• 一种表面改性超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法

    • 摘要:

      本发明公开一种表面改性超高分子量聚乙烯纤维及其制备方法.所述改性UHMWPE纤维的组成从外到内依次为:PDA涂层、UHMWPE纤维内层.其中,活化PDA涂层由4~8层活化PDA粒子组成,具有稳定疏松多孔结构.活化PDA涂层与UHMWPE纤维存在强烈的非共价键作用;活化PDA涂层中,同层或非同层PDA粒子间通过与硅烷偶联剂发生化学反应生成的共价键连接在一起,形成稳定的活化PDA涂层结构.本发明利用投入的硅烷偶联剂与多巴胺的摩尔比,控制PDA的粒径,制备出疏松多孔PDA涂层;利用搅拌速率获得厚度适中的PDA层,利用合理投料方法获得稳定的活化PDA层结构.

    • 专利类型:

      发明专利

    • 申请/专利号:

      CN201910158668.1

    • 申请日期:

      2019.03.01

    • 公开/公告号:

      CN110042665A

    • 公开/公告日:

      2019-07-23

    • 发明人:

      陈鹏 刘向哲 王魁

    • 申请人:

      中国科学院宁波材料技术与工程研究所

    • 主分类号:

      D06M15/61(2006.01),D,D06,D06M,D06M15

    • 分类号:

      D06M15/61(2006.01),D06M13/513(2006.01),C08G73/06(2006.01),D06L1/02(2006.01),D06M101/20(2006.01),D,C,D06,C08,D06M,C08G,D06L,D06M15,D06M13,C08G73,D06L1,D06M101,D06M15/61,D06M13/513,C08G73/06,D06L1/02,D06M101/20

    • 主权项:

      1.一种表面改性超高分子量聚乙烯纤维,其特征在于表面元素C的含量为50~70wt%,O的含量为20~31wt%,N的含量为2~7wt%,Si的含量为7~15wt%,经FTIR检测发现,活性基团与-CH2-的红外吸收峰的面积比为1:73~1:50;从外到内依次包括活化聚多巴胺(PDA)表面涂层、UHMWPE纤维内层;其中,活化PDA涂层由4~8层活化PDA粒子组成,具有稳定疏松多孔结构;所述的活化PDA粒子为表面接枝有活性基团的PDA粒子;活化PDA涂层与UHMWPE纤维通过非共价键作用粘结;活化PDA涂层中,同层或非同层的PDA粒子间通过与硅烷偶联剂发生化学反应生成的共价键连接在一起,形成稳定的活化PDA涂层结构. 2.如权利要求1所述的一种表面改性超高分子量聚乙烯纤维,其特征在于改性纤维拉伸强度为3.82~3.89GPa,强度保持率为97~99%;且依照GB/T 3921.3标准洗涤10次,干燥,清洗前后改性纤维的质量差为清洗前纤维质量的0.1%~0.3%. 3.如权利要求1或2所述的一种表面改性超高分子量聚乙烯纤维,其特征在于所述的活化PDA层的厚度为800~1000nm,表面孔径大小为100~700nm,BET表面积为8~30m2/g,表面能为35~60mN/m. 4.如权利要求1或2或3所述的一种表面改性超高分子量聚乙烯纤维,其特征在于活化PDA层的质量占UHMWPE纤维总质量的1.3~4.8wt%. 5.如权利要求1所述的一种表面改性超高分子量聚乙烯纤维的制备方法,其特征在于该方法包括以下步骤: 步骤1、UHMWPE纤维的清洗: 将UHMWPE纤维放入溶剂中清洗10~40min,取出干燥;其中溶剂为乙醇、丙酮和四氢呋喃中的一种或几种的混合物; 步骤2、可控孔径的PDA层改性UHMWPE纤维的制备 在PH为8~13的三(羟甲基)氨基甲烷-盐酸(Tris-HCl)缓冲溶液中同时加入多巴胺与硅烷偶联剂S1,搅拌10~40min后,加入UHMWPE纤维,反应一段时间; 所述的硅烷偶联剂S1的化学结构如式1所示;其中Y为短分子链,具体的是包含2~8个亚甲基的烷烃链、包含1~10个-CH2OCH2-的分子链和包含1~3个亚甲基与1~8个-CH2O-的分子链中的一种; 步骤3、稳定结构的活化PDA层改性UHMWPE纤维的制备: 将硅烷偶联剂S2加入上述混合液中,水解反应2~10h,取出纤维,清洗,干燥; 所述的硅烷偶联剂S2的结构如式2所示;其中Z为短分子链,具体的是:当其端基为环氧时,Z的主链包含1~10个-CH2CH2O-;当其端基为-NH2时,Z的主链包含2~7个亚甲基与1~5个-NH-; 6.如权利要求5所述的一种表面改性超高分子量聚乙烯纤维的制备方法,其特征在于所述的硅烷偶联剂S1与多巴胺的摩尔比为1:300~1:500,搅拌速率为500~3000rpm,反应时间为3~10h. 7.如权利要求6所述的一种表面改性超高分子量聚乙烯纤维的制备方法,其特征在于硅烷偶联剂与多巴胺的摩尔比为1:400~1:500,搅拌速率为1000~3000rpm,反应时间为4~10h. 8.如权利要求5所述的一种表面改性超高分子量聚乙烯纤维的制备方法,其特征在于所述的硅烷偶联剂S2与S1的配合使用,其摩尔比10:1~5:1. 9.如权利要求8所述的一种表面改性超高分子量聚乙烯纤维的制备方法,其特征在于硅烷偶联剂S2与S1的配合使用,其摩尔比8:1~5:1. 10.如权利要求5所述的一种表面改性超高分子量聚乙烯纤维的制备方法,其特征在于硅烷偶联剂S1为时,硅烷偶联剂S2为 硅烷偶联剂S1为时,硅烷偶联剂S2为 硅烷偶联剂S1为时,硅烷偶联剂S2为 硅烷偶联剂S1为时,硅烷偶联剂S2为 硅烷偶联剂S1为时,硅烷偶联剂S2为 硅烷偶联剂S1为时,硅烷偶联剂S2为