耐UVB整理剂及耐UVB的PBO纤维的制备方法

摘要

本发明公开了耐UVB整理剂，按照质量百分比由以下组分组成：纳米TiO

说明书

技术领域

本发明属于材料改性技术领域，具体涉及一种耐UVB整理剂，本发明 还涉及一种耐UVB的PBO纤维的制备方法。

背景技术

聚对苯撑苯并双噁唑(PBO)纤维具有高强、耐热性能，应用广泛，尤 其是国防应用。但其存在致命缺陷，聚对苯撑苯并双噁唑(PBO)纤维经紫 外光照射尤其是UVB波段照射一定时间后纤维力学性能下降很大。目前， 对于PBO纤维老化的研究主要集中在光老化方面，尤其是紫外光，主要通 过有机或无机类抗紫外线整理剂的方法来提高纤维的耐紫外光稳定性，但由 于PBO分子规则有序的取向结构又使得纤维表面非常光滑，且分子链上的 极性杂原子绝大部分包裹在纤维内部，纤维表面极性也很小，这使得纤维表 现出极强的化学惰性，纤维与基体的连接很弱，目前采用的提高纤维抗紫外 光能力的方法有化学改性、等离子体处理表面粘接等，但对纤维表面具有一 定损伤，使纤维强力有所降低，极大的阻碍了PBO纤维在高性能复合材料 领域中的应用与发展。因此提高PBO纤维光照损伤仍是目前研究的重点。

发明内容

本发明的目的是提供一种耐UVB整理剂。

本发明的另一个目的是提供一种耐UVB的PBO纤维的制备方法，制备 的PBO纤维抗UVB照射能力增强，提高了纤维的力学性能。

本发明所采用的技术方案是：耐UVB整理剂，按照质量百分比由以下 组分组成：纳米TiO₂1％～10％、无水乙醇1％～20％、有机苯酮类整理剂 1％～5％、乳化剂0.1％～1％、分散剂0.1％～1％、去离子水余量，上述各 组分质量百分比之和为100％。

本发明的特点还在于，

有机苯酮类整理剂为二羟基二苯甲酮、羟基甲氧基二苯甲酮、氧基二苯 甲酮中任意一种。

乳化剂为非离子表面活性剂。

分散剂为有机胺类化合物。

本发明所采用的另一个技术方案是：耐UVB的PBO纤维的制备方法， 具体包括以下步骤：

步骤1：按照质量百分比分别称取以下各组分：纳米TiO₂1％～10％、无 水乙醇1％～20％、有机苯酮类整理剂1％～5％、乳化剂0.1％～1％、分散 剂0.1％～1％、去离子水余量，上述各组分质量百分比之和为100％；将各 组分混合，超声乳化，然后高速搅拌后得到纳米TiO₂/有机苯酮类耐UVB整 理剂；

步骤2：将PBO纤维用辉光放电产生的低温等离子体处理190～210s， 得到表面处理后的PBO纤维；

步骤3：取步骤1得到的纳米TiO₂/有机苯酮类整理剂1％～3.5％，与 0.1％～0.4％的NaOH，0.1％～0.5％的NaCl以及去离子水混合均匀，得到整 理液，上述各组分质量百分比之和为100％；将步骤2的经低温等离子体处 理后的PBO纤维在整理液中室温浸渍后烘干并固化，得到增强复合耐UVB 的PBO纤维。

本发明的特点还在于，

步骤1中有机苯酮类整理剂为二羟基二苯甲酮、羟基甲氧基二苯甲酮、 氧基二苯甲酮中任意一种；乳化剂为非离子表面活性剂；分散剂为有机胺类 化合物。

非离子表面活性剂优选吐温、OP-10、聚酯、脂肪醇聚氧乙烯醚、或聚 氧乙烯酯；有机胺类化合物优选聚丙烯酰胺、乙烯基双硬脂酰胺、或乙醇胺。

步骤1中超声乳化的温度为85℃，时间为30min；高速搅拌的速度为 3500r/min，时间为60min。

步骤2中低温等离子体处理控制进气量为25sccm，稳定时间为55～65s， 放电气压为28～32Pa，放电功率为190～210w。

步骤3中浸渍时间为15s，烘干温度100℃、时间30s，固化温度130℃、 时间90s。

本发明的有益效果是：本发明耐UVB的PBO纤维的制备方法，将纳米 TiO₂/有机苯酮类整理剂用于PBO纤维，经过浸渍、吸附、烘干、固化等工 艺，能够将纳米TiO₂/有机苯酮类整理剂包覆在PBO纤维表面，在纤维表面 形成空间网状结构，紧密的包覆纤维，对纤维形成保护层，制备的PBO纤 维抗UVB照射能力增强，提高了纤维的力学性能，成功地解决PBO纤维在 UVB照射下强力下降问题，强力修复达到95％以上，该工艺简单、对环境 无污染，具有较好的经济效益和社会效益。

附图说明

图1是本发明制备的纳米TiO₂/有机苯酮类整理剂的粒径图；

图2是本发明低温等离子体处理前的PBO纤维表面的电镜照片；

图3是本发明低温等离子体处理后的PBO纤维表面的电镜照片；

图4是本发明低温等离子体处理前后的PBO纤维的红外光谱图；

图5是本发明制备的增强复合PBO纤维在紫外UVB照射下的力学性能 效果图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明耐UVB整理剂，按照质量百分比由以下组分组成：纳米TiO₂1％～10％、无水乙醇1％～20％、有机苯酮类整理剂1％～5％、乳化剂0.1％～ 1％、分散剂0.1％～1％、去离子水余量，上述各组分质量百分比之和为 100％；

有机苯酮类整理剂为二羟基二苯甲酮、羟基甲氧基二苯甲酮、氧基二苯 甲酮中任意一种；

乳化剂为非离子表面活性剂，优选吐温、OP-10、聚酯、脂肪醇聚氧乙 烯醚、或聚氧乙烯酯；

分散剂为有机胺类化合物，优选聚丙烯酰胺、乙烯基双硬脂酰胺、或乙 醇胺。

耐UVB的PBO纤维的制备方法，具体包括以下步骤：

步骤1：按照质量百分比分别称取以下各组分：纳米TiO₂1％～10％、无 水乙醇1％～20％、有机苯酮类整理剂1％～5％、乳化剂0.1％～1％、分散 剂0.1％～1％、去离子水余量，上述各组分质量百分比之和为100％；将称 取的各组分混合，在85℃超声乳化30min，然后以3500r/min的速度高速搅 拌60min，得到纳米TiO₂/有机苯酮类耐UVB整理剂；

其中，有机苯酮类整理剂为二羟基二苯甲酮、羟基甲氧基二苯甲酮、氧 基二苯甲酮中任意一种；乳化剂为非离子表面活性剂，优选吐温、OP-10、 聚酯、脂肪醇聚氧乙烯醚、或聚氧乙烯酯；分散剂为有机胺类化合物，优选 聚丙烯酰胺、乙烯基双硬脂酰胺、或乙醇胺；

步骤2：将PBO纤维用辉光放电产生的低温等离子体处理190～210s后 取出PBO纤维，得到表面处理后的PBO纤维，控制进气量为25sccm，稳定 时间为55～65s，放电气压为28～32Pa，放电功率为190～210w；

步骤3：取步骤1得到的纳米TiO₂/有机苯酮类整理剂1％～3.5％，与 0.1％～0.4％的NaOH，0.1％～0.5％的NaCl以及去离子水混合均匀，得到整 理液，上述各组分质量百分比之和为100％；将步骤2的经低温等离子体处 理后的PBO纤维在整理液中室温浸渍15s，于100℃烘干30s，然后在130℃ 的温度下固化90s，得到增强复合耐UVB的PBO纤维。

本发明的有益效果是：TiO₂是一种无机抗紫外整理剂，但其在屏蔽紫外 线的同时光催化的产物会进一步与水及氧反应，损伤纤维，有机苯酮类整理 剂可以弥补这一缺陷，它能够吸收UVB波段紫外线，相容性好，具有与TiO₂很好的相容性，可以发生良好的协同性，对光稳定性好。因此，将它们共同 作用与PBO纤维，可以很好的屏蔽紫外UVB波段对PBO纤维的损伤，从 而显著提高纤维的力学性能。用低温等离子体处理PBO纤维表面，从而增 加PBO纤维表面润湿性和吸附性能。纳米TiO₂/有机苯酮类整理剂共同作用 于PBO纤维，经过浸渍、吸附、烘干、固化等工艺，能够将纳米TiO₂/有机 苯酮类整理剂包覆在PBO纤维表面，在纤维表面形成空间网状结构，紧密 的包覆纤维，对纤维形成保护层，达到改善紫外照射后纤维强力损伤状况， 制成的增强复合PBO纤维抗UVB照射能力增强，材料的力学性能提高。

实施例1

步骤1：按照质量百分比分别称取以下各组分：纳米TiO₂5g、无水乙醇 10g、二羟基二苯甲酮3g、OP-101g、乙醇胺0.5g、去离子水80.5g，将称取 的各组分混合，在85℃超声乳化30min，然后以3500r/min的速度高速搅拌 60min，得到纳米TiO₂/有机苯酮类耐UVB整理剂；

纳米TiO₂/有机苯酮类整理剂乳液粒径分析见图1，图1显示整理剂乳液 粒径集中在100nm左右，稳定效果良好。

步骤2：将PBO纤维用辉光放电产生的低温等离子体处理200s后取出 PBO纤维，得到表面处理后的PBO纤维，控制进气量为25sccm，稳定时间 为55s，放电气压为30Pa，放电功率为210w；

低温等离子体处理前后PBO纤维表面形貌见图2、图3。由图2、图3 可以看出，未经等离子体处理的PBO纤维表面非常光滑，处理后的PBO纤 维，纤维表面出现细小裂纹及凹槽。辉光放电低温等离子体处理后的PBO 纤维，红外光谱图见图4。图4显示经辉光放电处理后PBO纤维在 2000cm^-1～4000cm^-1之间出现了新的吸收峰，说明纤维表面有-OH、-CH₃等活 性基团的引入，纤维的表面性能有所改善，同时纤维自身的骨架结构保持完 整；

步骤3：取步骤1得到的纳米TiO₂/有机苯酮类整理剂2g，与0.1g的 NaOH，0.1g的NaCl以及97.8g的去离子水混合均匀，得到整理液，将步骤 2的经低温等离子体处理后的PBO纤维在整理液中室温浸渍15s，于100℃ 烘干30s，然后在130℃的温度下固化90s，得到增强复合耐UVB的PBO纤 维。

实施例2

步骤1：按照质量百分比分别称取以下各组分：纳米TiO₂1g、无水乙醇 1g、羟基甲氧基二苯甲酮1g、吐温0.1g、聚丙烯酰胺1g、去离子水95.9g， 将称取的各组分混合，在85℃超声乳化30min，然后以3500r/min的速度高 速搅拌60min，得到纳米TiO₂/有机苯酮类耐UVB整理剂；

步骤2：将PBO纤维用辉光放电产生的低温等离子体处理190s后取出 PBO纤维，得到表面处理后的PBO纤维，控制进气量为25sccm，稳定时间 为60s，放电气压为28Pa，放电功率为200w；

步骤3：取步骤1得到的纳米TiO₂/有机苯酮类整理剂1g，与0.2g的 NaOH，0.3g的NaCl以及98.5g的去离子水混合均匀，得到整理液，将步骤 2的经低温等离子体处理后的PBO纤维在整理液中室温浸渍15s，于100℃ 烘干30s，然后在130℃的温度下固化90s，得到增强复合耐UVB的PBO纤 维。

实施例3

步骤1：按照质量百分比分别称取以下各组分：纳米TiO₂10g、无水乙 醇20g、氧基二苯甲酮5g、脂肪醇聚氧乙烯醚0.8g、乙醇胺0.1g、去离子水 64.1g，将称取的各组分混合，在85℃超声乳化30min，然后以3500r/min的 速度高速搅拌60min，得到纳米TiO₂/有机苯酮类耐UVB整理剂；

步骤2：将PBO纤维用辉光放电产生的低温等离子体处理210s后取出 PBO纤维，得到表面处理后的PBO纤维，控制进气量为25sccm，稳定时间 为65s，放电气压为32Pa，放电功率为190w；

步骤3：取步骤1得到的纳米TiO₂/有机苯酮类整理剂3.5g，与0.4g的 NaOH，0.5g的NaCl以及95.5g的去离子水混合均匀，得到整理液，将步骤 2的经低温等离子体处理后的PBO纤维在整理液中室温浸渍15s，于100℃ 烘干30s，然后在130℃的温度下固化90s，得到增强复合耐UVB的PBO纤 维。

实施例4

步骤1：按照质量百分比分别称取以下各组分：纳米TiO₂8g、无水乙醇 15g、羟基甲氧基二苯甲酮4g、聚氧乙烯酯0.7g、乙烯基双硬脂酰胺0.6g、 去离子水71.7g，将称取的各组分混合，在85℃超声乳化30min，然后以 3500r/min的速度高速搅拌60min，得到纳米TiO₂/有机苯酮类耐UVB整理剂；

步骤2：将PBO纤维用辉光放电产生的低温等离子体处理200s后取出 PBO纤维，得到表面处理后的PBO纤维，控制进气量为25sccm，稳定时间 为60s，放电气压为30Pa，放电功率为200w；

步骤3：取步骤1得到的纳米TiO₂/有机苯酮类整理剂3g，与0.3g的 NaOH，0.2g的NaCl以及96.5g的去离子水混合均匀，得到整理液，将步骤 2的经低温等离子体处理后的PBO纤维在整理液中室温浸渍15s，于100℃ 烘干30s，然后在130℃的温度下固化90s，得到增强复合耐UVB的PBO纤 维。

将本发明制备的耐UVB的PBO纤维在UVB照射下改变照射时间，研 究UVB照射(光照强度为292μw/cm²)时间对纤维强力的影响，结果如图5 所示。由图5可以看出，经紫外UVB照射后，增强复合PBO纤维抗紫外 UVB能力与PBO原纤相比有所增加，纤维强力损伤明显减小。在UVB波 长为308nm、光照强度为292μw/cm²，照射时间6天时，增强复合PBO纤 维强力保持率为94.6％，照射时间9天，增强复合PBO纤维强力保持率为 91.4％，照射时间11天，增强复合PBO纤维强力保持率为85.9％，照射时 间13天时，增强复合PBO纤维强力保持率可达82％。