一种亲水改性腈纶的方法技术

本发明专利技术涉及一种亲水改性腈纶的制备方法，具体为：将6g腈纶在40～160mL强碱性溶液中完全浸润，再加入40～160mL酯化交联剂，在一定温度下，恒温反应一段时间，反应结束后调节反应产物的pH值，然后用蒸馏水洗涤，真空烘干，得到亲水改性腈纶。该制备方法对设备无特殊要求，操作方便，成本低。由该方法制成的腈纶纤维亲水性明显提高，纤维表面粗糙化，纤维整体形态和强度没有受到破坏。将采用该方法制得的亲水改性腈纶用于制备吸水膨胀橡胶，可有效改善吸水膨胀橡胶的吸水性能和机械性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种亲水改性腈纶的方法，由该方法制成的亲水改性腈纶可用于制备吸水膨胀橡胶，属于高分子
技术背景吸水膨胀橡胶(Water Swelling Rubber，简称WSR)作为一类新型功能高分子材料，以其独特的止水密封和以水止水的性质在堵漏工程方面受到广泛的关注。工业上最常用的方法是利用物理共混法来制备吸水膨胀橡胶，即亲水组分(吸水树脂)与橡胶基体进行共混。但由于亲水组分与橡胶之间的性质相差较大，使得亲水组分很容易析出，水分子无法快速在橡胶基体中转移。而且吸水树脂的加入也一定程度上使吸水膨胀橡胶的机械性能降低。姚棋等以马来酸酐接枝丁腈橡胶作为增容剂，利用丁腈橡胶和聚丙烯酸钠制备吸水膨胀橡胶，加入PEG-6000作为吸水助剂。虽然一定程度解决了吸水组分析出的问题，但PEG-6000的加入使吸水膨胀橡胶的机械性能降低明显。因此，研制一种能同时提高吸水膨胀橡胶的吸水性能和机械性能的吸水助剂，具有重要的现实意义。腈纶，一般指聚丙烯腈纤维，其强度高、具有良好的弹性和耐磨性，若将其用于制备吸水膨胀橡胶，可很好地改善橡胶的机械强度。但是，与大多数合成纤维一样，腈纶是一种疏水性纤维，大分子中缺乏亲水性基团，因此需要对腈纶进行亲水改性处理。目前，亲水改性腈纶的方法主要有接枝共聚法、共混纺丝法等。其中，接枝共聚法的缺点在于亲水性物质接枝率不易控制，接枝率低则纤维亲水性能不明显，接枝率高则纤维原有力学性能会降低，且该方法步骤复杂，成本较高。而共混纺丝法对于设备要求较高，需要通过纺丝机进行溶液纺丝或者熔融纺丝。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术中存在的不足，提供一种操作简单、成本低的亲水改性腈纶的方法，由该方法制得的腈纶亲水性明显提高，同时纤维原有的整体形态和强度基本上得以保留。为实现上述目的，本专利技术提供了一种亲水改性腈纶的方法，其特征在于它包括如下步骤：将6g腈纶在40～160mL强碱性溶液中完全浸润，再加入40～160mL酯化交联剂，在一定温度下，恒温反应一段时间，反应结束后调节反应产物的pH值，然后用蒸馏水洗涤，真空烘干，得到亲水改性腈纶。按上述方案，优选地，所述强碱性溶液为质量百分比浓度2～20％的NaOH或KOH水溶液。按上述方案，优选地，所述酯化交联剂为甘油或乙二醇。按上述方案，优选地，所述恒温反应的温度为70～100℃，恒温反应的时间为1.5～4h。按上述方案，优选地，采用无机酸性溶液调节反应产物的pH值。按上述方案，优选地，所述无机酸性溶液为稀盐酸水溶液或稀硫酸水溶液。按上述方案，优选地，所述反应产物的pH值调节为5～6。按上述方案，优选地，所述烘干的温度为40～50℃。本专利技术中，亲水改性腈纶的原理为：利用腈纶在碱性条件下容易发生水解的特性，使腈纶经过碱法水解反应后，腈纶纤维大分子上疏水性的氰基转化为亲水性较强的酰氨基，相当于大分子成为丙烯腈和丙烯酰胺的共聚体；在高温和碱性介质中酰氨基进一步放出氨气成为亲水性更强的羧基，相当于大分子成为丙烯腈和丙烯酸的共聚体，然后与酯化交联剂进一步进行酯化反应，大分子形成网状结构，使水分进入纤维表面后可保存到纤维中不易流失。具体如下：相比于现有技术，本专利技术的有益效果在于：本专利技术中亲水改性腈纶的方法对设备无特殊要求、操作方便、成本低，在增加腈纶中亲水基团从而大幅度提高腈纶亲水性的同时，还可以使纤维表面粗糙化，产生凹槽，这些凹槽和凸起的存在可在纤维与橡胶复合时提高两者界面粘合效果，起到一定的增容作用。此外，亲水改性后的腈纶整体纤维形态没有被破坏，仍具有纤维的强度，加入橡胶中可起补强作用，改善吸水膨胀橡胶的机械性能。将由本专利技术所述方法制得的亲水性腈纶作为吸水助剂，应用于制备吸水膨胀橡胶时，能很好地增加橡胶中的吸水通道，提高橡胶的吸水性能和机械强度。附图说明图1为本专利技术实施例1中使用的腈纶在亲水改性前后的对比红外图谱。其中，图谱(a)为亲水改性前腈纶，图谱(b)为亲水改性后腈纶。图2为本专利技术实施例1中亲水改性前腈纶的扫描电镜图，其中，左图为放大2000倍电镜图，右图为放大10000倍电镜图。图3为本专利技术实施例1中亲水改性后腈纶的扫描电镜图，其中，左图为放大2000倍电镜图，右图为放大10000倍电镜图。图4为实施例5中制得的增容剂(马来酸酐接枝丁腈橡胶)与原材料纯丁腈橡胶的热失重图谱。其中，图谱1为原材料纯丁腈橡胶，图谱2为制得的增容剂(马来酸酐接枝丁腈橡胶)。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明，但本专利技术的内容不局限于下面的实施例。实施例1亲水改性腈纶的制备，其步骤如下：将6g腈纶在100mL质量百分比浓度为20％的NaOH溶液中完全浸润，再加入100mL甘油，升温至90℃下，恒温反应2h，反应结束后用稀盐酸将反应产物的pH值调节至5～6，然后用
蒸馏水洗涤数次，将其置于真空干燥箱中于50℃烘干，得到亲水改性腈纶。将亲水改性前后的腈纶做红外测试及电镜扫描。腈纶的红外图谱和分析结果分别见图1和表1。表1由图1和表1可知，丙烯腈的特征吸收是2240.03cm-1(腈基的伸缩振动)和1447.04cm-1(C-H的弯曲振动)。对比图1中(a)、(b)两图谱可看出(b)中腈基的特征峰减弱，在686.56cm-1处的N-H的面外弯曲振动的特征峰减弱，而且在1241.54cm-1(-COO的伸缩振动)和1080.79cm-1(-O-CH-的伸缩振动)的特征峰增强。两者和1740cm-1谱带结合起来可指示酯类的存在，说明腈基部分水解成羧基，之后与酯化交联剂反应生成酯。根据亲水改性腈纶的原理，部分腈基水解使腈纶亲水性增强，进而为制备吸水速率快、机械强度好的吸水膨胀丁腈橡胶提供了可行性。腈纶的扫描电镜图见图2和图3。从图中可以看出，亲水改性前纤维表面较光滑整洁，改性后腈纶表面较粗糙，出现许多凹槽和凸起，这些凹槽和凸起的存在可在纤维与橡胶复合时提高两者界面粘合效果，起到一定的增容作用，也证明纤维确实发生了亲水改性反应。此外，从图中还可以看出，亲水改性后的腈纶整体纤维形态没有被破坏，仍具有纤维的强度，
加入橡胶中可起补强作用，改善吸水膨胀橡胶的机械性能。将上述制得的亲水改性腈纶做吸水性能测试，方法如下：取一定质量W1的干纤维在蒸馏水中浸泡1h，取出用滤纸吸干表面水分，称重W2，用下式计算纤维吸水率：此条件下测得实施例1制得的亲水改性腈纶吸水率为40.3％，可证明纤维亲水改性成功。实施例2亲水改性腈纶的制备，其步骤如下：将6g腈纶在160mL质量百分比浓度为20％的NaOH溶液中完全浸润，再加入40mL乙二醇，升温至100℃下，恒温反应1.5h，反应结束后用稀盐酸将反应产物的pH值调节至5～6，然后用蒸馏水洗涤数次，将其置于真空干燥箱中于40℃烘干，得到亲水改性腈纶，做吸水性能测试，测得其吸水率为25.8％。注：本实施例中亲水改性腈纶的吸水性能测试方法与实施例1中所述方法相同。实施例3亲水改性腈纶的制备，其步骤如下：将6g腈纶在40mL质量百分比浓度为2％的KOH溶液中完全浸润，再加入160mL乙二醇，升温至70℃下，恒温反应4h，反应结束后用稀硫酸水溶液将反应产物的pH值调节至5～6，然后用蒸馏水洗涤数次，将其置于真空干燥箱中于40℃烘本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种亲水改性腈纶的方法，其特征在于，它包括如下步骤：将6g腈纶在40～160mL强碱性溶液中完全浸润，再加入40～160mL酯化交联剂，在一定温度下，恒温反应一段时间，反应结束后调节反应产物的pH值，然后用蒸馏水洗涤，真空烘干，得到亲水改性腈纶。

【技术特征摘要】
1.一种亲水改性腈纶的方法，其特征在于，它包括如下步骤：将6g腈纶在40～160mL强碱性溶液中完全浸润，再加入40～160mL酯化交联剂，在一定温度下，恒温反应一段时间，反应结束后调节反应产物的pH值，然后用蒸馏水洗涤，真空烘干，得到亲水改性腈纶。2.根据权利要求1所述的一种亲水改性腈纶的方法，其特征在于，所述强碱性溶液为质量百分比浓度为2～20％的NaOH或KOH水溶液。3.根据权利要求1所述的一种亲水改性腈纶的方法，其特征在于，所述酯化交联剂为甘油或乙二醇。4.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨隽，范志玮，潘小杰，王芬，徐黎刚，徐恩松，
申请(专利权)人：武汉工程大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42