[发明专利]一种兼具耐紫外光和耐湿热老化的PBO纤维的制备方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及PBO纤维技术领域，具体地说，是一种兼具耐紫外光和耐湿热老化的PBO纤维的制备方法。

【背景技术】

聚苯撑苯并二噁唑(简称PBO)是一种全芳杂环的刚性棒状液晶高分子，由干喷湿纺工艺制得的PBO纤维具有高强、高模、耐高温等众多优异性能，被称为“21世纪的超级纤维”，是目前综合性能最佳的高性能纤维之一，在航空航天、国防军事等高新技术领域有着十分广阔的应用前景。

虽然PBO纤维性能优异，但是其制品在使用过程中的老化失效问题困扰了PBO纤维的使用，尤其是由PBO纤维制备的防弹衣在不到5年的时间内就出现了明显的老化现象，并且因此导致了严重的人员伤亡事件。由于PBO纤维在紫外光和潮湿条件下的老化情况比原先预计的要快的多，这极大的限制了PBO纤维目前在高新技术领域的发展和应用。为此，需要研究PBO纤维的防老化技术，制备耐老化性良好的PBO纤维。

PBO纤维的老化主要可分为热氧老化、湿热老化以及紫外光老化三类。在正常使用环境下，湿热老化和紫外光老化对PBO纤维性能的影响较为普遍与严重。一般认为，PBO纤维的湿热老化是由于水分子通过毛细效应等方式渗透进入PBO纤维内部，经过一系列的物理和化学过程，导致纤维力学性能下降；而紫外光老化则是在PBO纤维在紫外光照射的情况下，分子链结构被破坏，从而引起纤维力学性能的下降。

目前，国内外关于PBO纤维耐紫外光老化的研究比较多，对于耐湿热老化的技术，所报道的专利和文献较少，而能同时做到防紫外光老化和湿热老化的方法则没有报道。

在PBO纤维耐紫外光老化技术方面，已经有不少专利和文献。总的来说，其技术分为两大类，第一类是将防老化剂加入聚合体系中，进行原位聚合和纺丝。具体的来说，如中国专利CN101397696A，其在反应体系中直接加入抗紫外剂TM，反应完成之后将物料用双螺杆或单螺杆挤出机挤出，采用干喷湿纺工艺纺成PBO纤维，从而提高PBO纤维的耐紫外性能。又如中国专利CN101215732A，是在PBO反应体系中加入多聚磷酸和纳米TiO₂的混合物，通过原位聚合制得耐紫外的PBO纤维。这类方法由于直接在反应体系中添加添加剂，往往会对PBO的聚合过程产生影响，造成PBO纤维的强度和分子量下降；另一方面，由于PBO纤维的纺丝液的浓度很高，导致添加剂很难在纺丝液中均匀分散，而TiO₂之类的无机纳米粒子本身易团聚，分散效果更差。

第二类方法则是在纤维纺丝成型之后进行处理。这一类方法最大的特点是在PBO纤维纺丝成型之后再对纤维进行处理，既能达到预定效果，又不干扰PBO纤维的纺丝过程和影响纤维性能。这一类方法报道较多的是用溶胶-凝胶法制备TiO₂涂层，利用TiO₂的防紫外光作用来提高纤维的耐光老化性。具体的有，刘晓艳等采用钛酸四丁酯的水解制备TiO₂水溶胶，并在150℃烘焙干燥，在纤维上形成TiO₂涂层，涂层后纤维的耐光性有一定改善。(刘晓艳.溶胶-凝胶法改善芳纶织物的耐光性.纺织学报，2009，30(2)：85～88，Liu Xiao-yan.Improving the photo-stability of high performance aramid fibers by sol-gel treatment.Fibers and Polymers，2008，9(4)：455～460)。邱峻等利用特定配比的TiO₂溶胶，在PBO纤维表面形成TiO₂涂层，提高了PBO纤维的耐紫外光性能。(邱峻.纳米TiO2溶胶制备及其对PBO纤维抗紫外光老化的影响.盐城工学院学报(自然科学版)，2009，22(1)：35～39)

不过，以上方法使用TiO₂水溶胶直接作为防老化涂层，处理温度高，而且存在着纳米TiO₂粒子在纤维表面易团聚、难分散和达不到对纤维表面有效覆盖的问题。为此，有些研究者使用了分散剂的方法，可大为提高分散均匀性。如专利CN102277726A，首先制备TiO₂-ZnO复合水溶胶整理液，使用聚乙二醇作为分散剂，将PBO纤维浸入到整理液中超产振荡，干燥之后在PBO纤维表面形成抗紫外涂层，从而达到防紫外光老化的效果。但是，该专利为了使溶胶中的纳米粒子可以均匀的分散，使用的分散剂聚乙二醇是亲水性的，这导致纤维表面变得亲水，在改善PBO纤维的耐光老化性的同时，反而会加剧PBO纤维的湿热老化。

【发明内容】