CN115536912B - 一种管材用玻璃纤维及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种管材用玻璃纤维及其制备方法，属于玻璃纤维技术领域，第一步、将阻燃剂和去离子水混合，然后加入多巴胺改性玻璃纤维、1‑(3‑二甲基氨基丙基)‑3‑乙基碳二亚胺和N‑羟基琥珀酰亚胺，在温度为20℃条件下搅拌反应12h，得到预处理玻璃纤维；第二步、设置温度为150℃，将预处理玻璃纤维和聚1‑丁烯树脂混炼，压片，待自然冷却后打碎，得到一种管材用玻璃纤维。利用聚1‑丁烯树脂对预处理玻璃纤维形成进一步包覆，利用其高流动性减少浮纤的产生，同时为弥补玻璃纤维增强聚丙烯管材的阻燃性的不足，利用多巴胺对玻璃纤维进行处理，将阻燃剂与多巴胺改性玻璃纤维结合，赋予预处理玻璃纤维阻燃性能。

Description

一种管材用玻璃纤维及其制备方法
技术领域
本发明属于玻璃纤维技术领域，具体地，涉及一种管材用玻璃纤维及其制备方法。
背景技术
聚丙烯(PP)是一种结构规整的结晶性聚合物，为白色粒料或粉料，是无味、无毒、质轻的热塑性树脂，具备易加工、冲击强度、挠曲性以及电绝缘性好等优点。但是PP也存在一些不足之处，它的耐寒性差、低温易脆断、收缩率大、抗蠕变性差、制品尺寸稳定性差，容易产生翘曲变形等缺点。
玻璃纤维增强聚丙烯管材不但具备了聚丙烯良好的化学性能，又具备了玻纤材料特有的力学性能，但玻璃纤维与树脂基体之间的流动性和密度存在较大的差异，在充模过程中容易造成玻璃纤维外露，而且在后续注塑过程中产生的“喷泉”会导致玻璃纤维逐步向制品表面扩散，进而在遇到温度较低的模具型腔时被瞬间冻结、凝固成“浮纤”，“浮纤”的产生不仅影响管材的美观，而且对管材的力学性能有较大的影响。
发明内容
为了解决背景技术中提到的技术问题，本发明提供一种管材用玻璃纤维及其制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种管材用玻璃纤维的制备方法，包括如下步骤：
第一步、将阻燃剂和去离子水混合，然后加入多巴胺改性玻璃纤维、1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺和N-羟基琥珀酰亚胺，在温度为20℃条件下搅拌反应12h，反应结束后，过滤，用水洗涤，洗涤结束后冷冻干燥，得到预处理玻璃纤维；阻燃剂结构中的羟基与多巴胺改性玻璃纤维结构中的羟基在1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺和N-羟基琥珀酰亚胺的作用下发生反应，将阻燃剂与多巴胺改性玻璃纤维结合，赋予预处理玻璃纤维阻燃性能，阻燃剂属于磷系阻燃剂，多巴胺改性玻璃纤维表面形成的聚多巴胺可以阻燃剂发挥协同作用，具体为有较好的气相和凝聚相的协同作用；
第二步、设置温度为150℃，将预处理玻璃纤维和聚1-丁烯树脂在开放式炼塑机上混炼10-20min，压制成薄片，待自然冷却后于高速混合机将薄片打碎，得到一种管材用玻璃纤维。
聚1-丁烯树脂是一种半结晶、高度等规立构成的颗粒状树脂，具有良好的耐环境应力开裂、高剪切变稀性、流动性、低结晶温度，通过与预处理玻璃纤维进行共混，利用其高流动性对预处理玻璃纤维形成进一步包覆，减少浮纤的产生，同时，聚1-丁烯树脂的可以降低聚丙烯的结晶温度，添加到聚丙烯管材的制备中，可以在相同的注塑压力和注塑温度下冷却，即减少因瞬间冻结、凝固成“浮纤”的现象。
进一步地，第一步中阻燃剂、去离子水、多巴胺改性玻璃纤维、1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺和N-羟基琥珀酰亚胺的用量比为1.2-1.4g：100mL：5g：50mg：50mg；第二步中预处理玻璃纤维和聚1-丁烯树脂的质量比为1：1。
进一步地，薄片打碎至直径≤12mm。
进一步地，多巴胺改性玻璃纤维通过如下步骤制备：
将玻璃纤维加入三羟甲基氨基甲烷-盐酸缓冲水溶液中，超声分散后加入多巴胺，在温度为20℃条件下搅拌24h，搅拌结束后，经过水洗、95℃真空干燥后，得到多巴胺改性玻璃纤维。其中，三羟甲基氨基甲烷-盐酸缓冲水溶液的pH为8.8，多巴胺、玻璃纤维和三羟甲基氨基甲烷-盐酸缓冲水溶液的用量比为1g：100mL：0.1g。多巴胺改性玻璃纤维的制备过程相对于利用硅烷偶联剂改性的玻璃纤维的制备过程更加温和，且更加绿色环保。
进一步地，所述玻璃纤维的长度为4-5mm，直径为15-20μm。
进一步地，阻燃剂通过如下步骤制备：
步骤一、将5,5-二甲基-2-氯-1,3,2-二氧磷杂己内酰磷酸酯和乙腈混合，然后加入端羟基超支化聚酯，控制温度为0-5℃的范围，滴加吡啶，维持反应温度为0-5℃，搅拌反应6-7h，反应结束后，减压浓缩除去溶剂，得到阻燃组分；5,5-二甲基-2-氯-1,3,2-二氧磷杂己内酰磷酸酯和端羟基超支化聚酯上的部分羟基发生反应，得到阻燃组分；端羟基超支化聚酯可以提供更多的反应位点，提高阻燃组分的稳定性；
步骤二、在氮气保护条件下，将阻燃组分和N，N-二甲基甲酰胺混合，升温至90-95℃，加入马来酸酐和三乙胺，保持温度不变，继续搅拌反应4h，反应结束冷却至室温，减压浓缩除去溶剂，40℃条件下真空干燥，得到阻燃剂。利用马来酸酐在阻燃组分的结构中引入羧基。
进一步地，步骤一中5,5-二甲基-2-氯-1,3,2-二氧磷杂己内酰磷酸酯、吡啶、乙腈和端羟基超支化聚酯的用量比为0.1mol：0.2mol：200mL：20g；
步骤二中阻燃组分、N，N-二甲基甲酰胺、马来酸酐和三乙胺的用量比为20g：50mL：7.5g：9g。
进一步地，端羟基超支化聚酯通过如下步骤制备：
在氮气保护条件下，将2，2-二羟甲基丙酸和三羟甲基丙烷混合，加入对甲苯磺酸，升温至140℃，搅拌反应7h，得到端羟基超支化聚酯；2，2-二羟甲基丙酸和三羟甲基丙烷的用量摩尔比为3：1，对甲苯磺酸的用量为2，2-二羟甲基丙酸质量的1％。
一种管材用玻璃纤维，根据上述制备方法制备而成。
本发明的有益效果：
为解决现有技术中存在的问题，本发明中利用聚1-丁烯树脂对预处理玻璃纤维形成进一步包覆，利用其高流动性减少浮纤的产生，同时，聚1-丁烯树脂的可以降低聚丙烯的结晶温度，添加到聚丙烯管材的制备中，可以在相同的注塑压力和注塑温度下冷却，即减少因瞬间冻结、凝固成“浮纤”的现象。
玻璃纤维用作PP的增强剂，可以提高其强度，刚性和热挠曲温度。但不利于提高PP的阻燃性，为了满足阻燃性要求，需要将更多的阻燃剂，不利于材料性能的提升，为弥补玻璃纤维增强聚丙烯管材的阻燃性的不足，利用多巴胺对玻璃纤维进行处理，得到多巴胺改性玻璃纤维，多巴胺改性玻璃纤维一方面可为后续反应提供反应位点，另一方面，将阻燃剂与多巴胺改性玻璃纤维结合，赋予预处理玻璃纤维阻燃性能；经过阻燃剂处理得到的预处理玻璃纤维与聚1-丁烯树脂的混合效果更好，更有利于提高聚丙烯管材的性能。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
制备多巴胺改性玻璃纤维：
将玻璃纤维加入三羟甲基氨基甲烷-盐酸缓冲水溶液中，超声分散后加入多巴胺，在温度为20℃条件下搅拌24h，搅拌结束后，经过水洗、95℃真空干燥后，得到多巴胺改性玻璃纤维。其中，三羟甲基氨基甲烷-盐酸缓冲水溶液的pH为8.8，多巴胺、玻璃纤维和三羟甲基氨基甲烷-盐酸缓冲水溶液的用量比为1g：100mL：0.1g。玻璃纤维的长度为4-5mm，直径为15-20μm。
实施例2
制备端羟基超支化聚酯：
在氮气保护条件下，将2，2-二羟甲基丙酸和三羟甲基丙烷混合，加入对甲苯磺酸，升温至140℃，搅拌反应7h，得到端羟基超支化聚酯；2，2-二羟甲基丙酸和三羟甲基丙烷的用量摩尔比为3：1，对甲苯磺酸的用量为2，2-二羟甲基丙酸质量的1％。
实施例3
制备阻燃剂：
步骤一、将5,5-二甲基-2-氯-1,3,2-二氧磷杂己内酰磷酸酯和乙腈混合，然后加入实施例2制备的端羟基超支化聚酯，控制温度为0-5℃的范围，滴加吡啶，维持反应温度为0-5℃，搅拌反应6h，反应结束后，减压浓缩除去溶剂，得到阻燃组分；5,5-二甲基-2-氯-1,3,2-二氧磷杂己内酰磷酸酯、吡啶、乙腈和端羟基超支化聚酯的用量比为0.1mo l：0.2mol：200mL：20g；
步骤二、在氮气保护条件下，将阻燃组分和N，N-二甲基甲酰胺混合，升温至90℃，加入马来酸酐和三乙胺，保持温度不变，继续搅拌反应4h，反应结束冷却至室温，减压浓缩除去溶剂，40℃条件下真空干燥，得到阻燃剂。阻燃组分、N，N-二甲基甲酰胺、马来酸酐和三乙胺的用量比为20g：50mL：7.5g：9g。
实施例4
制备阻燃剂：
步骤一、将5,5-二甲基-2-氯-1,3,2-二氧磷杂己内酰磷酸酯和乙腈混合，然后加入实施例2制备的端羟基超支化聚酯，控制温度为0-5℃的范围，滴加吡啶，维持反应温度为0-5℃，搅拌反应7h，反应结束后，减压浓缩除去溶剂，得到阻燃组分；5,5-二甲基-2-氯-1,3,2-二氧磷杂己内酰磷酸酯、吡啶、乙腈和端羟基超支化聚酯的用量比为0.1mo l：0.2mol：200mL：20g；
步骤二、在氮气保护条件下，将阻燃组分和N，N-二甲基甲酰胺混合，升温至95℃，加入马来酸酐和三乙胺，保持温度不变，继续搅拌反应4h，反应结束冷却至室温，减压浓缩除去溶剂，40℃条件下真空干燥，得到阻燃剂。阻燃组分、N，N-二甲基甲酰胺、马来酸酐和三乙胺的用量比为20g：50mL：7.5g：9g。
实施例5
一种管材用玻璃纤维的制备方法，包括如下步骤：
第一步、将实施例3制备的阻燃剂和去离子水混合，然后加入实施例1制备的多巴胺改性玻璃纤维、1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺和N-羟基琥珀酰亚胺，在温度为20℃条件下搅拌反应12h，反应结束后，过滤，用水洗涤，洗涤结束后冷冻干燥，得到预处理玻璃纤维；阻燃剂、去离子水、多巴胺改性玻璃纤维、1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺和N-羟基琥珀酰亚胺的用量比为1.2g：100mL：5g：50mg：50mg；
第二步、设置温度为150℃，将预处理玻璃纤维和聚1-丁烯树脂在开放式炼塑机上混炼10min，压制成薄片，待自然冷却后于高速混合机将薄片打碎，薄片打碎至直径≤12mm，得到一种管材用玻璃纤维。预处理玻璃纤维和聚1-丁烯树脂的质量比为1：1。
实施例6
一种管材用玻璃纤维的制备方法，包括如下步骤：
第一步、将实施例4制备的阻燃剂和去离子水混合，然后加入实施例1制备的多巴胺改性玻璃纤维、1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺和N-羟基琥珀酰亚胺，在温度为20℃条件下搅拌反应12h，反应结束后，过滤，用水洗涤，洗涤结束后冷冻干燥，得到预处理玻璃纤维；阻燃剂、去离子水、多巴胺改性玻璃纤维、1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺和N-羟基琥珀酰亚胺的用量比为1.3g：100mL：5g：50mg：50mg；
第二步、设置温度为150℃，将预处理玻璃纤维和聚1-丁烯树脂在开放式炼塑机上混炼15min，压制成薄片，待自然冷却后于高速混合机将薄片打碎，薄片打碎至直径≤12mm，得到一种管材用玻璃纤维。预处理玻璃纤维和聚1-丁烯树脂的质量比为1：1。
实施例7
一种管材用玻璃纤维的制备方法，包括如下步骤：
第一步、将实施例4制备的阻燃剂和去离子水混合，然后加入实施例1制备的多巴胺改性玻璃纤维、1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺和N-羟基琥珀酰亚胺，在温度为20℃条件下搅拌反应12h，反应结束后，过滤，用水洗涤，洗涤结束后冷冻干燥，得到预处理玻璃纤维；阻燃剂、去离子水、多巴胺改性玻璃纤维、1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺和N-羟基琥珀酰亚胺的用量比为1.4g：100mL：5g：50mg：50mg；
第二步、设置温度为150℃，将预处理玻璃纤维和聚1-丁烯树脂在开放式炼塑机上混炼20min，压制成薄片，待自然冷却后于高速混合机将薄片打碎，薄片打碎至直径≤12mm，得到一种管材用玻璃纤维。预处理玻璃纤维和聚1-丁烯树脂的质量比为1：1。
对比例1
设置温度为150℃，将多巴胺改性玻璃纤维和聚1-丁烯树脂在开放式炼塑机上混炼20min，压制成薄片，待自然冷却后于高速混合机将薄片打碎，薄片打碎至直径≤12mm，得到一种管材用玻璃纤维。多巴胺改性玻璃纤维和聚1-丁烯树脂的质量比为1：1。
对比例2
与实施例7相比，将多巴胺改性玻璃纤维换成未处理的玻璃纤维，其余原料及制备过程与实施例7保持相同。
对实施例5-实施例7和对比例1-对比例2制备的样品进行测试，
按照重量份，将57份PP、40份实施例5-实施例7和对比例1-对比例2制备的样品和3份PP-g-MAH一起加入高速混合机混合均匀后，放入到双螺杆挤出机中挤出得到试样。
对试样进行测试；拉伸强度按照GB/T1040.1-2006测试；冲击强度按照GB/T1843-2008测试；根据GB/T2408-2008中UL-94等级确定阻燃等级；试样尺寸为70mm×10mm×4mm。
测试结果如下表1所示：
表1
从测试结果可知，本发明制备的管材用玻璃纤维应用到材料中具有良好的阻燃和力学性能的增强。
在说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种管材用玻璃纤维的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步、将阻燃剂和去离子水混合，然后加入多巴胺改性玻璃纤维、1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺和N-羟基琥珀酰亚胺，在温度为20℃条件下搅拌反应12h，得到预处理玻璃纤维；
第二步、设置温度为150℃，将预处理玻璃纤维和聚1-丁烯树脂混炼10-20min，压片，待自然冷却后打碎，得到一种管材用玻璃纤维；
所述阻燃剂通过如下步骤制备：
步骤一、在氮气保护条件下，将2，2-二羟甲基丙酸和三羟甲基丙烷混合，加入对甲苯磺酸，升温至140℃，搅拌反应7h，得到端羟基超支化聚酯；将5,5-二甲基-2-氯-1,3,2-二氧磷杂己内酰磷酸酯和乙腈混合，然后加入端羟基超支化聚酯，控制温度为0-5℃的范围，滴加吡啶，维持反应温度为0-5℃，搅拌反应6-7h，得到阻燃组分；
步骤二、在氮气保护条件下，将阻燃组分和N，N-二甲基甲酰胺混合，升温至90-95℃，加入马来酸酐和三乙胺，保持温度不变，继续搅拌反应4h，得到阻燃剂。
2.根据权利要求1所述的一种管材用玻璃纤维的制备方法，其特征在于，第一步中阻燃剂、去离子水、多巴胺改性玻璃纤维、1-(3-二甲基氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺和N-羟基琥珀酰亚胺的用量比为1.2-1.4g：100mL：5g：50mg：50mg；第二步中预处理玻璃纤维和聚1-丁烯树脂的质量比为1：1。
3.根据权利要求1所述的一种管材用玻璃纤维的制备方法，其特征在于，打碎至直径≤12mm。
4.根据权利要求1所述的一种管材用玻璃纤维的制备方法，其特征在于，多巴胺改性玻璃纤维通过如下步骤制备：
将玻璃纤维加入三羟甲基氨基甲烷-盐酸缓冲水溶液中，超声分散后加入多巴胺，在温度为20℃条件下搅拌24h，搅拌结束后，经过水洗、95℃真空干燥后，得到多巴胺改性玻璃纤维。
5.根据权利要求4所述的一种管材用玻璃纤维的制备方法，其特征在于，所述玻璃纤维的长度为4-5mm，直径为15-20μm。
6.一种管材用玻璃纤维，其特征在于，由权利要求1-5任一项所述的制备方法制备而成。
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