[发明专利]氨基化石墨烯改性聚丙烯腈活性纤维及其制备方法和应用

说明书

本发明公开一种氨基化石墨烯改性聚丙烯腈活性纤维及其制备方法和应用，属于聚丙烯腈纤维改性技术领域，是通过多巴胺的自聚反应在聚丙烯腈纤维表面粘附聚多巴胺涂层，再将氨基化石墨烯接枝于经多巴胺修饰过的聚丙烯腈纤维表面得到，标记为NH₂‑GNPs/D‑PAN。解决了纤维表面惰性、不易被改性的问题，将处理后的纤维用于改性沥青，能有效改善纤维改性沥青存在的粘弹性能差、抵抗形变能力弱等缺点，得到的改性沥青的粘弹性、抗形变能力大大提高。

技术领域

本发明属于聚丙烯腈纤维改性技术领域，尤其是氨基化石墨烯改性聚丙烯腈活性纤维及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，纤维和天然沥青改性沥青混合料在我国高等级公路建设中已有大量应用，提高纤维和天然沥青改性沥青混合料的综合路用性能一直是工程界和学术界关注的热点。由于道路沥青主要来源于石蜡基原油，导致沥青对温度的敏感性较大，容易出现泛油、变形等问题，而纤维对沥青具有较强的吸附、增粘、抗水稳定、加筋和阻裂等作用，能够弥补沥青混合料低温脆性大以及抗拉性能差的不足，提高韧性，延长抗疲劳寿命，同时提高沥青混合料的高温稳定性，所以在沥青混合料中加入纤维是解决沥青路面损害的一种重要途径。

很多专家学者致力于通过添加其它材料制备沥青复合材料提高沥青道路的性能，主要的努力方向集中在开发更好机械特性的新型沥青道路材料。研究表明玄武岩纤维加入沥青胶浆后释放界面的集中应力，从而增强沥青的应力松弛能力，能提高沥青的粘弹性能及高温稳定性。研究表明加入0.3％纤维对沥青有明显的阻滞作用，减弱沥青与集料的离析。

目前，应用于沥青胶浆的纤维种类繁多，主要有矿物纤维、聚丙烯腈纤维、木质素等，他们可以增强沥青胶浆的高温抗车辙性能及低温抗裂性能。但是，由于纤维表面惰性，不易进行改性，造成对于添加改性纤维于沥青中的研究较少，这限制了纤维沥青道路的进一步发展。研究发现，利用多巴胺水溶液表面改性碳纤维，在超疏水的碳纤维表面成功沉积了一层聚多巴胺涂层后成功接枝十八胺。公布号为CN 109206928A的中国发明专利申请，公开了一种公路用耐高温改性沥青及其制备方法，具体包括：环氧树脂、聚酯纤维、乙撑双硬脂酰胺、壳寡糖、3-哌嗪基丙基甲基二甲氧基硅烷、正丁醇、复合紫外线吸收剂、防老剂、3-缩水甘油醚氧基丙基三乙氧基硅烷、硫化脂肪酸酯、二异丁基萘磺酸钠、氧化石墨烯12种化学成分，成分复杂、制备困难。

因此，需研究一种操作简单的改性方法，以解决纤维表面惰性问题，并能提高纤维沥青性能的方法。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种氨基化石墨烯改性聚丙烯腈活性纤维及其制备方法和应用，通过加入多巴胺，成功将氨基化石墨烯接枝于聚丙烯腈活性纤维上，得到氨基化石墨烯改性聚丙烯腈活性纤维NH₂-GNPs/D-PAN，将NH₂-GNPs/D-PAN应用于改性沥青，得到的改性沥青的粘弹性、抗形变能力大大提高。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种氨基化石墨烯改性聚丙烯腈活性纤维，是通过多巴胺的自聚反应在聚丙烯腈纤维表面粘附聚多巴胺涂层，再将氨基化石墨烯接枝于经多巴胺修饰过的聚丙烯腈纤维表面得到，标记为NH₂-GNPs/D-PAN，所得产品的抗拉强度达到753Mpa以上，弹性模量达到7693Mpa以上。

本发明提供所述氨基化石墨烯改性聚丙烯腈活性纤维的制备方法，具体包括如下步骤：

(1)将氧化石墨烯于水溶液中，再向其中加入乙二胺或己二胺，在恒温、搅拌条件下反应，反应完成后经过真空抽滤，得到产物即为氨基化石墨烯，将其干燥备用，并标记为NH₂-GNPs；

(2)将聚丙烯腈纤维放入洗剂中超声处理，再用无水乙醇或去离子水洗去洗剂后，干燥，即得到预处理的纤维，备用；