[發(fā)明專利]一種芳綸纖維的化學(xué)改性方法及改性裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510365699.6
• 申請(qǐng)日: 2015-06-29
• 公開（公告）號(hào): CN104894850B
• 公開（公告）日: 2017-12-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉克杰;彭濤;王鳳德;王成東
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中藍(lán)晨光化工研究設(shè)計(jì)院有限公司
• 主分類號(hào): D06M13/10
• 分類號(hào): D06M13/10;D06M13/188;D06M13/21;D06M101/36
• 代理公司: 成都天嘉專利事務(wù)所(普通合伙)51211
• 代理人: 何濤

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種芳綸纖維的改性方法及改性裝置，更具體地說，本發(fā)明涉及一種芳綸纖維的化學(xué)改性方法及改性裝置，屬于化學(xué)合成纖維改性技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

對(duì)位芳綸主要包括芳綸Ⅱ和芳綸Ⅲ兩種纖維。芳綸Ⅱ由聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺聚合物通過干噴濕紡法制造而成；芳綸Ⅲ由在芳綸Ⅱ分子結(jié)構(gòu)中引入一個(gè)含有雜環(huán)結(jié)構(gòu)的第三單體經(jīng)過共聚反應(yīng)制成聚合物后通過濕法紡絲法制造而成。兩種纖維均可應(yīng)用于增強(qiáng)復(fù)合材料。

對(duì)位芳綸力學(xué)性能優(yōu)異，尤其是芳綸Ⅲ纖維廣泛用于高性能復(fù)合材料領(lǐng)域。但是由于芳綸纖維表面呈化學(xué)惰性，導(dǎo)致纖維表面與樹脂基體之間粘接力較弱，目前還沒有完全發(fā)揮對(duì)位芳綸增強(qiáng)復(fù)合材料的全部潛力。因此需要對(duì)纖維進(jìn)行表面改性，增大纖維表面極性，提高纖維表面性能，增強(qiáng)纖維與樹脂基體界面間的復(fù)合能力。

國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局于2009.4.15公開了一件公開號(hào)為CN101407995，名稱為“芳綸纖維表面改性方法”的發(fā)明，該發(fā)明涉及一種芳綸纖維表面改性方法。包括下述步驟：(1)芳綸纖維的表面處理；(2)芳綸纖維的水解；(3)采用界面聚合法接枝液晶單體4，4-二羥基-α，α‘-二甲基芐聯(lián)氮：①制備水相：將水解至中性位芳綸纖維、4，4-二羥基-α，α‘-二甲基芐聯(lián)氮、氫氧化鈉和季胺鹽溶于水中；②制備有機(jī)相：將二元酸酰氯溶于有機(jī)溶劑中；③將有機(jī)相迅速倒入水相中，快速攪拌，進(jìn)行反應(yīng)，將產(chǎn)物倒入的沉淀劑中，攪拌、過濾，然后進(jìn)行洗滌提純，直到洗液澄清為止，進(jìn)行干燥后即得改性芳綸纖維。使芳綸纖維表面帶有液晶性能的剛性支鏈，形成樹叉狀微觀形貌，有助于增強(qiáng)芳綸纖維與基體的結(jié)合力，提高力學(xué)性能。

上述現(xiàn)有技術(shù)接枝單體主要是4,4-二羥基-α,α’- 二甲基芐聯(lián)氮，使用的二元酸酰氯只是一種輔助反應(yīng)試劑，此技術(shù)中起改性作用的主要是4,4-二羥基-α,α’- 二甲基芐聯(lián)氮，力學(xué)性能提高比較有限。上述現(xiàn)有技術(shù)只能處理芳綸粉末和短切纖維，無法處理芳綸長絲纖維。另外，上述技術(shù)的界面聚合法的化學(xué)反應(yīng)速度慢，工序多，工藝流程太長，首先纖維洗滌處理需要1-5h，然后纖維水解反應(yīng)需要4-9h，接著化學(xué)接枝反應(yīng)需要5-30min，最后真空干燥需要16-24h，這種技術(shù)生產(chǎn)時(shí)間太長，生產(chǎn)成本太高，不具有工業(yè)化應(yīng)用價(jià)值。

對(duì)芳綸纖維進(jìn)行化學(xué)改性，很多化學(xué)工作者做出了許多貢獻(xiàn)。常見的是：基于酰胺鍵的化學(xué)反應(yīng)，例如Na金屬化反應(yīng)和異氰酸酯反應(yīng)；以及基于苯環(huán)的化學(xué)反應(yīng)，例如硝化還原反應(yīng)，氯磺化反應(yīng)和溴化反應(yīng)。

利用Na金屬化反應(yīng)改性芳綸纖維表面的技術(shù)，由NaH和DMSO反應(yīng)得到的甲基亞硫酰基卡賓鈉與芳綸表面分子鏈上酰胺鏈上的仲氮?dú)浞磻?yīng)，生成能溶解于DMS0中的金屬化的芳綸大分子。這種大分子能與不同的脂肪烴或芳香烴鹵化物反應(yīng)，得到幾乎完全反應(yīng)的N-取代的芳綸纖維。結(jié)果表明，接枝溴乙酸后芳綸/環(huán)氧樹脂ILSS值增加12%，接枝環(huán)氧氯丙烷后芳綸/環(huán)氧樹脂ILSS值增加8%。

用異氰酸酯取代酰胺鍵上的氫原子，從而引入高活性的異氰酸酯基團(tuán),再與水反應(yīng),將異氰酸酯基團(tuán)轉(zhuǎn)變成胺基，從而提高纖維表面活性。例如利用已烷二異腈酸脂與芳綸表面分子鏈反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)此方法能提高纖維與樹脂基體的接合力，并能提高復(fù)合材料的拉伸模量，同時(shí)減少纖維與樹脂界面的缺陷尺寸。

硝化還原反應(yīng)是將芳綸纖維浸沒在硝化反應(yīng)介質(zhì)中，在一定溫度和時(shí)間下硝化試劑與纖維反應(yīng)，在纖維分子鏈苯環(huán)上引入硝基，然后用還原劑將硝基還原成氨基，從而在纖維表面引入極性基團(tuán)，提高纖維表面粘接性能。

氯磺化反應(yīng)是指用氯磺酸處理芳綸，在纖維表面引入氯磺酰基團(tuán)（-SO₂Cl），然后與其它含有活性官能團(tuán)（-OH，-NH₂，-NHNH₂等基團(tuán)）的物質(zhì)反應(yīng)，在芳綸纖維表面接枝上極性基團(tuán)，提高纖維表面粘接性能。

溴化反應(yīng)是將芳綸纖維與溴化試劑反應(yīng)后再通過胺解反應(yīng)在纖維表面引入胺基官能團(tuán)的改性方法。反應(yīng)性胺基官能團(tuán)的引入能顯著提高纖維與環(huán)氧樹脂基體的粘接性能。

總的來說，上述針對(duì)芳綸的化學(xué)改性技術(shù)，存在以下問題：

1、對(duì)芳綸纖維的改性效果有限，特別是芳綸與環(huán)氧樹脂的接合力和力學(xué)性能提高有限；

2、一次只能處理少量的纖維，生產(chǎn)效率較低，在工業(yè)上普及應(yīng)用有相當(dāng)?shù)碾y度。

發(fā)明內(nèi)容