CN101892582B - 一种用于芳纶的抗光老化整理液及其整理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于芳纶抗光老化的整理液及其整理方法，属于抗光老化处理领域。本发明运用溶胶-凝胶技术，以钛酸酯类化合物为前驱体，盐酸为催化剂，PEG为分散剂，制备抗光老化整理液；加热到一定温度后，在超声辅助下将芳纶纤维、纱线或织物浸入该整理液，使其表面形成均匀的抗光老化凝胶涂层。本发明利用PEG在溶液中能形成微胶团的能力，获得了尺寸大小、粒子形态可控的纳米微粒，并且利用升温超声法使凝胶涂层在芳纶表面的附着更加均匀、牢固，从而赋予芳纶纤维、纱线或者织物更优异持久的抗光老化性能。

Description

一种用于芳纶的抗光老化整理液及其整理方法
技术领域
本发明涉及一种用于芳纶的抗光老化整理液及其整理方法，具体地说涉及一种含PEG的TiO2抗光老化整理液及其对芳纶的抗光老化整理方法，属于抗光老化处理领域。
背景技术
芳纶是由美国杜邦公司最先开始研制的一种芳香族聚酰胺纤维，因具有超高强度、高模量和耐酸耐碱、耐高温、重量轻等优良性能，而被广泛应用于先进复合材料、防护材料、橡胶增强材料、缆绳和光缆、工业织物、建筑结构加固材料、摩擦材料和密封材料等领域。但由于结构中含有苯环共轭双键这种强的紫外吸收基团，导致芳纶在紫外线照射下易发生光老化降解，导致制品机械性能会逐渐下降，产生变脆、龟裂和发黄现象甚至完全损坏无法使用。
芳纶普遍采用后整理涂层工艺来达到抗光老化的目的，在现有众多工艺中，溶胶-凝胶法由于克服了传统涂层存在的透气性差、附着力差、手感发硬、表面不光洁、牢度差等缺陷，被公认为目前最有效的抗光老化后整理方法。高基伟等人(光催化型TiO2溶胶的制备和分析.电子元件与材料.2006，8，39)将钛酸丁酯、水、无水乙醇、盐酸按照1∶175∶7.5∶0.07的摩尔比制备了淡黄色半透明的TiO2溶胶；邢彦军等人(专利公开号：CN 1837455A)改进了溶胶制备工艺，未使用传统TiO2溶胶制备过程中使用的有机醇类，因此污染小、成本低。
现有的提高芳纶的抗老化性的溶胶-凝胶处理工艺存在两方面的缺陷。
第一，TiO2凝胶涂层对于紫外光的屏蔽主要是通过光散射的方式，而大量研究已证实直径在50nm左右的微粒对紫外光的散射能力最强。以往的TiO2抗光老化整理液由于缺少有效的活性剂和分散剂成分，在处理芳纶表面后，得到的涂层中的纳米微粒在高温干燥后往往会发生团聚，如图4所示，使得最终的直径分布大于几百纳米，从而影响了TiO2凝胶涂层的光散射能力。
第二，溶胶溶液在芳纶表面的涂覆过程，只是通过简单浸渍来实现，往往无法达到在芳纶表面均匀包裹的目的，如图5所示；且整理后的芳纶纤维的抗光老化性能较差，经过光老化加速试验结果表明整理后的芳纶纤维的抗光老化性能仅提高了65％左右。
因此，从上述两方面入手改进芳纶的溶胶-凝胶处理工艺对于进一步提高芳纶的抗光老化性能具有很强的现实意义。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术制备的芳纶抗光老化整理液易发生团聚，芳纶表面包裹不均匀等缺陷，而提供一种用于芳纶的抗光老化整理液及其整理方法。
本发明通过溶胶-凝胶法以钛酸酯偶联剂为前驱物，水为溶剂，盐酸为催化剂，PEG为分散剂，制备了稳定均一的TiO2溶胶整理液；加热到一定温度后，在超声辅助下将芳纶纤维、纱线或织物浸入该溶胶溶液中，从而实现在芳纶纤维、纱线或织物表面形成均匀的抗光老化凝胶涂层。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
本发明的一种用于芳纶的抗光老化整理液，其具体制备步骤如下：
1)将浓度为36％盐酸在搅拌条件下30～50分钟内滴加到去离子水中，搅拌混合均匀；
2)将第1)步得到的混合液升温到60～80℃后，加入钛酸酯偶联剂，搅拌反应2～4小时；
3)将第2)步搅拌反应后的混合液冷却至室温，滴加PEG，继续反应10～30分钟，得到目标产物。
所述的钛酸酯偶联剂为钛酸四乙酯、钛酸四异丙酯或钛酸四丁酯中的一种或一种以上；所述的PEG为分子量在200～3500的PEG中的一种或一种以上；所述的钛酸酯偶联剂、盐酸、去离子水的摩尔比为1∶0.5～0.8∶122～178；所述的PEG在整理液中的浓度为0.005～0.015kg/L。
本发明的抗光老化的整理液对芳纶的整理方法，具体步骤如下：在60～90℃，超声条件下，将芳纶纤维、芳纶纱线或芳纶织物浸泡在上述抗光老化整理液中，超声15～30分钟，取出晾干，于100～150℃干燥30分钟，抗光老化整理完成。
其中，芳纶纤维与上述抗光老化整理液的浴比为1∶20，芳纶纱线与上述抗光老化整理液的浴比为1∶40，芳纶织物与上述抗光老化整理液的浴比为1∶40。
有益效果
针对现有技术，本发明具有以下优点：
(1)本发明采用PEG作为分散剂在溶液中能够形成胶团，且直径分布在10-50nm，胶团尺寸大小限定了所生成产物的大小和形状，因此可以得到尺寸大小、粒子形态可控的纳米微粒，并且可阻止纳米粒子在高温固化过程中的团聚现象，保持粒子尺寸分布的稳定性。
(2)后整理工序中，本发明采用升温超声法提高了TiO2抗光老化整理液在芳纶表面的涂覆效果。一方面适度的升温能进一步增强钛酸酯偶联剂的“桥连”作用，使芳纶表面形成的三维凝胶体系更加牢固，增强涂层的耐久性；另一方面，超声作用能通过降低浸渍体系的粘度和表面张力，增加对芳纶的浸润性，并且利用超声空化作用产生的高压强迫浸渍液浸渍芳纶，可以大大改善二者的浸润性。
(3)抗紫外能力优异，与未经过该方法整理过的芳纶纤维、纱线或者织物相比，整理后的芳纶纤维、纱线或者织物的抗光老化性能提高了80％以上，远高于现有整理液的抗光老化性能。
附图说明：
图1为实施例1的抗光老化整理液经动态光反射粒径分析仪得到的粒径分布图；
图2为实施例1的抗光老化整理液在玻璃片上形成的涂层高温200℃干燥后的扫描电镜图；
图3为按照实施例1方式处理后的芳纶纤维的扫描电镜图；
图4为传统TiO2抗光老化整理液在玻璃片上形成的涂层高温200℃干燥后的扫描电镜照片；
图5为传统TiO2抗光老化整理液处理芳纶纤维后的扫描电镜图。
具体实施方式：
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
实施例1：
(1)制备抗光老化整理液
将0.15kg浓度为36％盐酸溶液在30分钟内滴加到6.5kg去离子水中，搅拌混合均匀并将体系升温到60℃后，加入1kg钛酸四丁酯，搅拌反应2小时后，将反应体系冷却至室温后滴加0.03kg的PEG，继续反应30分钟后即得到透明或半透明的TiO2水溶胶，即本发明的抗光老化整理液。经动态光反射粒径分析仪得到该整理液的粒径分布图，如图1所示，水溶胶中TiO2粒子的直径分布在50nm以下，且大部分处于20-40nm；该整理液在玻璃片上形成的涂层高温200℃干燥后的扫描电镜照片，如图2所示。由于PEG所形成的胶团尺寸较大，因此得到的纳米二氧化钛晶粒也较分散，形成了一种嵌入式的孤岛状结构，晶粒的直径为50nm左右。
(2)芳纶纤维的抗光老化整理
将上述含PEG的TiO2抗光老化整理液的容器预升温到60℃后，置于超声水浴中，通过调节水浴的温度保持整理液中的温度始终保持在60℃，将芳纶纤维在整理液中按照1∶20的浴比浸泡，超声30分钟后，取出晾干，于100℃干燥30分钟，抗光老化整理完成，处理后的芳纶纤维的扫描电镜图如图3所示，纤维表面被均匀地涂覆上TiO2凝胶。光老化加速试验结果表明整理后的芳纶纤维的抗光老化性能提高了82％。
实施例2：
(1)制备抗光老化整理液
将0.15kg36％盐酸溶液在30分钟内滴加到9kg去离子水中，搅拌混合均匀并将体系升温到70℃后，加入1kg钛酸四丁酯，搅拌反应2小时后，将反应体系冷却至室温后滴加0.1kg的PEG，继续反应30分钟后即得到透明或半透明的TiO2水溶胶，即本发明的抗光老化整理液。
(2)芳纶纱线的抗光老化整理
将含PEG的TiO2抗光老化整理液的容器预升温到60℃后，置于超声水浴中，通过调节水浴的温度保持整理液中的温度始终保持在60℃，将芳纶纱线在整理液中按照1∶40的浴比浸泡，超声30分钟后，取出晾干，于100℃干燥30分钟，抗光老化整理完成，抗光老化整理完成。光老化加速试验结果表明整理后的芳纶纤维的抗光老化性能提高了83％。
实施例3：
(1)制备抗光老化整理液
将0.15kg36％盐酸溶液在30分钟内滴加到9kg去离子水中，搅拌混合均匀并将体系升温到70℃后，加入1kg钛酸四丁酯，搅拌反应2小时后，将反应体系冷却至室温后滴加0.1kg的PEG，继续反应30分钟后即得到透明或半透明的TiO2水溶胶，即本发明的抗光老化整理液。
(2)芳纶织物的抗光老化整理
将含PEG的TiO2抗光老化整理液预的容器升温到80℃后，置于超声水浴中，通过调节水浴的温度保持整理液中的温度始终保持在80℃，将芳纶织物在整理液中按照1∶40的浴比浸泡，超声30分钟后，取出晾干，于150℃干燥30分钟，抗光老化整理完成。光老化加速试验结果表明整理后的芳纶纤维的抗光老化性能提高了81％。

Claims (2)

1.一种用于芳纶的抗光老化整理液，其特征在于具体制备步骤如下：
1)将浓度为36％盐酸在搅拌条件下30～50分钟内滴加到去离子水中，搅拌混合均匀；
2)将第1)步得到的混合液升温到60～80℃后，加入钛酸酯偶联剂，搅拌反应2～4小时；
3)将第2)步搅拌反应后的混合液冷却至室温，滴加PEG，继续反应10～30分钟，得到目标产物；
所述的钛酸酯偶联剂为钛酸四乙酯、钛酸四异丙酯或钛酸四丁酯中的一种或一种以上；所述的PEG为分子量在200～3500的PEG中的一种或一种以上；所述的钛酸酯偶联剂、盐酸、去离子水的摩尔比为1∶0.5～0.8∶122～178；所述的PEG在整理液中的浓度为0.005～0.015kg/L。
2.如权利要求1所述的抗光老化的整理液对芳纶的整理方法，其特征在于具体步骤如下：在60～90℃，超声条件下，将芳纶纤维、芳纶纱线或芳纶织物浸泡在上述抗光老化整理液中，超声15～30分钟，取出晾干，于100～150℃干燥30分钟，抗光老化整理完成；其中，芳纶纤维与上述抗光老化整理液的浴比为1∶20，芳纶纱线与上述抗光老化整理液的浴比为1∶40，芳纶织物与上述抗光老化整理液的浴比为1∶40。
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