表面改性的PBO纤维及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种表面改性PBO纤维及其制备方法。该表面改性纤维是在PBO纤维的表面涂覆有表面改性剂，所述的表面改性剂的结构通式为：

【技术实现步骤摘要】
表面改性的PBO纤维及其制备方法
本专利技术属于纤维制造领域，具体涉及一种表面改性PBO纤维及其制备方法。
技术介绍
PBO纤维(聚对苯撑苯并二噁唑)是一种具有很好发展前景的特种纤维，具有优异的力学性能、耐热性能、高耐氧指数，被视为新一代先进树脂基复合材料增强体。PBO纤维的拉伸强度和拉伸模量比芳纶纤维高出1倍以上。PBO纤维在有机纤维中耐热性能是最好的，其分解温度大约在650℃左右，工作温度可以高达300℃左右。PBO纤维具有极佳的阻燃性能，其极限氧指数(LOI)高达68％。除此之外，PBO纤维还具有良好的耐化学腐蚀性能，几乎在所有的有机溶剂中都很稳定。但是，PBO分子链结构的高度取向和表面极性基团的缺少，使其表面非常光滑且呈现化学惰性，几乎与所有树脂的界面作用都很弱，因此在先进树脂基复合材料界面结构中，不能有效的实现应力从树脂基体到纤维的传递。PBO纤维增强复合材料的制备，关键在于PBO纤维能和基体通过界面层形成一个整体，并通过界面层传递应力。若PBO纤维与基体树脂之间的相容性不好，界面不完整，则应力的传递面仅为纤维总面积的一部分。因此，为使PBO纤维复合材料内部能够均匀地传递应力，达到增强目的，要求在复合材料的制造过程中能形成一个完整的性能优异的界面层。因此为增强PBO纤维与基体树脂之间的结合能力，需要发展一种可以增强PBO纤维与基体树脂结合能力的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于克服现有技术中存在的问题，提供一种可与基体树脂强结合的表面改性PBO纤维。<br>本专利技术的目的之二在于提供该表面改性PBO纤维的制备方法，该改性纤维具有制备工艺简单，可与基体树脂强结合，适合工业化生产等特点。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种表面改性PBO纤维，其特征在于该表面改性纤维是通过在PBO纤维的表面涂覆有表面改性剂制备，所述的表面改性剂的结构通式为：其中：m，n为正整数，且1≤m≤5000，1≤n≤5000，m：n＝1：99～99：1；R1为：-NH2、-COOH、-OH、-SH、中的任意一种；R2，R3，R4相互独立地为-H、-CH3、-NH2、-OH、-COOH、-SH中的任意一种；R5为：-H、-CH3；L1为-NH-、-O-中的任意一种；L2为中的任意一种；a和b为正整数，且0≤a≤12，0≤b≤3。上述表面改性剂在表面改性纤维中的质量分数为0.001％-3％。上述结构通式中R1为-NH2、-COOH、-OH、-SH或环氧基团中的任意一种。上述结构通式中R2，R3，R4为-H、-CH3、-NH2、-OH、-COOH或-SH。上述结构通式中R5为-H、-CH3。上述结构通式中L1为-NH-、-O-。上述结构通式中L2为中的任意一种；a和b为正整数，且0≤a≤12，0≤b≤3。一种制备上述的表面改性PBO纤维的方法，其特征在于该方法的具体步骤为：a.将含有二羟基苯基团的化合物与甲基丙烯酸酐按摩尔比1：1～1：2的比例反应得到改性甲基丙烯酰胺的单体，其结构式为：；所述的含有二羟基苯基团的化合物的结构式为：b.将步骤a所得的改性甲基丙烯酰胺单体与改性丙烯酸类单体在引发剂的存在下通过自由基聚合反应，得到表面改性剂；所述的改性甲基丙烯酸基或丙烯酸基单体的结构式为：c.在PBO纤维表面涂覆步骤b所得表面改性剂，100℃～130℃烘干，然后收丝。上述的步骤a的具体步骤为：取8g～12gNa2B4O7,3.2g～4.8gNaHCO3加入到反应茄瓶中，然后加入80ml～120ml超纯水，接着加入5g～7g含有二羟基苯基团的化合物；接着取3.8ml～5.6ml甲基丙烯酸酐溶于20ml～30mlTHF中，逐滴加入到上述溶液中；然后配置浓度为0.8mol/L～1.2mol/L的NaOH溶液，逐滴加入到上述溶液中，调节pH＝8～9，室温通氮气磁力搅拌反应13～21个小时；待反应结束后在反应液中加入40ml～60ml乙酸乙酯，静置分层，取下层水相，重复1～3次；再用浓度为4.8mol/L～7.2mol/L的HCl溶液滴加到滤液中调节pH＝1.5～2.5；然后将滤液转移至圆底烧瓶中，加入40ml～60ml乙酸乙酯，萃取1～2次；最后沉淀到冷的400ml～600ml正己烷中、抽滤，取滤渣，干燥得到了改性甲基丙烯酰胺单体。上述的含有二羟基苯基团的化合物为：甲基多巴、去甲肾上腺素、多巴胺、屈昔多巴、甲基多巴胺或5-羟基多巴胺。上述的步骤b的具体步骤为：采用自由基聚合，反应条件为光引发或热引发，将0.5g～0.75g引发剂、0.025g～2.810g改性甲基丙烯酰胺单体和0.0129g～2.260g改性甲基丙烯酸单体或丙烯酸单体加入反应管中，在25℃～100℃惰性气体环境下或0℃～40℃紫外光照(波长为100nm～380nm)环境下聚合反应0.5h～24h，将反应得到的固体部分溶解在10ml～30ml甲醇溶液中，再滴定到100ml～500ml冷的无水乙醚中沉淀来进行提纯，3000rpm～10000rpm离心收集不溶物，将得到的沉淀产物放在真空线上抽真空干燥一夜得到最终的仿生聚合物。上述的改性甲基丙烯酸单体为2-氨基乙基甲基丙烯酸酯、2-氨基乙基甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸、甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸缩水甘油酯、甲基丙烯酸羟乙酯或甲基丙烯酸甲酯。上述的改性丙烯酸单体为丙烯酸羟乙酯。上述的热引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、偶氮二异丁酸二甲酯、偶氮二异丁基脒盐酸盐或过氧化二苯甲酰。上述光引发剂为安息香、安息香双甲醚、安息香乙醚、安息香异丙醚、安息香丁醚、二苯基乙酮、硫代丙氧基硫杂蒽酮、二苯甲酮或硫代丙氧基硫杂蒽酮。上述步骤c的具体步骤为：将上浆剂溶于pH＝1～8的缓冲液中，配制浓度为0.01～100mg/ml的上浆溶液，将预处理后的PBO纤维浸入该溶液中浸泡0.1s～1000s，取出纤维用去离子水浸泡0.1s～1000s，取出纤维放入烘箱100℃～130℃烘1h～3h烘干，得到改性PBO纤维。相比未改性的PBO纤维这种改性之后的PBO纤维与热固性树脂具有更好的相容性，能增强PBO纤维复合材料的层间结合能力。附图说明图1表面改性PBO纤维XPS结果，其中a和c为空白对照，b和d为表面改性PBO；图2改性PBO纤维与热固性树脂界面剪切强度测试结果。具体实施方式为使本专利技术更明显易懂，兹以下面实施例，作详细说明如下。实验原料实施例1(A)改性甲基丙烯酰胺单体的合成：取10gNa2B4O7，4gNaHCO3加入到反应茄瓶中，然后加入100ml超纯水，接着加入5gII-1；接着取4.7ml甲基丙烯酸酐溶于25mlTHF中，逐滴加入到上述溶液中；然后配置1MNaOH，逐滴加入到上述溶液中，调节pH8～9，室温通氮气磁力搅拌本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种PBO纤维制品，它包括PBO纤维本体和涂覆在所述PBO纤维本体表面上的上浆剂层。/n

【技术特征摘要】
1.一种PBO纤维制品，它包括PBO纤维本体和涂覆在所述PBO纤维本体表面上的上浆剂层。


2.如权利要求1所述的PBO纤维制品，其特征在于所述上浆剂层的结构通式为：



其中：m，n为正整数，且1≤m≤5000，1≤n≤5000，m∶n＝1∶99～99∶1；
R1为：-NH2、-COOH、-OH、-SH、中的任意一种；
R2，R3，R4相互独立地为-H、-CH3、-NH2、-OH、-COOH、-SH中的任意一种；
R5为：-H、-CH3；
L1为-NH-、-O-中的任意一种；
L2为中的任意一种；a和b为正整数，且0≤a≤12，0≤b≤3。


3.根据权利要求1所述的PBO纤维制品，其特征在于所述上浆剂在表面改性PBO纤维中的质量含量为0.001％～3％。


4.一种上述权利要求所述PBO纤维的表面改性的方法，它包括如下步骤：
提供PBO纤维本体；
提供一种用于形成上浆剂层的上浆剂聚合物；
在所述PBO纤维本体上涂布或浸渍所述上浆剂聚...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱波，范碧波，叶丽莎，何勇，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海;31