[发明专利]用作芳纶纤维表面处理剂的封闭型水性聚氨酯的制备方法及制备的封闭型水性聚氨酯与用途

说明书

本发明涉及一种用作芳纶纤维表面处理剂的封闭型水性聚氨酯的制备方法及其制备的封闭型水性聚氨酯与用途。其制备方法，包括以下步骤：在非质子极性溶剂中，在惰性气氛下，脱水后的多元醇与二异氰酸酯在催化剂的作用下反应至NCO达到理论值；加入助溶剂和亲水扩链剂，反应至NCO达到理论值，得端异氰酸酯基NCO的聚氨酯预聚体；加入封闭剂，反应至NCO达到理论值；加入中和剂进行中和反应，即得。本发明合成了一种封闭型水性聚氨酯，其可以用作芳纶纤维表面处理剂，用该表面处理剂处理过的芳纶纤维制备的复合材料具有比未经处理的复合材料更佳的综合力学性能，可以应用于TPU等基材复合芳纶纤维领域。

技术领域

本发明属于高分子化学领域，具体涉及一种用作芳纶纤维表面处理剂的封闭型水性聚氨酯的制备方法及其制备的封闭型水性聚氨酯与用途。

背景技术

芳纶纤维是高性能有机纤维的典型代表，其轻质、超高强度、高模量和高耐热性等优异综合性能使之在航空航天、安全防护、电子信息、体育用品、轮胎骨架等领域扮演重要角色。由于芳纶纤维是一种具有高度取向结晶微区、主链中含有芳香基的聚酰胺类纤维材料，分子链中具有庞大的苯环产生位阻，酰胺基团与其它原子或基团发生反应的难度很大，纤维表面具有较大的化学惰性，使得芳纶纤维与基体的粘合性能很差。因此，必须采用特殊的工艺处理来降低纤维表面的取向度或采用化学方法在纤维表面增加部分活性基团(如-COOH、 -OH、-NCO、-NH等)，使纤维通过这些基团与基体通过化学反应生成共价键或者通过分子间的诱导作用提高纤维与基材界面剪切强度和粘合性能。

目前芳纶纤维常用改性方式分为化学改性和物理改性两种。其中，化学改性的反应速率快、效果明显，但是化学改性的反应程度难以控制仅停留在纤维表面，易伤到芯层，降低纤维本体强度，而且化学改性对反应条件有一定的要求，不适于连续在线生产，这是其无法实现工业化生产的主要原因；物理改性对纤维本体的伤害小，效果明显，但是物理改性大都对设备要求比较高，贮存效果差，对环境影响大，因而不利于工业化生产和后期运输。

因此，研究新型的芳纶表面处理剂具有重要意义。

封闭型水性聚氨酯利用封闭剂对聚氨酯端异氰酸酯进行封闭反应，其在高温条件下会发生解封闭反应，释放出活性的异氰酸酯基团，从而与基材上的活泼氢或发生反应，形成交联网状聚合物，从而使复合材料获得良好的综合力学性能。

目前，尚未见封闭型水性聚氨酯用作芳纶纤维表面处理剂的相关报道。

发明内容

为此，本发明的发明目的是提供一种用作芳纶纤维表面处理剂的封闭型水性聚氨酯，进而提供其制备方法与用途。

本发明是通过以下技术方案来实现的：

第一方面，本发明提供一种用作芳纶纤维表面处理剂的封闭型水性聚氨酯的制备方法，包括以下步骤：(1)在非质子极性溶剂中，在惰性气氛下，脱水后的多元醇和二异氰酸酯在催化剂的作用下反应至NCO达到理论值；(2)加入助溶剂和亲水扩链剂，反应至NCO达到理论值，得端异氰酸酯基NCO的聚氨酯预聚体；(3)加入封闭剂，反应至NCO达到理论值；(4)加入中和剂进行中和反应，即得。

其中，NCO理论值是指：根据原料的投料量按照完全反应计算得出的NCO 基团在反应体系中的质量分数。

优选地，上述用作芳纶纤维表面处理剂的封闭型水性聚氨酯的制备方法中，所述封闭剂选自丁酮肟、己内酰胺、N-甲基苯胺和苯酚中的至少一种；优选地，所述封闭剂选自丁酮肟。