專利名稱：一種無損、環(huán)保、方便的芳綸材料表面改性方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及芳綸材料表面改性方法，具體涉及ー種無損傷、無污染、表面修飾層厚度可調(diào)的芳綸纖維及其粉末的表面修飾改性方法。
背景技術(shù)：
芳綸是一種高強(qiáng)度、高模量、低密度和耐磨性優(yōu)異的合成材料，包括長纖維、短纖維、粉末等。它的全稱是芳香族聚酰胺。1974年,美國貿(mào)易聯(lián)合會(U. S, Federal TradeCommission, FTC)將它們命名為“aramid fibers”,我國稱為芳絕。芳絕材料中酰胺鍵與苯環(huán)相連，獨(dú)特的化學(xué)結(jié)構(gòu)使其具有優(yōu)異的綜合性能，具有其他材料無可比擬的優(yōu)越性，無論在物理、化學(xué)還是在材料學(xué)領(lǐng)域都具有及其重要的發(fā)展前景。例如在建筑業(yè)可以作增強(qiáng)混凝土構(gòu)件、汽車業(yè)可替代石棉來制造剎車片、離合器、整流器等，以降低石棉對環(huán)境及人體健康的傷害。還可以用來制作防護(hù)服裝，如宇航服、消防服等；耐熱制品如芳綸增強(qiáng)的橡膠傳送?。灰约案咝阅艿睦K索等。芳香族聚酰胺分子鏈中的酰胺基團(tuán)與苯環(huán)形成大鍵共軛結(jié)構(gòu)，使分子鏈呈剛性，由于芳綸表面缺少活性化學(xué)基團(tuán)，導(dǎo)致芳綸材料在用于復(fù)合材料吋，由于表面的惰性導(dǎo)致與基體之間界面結(jié)合力較差，因此極大地制約了芳綸材料的應(yīng)用。為發(fā)揮芳綸優(yōu)異的增強(qiáng)性能，常常需要對芳綸纖維進(jìn)行表面修飾改性，進(jìn)而改善芳綸材料的表面粘結(jié)性能。目前主要的表面改性方法包括化學(xué)改性和物理改性。化學(xué)改性又包括共聚改性、表面刻蝕、表面接枝、氟改性處理、稀土改性處理等改性方法。物理改性方法是利用物理方法對芳綸纖維表面進(jìn)行改性。主要包括等離子表面改性、Y射線輻射方法、紫外線輻射改性、超聲浸潰技術(shù)等。這些改性方法都以犧牲芳綸纖維的力學(xué)強(qiáng)度為代價，破壞芳綸表面結(jié)構(gòu)、改性效果不好、操作步驟繁冗、能耗高、污染大以及儀器設(shè)備復(fù)雜等缺點(diǎn)。因此，急需開發(fā)一種經(jīng)濟(jì)、高效、無損傷的化學(xué)修飾方法，不僅增加芳綸纖維的表面活性，同時不會降低芳綸纖維基體的性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供ー種無損傷、無污染、表面修飾層厚度可調(diào)的芳綸纖維及其粉末的表面修飾改性方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的采用如下的技術(shù)方案一種芳綸材料表面改性方法，其特征是一種無損傷、無污染及表面修飾改性層厚度可調(diào)的改性方法，其方法步驟如下
1)、取PH=7.0-10. 8的Tris-HCl水溶液緩沖液置于燒瓶中，向其中加入芳綸材料，充分浸潰后，向燒瓶中加入鹽酸多巴胺改性劑，在敞開的環(huán)境中反應(yīng)，使改性劑發(fā)生自聚；
2)、將步驟I)反應(yīng)后的芳綸材料，用蒸餾水沖洗至清洗液為無色后，放入烘箱中在40° C下烘干，得到表面改性的芳綸材料；
3)、將改性后的芳綸材料繼續(xù)在鹽酸多巴胺溶液中浸潰和自聚合，蒸餾水沖洗，烘干，重復(fù)上述步驟，即得到表面修飾改性層厚度可調(diào)的改性芳綸材料。
上述芳綸材料為聚對苯ニ甲酰對苯ニ胺(PPTA)或聚間苯ニ甲酰間苯ニ胺(PMIA)，可以是長纖維、短切纖維或粉末；
上述緩沖溶液為PH=7. 0-10. 8的Tris-HCl水溶液，是三羥甲基氨基甲烷溶液與鹽酸混合溶液。上述表面改性劑為鹽酸多巴胺，多巴胺結(jié)構(gòu)為4-(2-こ氨基)苯-1，2- ニ酚，改性劑在緩沖液中的濃度為0. 05-2. 0 mg/ml。根據(jù)本發(fā)明的制備方法所得到的改性芳綸纖維表面形成富含鄰苯ニ酚基團(tuán)的聚多巴胺層，具有優(yōu)異的反應(yīng)活性，且厚度可調(diào)。


圖I為實(shí)施例2得到的改性芳綸長纖的TEM ；
圖2為實(shí)施例I得到的改性芳纖粉末的TEM。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I
芳纖粉末的改性
各組分的質(zhì)量百分含量量取200 ml TriS-HCl緩沖液(pH=9.0)置于500 ml的燒瓶中，向其中加入6.0 g芳綸纖維粉末，另外加入0.4 g鹽酸多巴胺粉末，打開磁力攪拌器，在空氣中反應(yīng)5 h。將反應(yīng)后的懸浮液裝入離心管，在TGL-16G高速離心機(jī)內(nèi)離心，取下層固體粉末，用蒸餾水沖洗，再次離心，如此反復(fù)離心蒸餾水沖洗，直至離心上清液為無色為止，最后得到的下層改性的芳纖粉末，放入烘箱中在40 ° C下烘干，即得到改性5h芳纖粉末。同樣的方法可以得到改性24h的芳纖粉末。得到的改性5h芳纖粉末的TEM圖片如圖2。實(shí)施例2 芳綸長纖維的改性
量取200 ml Tris-HCl緩沖液(pH=7. 4)置于500 ml燒杯中，并加入0.4 g鹽酸多巴胺粉末配制成溶液。將芳綸長纖維置于上述溶液中反應(yīng)3 min后，取出后空氣流下再反應(yīng)2 min。如此重復(fù)6次后將所得改性芳綸長纖維用蒸餾水洗滌干凈，放入烘箱在40 ° C干燥，即得到改性芳綸長纖維。產(chǎn)物的TEM圖片如圖I。實(shí)施例3芳綸短切纖維的改性
量取400 ml Tris-HCl緩沖液(pH=10. 8)置于圓底燒瓶中，向其中加入6.0 g芳綸短切纖維，另外加入0.8 g鹽酸多巴胺粉末，打開磁力攪拌器，反應(yīng)24 h。將改性后的芳綸短切纖維取出用蒸餾水清洗干凈并放入烘箱中在40 ° C下烘干，即得到改性芳綸短切纖維。
權(quán)利要求
1.一種芳綸材料表面改性方法，其特征是一種無損傷、無污染及表面修飾改性層厚度可調(diào)的改性方法，其方法步驟如下 1)、取PH=7.0-10. 8的TriS-HCl水溶液緩沖液置于燒瓶中，向其中加入芳綸材料，充分浸潰后，向燒瓶中加入鹽酸多巴胺改性劑，在敞開的環(huán)境中反應(yīng)，使改性劑發(fā)生自聚； 2)、將步驟I)反應(yīng)后的芳綸材料，用蒸餾水沖洗至清洗液為無色后，放入烘箱中在40° C下烘干，得到表面改性的芳綸材料； 3)、將改性后的芳綸材料繼續(xù)在鹽酸多巴胺溶液中浸潰和自聚合，蒸餾水沖洗，烘干，重復(fù)上述步驟，即得到表面修飾層厚度可調(diào)的改性芳綸材料。
2.如權(quán)利要求I所述的芳綸材料表面改性方法，其特征是，所述的芳綸材料為聚對苯二甲酰對苯二胺或聚間苯二甲酰間苯二胺長纖維、短切纖維或粉末。
3.如權(quán)利要求I所述的芳綸材料表面改性方法，其特征是，所述的鹽酸多巴胺改性劑在Tris-HCl水溶液緩沖液中的濃度為O. 05-2. O mg/ml。
全文摘要
一種無損、環(huán)保、方便的芳綸材料表面改性方法。取PH=7.0-10.8的Tris-HCl緩沖液置于燒瓶中，加入芳綸材料充分浸漬后，向燒瓶中加入鹽酸多巴胺改性劑，磁力攪拌下在敞開的環(huán)境中反應(yīng)，使改性劑發(fā)生自聚；將反應(yīng)后芳綸材料清洗、干燥后，得表面改性的芳綸材料。改性后的芳綸材料繼續(xù)在鹽酸多巴胺改性劑溶液中進(jìn)行浸漬和自聚合，即得表面活化、厚度可調(diào)的改性芳綸材料。所述芳綸材料為聚對苯二甲酰對苯二胺或聚間苯二甲酰間苯二胺長纖維、短切纖維或粉末。鹽酸多巴胺在緩沖液中的濃度為0.05-2.0mg/ml。本方法得到的改性芳綸纖維表面形成富含鄰苯二酚基團(tuán)的聚多巴胺層，具有優(yōu)異的反應(yīng)活性，且厚度可調(diào)。
文檔編號D06M15/61GK102758357SQ201210245728
公開日2012年10月31日 申請日期2012年7月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月17日
發(fā)明者萬杰, 司帥, 孟雅娟, 徐浩, 李琦, 熊傳溪, 董麗杰 申請人:武漢理工大學(xué)