[發(fā)明專利]通過(guò)有機(jī)化改性納米粒子制備聚烯烴基復(fù)合纖維的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310374345.9
• 申請(qǐng)日: 2013-08-23
• 公開（公告）號(hào): CN103436976A
• 公開（公告）日: 2013-12-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙文靜;麥永懿;張煒;葉純麟;李建龍;李志
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海化工研究院
• 主分類號(hào): D01F6/46
• 分類號(hào): D01F6/46;D01F1/10;C08F292/00;C08F2/48
• 代理公司: 上海科盛知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31225
• 代理人: 蔣亮珠

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于先進(jìn)復(fù)合材料領(lǐng)域，特別涉及一種通過(guò)多層核殼有機(jī)化改性納米粒子制備聚烯烴基復(fù)合纖維的方法。

背景技術(shù)

聚烯烴纖維具有易加工、產(chǎn)量大、價(jià)格低廉、耐水、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，所以對(duì)其應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛。但強(qiáng)度低、不耐熱、易變形、易燃燒等缺點(diǎn)制約了對(duì)其在各領(lǐng)域中的應(yīng)用。所以，對(duì)聚烯烴進(jìn)行改性，進(jìn)一步提高其性能具有十分重要的意義。填充改性是聚烯烴纖維改性的公知的方法技術(shù)之一，通過(guò)添加無(wú)機(jī)填料可使聚烯烴的剛性、耐熱性、尺寸穩(wěn)定性等得到改善，但這往往會(huì)使聚烯烴韌性下降。當(dāng)粉末填料顆粒尺寸達(dá)到納米級(jí)時(shí)，填料顆粒具有許多普通宏觀顆粒沒有的特殊性質(zhì)，如量子尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、界面效應(yīng)、體積效應(yīng)、宏觀隧道效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)和超塑性等。將其加入到聚烯烴中后，發(fā)揮協(xié)同作用，將無(wú)機(jī)物的剛性、尺寸穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性與聚合物的韌性、加工性及介電性能糅合在一起，表現(xiàn)出其它的無(wú)機(jī)填料增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料等所不具備的性能。一方面，納米粒子在加入量很小的情況下即可使聚合物的強(qiáng)度、剛度、韌性及阻隔性能獲得明顯提高；另一方面，由于聚烯烴分子與納米粒子之間相互作用，使聚烯烴分子鏈段的運(yùn)動(dòng)受到限制，從而提高了復(fù)合材料的耐熱性及材料的尺寸穩(wěn)定性。此外，還可以用特殊功能的納米粒子制備功能性納米纖維，如納米SiC的耐熱性能很好，可以通過(guò)添加納米SiC來(lái)制備具有耐熱性能的聚烯烴纖維。因此，利用納米粒子對(duì)聚烯烴進(jìn)行改性，制備納米聚烯烴復(fù)合纖維的研究引起了人們?cè)絹?lái)越廣泛的關(guān)注。

通過(guò)納米微粒填充法將已聚合好的聚烯烴與納米粒子通過(guò)熔融、溶液或者乳液等形式共混，制備納米聚烯烴復(fù)合纖維的方法簡(jiǎn)單易行，可供選擇的納米材料種類多，無(wú)機(jī)納米材料與有機(jī)聚合物的幾何參數(shù)和體積分?jǐn)?shù)等易于控制。但納米材料比表面積大，表面能極高，納米粒子之間容易團(tuán)聚。同時(shí)聚烯烴分子結(jié)構(gòu)中不含極性基團(tuán)，使得無(wú)機(jī)的納米粒子與聚烯烴之間的相容性很差，造成無(wú)機(jī)納米粒子與聚烯烴之間相界面缺陷較多，容易產(chǎn)生相分離，最終造成產(chǎn)品的性能差。所以，為了獲得穩(wěn)定性良好的復(fù)合材料，這就需要使納米材料充分地分散在有機(jī)聚合物基體中，保持納米材料的納米級(jí)粒度，最終實(shí)現(xiàn)有效地對(duì)聚烯烴的改性。因此，解決納米材料在聚合基質(zhì)中的良好分散和良好的相容性是提升納米聚烯烴復(fù)合材料性能的關(guān)鍵。

現(xiàn)有技術(shù)中，或是在聚烯烴中直接加入未經(jīng)處理的納米粒子，或是對(duì)納米粒子進(jìn)行簡(jiǎn)單的表面有機(jī)化改性，如用偶聯(lián)劑處理、加入表面活性劑、機(jī)械化學(xué)處理等。但這些方法或是不足以很大程度上提升納米粒子的分散性及其與聚烯烴之間的相容性，或是過(guò)程復(fù)雜、難以控制，使得最終的效果不夠理想。香港科技大學(xué)Shilun?Ruan等人[Shilun?Ruan，Ping?Gao，T.X.Yu.Ultra-strong?gel-spun?UHMWPE?fibers?reinforced?using?multiwalled?carbon?nanotubes.Polymer，2006(47)：604-1611]將酸化處理后的多壁碳納米管(MWNTs)直接加入到超高分子量聚乙烯(UH-MWPE)中，制備了UH-MWPE基納米復(fù)合纖維，發(fā)現(xiàn)加入1wt％的納米粒子就能有效地增韌UH-MWPE，并提高其抗蠕變性，但是該方法顯示納米粒子已有較明顯的團(tuán)聚現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，而提供一種通過(guò)有機(jī)化改性納米粒子制備聚烯烴基復(fù)合纖維的方法。

本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：一種通過(guò)有機(jī)化改性納米粒子制備聚烯烴基復(fù)合纖維的方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)合成能夠與納米粒子表面羥基反應(yīng)，并有引發(fā)單體進(jìn)行活性自由基聚合功能的CNS：將一定量的含有氯甲基的三甲氧基硅烷(A)和一定量的二硫代氨基甲酸鹽(B)分別溶解到四氫呋喃中，相應(yīng)的得到混合溶液a、混合溶液b；然后將混合溶液b緩慢地加入到混合溶液a中，室溫下進(jìn)行攪拌2～5h，將沉淀物過(guò)濾掉，然后于160～170℃下真空蒸餾去除溶劑，得到粘性液體CNS，備用；

(2)納米粒子的羥基化處理：將納米粒子置于濃硝酸與濃硫酸體積比為3∶1的混合液中，于85～95℃下回流處理5～10h，然后離心過(guò)濾，并用去離子水洗滌后，于干燥箱中干燥8～15h，備用；