[發(fā)明專利]一種芳綸纖維的超聲波輔助化學(xué)改性方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510365730.6
• 申請(qǐng)日: 2015-06-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104894837B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-12-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉克杰;彭濤;王鳳德;楊文良
• 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): D06M10/08
• 分類號(hào): D06M10/08
• 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)明涉及一種纖維的化學(xué)改性方法，更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種芳綸纖維的超聲波輔助化學(xué)改性方法，屬于化學(xué)合成纖維改性技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

用于增強(qiáng)材料的對(duì)位芳綸主要有兩種。一種是由單體對(duì)苯二胺和對(duì)苯二甲酰氯進(jìn)行聚合反應(yīng)制備的聚合物“聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺”，即芳綸Ⅱ。另一種是在芳綸Ⅱ分子結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上引入第三單體 “5(6)-胺基-2-(4-胺基苯基)苯并咪唑”進(jìn)行共聚合反應(yīng)制備的聚合物，即芳綸Ⅲ。相對(duì)于芳綸Ⅱ，芳綸Ⅲ纖維力學(xué)性能更好。芳綸纖維主要應(yīng)用于國(guó)防軍工、電子通訊、土木建筑、橡塑制品等領(lǐng)域。

芳綸雖然力學(xué)性能優(yōu)異，但是由于纖維表面缺少活性基團(tuán)，表面性能較差。芳綸制成復(fù)合材料時(shí)纖維表面與樹(shù)脂基體之間粘接力較弱，影響復(fù)合材料性能，制約復(fù)合材料應(yīng)用范圍。所以需要對(duì)芳綸進(jìn)行表面改性，在芳綸纖維表面引入化學(xué)活性基團(tuán)，提高纖維表面能，增強(qiáng)纖維與樹(shù)脂基體界面間的粘合能力，提高纖維增強(qiáng)復(fù)合材料應(yīng)用性能。

申請(qǐng)?zhí)?01310224440.0的發(fā)明專利公開(kāi)了一種采用超聲波中的清洗液對(duì)芳綸纖維進(jìn)行表面清洗處理0.5-3分鐘，達(dá)到對(duì)芳綸實(shí)施改性處理的技術(shù)。申請(qǐng)?zhí)?01210070232.5的發(fā)明專利公開(kāi)了一種通過(guò)選用酰胺類有機(jī)溶劑中的一種或者任意比例的幾種為超聲處理介質(zhì)，在超聲波作用下，使酰胺類溶劑溶脹纖維表面，同時(shí)減少芳綸纖維單絲之間的粘連點(diǎn)，改善纖維表面狀態(tài)的技術(shù)。這兩種技術(shù)的特點(diǎn)均是在一定溶劑體系下，充分利用超聲波的空化效應(yīng)對(duì)纖維表面進(jìn)行細(xì)纖維化處理，通過(guò)提高纖維表面積來(lái)提高纖維與樹(shù)脂基體接觸面積來(lái)提高復(fù)合材料性能。此類方法屬于超聲波物理改性技術(shù)。

公開(kāi)文獻(xiàn)“芳綸纖維/環(huán)氧復(fù)合材料界面超聲連續(xù)改性處理”（航空材料學(xué)報(bào)，Vol.23, No.1, 49-51）提出了在制備芳綸纖維增強(qiáng)復(fù)合材料過(guò)程中，運(yùn)用超聲技術(shù)，借助超聲的能量，強(qiáng)迫樹(shù)脂浸潤(rùn)纖維，改善兩者之間的浸潤(rùn)性，提高復(fù)合材料界面性能。這種方法也屬于超聲波物理改性技術(shù)，提高纖維表面性能幅度有限。

國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局于2009.4.15公開(kāi)了一件公開(kāi)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(guò)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(shù)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(wú)法處理芳綸長(zhǎng)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(zhǎng)，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(zhǎng)，生產(chǎn)成本太高，不具有工業(yè)化應(yīng)用價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在解決現(xiàn)有超聲波物理改性對(duì)提高芳綸纖維表面性能幅度有限，以及現(xiàn)有化學(xué)改性方法工序太多，耗時(shí)太長(zhǎng)的問(wèn)題，提供一種芳綸纖維的超聲波輔助化學(xué)改性方法，該方法工序簡(jiǎn)單，耗時(shí)短，能有效的在芳綸纖維表面植入化學(xué)活性基團(tuán)，顯著改善纖維表面性能，提高芳綸纖維與環(huán)氧樹(shù)脂基體之間的粘接能力和芳綸纖維的力學(xué)性能。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種芳綸纖維的超聲波輔助化學(xué)改性方法，其特征在于：包括以下工藝步驟：

A、配制表面改性處理劑

在惰性氣體保護(hù)下，將酰氯類活性反應(yīng)試劑溶解在無(wú)水強(qiáng)極性有機(jī)溶劑中，配制成表面改性處理劑；所述的酰氯類活性反應(yīng)試劑為乙酰氯、丙酰氯、氯乙酰氯、二氯乙酰氯、三氯乙酰氯、亞硫酰氯中的任意一種或者任意比例的幾種混合；所述的強(qiáng)極性有機(jī)溶劑為N-甲基吡咯烷酮、N，N-二甲基乙酰胺、N，N-二甲基甲酰胺、二甲基亞砜中的任意一種或者任意比例的幾種混合；

B、超聲輔助催化反應(yīng)準(zhǔn)備

將上述配制完成的表面改性處理劑導(dǎo)入惰性氣體保護(hù)的超聲波發(fā)生器中；