一種pp纖維增強(qiáng)二氧化硅凝膠材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種PP纖維增強(qiáng)二氧化硅凝膠材料的制備方法，本發(fā)明制備的增強(qiáng)的纖維材料與氣凝膠基體材料的界面之間能夠形成化學(xué)共價(jià)鍵結(jié)合，相容性得到大大改善，增強(qiáng)效果顯著，比普通纖維增強(qiáng)的氣凝膠強(qiáng)度增加110—140％。本發(fā)明首先用APTES對(duì)纖維表面帶有丙烯酸官能團(tuán)的聚丙烯熔噴無(wú)紡布的纖維表面進(jìn)行酰胺化反應(yīng)，獲得纖維表面硅烷化的纖維無(wú)紡布作增強(qiáng)材料。然后浸漬在TEOS溶液中，通過(guò)共水解和共交聯(lián)凝膠反應(yīng)生成表面具有薄層SiO2凝膠無(wú)紡布。再經(jīng)過(guò)多次交叉浸漬的共水解和共交聯(lián)凝膠反應(yīng)，形成增強(qiáng)的SiO2濕凝膠材料。最后通過(guò)后處理程序得到PP纖維增強(qiáng)SiO2凝膠材料。
【專利說(shuō)明】
一種PP纖維增強(qiáng)二氧化硅凝膠材料的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種凝膠材料的制備方法，更具體地說(shuō)是一種PP纖維增強(qiáng)二氧化硅凝膠材料的制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]S12氣凝膠是一種含硅有機(jī)物通過(guò)化學(xué)交聯(lián)形成的具有豐富微孔的共價(jià)鍵網(wǎng)絡(luò)骨架材料，其內(nèi)部的微孔大多處于納米級(jí)別，所以體積密度比通用隔熱材料小數(shù)十倍，是目前世界上公認(rèn)的熱導(dǎo)率最低的材料。在能源日益緊缺、城鎮(zhèn)及工業(yè)園區(qū)熱污染問(wèn)題突出的今天，具有極高隔熱性的S12氣凝膠材料可以被利用來(lái)大幅度減少能源使用過(guò)程中的熱損耗和熱污染問(wèn)題，如:有望在建筑行業(yè)廣泛地作為新型隔熱材料，大幅提高墻體保溫性能，改善建筑物環(huán)境；作為空調(diào)冰箱等家電的隔熱層可大幅度降低它們的能耗；作熱工業(yè)園區(qū)熱量輸送過(guò)程中管道設(shè)備的保溫層，可大幅度減少能量損耗及其熱污染；Si02氣凝膠還可以作宇航服中的絕熱層，宇航員可耐受1800°c的高溫和零下130°C的低溫等等。
[0003]然而，對(duì)于一般的S12氣凝膠材料，正是由于孔隙率極高，使得其強(qiáng)度和韌性都極低，甚至不具備儲(chǔ)存和運(yùn)輸過(guò)程所需強(qiáng)度。因此需對(duì)S12氣凝膠材料進(jìn)行增強(qiáng)才能使用。以往曾有人使用無(wú)機(jī)物纖維及其微粒來(lái)增強(qiáng)，如添加短切莫來(lái)石纖維、玻璃纖維、石英粉等，所獲得的增強(qiáng)材料在抗壓性能上有一定提高，但抗彎性能卻不佳；也曾有人將有機(jī)纖維，如聚氨酯纖維、聚氯乙烯纖維、聚偏氟乙烯纖維等作S12氣凝膠的增強(qiáng)材料，但因這些纖維材料的表面與氣凝膠之間的界面相容性差，所以增強(qiáng)效果更差，因此需要開(kāi)發(fā)一種新的方法以解決上述技術(shù)中的不足。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題與不足，提供一種PP纖維增強(qiáng)二氧化硅凝膠材料的制備方法，該方法先使用一種表面帶有丙烯酸(簡(jiǎn)稱AA)官能團(tuán)的微米級(jí)直徑的聚丙烯(簡(jiǎn)稱PP)纖維材料，然后以這種纖維材料用特定的工藝對(duì)常壓制備的S12氣凝膠進(jìn)行增強(qiáng)，在纖維表面與S12氣凝膠基體材料的界面之間形成化學(xué)共價(jià)鍵，提高界面相容性，增強(qiáng)效果顯著，比普通纖維增強(qiáng)的氣凝膠強(qiáng)度增加110 —140%。
[0005]本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0006]本發(fā)明的PP纖維增強(qiáng)二氧化硅凝膠材料的制備方法，其包括以下步驟:
[0007]I)將熔噴工藝制作的纖維表面帶有AA官能團(tuán)的PP-g-AA熔噴無(wú)紡布進(jìn)行硅烷化得到纖維表面帶有APTES官能團(tuán)的PP-g-AA-APTES無(wú)紡布；
[0008]2)用正硅酸四乙酯(簡(jiǎn)稱TE0S)溶液浸潰步驟I)中得到的PP-g-AA-APTES無(wú)紡布后，制得表面具有TEOS浸液層的PP-g-AA-APTES無(wú)紡布；
[0009]3)用鹽酸做催化劑，使步驟2)中得到PP-g-AA-APTES無(wú)紡布纖維表面APTES官能團(tuán)分子結(jié)構(gòu)上的硅脂和纖維表面浸液層中TEOS分子結(jié)構(gòu)上的硅脂共水解；
[0010]4)再用氨水做催化劑，使步驟3)中得到PP-g-AA-APTES無(wú)紡布和其TEOS浸液層共水解的硅羥基共交聯(lián)凝膠反應(yīng)，得到纖維表面具有薄層S12凝膠的PP-g-AA-APTES無(wú)紡布；
[0011]5)讓S12氣凝膠在步驟4)中得到的纖維表面具有薄層S12凝膠的PP-g-AA-APTES無(wú)紡布表面不斷生長(zhǎng)成為PP-g-AA-APTES無(wú)紡布增強(qiáng)的S12濕凝膠材料；
[0012]6)將步驟5)得到的增強(qiáng)S12濕凝膠材料通過(guò)老化與穩(wěn)固化處理、溶劑置換、表面疏水性修飾及干燥后處理程序得到PP纖維增強(qiáng)二氧化硅凝膠材料。
[0013]本發(fā)明的制備方法，其進(jìn)一步的技術(shù)方案是步驟I)中所述的AA接枝率為8-10wt%，所述的纖維直徑為1-3微米，厚度為3-5毫米，密度為0.3290—0.3305g/m3。
[0014]本發(fā)明的制備方法，其進(jìn)一步的技術(shù)方案還可以是步驟I)中所述的硅烷化是使用3-氨丙基三乙氧基硅烷(簡(jiǎn)稱APTES)對(duì)纖維表面帶有AA官能團(tuán)的PP-g-AA熔噴無(wú)紡布進(jìn)行硅烷化；所述的硅烷化過(guò)程中使用的酰胺化試劑是用3-氨丙基三乙氧基硅烷、二環(huán)己基碳二亞胺(簡(jiǎn)稱DCC)與1-羥基苯并三唑(簡(jiǎn)稱HOBt)以物質(zhì)的量之比為0.5-3.0:1.0:0.5-3.0的比例溶解在溶劑中配成的。更進(jìn)一步的技術(shù)方案是所述的溶劑是N，N-二甲基甲酰胺(簡(jiǎn)稱DMF)、二甲基亞砜(簡(jiǎn)稱DMS0)、二甲基乙酰胺(簡(jiǎn)稱DMAC)中的一種或者幾種，且酰胺化試劑與溶劑的用量為:酰胺化試劑比例是以DCC為基準(zhǔn)0.03mol溶解在10mL溶劑中。更進(jìn)一步的技術(shù)方案還可以是所述的硅烷化時(shí)，當(dāng)硅烷化處理溶液表面氣泡消失時(shí)取出PP-g-AA無(wú)紡布，在30°C _90°C條件下反應(yīng)6-72小時(shí)，讓其纖維表面的AA羧基與APTES所帶的胺基充分進(jìn)行酰胺化反應(yīng)；然后用丙酮或者酒精中的一種或者兩種混合液洗滌6小時(shí)以上，經(jīng)70°C _80°C烘干，得到烘干的PP-g-AA-APTES無(wú)紡布。
[0015]本發(fā)明的制備方法，其進(jìn)一步的技術(shù)方案還可以是步驟2)中所述的正硅酸四乙酯溶液是用TE0S、乙醇和水按照摩爾比1:5-14:2配置。
[0016]本發(fā)明的制備方法，其進(jìn)一步的技術(shù)方案還可以是步驟3)中所述的硅脂共水解步驟為:
[0017]將纖維表面具有TEOS浸液層的PP-g-AA-APTES無(wú)紡布浸泡在pH3_4的鹽酸水溶液中，靜置水解1-48小時(shí)，使得PP-g-AA-APTES無(wú)紡布纖維表面APTES官能團(tuán)上的硅脂基團(tuán)和其浸潰液層中TEOS上的硅脂官能團(tuán)充分共水解反應(yīng)，生成硅羥基即-O-S1-OH，即得到TEOS浸液層和PP-g-AA-APTES共水解的無(wú)紡布。
[0018]本發(fā)明的制備方法，其進(jìn)一步的技術(shù)方案還可以是步驟4)中所述的共交聯(lián)凝膠反應(yīng)步驟為:
[0019]將TEOS浸液層和PP-g-AA-APTES共水解的無(wú)紡布緩慢浸潰在pH8_9的氨水(作為-O-S1-OH的凝膠交聯(lián)催化劑)中，靜置反應(yīng)6-48小時(shí)，得到纖維表面具有薄層S12凝膠的PP-g-AA-APTES無(wú)紡布。
[0020]本發(fā)明的制備方法，其進(jìn)一步的技術(shù)方案還可以是步驟5)中所述的增強(qiáng)的S12濕凝膠材料制備步驟為:將纖維表面具有薄層S12凝膠的PP-g-AA-APTES無(wú)紡布分別緩慢浸沒(méi)于經(jīng)鹽酸水解的pH3-4的TEOS溶液和pH8-9的氨水中1_6小時(shí),交叉浸沒(méi),重復(fù)多次，使得S12凝膠在纖維表面具有S12薄凝膠層的PP-g-AA-APTES無(wú)紡布上不斷生長(zhǎng)，直至達(dá)到規(guī)定厚度，得到PP-g-AA-APTES無(wú)紡布增強(qiáng)S12濕凝膠材料。
[0021]本發(fā)明的制備方法，其進(jìn)一步的技術(shù)方案還可以是所述的老化與穩(wěn)固化處理是將增強(qiáng)S12濕凝膠材料先后浸沒(méi)于老化液A和老化液B中，各24小時(shí)及以上，得到穩(wěn)固處理的無(wú)紡布增強(qiáng)S12濕凝膠材料，其中老化液A為水和乙醇以1:4的摩爾比配成的混合液，老化液B為T(mén)EOS和乙醇以1:4摩爾比配成的混合液；
[0022]所述的溶劑置換分為兩次，第一次溶劑置換是老化與穩(wěn)固處理過(guò)的無(wú)紡布增強(qiáng)S12濕凝膠材料浸沒(méi)在緩慢攪動(dòng)著的異丙醇中6小時(shí)及，以置換出S12濕凝膠材料中的乙醇；
[0023]所述的表面疏水性修飾是用三甲基氯硅烷(簡(jiǎn)稱TMCS)對(duì)經(jīng)第一次溶劑置換的無(wú)紡布增強(qiáng)S12濕凝膠材料的表面及其微孔表面進(jìn)行疏水性化學(xué)修飾，將無(wú)紡布增強(qiáng)S12濕凝膠材料浸沒(méi)在緩慢攪動(dòng)著的TMCS中48小時(shí)及以上，以使材料表面及其微孔表面的親水硅羥基與TMCS上的氯基團(tuán)反應(yīng)得到經(jīng)甲基硅烷修飾的無(wú)紡布增強(qiáng)S12濕凝膠材料；
[0024]然后進(jìn)行第二次溶劑置換，是將表面疏水性修飾的無(wú)紡布增強(qiáng)S12濕凝膠材料浸沒(méi)在緩慢攪動(dòng)著的正己烷中6小時(shí)及以上，以使材料中的殘留有機(jī)物置換出來(lái)；
[0025]所述的干燥是將經(jīng)正己烷置換的無(wú)紡布增強(qiáng)S12濕凝膠材料放入烘箱中進(jìn)行三級(jí)干燥，即在60°C，90°C，120°C下分別干燥8小時(shí)、4小時(shí)和2小時(shí)，得到PP纖維增強(qiáng)二氧化娃凝膠材料。
[0026]與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明具有以下有益效果:
[0027]I)、本發(fā)明用于增強(qiáng)S12氣凝膠材料的主要原料PP、AA和APTES，方便易得，價(jià)格便宜；
[0028]2)、本發(fā)明用制作過(guò)程均在常壓下操作，具有平穩(wěn)、安全及能耗小的優(yōu)點(diǎn)；
[0029]3)、本發(fā)明對(duì)S12氣凝膠材料增強(qiáng)增韌效果好，彎曲強(qiáng)度提高幅度大，克服了氣凝膠本身易碎，強(qiáng)度低的缺點(diǎn)，同時(shí)熱導(dǎo)率并未出現(xiàn)明顯下降；以往增強(qiáng)氣凝膠抗壓強(qiáng)度增強(qiáng)而彎曲強(qiáng)度較低(如，利用玻纖增強(qiáng)，其抗彎強(qiáng)度僅為2MPa而由本專利所述纖維增強(qiáng)的氣凝膠的彎曲性能可達(dá)到4MPa以上)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0030]圖1是3-氨丙基三乙氧基硅烷(簡(jiǎn)稱APTES)結(jié)構(gòu)圖
[0031]圖2是用APTES硅烷化的聚丙烯接枝丙烯酸纖維(簡(jiǎn)稱PP-g_AA_APTES)結(jié)構(gòu)示意圖
[0032]圖3是PP-g-AA-APTES纖維增強(qiáng)S12氣凝膠原理圖

【具體實(shí)施方式】
[0033]以下通過(guò)具體實(shí)施例說(shuō)明本發(fā)明，但本發(fā)明不僅僅限定于這些實(shí)施例，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
[0034]實(shí)施例1
[0035]使用熔噴紡絲機(jī)制成的厚度4毫米、纖維直徑1-3微米、密度0.3295g/cm3的PP-g-AA無(wú)紡布。將其充分浸潤(rùn)在APTES，DCC, HOBt以摩爾比為1:1:1.2的比例溶解于DMF配成的溶液中，60°C恒溫12小時(shí)，再用丙酮洗滌6小時(shí)，烘干之后獲得所需要的PP-g-AA-APTES 無(wú)紡布。
[0036]用正硅酸四乙酯(TEOS)溶液(TE0S、乙醇和水摩爾比1:14:1)浸潰上述烘干的PP-g-AA-APTES無(wú)紡布，約I小時(shí)，待浸潰液表面氣泡消失，取出纖維表面具有TEOS浸液層的 PP-g-AA-APTES 無(wú)紡布。
[0037]將纖維表面具有TEOS浸液層的PP-g-AA-APTES無(wú)紡布浸泡在ρΗ3.5左右的鹽酸水溶液中24小時(shí)，取出TEOS浸液層與PP-g-AA-APTES共水解的無(wú)紡布。
[0038]將上述無(wú)紡布緩慢浸潰在pH8.5左右的氨水中，交聯(lián)反應(yīng)24小時(shí)，得到纖維表面具有薄層S12凝膠的PP-g-AA-APTES無(wú)紡布。
[0039]將纖維表面具有薄層S12凝膠的PP-g-AA-APTES無(wú)紡布分別緩慢的浸沒(méi)于水解的TEOS溶液(鹽酸調(diào)pH3.5)和氨水溶液(pH8.5)中各2小時(shí)，交叉浸沒(méi)，重復(fù)多次，使得S12凝膠其上面不斷生長(zhǎng)，直至達(dá)到8mm左右，得到PP-g-AA-APTES無(wú)紡布增強(qiáng)S12濕凝膠材料。
[0040]將濕凝膠材料通過(guò)老化穩(wěn)固化處理、溶劑置換、表面疏水性修飾、干燥等后處理工序后獲得PP-g-AA-APTES纖維無(wú)紡布增強(qiáng)氣凝膠材料。經(jīng)過(guò)熱導(dǎo)率系數(shù)測(cè)定為:0.033W/(m.K)，抗彎強(qiáng)度為4.20MPa。
[0041]實(shí)施例2
[0042]用如實(shí)施例1所述的纖維表面帶有AA官能團(tuán)的熔噴PP-g-AA無(wú)紡布。將該無(wú)紡布充分浸潤(rùn)在APTES，DCC, HOBt以摩爾比為1.2:1:1.5的比例溶解于DMF配成的溶液中，60°C恒溫12小時(shí)，再用丙酮洗滌6小時(shí)，烘干之后獲得所需要的PP-g-AA-APTES無(wú)紡布。
[0043]用正硅酸四乙酯(TEOS)溶液(TE0S、乙醇和水摩爾比1:10:1)浸潰烘干的PP-g-AA-APTES無(wú)紡布，約I小時(shí)，待浸潰表面氣泡消失，取出表面具有TEOS浸液層的PP-g-AA-APTES 無(wú)紡布。
[0044]表面具有TEOS浸液層的PP-g-AA-APTES無(wú)紡布浸泡在pH3.5的鹽酸水溶液中，靜置水解24小時(shí)，取出TEOS浸液層與PP-g-AA-APTES共水解后的無(wú)紡布。
[0045]將上述無(wú)紡布緩慢浸潰在pH8.5左右的氨水中，交聯(lián)反應(yīng)24小時(shí)，得到纖維表面具有薄層S12凝膠的PP-g-AA-APTES無(wú)紡布。
[0046]將纖維表面具有薄層S12凝膠的PP-g-AA-APTES無(wú)紡布分別緩慢的浸沒(méi)于水解的TEOS溶液(鹽酸調(diào)pH3.5)和氨水溶液(pH8.5)中各2小時(shí)，交叉浸沒(méi)，重復(fù)多次，使得S12凝膠其上面不斷生長(zhǎng)，直至達(dá)到8mm左右，得到PP-g-AA-APTES無(wú)紡布增強(qiáng)S12濕凝膠材料。
[0047]將濕凝膠材料通過(guò)與實(shí)例1.相同的后處理工序后獲得PP-g-AA-APTES纖維無(wú)紡布增強(qiáng)氣凝膠材料。經(jīng)過(guò)熱導(dǎo)率系數(shù)測(cè)定為:0.034ff/(m.K)，抗彎強(qiáng)度為4.22MPa。
[0048]實(shí)施例3
[0049]用如實(shí)施例1所述的纖維表面帶有AA官能團(tuán)的熔噴PP-g-AA無(wú)紡布。將該無(wú)紡布充分浸潤(rùn)在APTES，DCC, HOBt以摩爾比為1.2:1:2的比例溶解于DMF配成的溶液中，60°C恒溫12小時(shí)，再用丙酮洗滌6小時(shí)，烘干之后獲得所需要的PP-g-AA-APTES無(wú)紡布。
[0050]用正硅酸四乙酯(TEOS)溶液(TE0S、乙醇和水摩爾比1:7:1)浸潰烘干的PP-g-AA-APTES無(wú)紡布，約I小時(shí)，待浸潰表面氣泡消失，取出表面具有TEOS浸液層的PP-g-AA-APTES 無(wú)紡布。
[0051]表面具有TEOS浸液層的PP-g-AA-APTES無(wú)紡布浸泡在pH3.5的鹽酸水溶液中，靜置水解24小時(shí)，取出TEOS浸液層與PP-g-AA-APTES共水解后的無(wú)紡布。
[0052]將上述無(wú)紡布緩慢浸潰在pH8.5左右的氨水中，交聯(lián)反應(yīng)24小時(shí)，得到纖維表面具有薄層S12凝膠的PP-g-AA-APTES無(wú)紡布。
[0053]將纖維表面具有薄層S12凝膠的PP-g-AA-APTES無(wú)紡布分別緩慢的浸沒(méi)于水解的TEOS溶液(鹽酸調(diào)pH3.5)和氨水溶液(pH8.5)中各2小時(shí)，交叉浸沒(méi)，重復(fù)多次，使得S12凝膠其上面不斷生長(zhǎng)，直至達(dá)到8mm左右，得到PP-g-AA-APTES無(wú)紡布增強(qiáng)S12濕凝膠材料。
[0054]將濕凝膠材料通過(guò)與實(shí)例1.相同的后處理工序后獲得PP-g-AA-APTES纖維無(wú)紡布增強(qiáng)氣凝膠材料。經(jīng)過(guò)熱導(dǎo)率系數(shù)測(cè)定為:0.030ff/(m.K)，抗彎強(qiáng)度為:4.82MPa。
[0055]對(duì)比例I
[0056]將厚度為4mm與實(shí)例1.等體積的的玻璃纖維布用正硅酸四乙酯(TEOS)溶液(TE0S、乙醇和水摩爾比1:7:1)浸潰約I小時(shí)，待浸潰表面氣泡消失，取出玻纖表面具有TEOS浸液層的玻璃纖維布。
[0057]將玻纖表面具有TEOS浸液層的玻璃纖維布浸泡在pH3.5左右的鹽酸水溶液中，24小時(shí)取出，再將其緩慢浸潰在PH8.5左右的氨水中，交聯(lián)反應(yīng)24小時(shí)，得到玻纖表面具有薄層S12凝膠的玻璃纖維布。
[0058]將玻纖表面具有薄層S12凝膠的玻璃纖維布分別緩慢的浸沒(méi)于水解的TEOS溶液(鹽酸調(diào)PH3.5)和氨水溶液(pH8.5)中各2小時(shí)，交叉浸沒(méi)，重復(fù)多次，使得S12凝膠其上面不斷生長(zhǎng)，直至達(dá)到8_左右，得到玻璃纖維布增強(qiáng)的S12濕凝膠材料。
[0059]將玻璃纖維布增強(qiáng)的S1jM凝膠材料通過(guò)與實(shí)例1.相同的后處理工序后，獲得PP-g-AA-APTES纖維無(wú)紡布增強(qiáng)氣凝膠材料。經(jīng)過(guò)熱導(dǎo)率系數(shù)測(cè)定為:0.0252W/ (m.K)，抗彎強(qiáng)度為1.70MPa。
[0060]對(duì)比例2
[0061]使用熔噴紡絲機(jī)制成的厚度4毫米、纖維直徑1-3微米、密度0.3295的PP無(wú)紡布。用正硅酸四乙酯(TEOS)溶液(TE0S、乙醇和水摩爾比1:7:1)浸潰上述PP無(wú)紡布，約I小時(shí)，待浸潰表面氣泡消失，取出纖維表面具有TEOS浸液層的PP無(wú)紡布。
[0062]將纖維表面具有TEOS浸液層的PP無(wú)紡布浸泡在pH3.5左右的鹽酸水溶液中，24小時(shí)取出，再將上述無(wú)紡布緩慢浸潰在pH = 3.5左右的氨水中，交聯(lián)反應(yīng)24小時(shí)，得到纖維表面具有薄層S12凝膠的PP無(wú)紡布。
[0063]將纖維表面具有薄層S12凝膠的PP無(wú)紡布分別緩慢的浸沒(méi)于水解的TEOS溶液(鹽酸調(diào)PH3.5)和氨水溶液(pH8.5)中各2小時(shí)，交叉浸沒(méi)，重復(fù)多次，使得S12凝膠其上面不斷生長(zhǎng)，直至達(dá)到8_左右，得到PP無(wú)紡布增強(qiáng)S12濕凝膠材料。
[0064]將PP無(wú)紡布增強(qiáng)SiC^M凝膠材料通過(guò)與實(shí)例1.相同的后處理工序后，獲得PP無(wú)紡布增強(qiáng)的氣凝膠材料。經(jīng)過(guò)熱導(dǎo)率系數(shù)測(cè)定為:0.0212ff/(m.K)，抗彎強(qiáng)度為1.1OMPa0
【權(quán)利要求】
1.一種PP纖維增強(qiáng)二氧化硅凝膠材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟: 1)將熔噴工藝制作的纖維表面帶有AA官能團(tuán)的PP-g-AA熔噴無(wú)紡布進(jìn)行硅烷化得到纖維表面帶有APTES官能團(tuán)的PP-g-AA-APTES無(wú)紡布； 2)用正硅酸四乙酯即TEOS溶液浸潰步驟I)中得到的PP-g-AA-APTES無(wú)紡布后，制得表面具有TEOS浸液層的PP-g-AA-APTES無(wú)紡布； 3)用鹽酸做催化劑，使步驟2)中得到PP-g-AA-APTES無(wú)紡布纖維表面APTES官能團(tuán)分子結(jié)構(gòu)上的硅脂和纖維表面浸液層中TEOS分子結(jié)構(gòu)上的硅脂共水解； 4)再用氨水做催化劑，使步驟3)中得到PP-g-AA-APTES無(wú)紡布和其TEOS浸液層共水解的硅羥基共交聯(lián)凝膠反應(yīng)，得到纖維表面具有薄層S12凝膠的PP-g-AA-APTES無(wú)紡布； 5)讓S12氣凝膠在步驟4)中得到的纖維表面具有薄層S12凝膠的PP-g-AA-APTES無(wú)紡布表面不斷生長(zhǎng)成為PP-g-AA-APTES無(wú)紡布增強(qiáng)的S12濕凝膠材料； 6)將步驟5)得到的增強(qiáng)S12濕凝膠材料通過(guò)老化與穩(wěn)固化處理、溶劑置換、表面疏水性修飾及干燥后處理程序得到PP纖維增強(qiáng)二氧化硅凝膠材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于步驟I)中所述的AA接枝率為8-10wt%，所述的纖維直徑為1-3微米，厚度為3-5毫米，密度為0.3290—0.3305g/m3。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于步驟I)中所述的硅烷化是使用3-氨丙基三乙氧基硅烷即APTES對(duì)纖維表面帶有AA官能團(tuán)的PP-g-AA熔噴無(wú)紡布進(jìn)行硅烷化；所述的硅烷化過(guò)程中使用的酰胺化試劑是用3-氨丙基三乙氧基硅烷、二環(huán)己基碳二亞胺與1-羥基苯并三唑以物質(zhì)的量之比為0.5-3.0:1.0:0.5-3.0的比例溶解在溶劑中配成的。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于所述的溶劑是N，N-二甲基甲酰胺、二甲基亞砜、二甲基乙酰胺中的一種或者幾種，且酰胺化試劑與溶劑的用量為:酰胺化試劑比例是以二環(huán)己基碳二亞胺為基準(zhǔn)0.03mol溶解在10mL溶劑中。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于所述的硅烷化時(shí)，當(dāng)硅烷化處理溶液表面氣泡消失時(shí)取出PP-g-AA無(wú)紡布，在30°C -90°C條件下反應(yīng)6_72小時(shí)，讓其纖維表面的AA羧基與APTES所帶的胺基充分進(jìn)行酰胺化反應(yīng)；然后用丙酮或者酒精中的一種或者兩種混合液洗滌6小時(shí)以上，經(jīng)70°C _80°C烘干，得到烘干的PP-g-AA-APTES無(wú)紡布。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于步驟2)中所述的正硅酸四乙酯溶液是用TE0S、乙醇和水按照摩爾比I:5-14:2配置。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于步驟3)中所述的硅脂共水解步驟為: 將纖維表面具有TEOS浸液層的PP-g-AA-APTES無(wú)紡布浸泡在pH3_4的鹽酸水溶液中，靜置水解1-48小時(shí)，使得PP-g-AA-APTES無(wú)紡布纖維表面APTES官能團(tuán)上的硅脂基團(tuán)和其浸潰液層中TEOS上的硅脂官能團(tuán)充分共水解反應(yīng)，生成硅羥基即-O-S1-OH，即得到TEOS浸液層和PP-g-AA-APTES共水解的無(wú)紡布。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于步驟4)中所述的共交聯(lián)凝膠反應(yīng)步驟為:將TEOS浸液層和PP-g-AA-APTES共水解的無(wú)紡布緩慢浸潰在pH8_9的氨水中，靜置反應(yīng)6-48小時(shí)，得到纖維表面具有薄層S12凝膠的PP-g-AA-APTES無(wú)紡布。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于步驟5)中所述的增強(qiáng)的S1JM凝膠材料制備步驟為:將纖維表面具有薄層S12凝膠的PP-g-AA-APTES無(wú)紡布分別緩慢浸沒(méi)于經(jīng)鹽酸水解的PH3-4的TEOS溶液和pH8-9的氨水中1_6小時(shí)，交叉浸沒(méi)，重復(fù)多次，使得S12凝膠在纖維表面具有S12薄凝膠層的PP-g-AA-APTES無(wú)紡布上不斷生長(zhǎng)，直至達(dá)到規(guī)定厚度，得到PP-g-AA-APTES無(wú)紡布增強(qiáng)S12濕凝膠材料。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述的老化與穩(wěn)固化處理是將增強(qiáng)S12濕凝膠材料先后浸沒(méi)于老化液A和老化液B中，各24小時(shí)及以上，得到穩(wěn)固處理的無(wú)紡布增強(qiáng)S12濕凝膠材料，其中老化液A為水和乙醇以1:4的摩爾比配成的混合液，老化液B為T(mén)EOS和乙醇以1:4摩爾比配成的混合液； 所述的溶劑置換分為兩次，第一次溶劑置換是老化與穩(wěn)固處理過(guò)的無(wú)紡布增強(qiáng)S12濕凝膠材料浸沒(méi)在緩慢攪動(dòng)著的異丙醇中6小時(shí)及，以置換出S12濕凝膠材料中的乙醇；所述的表面疏水性修飾是用三甲基氯硅烷對(duì)經(jīng)第一次溶劑置換的無(wú)紡布增強(qiáng)S12濕凝膠材料的表面及其微孔表面進(jìn)行疏水性化學(xué)修飾，將無(wú)紡布增強(qiáng)S12濕凝膠材料浸沒(méi)在緩慢攪動(dòng)著的TMCS中48小時(shí)及以上，以使材料表面及其微孔表面的親水硅羥基與TMCS上的氯基團(tuán)反應(yīng)得到經(jīng)甲基硅烷修飾的無(wú)紡布增強(qiáng)S12濕凝膠材料； 然后進(jìn)行第二次溶劑置換，是將表面疏水性修飾的無(wú)紡布增強(qiáng)S12濕凝膠材料浸沒(méi)在緩慢攪動(dòng)著的正己烷中6小時(shí)及以上，以使材料中的殘留有機(jī)物置換出來(lái)； 所述的干燥是將經(jīng)正己烷置換的無(wú)紡布增強(qiáng)S12濕凝膠材料放入烘箱中進(jìn)行三級(jí)干燥，即在60°C，90°C，120°C下分別干燥8小時(shí)、4小時(shí)和2小時(shí)，得到PP纖維增強(qiáng)二氧化硅凝膠材料。
【文檔編號(hào)】C04B30/02GK104446333SQ201410742063
【公開(kāi)日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年12月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月8日
【發(fā)明者】李夢(mèng)星, 魏無(wú)際, 周清 申請(qǐng)人:南京工業(yè)大學(xué)