[發明專利]利用超臨界CO2

有效

• 申請號: 201710630413.1
• 申請日: 2017-07-28
• 公開（公告）號: CN107385878B
• 公開（公告）日: 2020-08-28
• 發明（設計）人: 孔海娟;張新異;張有鳳;孫卉;丁海泉
• 申請（專利權）人: 上海工程技術大學
• 主分類號: D06M11/46
• 分類號: D06M11/46;D06M11/44;D06M101/36
• 代理公司: 上海唯智贏專利代理事務所(普通合伙) 31293
• 代理人: 吳瑾瑜

本發明涉及利用超臨界CO₂流體技術進行芳綸纖維無機化改性的方法，包括：步驟1)，芳綸纖維與溶解有無機光穩定劑前驅體的超臨界CO₂流體進行溶脹反應，得到含有無機光穩定劑前驅體的芳綸纖維；步驟2)，將含有無機光穩定劑前驅體的芳綸纖維置于含有堿性溶質或者酸性溶質的醇溶劑中，熱分解生成含有無機光穩定劑的改性芳綸纖維。本發明利用超臨界CO₂流體強的滲透、攜帶效果，攜帶小分子光穩定劑前驅體進入到芳綸纖維的表面和內部的無定形區，一方面利用超臨界二氧化碳的塑化作用提高纖維的力學性能，另一方面在無定形區的納米光穩定劑的結構可以控制，不發生團聚，提高纖維的抗光降解能力。

技術領域

本發明屬于纖維改性領域，具體地涉及利用超臨界CO₂流體技術進行芳綸纖維無機化改性的方法。

背景技術

芳綸是指含有苯環超過85％的芳香族剛性鏈的高性能纖維，具有高強度、高模量、耐高溫、耐化學溶劑、比重小等優良性能，廣泛應用于先進戰略武器，如，航天發動機、士兵防彈防護裝置、航空航天、汽車、光纖增強、纜繩等領域，是重要的戰略物質。

芳綸纖維內部由高度取向的結晶區以及無定形區組成，無定形區部分由微纖和微孔組成，纖維的斷裂一般先發生在無定形區。芳綸分子鏈中含有大量的C-N鍵和雙鍵，對于波長是 300～450nm的紫外光和部分可見光比較容易吸收，長期在有氧環境和紫外光照射下會發生光老化降解，纖維變脆變色，表面產生裂紋等缺陷，導致芳綸制品機械性能逐漸下降，影響纖維的壽命，制約其應用。芳綸纖維的抗光降解性能差，影響其室外、航空航天應用制品的壽命，更重要的是影響防彈等產品的使用安全，是長期攻克未解決的科技難題。

現有研究采取在芳綸纖維表面改性覆蓋等方法來保護纖維，使其不受紫外光和可見光的破壞，具體地，在纖維表層涂覆含有紫外光穩定劑的物質或含有光穩定劑的保護層，如SiO₂、 TiO₂、ZnO等，但由于纖維表面比較光滑，可以反應的官能團少，抗光降解保護層只能粘附在纖維表面，且粘附性差。表面涂覆的抗光降解物質并不能完全阻擋紫外線的侵入，而芳綸纖維內部無定形區因含有大量的容易發生光降解的端基基團，使其對較弱的紫外光仍比較敏感，容易發生光降解，尤其在抗光降解物質脫落以后，芳綸纖維的無定形更易發生光降解老化。

因此，如何將光穩定劑引入纖維內部，尤其是纖維內部的無定形區，克服纖維表面改性覆蓋帶來的表面覆蓋穩定性差、抗光解能力弱、改性方法應用局限大等問題，提高纖維抗光降解能力的同時又不降低纖維的力學性能，仍是需要進一步解決的技術問題。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供利用超臨界CO₂流體技術進行芳綸纖維無機化改性的方法。

本發明的技術方案為：利用超臨界CO₂流體技術進行芳綸纖維無機化改性的方法，包括以下步驟：

步驟1)，芳綸纖維與溶解無機有光穩定劑前驅體的超臨界CO₂流體進行溶脹反應，得到含有無機光穩定劑前驅體的芳綸纖維；

步驟2)，將含有無機光穩定劑前驅體的芳綸纖維置于堿性醇溶液或酸性醇溶液中，熱分解生成含有無機光穩定劑的改性芳綸纖維。

步驟1)中，先將芳綸纖維和無機光穩定劑前驅體置于反應容器內，芳綸纖維與無機光穩定劑前驅體不接觸；再向反應容器通入二氧化碳氣體至生成超臨界二氧化碳流體；超臨界二氧化碳流體攜帶溶解的無機光穩定劑前驅體，與芳綸纖維進行溶脹反應，得到含有無機光穩定劑前驅體的芳綸纖維。溶脹反應是指超臨界二氧化碳攜帶的光穩定劑以溶劑浸潤的方式與芳綸纖維接觸。