CN102758357B - 一种无损、环保、方便的芳纶材料表面改性方法 - Google Patents
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Abstract
一种无损、环保、方便的芳纶材料表面改性方法。取PH=7.0-10.8的Tris-HCl缓冲液置于烧瓶中，加入芳纶材料充分浸渍后，向烧瓶中加入盐酸多巴胺改性剂，磁力搅拌下在敞开的环境中反应，使改性剂发生自聚；将反应后芳纶材料清洗、干燥后，得表面改性的芳纶材料。改性后的芳纶材料继续在盐酸多巴胺改性剂溶液中进行浸渍和自聚合，即得表面活化、厚度可调的改性芳纶材料。所述芳纶材料为聚对苯二甲酰对苯二胺或聚间苯二甲酰间苯二胺长纤维、短切纤维或粉末。盐酸多巴胺在缓冲液中的浓度为0.05-2.0mg/ml。本方法得到的改性芳纶纤维表面形成富含邻苯二酚基团的聚多巴胺层，具有优异的反应活性，且厚度可调。
Description
技术领域
本发明涉及芳纶材料表面改性方法，具体涉及一种无损伤、无污染、表面修饰层厚度可调的芳纶纤维及其粉末的表面修饰改性方法。
背景技术
芳纶是一种高强度、高模量、低密度和耐磨性优异的合成材料，包括长纤维、短纤维、粉末等。它的全称是芳香族聚酰胺。1974年，美国贸易联合会( U.S，Federal Trade Commission，FTC)将它们命名为“aramid fibers”，我国称为芳纶。芳纶材料中酰胺键与苯环相连，独特的化学结构使其具有优异的综合性能，具有其他材料无可比拟的优越性，无论在物理、化学还是在材料学领域都具有及其重要的发展前景。例如：在建筑业可以作增强混凝土构件、汽车业可替代石棉来制造刹车片、离合器、整流器等，以降低石棉对环境及人体健康的伤害。还可以用来制作防护服装，如宇航服、消防服等；耐热制品如芳纶增强的橡胶传送带；以及高性能的绳索等。
芳香族聚酰胺分子链中的酰胺基团与苯环形成大π键共轭结构，使分子链呈刚性，由于芳纶表面缺少活性化学基团，导致芳纶材料在用于复合材料时，由于表面的惰性导致与基体之间界面结合力较差，因此极大地制约了芳纶材料的应用。为发挥芳纶优异的增强性能，常常需要对芳纶纤维进行表面修饰改性，进而改善芳纶材料的表面粘结性能。目前主要的表面改性方法包括化学改性和物理改性。化学改性又包括共聚改性、表面刻蚀、表面接枝、氟改性处理、稀土改性处理等改性方法。物理改性方法是利用物理方法对芳纶纤维表面进行改性。主要包括等离子表面改性、γ射线辐射方法、紫外线辐射改性、超声浸渍技术等。这些改性方法都以牺牲芳纶纤维的力学强度为代价，破坏芳纶表面结构、改性效果不好、操作步骤繁冗、能耗高、污染大以及仪器设备复杂等缺点。因此，急需开发一种经济、高效、无损伤的化学修饰方法，不仅增加芳纶纤维的表面活性，同时不会降低芳纶纤维基体的性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无损伤、无污染、表面修饰层厚度可调的芳纶纤维及其粉末的表面修饰改性方法。
为实现上述目的采用如下的技术方案：一种芳纶材料表面改性方法，其特征是一种无损伤、无污染及表面修饰改性层厚度可调的改性方法，其方法步骤如下：
1）、取PH=7.0-10.8的Tris-HCl水溶液缓冲液置于烧瓶中，向其中加入芳纶材料，充分浸渍后，向烧瓶中加入盐酸多巴胺改性剂，在敞开的环境中反应，使改性剂发生自聚；
2）、将步骤1）反应后的芳纶材料，用蒸馏水冲洗至清洗液为无色后，放入烘箱中在40 °C下烘干，得到表面改性的芳纶材料；
3）、将改性后的芳纶材料继续在盐酸多巴胺溶液中浸渍和自聚合，蒸馏水冲洗，烘干，重复上述步骤，即得到表面修饰改性层厚度可调的改性芳纶材料。
上述芳纶材料为聚对苯二甲酰对苯二胺（PPTA）或聚间苯二甲酰间苯二胺（PMIA），可以是长纤维、短切纤维或粉末；
上述缓冲溶液为PH=7.0-10.8的Tris-HCl水溶液，是三羟甲基氨基甲烷溶液与盐酸混合溶液。
上述表面改性剂为盐酸多巴胺，多巴胺结构为4-(2-乙氨基)苯-1,2-二酚，改性剂在缓冲液中的浓度为0.05-2.0 mg/ml。
根据本发明的制备方法所得到的改性芳纶纤维表面形成富含邻苯二酚基团的聚多巴胺层，具有优异的反应活性，且厚度可调。
附图说明
图1为实施例2得到的改性芳纶长纤的TEM；
图2为实施例1得到的改性芳纤粉末的TEM。
具体实施方式
实施例1
芳纤粉末的改性
各组分的质量百分含量：量取200 ml Tris-HCl缓冲液（pH=9.0）置于500 ml的烧瓶中，向其中加入6.0 g芳纶纤维粉末，另外加入0.4 g 盐酸多巴胺粉末，打开磁力搅拌器，在空气中反应5 h。将反应后的悬浮液装入离心管，在TGL-16G高速离心机内离心，取下层固体粉末，用蒸馏水冲洗，再次离心，如此反复离心蒸馏水冲洗，直至离心上清液为无色为止，最后得到的下层改性的芳纤粉末，放入烘箱中在40 °C下烘干，即得到改性5h芳纤粉末。同样的方法可以得到改性24h的芳纤粉末。得到的改性5h芳纤粉末的TEM图片如图2。
实施例2
芳纶长纤维的改性
量取200 ml Tris-HCl缓冲液（pH=7.4）置于500 ml烧杯中，并加入0.4 g 盐酸多巴胺粉末配制成溶液。将芳纶长纤维置于上述溶液中反应3 min后，取出后空气流下再反应2 min。如此重复6次后将所得改性芳纶长纤维用蒸馏水洗涤干净，放入烘箱在40 °C干燥，即得到改性芳纶长纤维。产物的TEM图片如图1。
实施例3 芳纶短切纤维的改性
量取400 ml Tris-HCl缓冲液（pH=10.8）置于圆底烧瓶中，向其中加入6.0 g芳纶短切纤维，另外加入0.8 g 盐酸多巴胺粉末，打开磁力搅拌器，反应24 h。将改性后的芳纶短切纤维取出用蒸馏水清洗干净并放入烘箱中在40 °C下烘干，即得到改性芳纶短切纤维。
Claims (3)
1.一种芳纶材料表面改性方法，其特征是一种无损伤、无污染及表面修饰改性层厚度可调的改性方法，其方法步骤如下：
1）、取pH=7.0-10.8的Tris-HCl水溶液缓冲液置于烧瓶中，向其中加入芳纶材料，充分浸渍后，向烧瓶中加入盐酸多巴胺改性剂，在敞开的环境中反应，使改性剂发生自聚；
2）、将步骤1）反应后的芳纶材料，用蒸馏水冲洗至清洗液为无色后，放入烘箱中在40 ℃下烘干，得到表面改性的芳纶材料；
3）、将改性后的芳纶材料继续在盐酸多巴胺溶液中浸渍和自聚合，蒸馏水冲洗，烘干，重复上述步骤，即得到表面修饰层厚度可调的改性芳纶材料。
2.如权利要求1所述的芳纶材料表面改性方法，其特征是，所述的芳纶材料为聚对苯二甲酰对苯二胺或聚间苯二甲酰间苯二胺长纤维、短切纤维或粉末。
3.如权利要求1所述的芳纶材料表面改性方法，其特征是，所述的盐酸多巴胺改性剂在Tris-HCl水溶液缓冲液中的浓度为0.05-2.0 mg/mL。
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