[发明专利]一种强耐酸的改性芳纶纤维及其制备方法

说明书

本发明提供了一种强耐酸的改性芳纶纤维及其制备方法，改性芳纶纤维采用偶联剂对芳纶进行改性制得；所述偶联剂选自硅烷偶联剂Si‑69、Si‑75、KH‑550和多巴胺中的一种或多种；所述芳纶选自芳纶长丝、芳纶短纤、芳纶浆粕和芳纶纳米纤维中的一种或多种。本发明采用特定种类的偶联剂制得强耐酸性的芳纶纤维，提高芳纶纤维在极端酸性环境下的使用寿命。实验结果表明：Si‑69及其结构相似产品单独改性的PPTA以团聚的形态浮于浓硫酸上层，即使保存15天后，Si‑69单独改性的PPTA仍未发生溶解；DA/Si‑69并用改性的PPTA在浓硫酸溶液中未发生溶解，且随着时间的延长，其团聚形态未改变。

技术领域

本发明属于芳纶纤维技术领域，尤其涉及一种强耐酸的改性芳纶纤维及其制备方法。

背景技术

芳香族聚酰胺纤维，简称为“芳纶”，是一种耐高温的高强高模特种纤维。美国联邦贸易委员会将其定义为至少存在85％的酰胺键(-CONH-)与另个苯环直接相连而成的聚酰胺。芳纶纤维同时兼具有机纤维的加工性能和无机纤维的力学性能，其强度是聚酯纤维的2～3倍、玻璃纤维的3～4倍及钢丝的5～6倍，韧性是钢丝的2倍，模量远高于玻璃纤维和钢丝，而且其密度约为钢丝的1/5，与聚酯纤维相近；同时，芳纶纤维还具备优异的耐高温和耐酸性性、耐化学药品性、耐疲劳性、耐腐蚀性以及高度的耐磨性和橡胶粘合性能。它特殊的化学组分和独特的性能使其与普通商业化人造纤维存在很大的差异。随着高科技的快速发展和生产技术的日益成熟，芳纶纤维及其衍生物的产品得到了广泛应用，比如安全防护、橡胶工业、航空航天、汽车工业、体育休闲用品等领域。

目前，我国芳纶产业已经取得了较大的进步，但是同国际上的一流企业仍然存在一定的距离，芳纶纤维的质量和产能均有待改进。我国芳纶产品的应用市场主要集中在较低端的地位，究其原因，主要是缺乏合适的功能化改性方法。对于不同的应用领域，通常需要采用不同的方法对芳纶纤维进行功能化改性。目前，较多的研究已经围绕着提高芳纶纤维表面活性的目的开展，主要分为化学改性和物理改性。其中，化学改性包括在纤维表面引入活性或者极性官能团，以及将纤维表面进行化学刻蚀以增强纤维的粗糙度；物理改性则是通过等离子体处理和纤维表面涂层处理等方法对纤维表面的物理状态和化学状态进行改善。例如，Yang等人通过把芳纶纤维溶解于氢氧化钾(KOH)和二甲基亚砜(DMSO)混合溶剂中以得到纳米芳纶纤维，然后再通过真空辅助絮凝制备纳米芳纶纤维增强聚乳酸薄膜纳米复合材料。该纳米复合材料具有高透明性、高强度和高柔性的优点。同时，纳米纤维和聚丙烯酸之间会形成多重氢键，进而极大地提高了复合材料的机械性能和力学强度(Yang M,CaoK,Yeom B,et al.Aramid nanofiber-reinforced transparent nanocomposites[J].Journal of Composite Materials,2015,49(15):1873-1879.)。Wang等人通过低温水热法在芳纶纤维表面生长二氧化钛纳米粒子，该方法可有效增强界面强度和提高耐紫外性。而且，他们还发现加入聚乙二醇能够调控二氧化钛纳米粒子的尺寸(Wang B,Duan Y G,Zhang J J.Titanium dioxide nanoparticles-coated aramid fiber showing enhancedinterfacial strength and UV resistance properties[J].Materials&Design,2016,103:330-338.)。

如前所述，芳纶纤维在多种溶剂中都有优异的化学稳定性和耐酸碱性，然而，就某些强水溶性酸、碱以及次氯酸钠而言，芳纶纤维仍然容易发生降解。即使对于近乎完美取向的对位芳纶，也会溶解于浓硫酸、HF和甲磺酸等强酸溶剂中。因此，目前存在的芳纶纤维难以用于强酸、强碱或非常严苛的环境下，如酸性尾气过滤器，深海海缆等。因此，为了提高芳纶纤维在极端酸性环境下的使用寿命，如何采取简单有效的功能化改性方法提高芳纶纤维的强耐酸性是亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种强耐酸的改性芳纶纤维及其制备方法，该改性芳纶纤维具有强耐酸性。