芳香族纤维表面防护处理液及其制备方法和应用

本发明属于纤维织物防护处理，具体地，涉及一种芳香族纤维表面防护处理液及其制备方法和应用。背景技术：1、芳香族纤维是指在主链上含有芳环的一系列纤维的统称，包括芳香族聚酰胺纤维、聚酰亚胺纤维、聚对苯撑苯并双噁唑纤维、聚芳酯纤维、聚醚醚酮纤维、聚苯硫醚纤维等。该系列纤维具有较高的强度和模量，广泛应用于军事、航天、航空、汽车、消防等领域。2、芳香族纤维具有刚性链结构，大分子排列规整，结晶度高，使其具有较高的强度、模量和较好的耐热性能。浮空器的囊体材料的承力层织物中一般采用高强高模量的芳香族纤维，但在实际的应用中发现存在如下的问题：3、(1)界面粘接性能差：芳香族纤维的表观光滑，并且缺少活性的基团，导致表面惰性，作为囊体材料承力层与层间复合的胶层的粘接性能差，存在膜布分层的风险；4、(2)耐揉搓性能差：芳香族纤维分子结构呈伸直链状态，刚性较强，但纤维径向存在较弱的分子间作用力，若纤维受到轴向冲击或压缩时，分子结构中一些结晶晶面会产生滑移，使纤维出现带状结构变形，甚至使纤维破坏，引起纤维织物力学强度的衰减，从而影响囊体材料综合的强度性能；5、(3)抗光老化的性能差：芳纶纤维中存在大量的苯环、杂环、羰基、酰氧基等共轭体系，对紫外光敏感，特别是对中波紫外光具有强的吸收，容易引发紫外光老化损伤，导致纤维力学性能衰减，从而影响囊体材料使用的寿命。6、因此，芳香族纤维作为浮空器的囊体材料的承力层，虽然具有高强高模量的性能，但是纤维自身存在界面粘接性能差、揉搓性能差以及抗光老化性能差的问题，仍然急需解决，以满足浮空器对囊体材料高强度、耐揉搓和抗老化的需求。技术实现思路1、本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种芳香族纤维表面防护处理液及其制备方法和应用，采用该芳香族纤维表面防护处理液对芳香族纤维进行防护处理后，可以有效改善芳香族纤维的界面粘结性能，同时可以提高芳香族纤维自身的耐揉搓性能和抗光老化性能。2、在本发明的第一方面，本发明提供了一种芳香族纤维表面防护处理液。根据本发明的实施例，该芳香族纤维表面防护处理液包括：0.01-8重量份的多巴胺盐酸盐；0.01-6.6重量份的金属络合物；0.3-20重量份的硅烷偶联剂；0.05-15重量份的酸度调节剂；0.002-4重量份的引发剂；10-800重量份的溶剂。3、由此，本发明的芳香族纤维表面防护处理液包括上述重量份的多巴胺盐酸盐、金属络合物、硅烷偶联剂、酸度调节剂、引发剂和溶剂，多巴胺盐酸盐在酸度调节剂的作用下可以得到多巴胺，多巴胺在空气中可以发生自聚合生成聚多巴胺，因此将该防护处理液浸涂在芳香族纤维表面后可以在芳香族纤维表面形成一层聚多巴胺，从而可以提高芳香族纤维的界面粘结性能，金属络合物在溶液中水解后，其金属离子中心的活性提高，可以与多巴胺中的氨基和羟基发生交联反应，高温固化后可以形成金属-氧键，具有对紫外光的屏蔽和吸收的作用，从而可以提高芳香族纤维的抗光老化性能，硅烷偶联剂中的双官能团可以有效促进金属络合物和多巴胺之间的交联作用，同时硅烷偶联剂中的反应性的官能团能够与金属络合物、多巴胺三者之间进行交联，提高防护处理液形成的防护涂层的柔韧性和致密性以及与芳香族纤维表面的附着力，从而可以提高芳香族纤维的耐揉搓性能，酸度调节剂可以调控防护处理液的酸碱性，从而保证多巴胺能够在芳香族纤维表面发生自聚合反应，引发剂可以引发硅烷偶联剂中不饱和的双键或三键自聚合，促进硅烷偶联剂与多巴胺在芳香族纤维表面形成致密的防护涂层，从而提高芳香族纤维的耐揉搓性能，并且，采用上述的重量份数可以使防护处理液在纤维织物表面形成较均匀且包覆效果较好的防护涂层。由此，将上述组分和含量的芳香族纤维表面防护处理液浸涂在芳香族纤维的表面后，可以有效提高芳香族纤维的界面粘结性能、耐揉搓性能和抗光老化性能。并且，采用本发明的芳香族纤维表面防护处理液对纤维织物进行防护处理的工艺简单、效率高、环保安全，便于实现产业化。4、另外，根据本发明上述实施例的芳香族纤维表面防护处理液还可以具有如下附加的技术特征：5、根据本发明的实施例，所述防护处理液的ph值为7-10。由此，可以提高芳香族纤维的界面粘结性能、耐揉搓性能和抗光老化性能。6、根据本发明的实施例，所述防护处理液的固含量为0.1wt％-10wt％。由此，可以提高芳香族纤维的界面粘结性能、耐揉搓性能和抗光老化性能。7、根据本发明的实施例，所述金属络合物包括mxm，其中，m包括ti、zr、zn、al、mg和ca中的至少之一，x包括甲氧基、乙氧基、异丙氧基、正丁氧基、乙酰丙酮基、羧基、硝基、f、cl、br和i中至少之一，m为1-4的正整数。由此，可以提高芳香族纤维的耐揉搓性能和抗光老化性能。8、根据本发明的实施例，所述硅烷偶联剂包括si(or1)q和yr3si(or2)p中的至少一种，其中，r1、r2分别独立地包括甲基、乙基、丙基、正丁基、仲丁基或叔丁基，r3为带有0-4个碳的烷基链，y包括乙烯基、环氧基、环氧丙氧基、甲基丙烯酰氧基、脲基、氨基或异氰酸酯基，q、p分别独立地为1-4的正整数。由此，可以提高芳香族纤维的耐揉搓性能和抗光老化性能。9、根据本发明的实施例，所述多巴胺盐酸盐的物质的量n1、所述金属络合物中金属元素m的物质的量n2、所述硅烷偶联剂中si元素的物质的量n3满足以下关系：1/10≤n1/n2≤10/1，1≤n3/(n1+n2)≤6。由此，可以提高芳香族纤维的界面粘结性能、耐揉搓性能和抗光老化性能。10、根据本发明的实施例，所述酸度调节剂包括氨水和/或氨基硅烷偶联剂，其中所述氨基硅烷偶联剂包括γ-氨基丙基三乙氧基硅烷、γ-氨基丙基三甲氧基硅烷、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、n-(β-氨乙基)-γ-氨丙基三乙氧基硅烷、二乙胺基甲基三乙氧基硅烷和氨乙基氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷中的至少之一。由此，可以提高芳香族纤维的界面粘结性能、耐揉搓性能和抗光老化性能。11、根据本发明的实施例，所述引发剂包括偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、偶氮二异丁酸二甲酯和偶氮二异戊腈、偶氮二异丁脒盐酸盐、偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐和偶氮二氰基戊酸中的至少一种。由此，可以提高芳香族纤维的耐揉搓性能。12、根据本发明的实施例，所述溶剂包括水和醇的混合溶剂，所述水与所述醇混合的重量比为(1:10)-(50:1)。由此，可以使防护处理液中各组分分散均匀，从而可以提高芳香族纤维的界面粘结性能、耐揉搓性能和抗光老化性能。13、在本发明的第二方面，本发明提供了一种制备所述的芳香族纤维表面防护处理液的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：(1)将金属络合物醇溶液与硅烷偶联剂混合，得到第一混合溶液；(2)将所述第一混合溶液与酸度调节剂和多巴胺盐酸盐水溶液混合，得到第二混合溶液；(3)将所述第二混合溶液与引发剂混合。14、由此，本发明的制备方法，首先将金属络合物配置成醇溶液然后再加入硅烷偶联剂，可以使金属络合物和硅烷偶联剂在溶液中均匀分散，然后再加入酸度调节剂和预先配制的多巴胺盐酸盐水溶液，使各组分充分混合均匀且均匀地分散在溶液体系中，最后再加入引发剂，如此可以制备得到各组分均匀分散的芳香族纤维表面防护处理液，采用由上述方法制备得到的防护处理液对纤维织物进行防护处理可以有效提高纤维织物的界面粘结性能、耐揉搓性能和抗光老化性能。并且上述制备方法工艺简单，有利于实现工业化生产。15、在本发明的第三方面，本发明提供了一种所述芳香族纤维表面防护处理液或采用所述方法得到的芳香族纤维表面防护处理液在芳香族纤维中的应用。本发明的芳香族纤维表面防护处理液可应用于以纤维织物作为增强结构的复合材料中，以改善纤维织物的界面粘结性能、耐揉搓性能和抗光老化性能，比如浮空器的囊体材料的承力层织物中一般采用芳香族纤维，采用本发明的防护处理液对承力层织物进行防护处理，可以提高承力层织物与囊体材料其他功能层之间的界面粘结性能，并提高承力层织物的耐揉搓性能和抗光老化性能，从而提高囊体材料的综合性能。16、本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。