CN109457469A - 一种傅-克烷基化反应对芳纶纤维表面改性的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种傅‑克烷基化反应对芳纶纤维表面改性的方法，主要的是通过一系列的步骤应用傅‑克烷基化反应在芳纶纤维表面苯环上接枝环氧氯丙烷及其副产物。根据芳纶纤维分子链上含有大量苯环，本文根据其分子结构特点，利用经典有机化学反应—傅‑克烷基化反应，在芳纶纤维表面苯环上接枝环氧氯丙烷及其副产物。傅克反应条件温和，反应容易进行，处理过程简单，反应后纤维容易清洗，为芳纶纤维表面改性提供了一个更易于大规模工业实施的新的思路和方向。

Description

一种傅-克烷基化反应对芳纶纤维表面改性的方法
技术领域
本发明涉及高分子材料领域，尤其是涉及一种傅-克烷基化反应对芳纶纤维表面改性的方法。
背景技术
芳纶纤维复合材料作为一种先进复合材料，已经广泛应用于航空航天、军事、机械等领域，极大丰富和改善了人们的生活，具有广阔的应用前景。
芳纶纤维是一种具有高强度、高模量、耐高温、耐化学腐蚀等优异性能的新型高分子材料。但在芳纶复合材料制备过程中，酰胺基团很难与树脂的原子或基团发生反应，其表面呈现出较大的化学惰性，芳纶与树脂的界面结合能较低，粘附性及浸润性差，两相界面粘结不理想，而载荷又都是通过界面来进行应力传递的，导致复合材料的层间剪切强度低，影响了复合材料综合性能的发挥，限制了其在复合材料中的应用。由此可见，通过对芳纶纤维表面进行必要的处理来改善纤维与基体界面相容性、提高芳纶纤维增强复合材料的力学性能具有重大实际意义。
目前，国内外学者在芳纶表面改性方面已经做了一些的工作，主要集中物理改性和化学改性上，近年来也发展了一些新的改性方法，本申请就是其中之一。
发明内容
为了改进芳纶纤维复合材料的界面性能，本发明的目的在于提供一种傅-克烷基化反应对芳纶纤维表面改性的方法。
为了实现本发明上述目的，本发明所采用的技术方案是一种傅-克烷基化反应对芳纶纤维表面改性的方法，包括如下步骤：
(1)将适量的卤代烷基试剂溶入二氯甲烷溶液中，得到溶液Ⅰ；
(2)将纤维放入装有丙酮的容器，超声清洗，然后用水清洗、烘干，以便彻底清除芳纶纤维表面涂层；
(3)将步骤(2)干燥后丝束放入反应容器中，加入无水氯化铝、二氯甲烷，进行超声溶解混合，同时对纤维表面进行预刻蚀；
(4)将所述溶液Ⅰ缓慢滴加入步骤(3)的反应容器中，反应一段时间后，用丙酮、蒸馏水清洗，得到表面改性的芳纶纤维。
在本发明的一个优选实施例中，其特征在于，步骤(1)中，所述的卤代烷基试剂为环氧氯丙烷或其他具有卤代烷基的试剂，其含量为溶液的5～30％。
在本发明的一个优选实施例中，其特征在于，步骤(2)中，所述超声清洗的温度为60～80℃，清洗时间不少于2hr。
在本发明的一个优选实施例中，其特征在于，步骤(3)中，所述的加入二氯甲烷的量为纤维质量的50～100倍，无水氯化铝为纤维质量的5～10倍，所述预刻蚀的反应时间为0.5～1hr，保持温度在40～50℃。
在本发明的一个优选实施例中，其特征在于，步骤(4)中，所述的反应的时间为0.5～4hr。
本发明的有益效果如下：
根据芳纶纤维分子链上含有大量苯环结构的特点，利用经典有机化学反应—傅-克烷基化反应在芳纶纤维表面苯环上接枝环氧氯丙烷及其副产物。傅克反应条件温和，反应容易进行，处理过程简单，反应后纤维容易清洗，为芳纶纤维表面改性提供了一个更易于大规模工业实施的新的思路和方向。
附图说明
图1(a)为本发明中未经处理的原芳纶纤维SEM图。
图1(b)为本发明实施例1中芳纶纤维经傅-克烷基化反应1hr的SEM图。
图1(c)为本发明实施例2中芳纶纤维经傅-克烷基化反应2hr的SEM图。
图1(d)为本发明实施例3中芳纶纤维经傅-克烷基化反应4hr的SEM图。
图2为芳纶/环氧复合材料活化处理前后的拉伸强度变化图。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明作进一步的说明，但这些实施例不得用于解释对本发明的限制。
实施例1
(1)将10.0g环氧氯丙烷试剂溶入90.0g二氯甲烷溶液中，得到溶液Ⅰ；
(2)将1.0g芳纶纤维放入装有100mL丙酮的容器中，在60℃水槽中超声清洗3hr，然后用水清洗、烘干，以便彻底清除芳纶纤维表面涂层；
(3)将步骤(2)干燥后丝束放入反应容器中，加入5.0g无水氯化铝和100.0g二氯甲烷，在40℃恒温水槽中进行超声溶解混合，同时对纤维表面进行预刻蚀，反应时间为30min；
(4)将溶液Ⅰ缓慢滴加入步骤(3)的反应容器中，反应1hr，用丙酮、蒸馏水清洗，得到表面改性的芳纶纤维。
实施例2
(1)将15.0g环氧氯丙烷试剂溶入90.0g二氯甲烷溶液中，得到溶液Ⅰ；
(2)将2.0g芳纶纤维放入装有100mL丙酮的容器中，在70℃水槽中超声清洗4hr，然后用水清洗、烘干，以便彻底清除芳纶纤维表面涂层；
(3)将步骤(2)干燥后丝束放入反应容器中，加入10.0g无水氯化铝和200.0g二氯甲烷，在50℃恒温水槽中进行超声溶解混合，同时对纤维表面进行预刻蚀，反应时间为60min；
(4)将溶液Ⅰ缓慢滴加入步骤(3)的反应容器中，反应2hr，用丙酮、蒸馏水清洗，得到表面改性的芳纶纤维。
实施例3
(1)将20.0g环氧氯丙烷试剂溶入150.0g二氯甲烷溶液中，得到溶液Ⅰ；
(2)将2.0g芳纶纤维放入装有100mL丙酮的容器中，在80℃水槽中超声清洗5hr，然后用水清洗、烘干，以便彻底清除芳纶纤维表面涂层；
(3)将步骤(2)干燥后丝束放入反应容器中，加入10.0g无水氯化铝和200.0g二氯甲烷，在50℃恒温水槽中进行超声溶解混合，同时对纤维表面进行预刻蚀，反应时间为60min；
(4)将溶液Ⅰ缓慢滴加入步骤(3)的反应容器中，反应4hr，用丙酮、蒸馏水清洗，得到表面改性的芳纶纤维。
将实施例1-3处理后得到的表面改性的芳纶纤维的拉伸强度进行测试后与未改性前的芳纶纤维拉伸强度测试进行对比，参见图2，可知，实施例1-3当中处理后得到的表面改性的芳纶纤维的拉伸强度都有明显的提升，其中实施例3的拉伸强度提升最为明显。

Claims (5)

1.一种傅-克烷基化反应对芳纶纤维表面改性的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将适量的卤代烷基试剂溶入二氯甲烷溶液中，得到溶液Ⅰ；
(2)将芳纶纤维放入装有丙酮的容器，超声清洗，然后用水清洗、烘干，以便彻底清除纤维表面涂层；
(3)将步骤(2)干燥后丝束放入反应容器中，加入无水氯化铝、二氯甲烷，进行超声溶解混合，同时对纤维表面进行预刻蚀；
(4)将所述溶液Ⅰ缓慢滴加入步骤(3)的反应容器中，反应一段时间后，用丙酮、蒸馏水清洗，得到表面改性的芳纶纤维。
2.如权利要求1所述的一种傅-克烷基化反应对芳纶纤维表面改性的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的卤代烷基试剂为环氧氯丙烷或其他具有卤代烷基的试剂，其含量为溶液的5～30％。
3.如权利要求1所述的一种傅-克烷基化反应对芳纶纤维表面改性的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述超声清洗的温度为60～80℃，清洗时间不少于2hr。
4.如权利要求1所述的一种傅-克烷基化反应对芳纶纤维表面改性的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述的加入二氯甲烷的量为纤维质量的50～100倍，无水氯化铝为纤维质量的5～10倍，所述预刻蚀的反应时间为0.5～1hr，保持温度在40～50℃。
5.如权利要求1所述的一种傅-克烷基化反应对芳纶纤维表面改性的方法，其特征在于，步骤(4)中，所述的反应的时间为0.5～4hr。
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