高疏水PAN的制备及其性能

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2020.04.003

中国塑料 ›› 2020, Vol. 34 ›› Issue (4): 12-19.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2020.04.003

高疏水PAN的制备及其性能

周存¹^,², 左春龙¹()

^1.天津工业大学，化学化工学院，天津 300387
^2.天津市纺织纤维界面处理技术工程中心，天津 300270

收稿日期:2019-10-31 出版日期:2020-04-26 发布日期:2020-04-26
基金资助:
国家重点研发计划资助(2016YFB0303200)

Preparation and Properties of Highly Hydrophobic Polyacrylonitrile Fiber

Cun ZHOU¹^,², Chunlong ZUO¹()

^1.School of Chemistry and Chemical Engineering，Tianjin Polytechnic University，Tianjin 300387，China
^2.Tianjin Engineering Research Center of Textile Fiber Interface Treatment Technology，Tianjin 300270，China

Received:2019-10-31 Online:2020-04-26 Published:2020-04-26
Contact: Chunlong ZUO E-mail:974066773@qq.com

摘要/Abstract

摘要：

以磷酸和环氧树脂E20制备了水性的磷酸改性环氧树脂(PAER)，考察了反应温度、反应时间、投料比等因素对环氧树脂转化率的影响，得到了制备PAER的最佳条件。采用傅里叶变换红外光谱和核磁共振波谱对PAER结构进行了表征。用KOH中和PAER得到磷酸改性环氧树脂的钾盐(PAERK)，测试了PAERK乳液的性质。使用含氟表面活性剂(FP?6812)与PAERK复配制得了含氟改性环氧树脂钾盐(PAERKF)，测试了PAERKF乳液施覆改性前后聚丙烯腈纤维(PAN)与水的接触角及纤维在环氧树脂中的分散性，并通过场发射扫描电子显微镜对纤维的表面形貌进行了观察。结果表明，PAERKF的最佳上浆浓度为0.6 %(质量分数，下同)，最佳施覆量为5.0 mg/g；经PAERKF施覆改性后的PAN纤维与水的接触角可达146.94°，纤维具备了高疏水特性；经PAERKF施覆改性后的PAN在环氧树脂基体中的分散系数(β)可达0.89，纤维在树脂基体中的分散性得到改善。

关键词: 磷酸, 环氧树脂, 水性上浆剂, 高疏水, 聚丙烯腈纤维

Abstract:

Water?based phosphoric acid?modified epoxy resin (PAER) was prepared by using phosphoric acid and epoxy resin (E20) as raw materials, and its molecular structure was characterized by Fourier?transform infrared spectroscopy and nuclear magnetic resonance spectroscopy. The potassium salt of phosphoric acid?modified epoxy resin (PAERK) was obtained by a neutralization reaction of PAER with KOH, and then the fluorine?containing epoxy resin potassium salt (PAERKF) was prepared by using PAERK and fluorine?containing surfactant as raw materials. The results indicated that the optimum sizing concentration and coating amount for PAERKF was 0.6 wt % and 5.0 mg/g, respectively. After modification with PAERKF, the contact angle between the polyacrylonitrile (PAN) fiber and water reached 146.94°, indicating a highly hydrophobic feature. The PAERKF?modified PAN fiber achieved a dispersion coefficient of 0.89 in the epoxy matrix, and the dispersibility of fibers in the matrix was improved.

Key words: phosphoric acid, epoxy resin, water?based sizing agent, highly hydrophobic feature, polyacrylonitrile fiber

中图分类号:

TQ 342

周存, 左春龙. 高疏水PAN的制备及其性能[J]. 中国塑料, 2020, 34(4): 12-19.

Cun ZHOU, Chunlong ZUO. Preparation and Properties of Highly Hydrophobic Polyacrylonitrile Fiber[J]. China Plastics, 2020, 34(4): 12-19.

图/表 10

图1 反应机理

Fig.1 Reaction mechanism

图2 反应时间、投料比、温度对环氧值及转化率的影响

Fig.2 Influence of reaction time, feed ratio and temperature on epoxy value and conversion rate

图3 环氧树脂E20与PAERK的FTIR谱图

Fig.3 FTIR spectra of epoxy resin E20 and PAERK

图4 环氧树脂E20与PAERK的1H?NMR谱图

Fig.4 1H?NMR spectrum of epoxy resin E20 and PAERK

图5 乳液浓度对表面张力及PAN纤维接触角的影响

Fig.5 Effect of emulsion concentration on surface tension of PAEK emulsion and contact angle of PAN fiber

图6 环氧树脂E20与PAEK的TG曲线

Fig.6 TG curves of epoxy resin E20 and PAERK

环氧值/ mol?（100g）^-1	转化率/%	平均粒径/μm	乳液外观	离心稳定性/ g
0.034	84.55	0.039	澄清透明	0
0.054	75.45	0.071	澄清发蓝光	0
0.063	71.36	0.094	澄清发蓝光	0.002
0.075	65.91	0.401	浑浊乳白色	0.066

表1 环氧值对乳液性质的影响

Tab. 1 Effect of epoxy value on emulsion properties

图7 氟表面活性剂含量对纤维接触角的影响

Fig. 7 Effect of fluorine surfactant content on fiber contact angle

图8 PAERKF改性前后PAN纤维表面的FE?SEM照片

Fig.8 FE?SEM images of PAN fiber treated by PAERKF

图9 PAERKF施覆量对PAN纤维分散性的影响

Fig.9 Influence of adsorption amount of PAERKF on dispersion of PAN fiber

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