一种亲水阻燃改性聚酰亚胺纤维
阅读说明：本技术 一种亲水阻燃改性聚酰亚胺纤维 (Hydrophilic flame-retardant modified polyimide fiber ) 是由 陈智水 李志强 廖颖 于 2021-09-17 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种亲水阻燃改性聚酰亚胺纤维,涉及纺织品技术领域,该亲水阻燃改性聚酰亚胺纤维制备过程：首先利用硅烷偶联剂对二氧化硅进行改性,不仅增加硅烷偶联剂在有机试剂中的分散性,且在二氧化硅表面接枝氨基,再利用改性后的硅烷偶联剂与二酐反应接枝,二酐与二胺反应制备改性聚酰胺酸,最后改性聚酰氨酸经过亚酰胺化制备得到改性聚酰亚胺。得到的改性聚酰亚胺为亲水阻燃改性聚酰亚胺纤维。改性聚酰亚胺通过制备含硅氧烷的二酐来制备含硅氧烷的嵌段共聚物,硅氧键的键能较高,热稳定性好,成型加工性及柔韧性得到改善,可以提高聚合物分子链的柔顺性显著改善材料的粘附性能,且增加材料的亲水性能,便于材料水洗。(The invention provides a hydrophilic flame-retardant modified polyimide fiber, which relates to the technical field of textiles, and the preparation process of the hydrophilic flame-retardant modified polyimide fiber comprises the following steps: firstly, modifying silicon dioxide by using a silane coupling agent, not only increasing the dispersibility of the silane coupling agent in an organic reagent, but also grafting amino on the surface of the silicon dioxide, then reacting and grafting by using the modified silane coupling agent and dianhydride, reacting the dianhydride and diamine to prepare modified polyamic acid, and finally performing imidization on the modified polyamic acid to prepare the modified polyimide. The obtained modified polyimide is hydrophilic flame-retardant modified polyimide fiber. The modified polyimide is used for preparing the siloxane-containing block copolymer by preparing the siloxane-containing dianhydride, the bond energy of a siloxane bond is higher, the thermal stability is good, the molding processability and the flexibility are improved, the flexibility of a polymer molecular chain can be improved, the adhesion performance of the material is obviously improved, the hydrophilic performance of the material is increased, and the material is convenient to wash.)
技术领域
本发明涉及纺织品技术领域，具体涉及一种亲水阻燃改性聚酰亚胺纤维。
背景技术
聚酰亚胺分子中十分稳定的芳杂环结构，使其表现出其他高分子材料无法比拟的耐高温和耐低温性能，阻燃性能优异，且发烟率低，可满足大部分领域的阻燃要求，我国已经工业化生产的聚酰亚胺纤维具有高强高模的物理特性，因此使用聚酰亚胺纤维去开发灭火消防服外层面料具有广阔的市场前景。
但是由于聚酰亚胺纤维属于化纤，属于高分子材料，分子链长、结构紧密且亲水性基团缺乏，因此化学纤维普遍存在着吸湿能力差、透气性不好、容易积聚静电、易吸灰，染色困难等方面的缺陷，这在一定程度上制约了合成纤维的发展；因此在织物的开发过程中需要解决织物力学性能较差等问题。所以必须对合成纤维进行必要的改性。制备得到兼具特殊性能、手感好，穿着舒适的差别化纤维。本发明亲水阻燃聚酰亚胺纤维合成工艺简单、生产成本较低、性能稳定，适用范围广，因此具有良好的应用前景，适合大批量加工生产。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种亲水阻燃改性聚酰亚胺纤维，通过改性二氧化硅接枝均苯二甲酸酐，利用接枝后的二酐和二胺反应制备改性聚酰胺酸，改性聚酰胺酸亚胺化制备改性聚酰亚胺，得到的改性聚酰亚胺具有亲水性强等优点。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种亲水阻燃改性聚酰亚胺纤维，亲水阻燃改性聚酰亚胺纤维的制备方法包括如下步骤：
(1)制备改性二氧化硅：将适量纳米二氧化硅和甲苯超声均匀分散得到纳米二氧化硅悬浮液，再将适量硅烷偶联剂、去离子水以及乙酸制备成预水解溶液，纳米二氧化硅悬浮液和预水解溶液在反应釜A中，升温至60-70℃，保温搅拌1-2h，保温回流7-8h，过滤洗涤、真空干燥，得到氨基化二氧化硅；
(2)制备改性聚酰胺酸：将适量N-甲基吡咯烷酮加入反应釜B中，再加入氨基化二氧化硅，搅拌均匀，加入适量4,4'-二氨基二苯醚、均苯二甲酸酐搅拌均匀反应4-6h，反应温度-10-30℃，过滤得到的固体依次水洗、四氢呋喃洗涤、乙醇洗涤，再过滤干燥，得到改性聚酰胺酸；
(3)制备改性聚酰亚胺：将改性聚酰胺酸浸入催化剂中，添加适量乙酸酐，升温至30-40℃保温浸泡14-18h，水洗干燥，得到亲水阻燃改性聚酰亚胺纤维。
优选地，步骤(1)中纳米二氧化硅：甲苯：硅烷偶联剂：去离子水的质量比为1:(150-250)：(0.4-1)：1，所述乙酸将预水解溶液调节pH至3.5-4。
优选地，步骤(1)中硅烷偶联剂为γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷、N-β(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷、N-β(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷中的任意一种。
优选地，步骤(2)中N-甲基吡咯烷酮：氨基化二氧化硅：4,4'-二氨基二苯醚：均苯二甲酸酐的质量比为12：4：3：2，所述均苯二甲酸苷分三次加入反应釜B中，时间间隔0.2-0.3h。
优选地，步骤(3)中催化剂剂为质量比为5：4的三乙胺和吡啶混合制备得到，所述催化剂：改性聚酰胺酸：乙酸酐的摩尔比(0.02-0.5)：1：1。
优选地，步骤(2)和步骤(3)反应均在氮气氛围下进行。
(三)有益效果
本发明的目的在于克服现有技术中的上述问题，提供一种亲水阻燃改性聚酰亚胺纤维。
本发明利用硅烷偶联剂对二氧化硅进行改性，不仅增加硅烷偶联剂在有机试剂中的分散性，且在二氧化硅表面接枝氨基，改性后的硅烷偶联剂与二酐反应接枝，二酐与二胺反应制备改性聚酰胺酸，改性聚酰氨酸经过亚酰胺化制备得到改性聚酰亚胺。改性聚酰亚胺通过制备含硅氧烷的二酐来制备含硅氧烷的嵌段共聚物，硅氧键的键能较高，热稳定性好，成型加工性及柔韧性得到改善，可以提高聚合物分子链的柔顺性显著改善材料的粘附性能，且增加材料的亲水性能，便于材料水洗。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
一种亲水阻燃改性聚酰亚胺纤维，亲水阻燃改性聚酰亚胺纤维的制备方法包括如下步骤：
(1)制备改性二氧化硅：将适量纳米二氧化硅和甲苯超声均匀分散得到纳米二氧化硅悬浮液，再将适量γ-氨丙基三乙氧基硅烷、去离子水以及乙酸制备成预水解溶液，纳米二氧化硅：甲苯：γ-氨丙基三乙氧基硅烷：去离子水的质量比为1:150：0.4：1，乙酸将预水解溶液调节pH至3.5，纳米二氧化硅悬浮液和预水解溶液在反应釜A中，升温至60℃，保温搅拌1h，保温回流7h，过滤洗涤、真空干燥，得到氨基化二氧化硅；
(2)制备改性聚酰胺酸：将适量N-甲基吡咯烷酮加入反应釜B中，再加入氨基化二氧化硅，搅拌均匀，加入适量4,4'-二氨基二苯醚、均苯二甲酸酐搅拌均匀反应4h，反应温度-10℃，N-甲基吡咯烷酮：氨基化二氧化硅：4,4'-二氨基二苯醚：均苯二甲酸酐的质量比为12：4：3：2，所述均苯二甲酸苷分三次加入反应釜B中，时间间隔0.2h，过滤得到的固体依次水洗、四氢呋喃洗涤、乙醇洗涤，再过滤干燥，得到改性聚酰胺酸，反应在氮气氛围下进行；
(3)制备改性聚酰亚胺：将改性聚酰胺酸浸入质量比为5：4的三乙胺和吡啶，添加适量乙酸酐，催化剂：改性聚酰胺酸：乙酸酐的摩尔比0.02：1：1，升温至30℃保温浸泡14h，水洗干燥，得到亲水阻燃改性聚酰亚胺纤维，反应在氮气氛围下进行。
实施例2：
一种亲水阻燃改性聚酰亚胺纤维，亲水阻燃改性聚酰亚胺纤维的制备方法包括如下步骤：
(1)制备改性二氧化硅：将适量纳米二氧化硅和甲苯超声均匀分散得到纳米二氧化硅悬浮液，再将适量γ-氨丙基三乙氧基硅烷、去离子水以及乙酸制备成预水解溶液，纳米二氧化硅：甲苯：γ-氨丙基三乙氧基硅烷：去离子水的质量比为1:250：1：1，乙酸将预水解溶液调节pH至4，纳米二氧化硅悬浮液和预水解溶液在反应釜A中，升温至70℃，保温搅拌2h，保温回流8h，过滤洗涤、真空干燥，得到氨基化二氧化硅；
(2)制备改性聚酰胺酸：将适量N-甲基吡咯烷酮加入反应釜B中，再加入氨基化二氧化硅，搅拌均匀，加入适量4,4'-二氨基二苯醚、均苯二甲酸酐搅拌均匀反应6h，反应温度30℃，N-甲基吡咯烷酮：氨基化二氧化硅：4,4'-二氨基二苯醚：均苯二甲酸酐的质量比为12：4：3：2，所述均苯二甲酸苷分三次加入反应釜B中，时间间隔0.3h，过滤得到的固体依次水洗、四氢呋喃洗涤、乙醇洗涤，再过滤干燥，得到改性聚酰胺酸，反应在氮气氛围下进行；
(3)制备改性聚酰亚胺：将改性聚酰胺酸浸入质量比为5：4的三乙胺和吡啶，添加适量乙酸酐，催化剂：改性聚酰胺酸：乙酸酐的摩尔比0.5：1：1，升温至40℃保温浸泡18h，水洗干燥，得到亲水阻燃改性聚酰亚胺纤维，反应在氮气氛围下进行。
实施例3：
一种亲水阻燃改性聚酰亚胺纤维，亲水阻燃改性聚酰亚胺纤维的制备方法包括如下步骤：
(1)制备改性二氧化硅：将适量纳米二氧化硅和甲苯超声均匀分散得到纳米二氧化硅悬浮液，再将适量γ-氨丙基三乙氧基硅烷、去离子水以及乙酸制备成预水解溶液，纳米二氧化硅：甲苯：γ-氨丙基三乙氧基硅烷：去离子水的质量比为1:150：1：1，乙酸将预水解溶液调节pH至3.5，纳米二氧化硅悬浮液和预水解溶液在反应釜A中，升温至70℃，保温搅拌1h，保温回流8h，过滤洗涤、真空干燥，得到氨基化二氧化硅；
(2)制备改性聚酰胺酸：将适量N-甲基吡咯烷酮加入反应釜B中，再加入氨基化二氧化硅，搅拌均匀，加入适量4,4'-二氨基二苯醚、均苯二甲酸酐搅拌均匀反应4h，反应温度30℃，N-甲基吡咯烷酮：氨基化二氧化硅：4,4'-二氨基二苯醚：均苯二甲酸酐的质量比为12：4：3：2，所述均苯二甲酸苷分三次加入反应釜B中，时间间隔0.2h，过滤得到的固体依次水洗、四氢呋喃洗涤、乙醇洗涤，再过滤干燥，得到改性聚酰胺酸，反应在氮气氛围下进行；
(3)制备改性聚酰亚胺：将改性聚酰胺酸浸入质量比为5：4的三乙胺和吡啶，添加适量乙酸酐，催化剂：改性聚酰胺酸：乙酸酐的摩尔比0.5：1：1，升温至30℃保温浸泡18h，水洗干燥，得到亲水阻燃改性聚酰亚胺纤维，反应在氮气氛围下进行。
实施例4：
一种亲水阻燃改性聚酰亚胺纤维，亲水阻燃改性聚酰亚胺纤维的制备方法包括如下步骤：
(1)制备改性二氧化硅：将适量纳米二氧化硅和甲苯超声均匀分散得到纳米二氧化硅悬浮液，再将适量γ-氨丙基三乙氧基硅烷、去离子水以及乙酸制备成预水解溶液，纳米二氧化硅：甲苯：γ-氨丙基三乙氧基硅烷：去离子水的质量比为1:250：0.4：1，乙酸将预水解溶液调节pH至4，纳米二氧化硅悬浮液和预水解溶液在反应釜A中，升温至60℃，保温搅拌2h，保温回流7h，过滤洗涤、真空干燥，得到氨基化二氧化硅；
(2)制备改性聚酰胺酸：将适量N-甲基吡咯烷酮加入反应釜B中，再加入氨基化二氧化硅，搅拌均匀，加入适量4,4'-二氨基二苯醚、均苯二甲酸酐搅拌均匀反应6h，反应温度-10℃，N-甲基吡咯烷酮：氨基化二氧化硅：4,4'-二氨基二苯醚：均苯二甲酸酐的质量比为12：4：3：2，所述均苯二甲酸苷分三次加入反应釜B中，时间间隔0.3h，过滤得到的固体依次水洗、四氢呋喃洗涤、乙醇洗涤，再过滤干燥，得到改性聚酰胺酸，反应在氮气氛围下进行；
(3)制备改性聚酰亚胺：将改性聚酰胺酸浸入质量比为5：4的三乙胺和吡啶，添加适量乙酸酐，催化剂：改性聚酰胺酸：乙酸酐的摩尔比0.02：1：1，升温至40℃保温浸泡14h，水洗干燥，得到亲水阻燃改性聚酰亚胺纤维，反应在氮气氛围下进行。
实施例5：
一种亲水阻燃改性聚酰亚胺纤维，亲水阻燃改性聚酰亚胺纤维的制备方法包括如下步骤：
(2)制备改性二氧化硅：将适量纳米二氧化硅和甲苯超声均匀分散得到纳米二氧化硅悬浮液，再将适量γ-氨丙基三乙氧基硅烷、去离子水以及乙酸制备成预水解溶液，纳米二氧化硅：甲苯：γ-氨丙基三乙氧基硅烷：去离子水的质量比为1:200：0.5：1，乙酸将预水解溶液调节pH至3.7，纳米二氧化硅悬浮液和预水解溶液在反应釜A中，升温至65℃，保温搅拌1.5h，保温回流7.5h，过滤洗涤、真空干燥，得到氨基化二氧化硅；
(2)制备改性聚酰胺酸：将适量N-甲基吡咯烷酮加入反应釜B中，再加入氨基化二氧化硅，搅拌均匀，加入适量4,4'-二氨基二苯醚、均苯二甲酸酐搅拌均匀反应5h，反应温度0℃，N-甲基吡咯烷酮：氨基化二氧化硅：4,4'-二氨基二苯醚：均苯二甲酸酐的质量比为12：4：3：2，所述均苯二甲酸苷分三次加入反应釜B中，时间间隔0.25h，过滤得到的固体依次水洗、四氢呋喃洗涤、乙醇洗涤，再过滤干燥，得到改性聚酰胺酸，反应在氮气氛围下进行；
(3)制备改性聚酰亚胺：将改性聚酰胺酸浸入质量比为5：4的三乙胺和吡啶，添加适量乙酸酐，催化剂：改性聚酰胺酸：乙酸酐的摩尔比0.5：1：1，升温至30℃保温浸泡16h，水洗干燥，得到亲水阻燃改性聚酰亚胺纤维，反应在氮气氛围下进行。
实验内容
按照实施例1-5组分和方法分别制作出亲水阻燃改性聚酰亚胺纤维。
(1)接触角测试
本实验使用上海中晨JC200C型接触角测量仪，采用悬滴法测量涂层的接触角。用注射器将大约3μL液体滴到亲水阻燃改性聚酰亚胺纤维，使用带有CCD的照相机拍下液滴的轮廓，并用测量角度的方法评价接触角，测量5个点的接触角，取平均值作为亲水阻燃改性聚酰亚胺纤维的表面接触角。
表1：
实施例1
实施例2
实施例3
实施例4
实施例5
接触角/(°)
57.4
56.1
55.7
57.6
56.7
由表1可以看出，本发明实施例1-5制备的亲水阻燃改性聚酰亚胺纤维具有优良的亲水性能。能够满足行业的要求，具有较好的应用前景。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：一种酞菁基二维有机框架材料超薄纳米带的制备方法