[发明专利]一种超声辅助磷酸对对位芳纶纤维的亲水改性方法

说明书

本发明公开了一种超声辅助磷酸对对位芳纶纤维的亲水改性方法，采用十二烷基苯磺酸钠溶液对对位芳纶纤维进行清洗预处理；再利用超声波辅助磷酸溶液刻蚀预处理后的对位芳纶纤维表面，得到改性对位芳纶纤维记为PPTA‑p。改性得到的PPTA‑p纤维表面出现凹槽刻痕以及分丝现象，同时纤维表面变得粗糙、接触面积变大，润湿性增强，沉降体积增大。该改性方法既保留了对位芳纶纤维原有的热稳定性和结晶结构，又改善了对位芳纶纤维表面光滑、浸润性及分散性差的缺陷。

技术领域

本发明涉及化学合成纤维改性技术领域，具体涉及一种超声辅助磷酸对对位芳纶纤维的亲水改性方法。

背景技术

芳纶纤维是人工合成芳香族聚酰胺纤维的一种，美国联邦贸易委员会将其定义为至少有85％的酰胺键直接与两个苯环相连的长链聚酰胺。根据化学结构的不同，芳纶纤维主要分为间位芳纶纤维(简称MPIA)和对位芳纶纤维(简称PPTA)。

对位芳纶纤维(简称PPTA)作为化学合成纤维，比强度可媲美钢筋，且具有高强、高模、耐高温、耐腐蚀、密度低质轻、耐冲击、介电性好绝缘等特性，可作为增强填充材料应用于防弹头盔、消防员防护服等防护材料，航空航天等质轻结构材料，雷达面罩、印刷电路基板等高性能电子材料，以及轮胎、刹车片等绝缘耐高温材料，成为应用广泛的高性能合成纤维。但对位芳纶纤维具有典型的“皮-芯结构”，分子链段排列高度规整、取向性高结晶度高，大共轭苯环结构的存在使得酰胺基团很难与其他基团发生反应，使得对位芳纶纤维表面光滑、活性极性基团少、界面结合力低、浸润性差难分散，限制了对位芳纶复合材料的性能与应用。

为了改善对位芳纶纤维表面活性低、浸润性差分散性差等问题，需要对其进行表面改性，现在常用的改性方法主要有等离子体处理、超声波处理、化学接枝法、化学刻蚀法以及表面涂层法等，这些方法大多存在对仪器设备要求高、反应时间长、改变纤维存在形态、降低纤维力学强度等问题；申请号201510365730.6的发明专利公开了一种采用超声波辅助酰氯类活性反应试剂改性芳纶纤维，通过在纤维表面接枝引入极性基团改善芳纶纤维化学惰性、低界面结合力的方法，但该方法在配置表面改性处理剂时需要用到无水强极性有机溶剂，这些有机溶剂大多低毒、有刺激性气味刺激眼睛、呼吸道等，同时在超声波催化反应过程中需要通入惰性气体；且具有反应工序繁琐、有机溶剂难处理、有毒等技术缺陷。

因此，如何提供一种操作简便、实用性强且采用超声辅助磷酸对对位芳纶纤维的亲水改性方法是本领域技术人员亟待解决的技术难题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是针对现有技术中存在的问题，提供一种对位芳纶纤维的亲水改性方法，通过采用超声波辅助磷酸溶液进行刻蚀处理，得到的PPTA-p纤维表面出现凹槽刻痕以及分丝现象，同时纤维表面变得粗糙、接触面积变大，浸润性增强，沉降体积增大，以最终解决对位芳纶纤维浸润性差、难分散、与基体材料界面结合力低的问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种超声辅助磷酸对对位芳纶纤维的亲水改性方法，包括对位芳纶纤维的清洗预处理和超声辅助磷酸溶液刻蚀对位芳纶纤维步骤；所述改性方法具体包括以下步骤：

步骤1：将对位芳纶纤维放入40-70℃的十二烷基苯磺酸钠溶液中进行搅拌清洗30-60min，然后用蒸馏水冲洗干净，干燥备用；

步骤2：将步骤1得到的对位芳纶纤维置于一定浓度的磷酸溶液中超声处理一定时间后，用蒸馏水清洗至中性、干燥，得到磷酸改性的对位芳纶纤维PPTA-p。

优选的，所述对位芳纶纤维的平均长度为2～5mm，纤维直径为20～30μm。

优选的，所述步骤2中，磷酸溶液的质量浓度为10～30％，对位芳纶纤维在磷酸溶液中的质量占比为0.2～0.6％。

进一步优选的，超声处理时的功率为400～600W，超声处理的工作时间为2～10min。