比此时固定相的弹性恢复力要高，形变在外力卸载后仍被“冻结”而固定下来；当环境温度上升到Ts以上时，可逆相处于柔性状态，抵制固定相弹性恢复力的因素被消除，聚合物由于固定相的弹性回复而回复到初始状态。因此该嵌段结构的聚氨酯及由其制得的纤维具有良好的形状记忆特性。本专利技术提供的形状记忆聚氨酯的可逆相和固定相之间的比例可以在较宽的范围内变化，没有特定的限制。但是为了更好地实现本专利技术的目的，以固体含量为基准计，优选固定相的质量百分含量是20％-80％，可逆相的质量百分含量是80％-20％；更优选固定相的质量百分含量是20％-50％，可逆相的质量百分含量是80％-50％。在本专利技术的另一种优选的实施方式中，嵌段形状记忆聚氨酯中-NCO与-OH的克分子数比为1.0～1.5。优选地，本专利技术所用的水基嵌段形状记忆聚氨酯为无色至淡黄色粘稠状液体，其质量百分比浓度为15％-25％，且具有明显的两相结构，优选其中形变回复温度(Ts)在-10～60℃之间，固定相的玻璃化转变温度(Tgh)高于100℃。薄膜的形变固定率和形变回复率均在90％以上。本专利技术形状记忆聚氨酯的可逆相合成中所用的催化剂可以是能够促进可逆相组分的异氰酸酯基与醇羟基之间的反应的任何物质，优选有机锡、有机锗、有机锌化合物或多元叔胺，特别优选月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡或三亚乙基二胺、或其组合。聚醚或聚酯二元醇优选为结晶熔点温度范围在10-60℃的二醇，如聚己二酸乙二醇酯二醇(PHEP)、聚己二酸丁二醇酯二醇(PHB)、聚己内酯二醇(PCL)、聚乙二醇(PEG)和/或聚四氢呋喃二醇(PTMG)中的至少一种，特别优选数均相对分子质量为1000～4000的聚己二酸乙二醇酯二醇(PHEP)、数均相对分子质量为1000～6000的聚己二酸丁二醇酯二醇(PHB)、数均相对分子质量为1250～8000的聚己内酯二醇(PCL)、数均相对分子质量为200～6000的聚乙二醇(PEG)、数均相对分子质量为200～4000的聚四氢呋喃二醇(PTMG)、或其组合。芳香族或脂肪族二异氰酸酯优选为2，4-甲苯二异氰酸酯(TDI)、4，4’-二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)或异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)中的至少一种。交联剂三羟基多元醇优选为丙三醇、蓖麻油、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种形状记忆聚氨酯，该聚氨酯由形成可逆相的组分（Ａ）与形成固定相的组分（Ｂ）制备得，组分（Ａ）与（Ｂ）为：（Ａ）：催化剂０．０１－０．２０重量份；聚醚或聚酯二元醇３０－１００重量份；芳香族或脂肪族二异氰酸酯５－３０重量份；溶剂　０－５００重量份；（Ｂ）：芳香族二异氰酸酯５－１００重量份；交联剂三羟基多元醇０．１－２．０重量份；扩链剂短链脂肪族二元醇２－３０重量份；含羧基的短链脂肪族二元醇０－１０重量份；溶剂０－２００重量份；其中，固定相的质量百分含量为２０％－８０％，可逆相的质量百分含量为８０％－２０％。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：胡金莲，刘晓霞，刘岩，
申请(专利权)人：香港理工大学，
类型：发明
国别省市：HK[中国|香港]