一种同时提高芳纶耐紫外辐照和粘结性能的无损改性方法技术

本发明专利技术涉及一种同时提高芳纶耐紫外辐照和粘结性能的无损改性方法，包括：表面涂覆有聚多巴胺涂层的纤维制备；表面接枝硅烷偶联剂的芳纶纤维制备；表面生长有氧化锌纳米颗粒的芳纶纤维制备；表面生长有氧化锌纳米线的芳纶纤维制备。该方法对芳纶纤维本身的强度不会造成损伤，可以提高芳纶纤维的耐紫外辐照性能和粘结性能。粘结性能。粘结性能。

【技术实现步骤摘要】
一种同时提高芳纶耐紫外辐照和粘结性能的无损改性方法


[0001]本专利技术属于芳纶
，特别涉及一种同时提高芳纶耐紫外辐照和粘结性能的无损改性方法。

技术介绍

[0002]芳纶因其高强度、高模量、耐疲劳、尺寸稳定性好等优点被视为高性能复合材料的理想增强材料之一。但是，纤维表面光滑、缺少活性基团、与基体树脂粘结性差、耐紫外辐照性能差等缺点限制了其在先进复合材料领域的广泛应用。
[0003]为了弥补芳纶的缺点，更好地发挥其优异的性能，研究人员常通过物理和化学方法对芳纶进行改性，常用的方法有等离子体处理、高能射线辐照、酸碱刻蚀、化学接枝等。虽然处理后的纤维表面活性和粗糙度、与树脂间的界面粘结性得到了一定程度的提高，但是这些方法大多以牺牲芳纶纤维本身的力学性能为代价，难以兼顾纤维的力学性能和表面活性且对改善纤维耐紫外辐照性能效果甚微。因此，发展一种在不降低芳纶力学性能的前提下同时提高纤维耐紫外辐照性能以及粘结性能的无损改性方法显得尤为重要。
[0004]贻贝分泌的粘液蛋白具有极其优异的粘附性，能够非常牢固地粘附在石壁与航船上，并且能够承受海水强烈的冲击。受到贻贝强粘附性的启发，科研工作者开发了多种高性能仿生粘附涂层，聚多巴胺(PDA)就是其中一种。多巴胺分子结构中含有儿茶酚结构和伯胺基团，在弱碱性环境中可以发生氧化自聚合反应，并在不同的载体表面形成聚多巴胺涂层。聚多巴胺涂层与贻贝分泌的粘液蛋白的粘附特性类似，具有极强的粘附性。此外，多巴胺氧化自聚过程简单易操作，并且具有很强的普适性，被广泛用于各种材料的表面改性。最重要的是，这种牢固的聚合物涂层表面含有丰富的活性基团，具有极强的二次修饰能力，继而在纤维表面进一步引入具有特殊形貌、带有特定功能性的纳米材料，实现增大纤维表面粗糙度、改善纤维功能性的目的。
[0005]常见的纳米涂层材料有：二氧化钛纳米颗粒、氧化锌纳米颗粒、氧化锌纳米线、碳纳米管等。其中，氧化锌(ZnO)是一种常见的防紫外添加剂，可以有效吸收和散射紫外光，具有抗紫外辐照的功能。此外，ZnO有微
‑
纳尺度形貌，可以通过控制反应条件，在纤维表面生长氧化锌纳米颗粒(Zinc oxide nanoparticles,ZnO NP)和氧化锌纳米线(Zinc oxide nanowires,ZnO NW)等结构，改变纤维表面形貌和粗糙度。基于其优异的紫外屏蔽功能和表面修饰能力，ZnO常被用于芳纶的表面改性研究中。中国专利CN202010052936公布了一种纳米氧化锌改性芳纶的制备方法，首先将芳纶纤维用高锰酸钾进行改性处理，再用氨基官能团硅烷偶联剂KH550分别将芳纶纤维和纳米氧化锌进行氨基化处理，然后再将两者放在醛类化合物溶液中进行反应，制得纳米氧化锌改性芳纶纤维，从而赋予芳纶良好的抗紫外性能、耐水性性能和抗菌性能。在该专利中用高锰酸钾处理芳纶纤维的目的是提高芳纶纤维的反应性，但高锰酸钾是一种强氧化剂，用其处理芳纶纤维后，纤维会发生较严重的刻蚀，粗糙度增加，表面的沟槽加深，而且刻蚀易向纵深发展，从而使芳纶纤维的强度产生较大的损失。

技术实现思路

[0006]本专利技术所要解决的技术问题是提供一种同时提高芳纶耐紫外辐照和粘结性能的无损改性方法，以克服现有技术中芳纶改性方法降低力学性能且改性效果有限等缺陷。
[0007]本专利技术提供一种同时提高芳纶耐紫外辐照和粘结性能的无损改性方法，包括：
[0008](1)将芳纶纤维浸没在多巴胺盐酸盐水溶液中，搅拌反应，冲洗，干燥，得到表面涂覆有聚多巴胺涂层的纤维；
[0009](2)将步骤(1)中表面涂覆有聚多巴胺涂层的纤维加入到硅烷偶联剂水溶液中反应，冲洗，干燥，得到表面接枝硅烷偶联剂的芳纶纤维，其表面携带硅羟基的官能基团；
[0010](3)将步骤(2)中表面接枝硅烷偶联剂的芳纶纤维浸没在氧化锌晶种液中，取出干燥，重复浸没
‑
干燥，使芳纶表面的硅羟基(Si
‑
OH)与ZnO纳米颗粒(ZnO NP)表面的
‑
OH反应，通过共价接枝的方法将ZnO NP连接到芳纶纤维表面，得到表面生长有氧化锌纳米颗粒的芳纶纤维；
[0011](4)将步骤(3)中表面生长有氧化锌纳米颗粒的芳纶纤维浸没在氧化锌生长液中反应，取出后洗涤，干燥，得到表面生长有氧化锌纳米线的芳纶纤维。
[0012]优选地，所述步骤(1)中芳纶纤维为：除去上浆剂的芳纶纤维。
[0013]优选地，所述芳纶纤维除去上浆剂的方法包括：将芳纶纤维浸没在丙酮溶液中回流抽提24～48h，然后将除浆后的纤维取出，真空干燥。
[0014]优选地，所述真空干燥温度为120～150℃，真空干燥时间为4～8h。
[0015]优选地，所述步骤(1)中芳纶纤维包括对位芳纶或间位芳纶，所述对位芳纶包括含芳杂环的对位芳纶。
[0016]优选地，所述步骤(1)中多巴胺盐酸盐水溶液的浓度为1.5～2.0g/L，pH值为8.0～8.5。
[0017]优选地，所述步骤(1)中搅拌反应温度为室温，搅拌反应时间为1～24h。
[0018]优选地，所述步骤(1)和(2)中冲洗是采用去离子水冲洗3～5次。步骤(1)中冲洗是为了除去吸附在纤维表面的杂质。步骤(2)中冲洗除去表面未反应的硅烷偶联剂。
[0019]优选地，所述步骤(1)和(2)中干燥是在120～150℃真空干燥4～8h。
[0020]优选地，所述步骤(2)中硅烷偶联剂包括γ
‑
缩水甘油醚丙基三甲氧基硅烷KH560、γ
‑
巯基丙基三乙氧基硅烷KH580、γ
‑
巯基丙基三甲氧基硅烷KH590中的一种或几种。
[0021]优选地，所述步骤(2)中硅烷偶联剂水溶液浓度为1％
‑
5％，pH为4～5。
[0022]优选地，所述步骤(2)中反应温度为50～70℃，反应时间为4～6h。
[0023]优选地，所述步骤(3)中氧化锌晶种液是将氢氧化钠溶液加入到锌盐溶液中反应得到。
[0024]优选地，所述锌盐为二水合醋酸锌；氢氧化钠溶液和锌盐溶液溶剂为无水乙醇。
[0025]优选地，所述氢氧化钠溶液中氢氧化钠质量百分比为0.05
‑
0.2％；锌盐溶液中锌盐质量百分比为0.1
‑
0.5％。
[0026]优选地，所述氢氧化钠溶液和锌盐溶液体积比为0.9
‑
1.1:0.9
‑
1.1。
[0027]优选地，所述反应温度为50
‑
65℃，反应时间为30
‑
120min。
[0028]优选地，所述步骤(3)中浸没时间为20min～40min；重复浸没
‑
干燥的次数为2～6次。
[0029]优选地，所述步骤(3)中干燥为：100～160℃下真空干燥10～30min。
[0030]优选地，所述步骤(4本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种同时提高芳纶耐紫外辐照和粘结性能的无损改性方法，包括：(1)将芳纶纤维浸没在多巴胺盐酸盐水溶液中，搅拌反应，冲洗，干燥，得到表面涂覆有聚多巴胺涂层的纤维；(2)将步骤(1)中表面涂覆有聚多巴胺涂层的纤维加入到硅烷偶联剂水溶液中反应，冲洗，干燥，得到表面接枝硅烷偶联剂的芳纶纤维；(3)将步骤(2)中表面接枝硅烷偶联剂的芳纶纤维浸没在氧化锌晶种液中，取出干燥，重复浸没
‑
干燥，得到表面生长有氧化锌纳米颗粒的芳纶纤维；(4)将步骤(3)中表面生长有氧化锌纳米颗粒的芳纶纤维浸没在氧化锌生长液中反应，取出后洗涤，干燥，得到表面生长有氧化锌纳米线的芳纶纤维。2.根据权利要求1所述的改性方法，其特征在于，所述步骤(1)中芳纶纤维为：除去上浆剂的芳纶纤维；所述芳纶纤维除去上浆剂的方法包括：将芳纶纤维浸没在丙酮溶液中回流抽提24～48h，然后将除浆后的纤维取出，真空干燥。3.根据权利要求1所述的改性方法，其特征在于，所述步骤(1)中芳纶纤维包括对位芳纶或间位芳纶，所述对位芳纶包括含芳杂环的对位芳纶；多巴胺盐酸盐水溶液的浓度为1.5～2.0g/L，pH值为8.0～8.5。4.根据权利要求1所述的改性方法，其特征在于，所述步骤(1)中搅拌反应温度为室温，搅...

【专利技术属性】
技术研发人员：滕翠青，马立翔，张晶威，董杰，赵昕，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：