[发明专利]一种绿色环保防爆用改性超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法

说明书

本发明公开了一种绿色环保防爆用改性超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：(1)将超高分子量聚乙烯纤维浸泡于无水乙醇中超声清洗，取出烘干；之后浸于单宁酸缓冲液中，25℃下放置在摇床中反应2～10h；最后清洗、烘干后制得预处理的超高分子量聚乙烯纤维；(2)在含有二水合乙酸锌和表面活性剂的去离子水溶液中，加入1mol/L NaOH调节pH至9～13，之后加入步骤(1)所得预处理的超高分子量聚乙烯纤维，80℃下，超声1h；之后烘干制得所述防爆用改性超高分子量聚乙烯纤维。本发明反应条件温和，原料廉价易得、绿色环保可持续。

技术领域

本发明涉及超高分子量聚乙烯纤维表面改性技术领域，尤其是涉及一种绿色环保防爆用改性超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法。

背景技术

防爆材料是用于抵抗楼房拆除爆破所形成的冲击波和飞散物等所造成的危害。理想的防爆材料应具备一定的强度，能够抵抗飞散物点冲击作用。同时具有抗压、抗拉能力，能够抵御爆炸冲击波作用于材料产生的压缩力，及反射拉伸波造成材料的分层现象。

超高分子量聚乙烯纤维的密度在0.98g/cm³左右，具有优良的耐冲击性，能够满足防爆材料轻量化的要求，同时抵抗爆炸产生的飞散物点冲击作用。但是超高分子量聚乙烯纤维表面呈惰性，界面粘结力较低。可以通过表面改性提高超高分子量聚乙烯纤维复合材料的强度和韧性，改善超高分子量聚乙烯纤维用做防爆材料受冲击后可能出现的分层现象。

对超高分子量聚乙烯进行表面改性的方法很多，包括：超声液相氧化法(CN104278510A、CN104278511A)、辐射接枝(CN102400375A、CN101831802A)、等离子体处理(CN114059347A、CN105544180A)和聚合物涂层法(CN105862422A、CN108395675A)。

上述改性方法虽然在一定程度上改善了纤维与基体的结合力，但是大多都会受到纤维机械性能损伤、高成本仪器和特定反应条件等的限制。如超声液态氧化法的特点是简单易行、研究广泛，但是该方法会损伤纤维自身强度且会对环境造成污染。等离子体处理法对设备要求高，需要较高的真空度，而且处理效果不持久、不均匀。辐射接枝法实验中影响因素较多难以控制，而且会损伤纤维力学性能。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种绿色环保防爆用改性超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法。本发明是一种绿色环保的有机-无机复合涂层表面改性方法，采用单宁酸-氧化锌复合涂层改性UHMWPE纤维，同时提高UHMWPE纤维复合材料的强度和韧性，并且反应条件温和，原料廉价易得、绿色环保可持续。

本发明的技术方案如下：

一种绿色环保防爆用改性超高分子量聚乙烯纤维的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

(1)将超高分子量聚乙烯纤维浸泡于无水乙醇中超声清洗，取出烘干；之后浸于单宁酸缓冲液中，25℃下放置在摇床中反应2～10h；最后清洗、烘干后制得预处理的超高分子量聚乙烯纤维；

(2)在含有二水合乙酸锌和表面活性剂的去离子水溶液中，加入1mol/LNaOH调节pH至9～13，之后加入步骤(1)所得预处理的超高分子量聚乙烯纤维，80℃下，超声1h；之后烘干制得所述防爆用改性超高分子量聚乙烯纤维。

步骤(1)中，所述单宁酸缓冲液为含有单宁酸、氯化钠的三羟甲基氨基甲烷缓冲液，缓冲液pH为7～9。缓冲液中单宁酸与氯化钠的质量浓度比为1:3～1:30。

步骤(1)中，所述超高分子量聚乙烯纤维与无水乙醇的质量比为1:20～1:50。

步骤(1)中，所述摇床的震荡速率为60～120r/min。

步骤(2)中，含有二水合乙酸锌和表面活性剂的去离子水溶液中二水合乙酸锌与表面活性剂的摩尔浓度比为35:1～200:1。