一种双官能超支化硅氧烷改善PBO纤维抗紫外性能的方法

摘要

本发明公开了一种双官能超支化硅氧烷改善PBO纤维抗紫外性能的方法，其步骤如下：（1） 将接枝环氧氯丙烷的PBO纤维放入三口瓶中；（2）向三口瓶中加入蒸馏水和甲醇溶剂浸没纤维并加入一定量NaOH调节pH为8~10；（3）在温度为30~40℃的条件下将双官能超支化硅氧烷放入三口瓶中；（4）将温度从30~40℃升温至60~80℃继续搅拌4~5h，得到接枝双官能超支化硅氧烷的PBO纤维；（5）取出纤维用大量去离子水和无水乙醇进行清洗并真空干燥。本发明中所用超支化硅氧烷与PBO纤维接枝结合后，PBO纤维的抗紫外能力得到明显的增强，且超支化硅氧烷体系中具有大量的活性基团，可以使PBO纤维得到良好的涂层，且提升表面与树脂的粘结性。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于改善PBO纤维抗紫外和粘结性的方法。

背景技术

PBO纤维即芳族杂环聚合物（聚对苯撑苯并二咪唑）纤维，具有优良的机械性能、热性能和良好的环境抵抗性，PBO纤维被认为是复合材料制备中最具应用前景的增强体。PBO纤维聚合物受纺丝工艺的影响，分子链沿纤维轴向方向高度取向平行排列，因此，PBO纤维具有极高的结晶度和轴向取向度，这样使得PBO纤维具有优良的性能。但是，PBO 纤维致命的缺点就是其耐紫外性很差，而且表面极性官能团少导致粘结性不好，极大地限制了PBO纤维的应用。

发明内容

为了解决现有PBO纤维抗紫外性能低、受光易遭损伤、与树脂基体界面粘结性差的的问题，本发明提供了一种双官能超支化硅氧烷改善PBO纤维抗紫外性能的方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种双官能超支化硅氧烷改善PBO纤维抗紫外性能的方法，包括如下步骤：

一、PBO纤维预处理：

（1）用索氏提取器先将PBO纤维进行抽提处理，出去表面杂质，具体步骤为：用滤纸包裹一定质量的缠在载玻片上的PBO纤维，并加入到索氏提取器中，加入丙酮进行抽提48h；

（2）抽提完毕后清洗干燥，再加入到环氧氯丙烷和丙酮的溶液中，控制环氧氯丙烷和丙酮的体积比为1:4~6，继而进行强度为30~50kGy的-ray辐射处理，处理时间为20~40min得到预处理后的PBO纤维，即环氧氯丙烷接枝PBO纤维。

二、双官能超支化硅氧烷的制备：

（1）将KH560、KH570和水加入到三口烧瓶中，控制KH560、KH570和水的摩尔比为（KH560+KH570）:H₂O=1：1~2，KH560：KH570>

（2）加热至60~70℃反应4~5h；

（3）反应完毕后将产物进行50~60℃旋转蒸发，得到超支化硅氧烷，产物为透明澄清稍粘稠的溶液。

三、双官能超支化硅氧烷接枝改性处理后的PBO纤维：

（1） 将步骤一得到的处理后的接枝环氧氯丙烷的PBO纤维放入三口瓶中；

（2）向三口瓶中加入蒸馏水和甲醇溶剂浸没纤维并加入一定量NaOH调节pH为8~10；

（3）在温度为30~40℃的条件下将步骤二得到的双官能超支化硅氧烷放入三口瓶中，控制双官能超支化硅氧烷与接枝环氧氯丙烷的PBO纤维的质量比为1:（0.005~0.02）；

（4）将温度从30~40℃升温至60~80℃继续搅拌4~5h，得到接枝双官能超支化硅氧烷的PBO纤维；

（5）取出纤维用大量去离子水和无水乙醇进行清洗并80~100℃真空干燥10~12h。

本发明具有如下有益效果：

（1）本发明中所用原料易得且价格较为低廉，PBO纤维表面本身不含有大量的活性基团，需先进行表面活化，即进行-ray辐射处理，这样表面接有环氧氯丙烷，使其具有良好的反应活性。

（2）本发明中所用超支化硅氧烷与PBO纤维接枝结合后，PBO纤维的抗紫外能力得到明显的增强，且超支化硅氧烷体系中具有大量的活性基团，可以使PBO纤维得到良好的涂层，且提升表面与树脂的粘结性。

（3）通过观察涂层前后PBO纤维在紫外光照射下的性能保持状况，并测试PBO纤维的拉伸强度，可以看到经过纤维涂层之后抗紫外性能显著，值得推广利用。

附图说明

图1为具体实施方式一步骤一中的PBO纤维表面SEM照片；

图2为具体实施方式一得到的表面涂覆超支化硅氧烷的PBO纤维表面SEM照片。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。

具体实施方式一：本实施方式提供的超支化硅氧烷改善PBO纤维抗紫外性能的方法是通过以下步骤进行的：

一、PBO纤维预处理：

（1）用索氏提取器先将PBO纤维进行抽提处理，出去表面杂质，具体步骤为：用滤纸包裹一定质量的缠在载玻片上的PBO纤维，并加入到索氏提取器中，加入丙酮进行抽提48h；

（2）抽提完毕后清洗干燥，再加入到环氧氯丙烷和丙酮的溶液中（环氧氯丙烷和丙酮的体积比为1:5），继而进行强度为40kGy的-ray辐射处理，处理30min得到预处理后的PBO纤维，即环氧氯丙烷接枝PBO纤维。

二、双官能超支化硅氧烷的制备：

（1）将KH560、KH570和水加入到三口烧瓶中，控制KH560、KH570和水的摩尔比为（KH560+KH570）:H₂O=1：1.5，KH560：KH570>

（2）加热至60℃反应4h；

（3）反应完毕后将产物进行55℃旋转蒸发，得到超支化硅氧烷，产物为透明澄清稍粘稠的溶液。

三、双官能超支化硅氧烷接枝改性处理后的PBO纤维：

（1） 将步骤一得到的处理后的接枝环氧氯丙烷的PBO纤维放入三口瓶中；

（2）向三口瓶中加入蒸馏水和甲醇溶剂浸没纤维并加入一定量NaOH调节pH为9~10；

（3）在温度为30~40℃的条件下将步骤二得到的双官能超支化硅氧烷放入三口瓶中，控制双官能超支化硅氧烷与接枝环氧氯丙烷的PBO纤维的质量比为1:（0.005~0.01）；

（4）将温度升温至65℃继续搅拌4~5h，得到接枝双官能超支化硅氧烷的PBO纤维；

（5）取出纤维用大量去离子水和无水乙醇进行清洗并80℃真空干燥12h。

图1为本实施方式步骤一中的PBO纤维表面SEM照片；图2为本实施方式得到的表面涂覆超支化硅氧烷的PBO纤维表面SEM照片；从图1和图2对比可以看出：步骤一中的PBO纤维表面有大量的超支化硅氧烷，涂层较为均匀，效果良好。

将本实施方式得到的表面涂覆超支化硅氧烷的PBO纤维与步骤一中的PBO纤维在1000W的紫外光下照射20s，然后进行纤维单丝拔出测试。两者比较可知：步骤一中的PBO纤维原丝的拉伸强度为4.91GPa，经紫外光照射的步骤一中的PBO纤维的拉伸强度为4.27GPa；而表面涂覆超支化硅氧烷的PBO纤维在紫外光照射后拉伸强度为4.83GPa，抗紫外性能得到了较大的提高。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：步骤二中KH560、KH570和水的质量比为（KH560+KH570）:H2O=1：1.3。其他与具体实施方式一相同。

将本实施方式得到的表面涂覆超支化硅氧烷的PBO纤维与步骤一中的PBO纤维在1000W的紫外光下照射20s，然后进行纤维单丝拔出测试。两者比较可知：步骤一中的PBO纤维原丝的拉伸强度为4.91GPa，经紫外光照射的步骤一中的PBO纤维的拉伸强度为4.27GPa；而表面涂覆超支化硅氧烷的PBO纤维在紫外光照射后拉伸强度为4.73GPa，抗紫外性能得到了较大的提高。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：步骤二中加热至70℃反应4.5h。其他步骤和参数与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：步骤一中辐射处理强度为50kGy。其他步骤与参数与具体实施方式一至三之一相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四不同的是：步骤三中pH为8~9。其他与具体实施方式一或三相同。本实施方式与具体实施方式一至四之一相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同的是：步骤三中将温度升温至75℃继续搅拌4~5h。其他与具体实施方式一至五之一相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：双官能超支化硅氧烷与接枝环氧氯丙烷的PBO纤维的质量比为1:（0.01~0.015）。其他与具体实施方式一至六之一相同。

将本实施方式得到的表面涂覆超支化硅氧烷的PBO纤维与步骤一中的PBO纤维在1000W的紫外光下照射20s，然后进行纤维单丝拔出测试。两者比较可知：步骤一中的PBO纤维原丝的拉伸强度为4.91GPa，经紫外光照射的步骤一中的PBO纤维的拉伸强度为4.27GPa；而表面涂覆超支化硅氧烷的PBO纤维在紫外光照射后拉伸强度为4.84GPa，抗紫外性能得到了较大的提高。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：步骤三中加一步热处理，即在氮气的保护下将干燥的PBO纤维放入温度为200~300℃烘箱中进行热处理，使表面涂层进一步热固化。其他与具体实施方式一至七之一相同。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式八不同的是：步骤三中热处理时间为100min。其他与具体实施方式八相同。