[發明專利]一種苯并噁唑離子化合物及包含該化合物的PBO纖維乳液上漿劑及其制備方法

有效

• 申請號: 201910311610.6
• 申請日: 2019-04-18
• 公開（公告）號: CN111825696B
• 公開（公告）日: 2021-10-29
• 發明（設計）人: 吳紹華;李春成;肖耀南;張博
• 申請（專利權）人: 中國科學院化學研究所
• 主分類號: C07D498/04
• 分類號: C07D498/04;C07D263/57;D06M13/352;D06M101/30
• 代理公司: 北京知元同創知識產權代理事務所(普通合伙) 11535
• 代理人: 汪泉;黃海麗

如下式X所示的苯并噁唑離子化合物，包含所述化合物的上漿劑及其制備方法和用途。式X所示的苯并噁唑離子化合物與PBO纖維化學結構相似，有利于提高上漿劑與PBO纖維的相容性，且其制備工藝簡單，易于操作。所述上漿劑克服了現有上漿劑與PBO纖維相容性差、上漿劑需使用大量的易燃易爆有機溶劑、上漿劑中納米增強體難以有效覆蓋于纖維表面等難題。所述上漿劑以水為溶劑，綠色高效，其制備簡單，環保，且所述上漿劑不僅能保持PBO纖維原有的拉伸強度，還能使得復合材料的IFSS得到顯著提高。

技術領域

本發明屬于復合材料技術領域，具體涉及一種苯并噁唑離子化合物及包含該化合物的PBO纖維乳液上漿劑及其制備方法。

背景技術

PBO(全稱聚苯撐苯并二噁唑)是一種全芳雜環的剛棒狀液晶高分子，由干噴濕紡工藝制備的PBO纖維具有超高的強度、模量、耐熱性和阻燃性，被譽為“21世紀的超級纖維”，在航空航天、國防軍工、軌道交通、高溫生產及新能源等尖端領域有廣闊的應用前景。

PBO纖維的分子結構如下所示：

然而，剛性結構使得PBO纖維表面非常光滑，而且缺少活性基團使其表面呈現極大的化學惰性，這些不足導致PBO纖維難以被基體樹脂浸潤，二者的界面粘結強度低，嚴重限制了其在復合材料中的應用。

近年來，人們圍繞PBO纖維的表面修飾展開了大量研究，發展了多種改性方法，主要包括：等離子體/輻照處理、偶聯劑處理、共聚改性、氧化刻蝕和化學接枝等。上述方法雖能在一定程度上提高PBO纖維復合材料的界面性能，但通常需以犧牲纖維本體的力學性能為代價。同時，處理步驟繁瑣、反應時間長等問題使它們難以進行大規模、連續化的表面處理。

上漿處理是碳纖維工業上常用的表面處理技術，具有條件溫和、不損傷纖維、操作簡單、易與紡絲生產線整合實現連續化處理等優勢。然而，迄今國內外將上漿處理法應用于PBO纖維表面改性的研究還十分少見。具體的有，宋波等將PBO纖維交替浸漬到二氧化鈦(TiO₂)的乙醇溶液(0.1～1wt％)和多面體低聚倍半硅氧烷(POSS)的四氫呋喃溶液(1wt％)中，得到表面包覆POSS/TiO₂涂層的PBO纖維，其復合材料的界面剪切強度(IFSS)提高30％(中國專利文獻CN102634976 A；Bo Song.Preparation and characterization of(POSS/TiO₂)_nmulti～coatings based on PBO fiber surface for improvement of UVresistance.Fibers and Polymers,2013,14(3),375～381)；錢軍等使用TiO2的乙醇溶液(0.7wt％)處理PBO纖維，使其復合材料的IFSS提高60％(Jun Qian.Improvement ofinterfacial shear strengths of polybenzobisoxazole fiber/epoxy resincomposite by n～TiO₂coating.Journal of Applied Polymer Science,2013,127(4):2990～2995)；劉榮彪等使用磷酸化的蓖麻油改性環氧樹脂，并將其配成10wt％的乙醇溶液對PBO纖維進行表面處理，使其復合材料的IFSS提高155％(Rongbiao Liu.Improvement ofthe interfacial shear strength of poly(p～phenylene benzobisoxazole)fiber/epoxy resin composite via a novel surface coating agent.Polymer Composites,2016,37(4):1198～1205)。