一種芳綸纖維表面有機化改性的方法
2023-07-02 12:28:41 1
一種芳綸纖維表面有機化改性的方法
【專利摘要】本發明涉及一種芳綸纖維表面有機化改性的方法。芳綸纖維的表面平滑且具有較強的化學惰性，難以在芳綸纖維表面尋找反應的活性基點。一種芳綸纖維表面有機化改性的方法，由以下步驟實現：清洗芳綸纖維表面的油脂；將清洗過的ARF纖維放入1~10%的氫氧化鈉溶液中，於一定溫度下，攪拌之後以蒸餾水洗至濾液呈中性烘乾；在三口燒瓶中加入SH-ARF纖維，加入環氧氯丙烷，加入催化劑無水氯化鋁，攪拌，反應後將反應產物抽濾，用蒸餾水衝洗淨，在氫氧化鈉溶液浸泡，以蒸餾水洗至濾液呈中性。本發明涉及到的原料成本低廉，工藝簡單易行，可操作性強，且改性效果顯著，為提高芳綸纖維增強複合材料的界面作用提供了有效的解決方法。
【專利說明】一種芳綸纖維表面有機化改性的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種芳綸纖維表面有機化改性的方法，具體涉及一種芳綸纖維表面有機化改性的方法。
【背景技術】
[0002]芳綸纖維(Aramid fiber，ARF)，是一種新型高科技合成纖維，具有超高強度、高模量、耐高溫、耐酸耐鹼和重量輕等優良性能，其強度是鋼絲的5?6倍，模量為鋼絲或玻璃纖維的2?3倍，韌性是鋼絲的2倍，而重量僅為鋼絲的1/5左右，在560 °(:的溫度下，不分解，不融化。它具有良好的絕緣性和抗老化性能，具有很長的生命周期。ARF的發現，被認為是材料界一個非常重要的歷史進程。
[0003]從全球來看，全球間位芳綸纖維(1313)產能3.2萬噸，供需基本平衡。據智研諮詢統計顯示:在國內供求關係方面，我國間位芳綸需求約10000噸，而國內總產能為8600噸，全球對位芳綸產能約6.5萬噸，2011年全球對位芳綸需求量在53000噸左右。世界上主要的對位芳綸生產商是美國杜邦和日本帝人，分別具有28600噸和28450噸產能，幾乎壟斷國際市場。目前我國對位芳綸的年需求量在5000噸以上，全部依賴進口，目前售價在20萬元/噸。
[0004]眾所周知，芳綸纖維增強複合材料的物化性質與芳綸纖維和樹脂基體間的界面性質直接相關，然而芳綸纖維的表面平滑且具有較強的化學惰性，難以在芳綸纖維表面尋找反應的活性基點。因此若要使用芳綸纖維增強複合材料，充分發揮芳綸纖維的性能優勢，對於PPTA的表面有機化改性顯得尤為重要。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是提供一種成本低廉，工藝簡單能夠增加芳綸纖維表面的反應活性的芳綸纖維表面有機化改性的方法。
[0006]本發明所採用的技術方案是:一種芳綸纖維表面有機化改性的方法，其特別之處在於:由以下步驟實現:
第一步:清洗芳綸纖維表面的油脂:取f 5 g未經處理的ARF纖維，置於100?300 mL丙酮中，超聲15?45 min，然後以蒸餾水洗淨，並置於I?5%的十二烷基磺酸鈉水溶液中，再次超聲15?45 min，最後以蒸餾水反覆洗淨，乾燥備用；
第二步:將第一步中清洗過的ARF纖維放入I?10%的氫氧化鈉溶液中，根據所用氫氧化鈉溶液濃度由高到低，選擇室溫至回流溫度之間的溫度，攪拌I?2 h，之後以蒸餾水洗至濾液呈中性，烘乾，製備得鹼處理的ARF，記為SH-ARF ；
第三步:在三口燒瓶中加入0.5?2 g SH-ARF纖維，加入50?150 mL環氧氯丙烷，開始攪拌，加入催化劑無水氯化鋁，攪拌2?4 h，充分反應後將反應產物抽濾，用蒸餾水衝洗淨，之後在50?80 °C下用I?10%的氫氧化鈉溶液浸泡0.5?2 h，處理完畢後以蒸餾水洗至濾液呈中性，並將其乾燥，製備得ECP改性的ARF纖維，記為ECP-ARF。[0007]上述的芳綸纖維包括對位芳綸纖維和間位芳綸纖維。
[0008]上述第三步所述的催化劑採用兩種方式加入並反應，一種是緩慢滴加濃度為10?50 g/L無水氯化鋁-乙醚溶液，於室溫下攪拌2?4 h;另一種是分批多次加入0.5?2.5g的無水氯化鋁，於90?110 °C下攪拌2?4 h。
[0009]與現有技術相比較，本發明具有以下有益效果:本發明以鹼溶液對芳綸纖維進行表面刻蝕，使得芳綸纖維表面產生部分缺陷，以增加反應活性，然後，使用環氧氯丙烷，對芳綸纖維進行表面有機化改性，在苯環上引入反應活性較大的環氧基團，從而增加芳綸纖維表面的反應活性，該方法涉及到的原料成本低廉，工藝簡單易行，可操作性強，且改性效果顯著，為提高芳綸纖維增強複合材料的界面作用提供了有效的解決方法。
【具體實施方式】
[0010]一種芳綸纖維表面有機化改性的方法，由以下步驟實現:
第一步:清洗芳綸纖維表面的油脂:取廣5 g未經處理的ARF纖維，置於100?300 mL丙酮中，超聲15?45 min，然後以蒸餾水洗淨，並置於I?5%的十二烷基磺酸鈉水溶液中，再次超聲15?45 min，最後以蒸餾水反覆洗淨，乾燥備用；
第二步:將第一步中清洗過的ARF纖維放入I?10%的氫氧化鈉溶液中，根據所用氫氧化鈉溶液濃度由高到低，選擇室溫至回流溫度之間的溫度，攪拌I?2 h，之後以蒸餾水洗至濾液呈中性，烘乾，製備得鹼處理的ARF，記為SH-ARF ；
第三步:在三口燒瓶中加入0.5?2 g SH-ARF纖維，加入50?150 mL環氧氯丙烷，開始攪拌，加入催化劑無水氯化鋁，攪拌2?4 h，充分反應後將反應產物抽濾，用蒸餾水衝洗淨，之後在50?80 °C下用I?10%的氫氧化鈉溶液浸泡0.5?2 h，處理完畢後以蒸餾水洗至濾液呈中性，並將其乾燥，製備得ECP改性的ARF纖維，記為ECP-ARF。
[0011]上述的芳綸纖維包括對位芳綸纖維和間位芳綸纖維。
[0012]在第三步中的催化劑採用兩種方式加入並反應，一種是緩慢滴加濃度為10?50g/L無水氯化鋁-乙醚溶液，於室溫下攪拌2?4 h;另一種是分批多次加入0.5?2.5 g的無水氯化鋁，於90?110 °C下攪拌2?4 h。
[0013]實施例一:
一種芳綸纖維表面有機化改性的方法，由以下步驟實現:
第一步:清洗芳綸(ARF)纖維表面的油脂:取I g未經處理的ARF纖維，置於100 mL丙酮中，超聲15 min，然後以蒸餾水洗淨，並置於1%的十二烷基磺酸鈉水溶液中，再次超聲15min，最後以蒸餾水反覆洗淨，乾燥備用；
第二步:將第一步中清洗過的ARF纖維放入1%的氫氧化鈉溶液中，於回流溫度下，攪拌
Ih，之後以蒸餾水洗至濾液呈中性，烘乾，製備得鹼處理的ARF，記為SH-ARF ；
第三步，在三口燒瓶中加入0.5 g SH-ARF纖維，加入50 mL環氧氯丙烷(ECP)，開始攪拌，緩慢滴加濃度為10g/L無水氯化鋁-乙醚溶液20 mL,於室溫下攪拌2h，充分反應後將反應產物抽濾，用蒸餾水衝洗淨，之後在50 0C下用1%的氫氧化鈉溶液浸泡0.5h，處理完畢後以蒸餾水洗至濾液呈中性，並將其乾燥，製備得ECP改性的ARF纖維，記為ECP-ARF。
[0014]實施例二:
一種芳綸纖維表面有機化改性的方法，由以下步驟實現: 第一步，清洗芳綸(ARF)纖維表面的油脂；取3 g未經處理的ARF纖維，置於200 mL丙酮中，超聲30 min,然後以蒸餾水洗淨，並置於3%的十二烷基磺酸鈉水溶液中，再次超聲30min，最後以蒸餾水反覆洗淨，乾燥備用；
第二步，將第一步中清洗過的ARF纖維放入5%的氫氧化鈉溶液中，於室溫下，攪拌
1.5h，之後以蒸餾水洗至濾液呈中性，烘乾，製備得鹼處理的ARF，記為SH-ARF ；
第三步，在三口燒瓶中加入I g SH-ARF纖維，加入100 mL環氧氯丙烷(ECP)，開始攪拌，緩慢滴加濃度為30 g/L無水氯化鋁-乙醚溶液20 mL，於室溫下攪拌3 h，充分反應後將反應產物抽濾，用蒸餾水衝洗淨，之後在60 0C下用5%的氫氧化鈉溶液浸泡I h，處理完畢後以蒸餾水洗至濾液呈中性，並將其乾燥，製備得ECP改性的ARF纖維，記為ECP-ARF。
[0015]實施例三:
一種芳綸纖維表面有機化改性的方法，由以下步驟實現:
第一步:清洗芳綸(ARF)纖維表面的油脂；取2 g未經處理的ARF纖維，置於300 mL丙酮中，超聲45min，然後以蒸餾水洗淨，並置於5%的十二烷基磺酸鈉水溶液中，再次超聲45min，最後以蒸餾水反覆洗淨，乾燥備用；
第二步:將第一步中清洗過的ARF纖維放入10%的氫氧化鈉溶液中，於室溫下，攪拌2h，之後以蒸餾水洗至濾液呈中性，烘乾，製備得鹼處理的ARF，記為SH-ARF ；
第三步:在三口燒瓶中加入2 g SH-ARF纖維，加入150 mL環氧氯丙烷(ECP)，開始攪拌，將體系升溫至95 °C，攪拌3 h，在此反應期間，分批少量多次加入2.5g無水氯化鋁，充分反應後將反應產物抽濾,用蒸餾水衝洗淨,之後在60 °C下用10%的氫氧化鈉溶液浸泡2 h，處理完畢後以蒸餾水洗至濾液呈中性，並將其乾燥，製備得ECP改性的ARF纖維，記為ECP-ARF。
[0016]實施例四:
一種芳綸纖維表面有機化改性的方法，由以下步驟實現:
第一步:清洗芳綸(ARF)纖維表面的油脂:取2 g未經處理的ARF纖維，置於100 mL丙酮中，超聲30 min,然後以蒸餾水洗淨，並置於5%的十二烷基磺酸鈉水溶液中，再次超聲30min，最後以蒸餾水反覆洗淨，乾燥備用；
第二步:將第一步中清洗過的ARF纖維放入1%的氫氧化鈉溶液中，於回流溫度下，攪拌2 h，之後以蒸餾水洗至濾液呈中性，烘乾，製備得鹼處理的ARF，記為SH-ARF ；
第三步:在三口燒瓶中加入1.5 g SH-ARF纖維，加入150 mL環氧氯丙烷(ECP)，開始攪拌，緩慢滴加濃度為50 g/L無水氯化鋁-乙醚溶液30 mL,於室溫下攪拌3 h，充分反應後將反應產物抽濾，用蒸餾水衝洗淨，之後在60 0C下用5%的氫氧化鈉溶液浸泡I h，處理完畢後以蒸餾水洗至濾液呈中性，並將其乾燥，製備得ECP改性的ARF纖維，記為ECP-ARF。
[0017]實施例五:
一種芳綸纖維表面有機化改性的方法，由以下步驟實現:
第一步:清洗芳綸(ARF)纖維表面的油脂:取2 g未經處理的ARF纖維，置於100 mL丙酮中，超聲30 min,然後以蒸餾水洗淨，並置於5%的十二烷基磺酸鈉水溶液中，再次超聲30min，最後以蒸餾水反覆洗淨，乾燥備用；
第二步:將第一步中清洗過的ARF纖維放入1%的氫氧化鈉溶液中，於回流溫度下，攪拌2 h，之後以蒸餾水洗至濾液呈中性，烘乾，製備得鹼處理的ARF，記為SH-ARF ； 第三步:在三口燒瓶中加入1.5 g SH-ARF纖維，加入150 mL環氧氯丙烷(ECP)，開始攪拌，將體系升溫至95 °C，攪拌3 h，在此反應期間，分批少量多次加入I g無水氯化鋁，充分反應後將反應產物抽濾，用蒸餾水衝洗淨，之後在60 °C下用5%的氫氧化鈉溶液浸泡
1h，處理完畢後以蒸餾水洗至濾液呈中性，並將其乾燥，製備得ECP改性的ARF纖維，記為ECP-ARF。
[0018] 實施例六:
一種芳綸纖維表面有機化改性的方法，由以下步驟實現:
第一步:清洗芳綸(ARF)纖維表面的油脂:取5g未經處理的ARF纖維，置於300mL丙酮中，超聲45 min,然後以蒸餾水洗淨，並置於5%的十二烷基磺酸鈉水溶液中，再次超聲45min，最後以蒸餾水反覆洗淨，乾燥備用；
第二步:將第一步中清洗過的ARF纖維放入10%的氫氧化鈉溶液中，於回流溫度下，攪拌2 h，之後以蒸餾水洗至濾液呈中性，烘乾，製備得鹼處理的ARF，記為SH-ARF ；
第三步:在三口燒瓶中加入2g SH-ARF纖維，加入150 mL環氧氯丙烷(ECP)，開始攪拌，將體系升溫至95 °C，攪拌4 h，在此反應期間，分批少量多次加入2.5 g無水氯化鋁，充分反應後將反應產物抽濾，用蒸餾水衝洗淨，之後在80 °C下用10%的氫氧化鈉溶液浸泡
2h，處理完畢後以蒸餾水洗至濾液呈中性，並將其乾燥，製備得ECP改性的ARF纖維，記為ECP-ARF。
【權利要求】
1.一種芳綸纖維表面有機化改性的方法，其特徵在於: 由以下步驟實現: 第一步:清洗芳綸纖維表面的油脂:取廣5 g未經處理的ARF纖維，置於100?300 mL丙酮中，超聲15?45 min，然後以蒸餾水洗淨，並置於I?5%的十二烷基磺酸鈉水溶液中，再次超聲15?45 min，最後以蒸餾水反覆洗淨，乾燥備用； 第二步:將第一步中清洗過的ARF纖維放入I?10%的氫氧化鈉溶液中，根據所用氫氧化鈉溶液濃度由高到低，選擇室溫至回流溫度之間的溫度，攪拌I?2 h，之後以蒸餾水洗至濾液呈中性，烘乾，製備得鹼處理的ARF，記為SH-ARF ； 第三步:在三口燒瓶中加入0.5?2 g SH-ARF纖維，加入50?150 mL環氧氯丙烷，開始攪拌，加入催化劑無水氯化鋁，攪拌2?4 h，充分反應後將反應產物抽濾，用蒸餾水衝洗淨，之後在50?80 °C下用I?10%的氫氧化鈉溶液浸泡0.5?2 h，處理完畢後以蒸餾水洗至濾液呈中性，並將其乾燥，製備得ECP改性的ARF纖維，記為ECP-ARF。
2.根據權利要求1所述的一種芳綸纖維表面有機化改性的方法，其特徵在於:所述的芳綸纖維包括對位芳綸纖維和間位芳綸纖維。
3.根據權利要求1所述的一種芳糹侖纖維表面有機化改性的方法，其特徵在於: 第三步所述的催化劑採用兩種方式加入並反應，一種是緩慢滴加濃度為10?50 g/L無水氯化鋁-乙醚溶液，於室溫下攪拌2?4 h;另一種是分批多次加入0.5?2.5 g的無水氯化鋁，於90?110 °C下攪拌2?4 h。
【文檔編號】C08J5/06GK103981692SQ201410241125
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年6月3日 優先權日:2014年6月3日
【發明者】邵亮, 李曉楊, 陳姿曄 申請人:陝西科技大學