本發(fā)明涉及一種聚乙烯纖維的改性，進一步地說，是涉及一種低溫環(huán)保浸漬液、超高分子量聚乙烯纖維的改性方法及改性超高分子量聚乙烯纖維。

背景技術：

1、超高分子量聚乙烯(uhmwpe)纖維是目前世界上比強度和比模量最高的纖維，與碳纖維、芳綸纖維并稱當今世界三大高科技特種纖維。uhmwpe纖維以其卓越的機械性能，如高強度、高模量和低密度，廣泛應用于防彈衣、繩纜、海洋等領域。隨著橡膠和塑料工業(yè)的快速發(fā)展，纖維增強橡膠復合材料正朝著輕質、高強度和長壽命方向發(fā)展。uhmwpe纖維具有高強度、高模量、耐磨性和耐切割性、耐化學性、輕質特性和低成本等優(yōu)勢，因此更加滿足輕量化高強度橡膠制品的需求。然而，超高分子量聚乙烯纖維表面的化學惰性導致其與橡膠的界面結合力較弱，大大限制了其在橡膠制品中的應用。

2、目前，增強纖維/橡膠界面的最有效技術是間苯二酚-甲醛-乳膠(rfl)浸漬工藝。rfl浸漬是目前工業(yè)中最常用的纖維表面處理方法，可顯著改善芳綸纖維、尼龍纖維和聚酯纖維與橡膠間的界面粘合能力。然而，rfl浸漬工藝的浸漬液需要使用有毒害的間苯二酚和甲醛；在開放式浸漬和高溫硫化過程中，甲醛很容易釋放到空氣中，嚴重危害工人和用戶的健康。由于這些環(huán)境和健康問題，rfl浸漬工藝將不可避免地在未來被淘汰。

3、另外，rfl浸漬工藝的浸漬液的固化溫度較高，通常超過200℃，遠遠高于uhmwpe纖維的熔點(約150℃)；如果采用rfl浸漬工藝處理uhmwpe纖維，固化過程中，在浸漬液還未固化的時候uhmwpe纖維就熔化了。而且rfl浸漬工藝中的一浴活化液也難以在惰性的uhmwpe纖維上生效，導致浸漬液不能跟纖維建立化學鍵連接(因為uhmwpe纖維表面沒有任何可以與它反應的活性基團)。因此，rfl浸漬工藝無法用于處理uhmwpe纖維。

技術實現(xiàn)思路

1、針對rfl浸漬工藝無法用于處理超高分子量聚乙烯纖維(以下可以簡稱uhmwpe纖維)的技術問題，本發(fā)明提供了一種低溫環(huán)保浸漬液、超高分子量聚乙烯纖維的改性方法及改性超高分子量聚乙烯纖維。

2、本發(fā)明利用真空連續(xù)等離子處理取代傳統(tǒng)的一浴活化液來活化uhmwpe纖維，克服了傳統(tǒng)的一浴活化液在uhmwpe纖維上難以沉積的問題。本發(fā)明使用低溫解封的封閉型異氰酸酯、低聚多元醇、交聯(lián)劑、丁吡膠乳(又稱“苯乙烯-丁二烯-乙烯基吡啶(vp)膠乳”)和去離子水復配制備了一種低溫環(huán)保浸漬液。本發(fā)明提供的低溫環(huán)保浸漬液，其固化溫度低于超高分子量聚乙烯纖維的熔點，能夠用于超高分子量聚乙烯纖維的改性；超高分子量聚乙烯纖維用本發(fā)明提供的低溫環(huán)保浸漬液改性后，與橡膠間的界面粘合強度優(yōu)異。

3、本發(fā)明的目的之一在于提供一種低溫環(huán)保浸漬液。

4、所述低溫環(huán)保浸漬液包含封閉型異氰酸酯、聚多元醇、交聯(lián)劑、丁吡膠乳和去離子水；所述封閉型異氰酸酯的解封溫度低于130℃，優(yōu)選為100-130℃；

5、以去離子水的用量為1l計，各組分用量如下：

6、封閉型異氰酸酯0.1-0.5mol，優(yōu)選為0.15-0.3mol，例如0.15mol、0.2mol、0.25mol、0.3mol；

7、聚多元醇0.01-0.25mol，優(yōu)選為0.05-0.1mol，例如0.05mol、0.1mol；

8、交聯(lián)劑0.01-0.125mol，優(yōu)選為0.025-0.05mol，例如0.025mol、0.05mol

9、丁吡膠乳100-250g，優(yōu)選為150-200g，例如200g；

10、其中，丁吡膠乳的用量是以丁吡膠乳的固體成分計。

11、與現(xiàn)有浸漬液使用馬來酸酐接枝聚烯烴來構建樹脂網(wǎng)絡結構不同，本發(fā)明公開的低溫環(huán)保浸漬液中的封閉型異氰酸酯解封后與多元醇和交聯(lián)劑發(fā)生反應，構建形成具有氨基甲酸酯結構的樹脂網(wǎng)絡結構；低溫環(huán)保浸漬液中的vp膠乳粒子分散在上述的樹脂網(wǎng)絡結構中，形成互穿網(wǎng)絡或相互作用。包含樹脂網(wǎng)絡結構和vp膠乳粒子的低溫環(huán)保浸漬液包覆在uhmwpe纖維表面形成pil層。pil層中的高活性的異氰酸根與uhmwpe纖維的氧官能團在高溫下建立化學結合，將uhmwpe纖維與pil層連接起來。vp膠乳具有和nr相似的結構，含有大量的碳碳雙鍵，在后續(xù)的硫化過程中，pil層中的vp乳膠可以與天然橡膠基體共交聯(lián)，形成基于單硫鍵和多硫鍵的橡膠交聯(lián)網(wǎng)絡。從而建立uhmwpe纖維與橡膠基體間有效的化學結合。

12、所述封閉型異氰酸酯的封端劑可以為甲乙酮肟或/和二甲基咪唑。所述封閉型異氰酸酯的異氰酸酯可以為六亞甲基二異氰酸酯。具體的，所述封閉型異氰酸酯可以為甲乙酮肟封端的六亞甲基二異氰酸酯或二甲基咪唑封端的六亞甲基二異氰酸酯。

13、所述聚多元醇的分子量≤2000；所述聚多元醇優(yōu)選選自聚乙二醇、聚丙二醇、聚四氫呋喃二醇、聚碳酸酯二醇、己二醇-己二酸聚酯中的一種以上。具體的，所述聚多元醇可以選自分子量約為300的聚乙二醇或聚丙二醇。

14、所述交聯(lián)劑選自三羥甲基丙烷、三羥甲基乙烷、丙三醇、三乙醇胺中的一種以上。具體的，所述交聯(lián)劑可以為丙三醇或三乙醇胺。

15、所述丁吡膠乳的固含量可以在較寬范圍內選擇。作為優(yōu)選方案，所述丁吡膠乳的固含量為10wt％-40wt％。具體的，所述丁吡膠乳的固含量可以為40wt％。

16、本發(fā)明的目的之二在于提供一種超高分子量聚乙烯纖維的改性方法。

17、所述超高分子量聚乙烯纖維的改性方法，包括用發(fā)明目的之一所述的低溫環(huán)保浸漬液對超高分子量聚乙烯纖維進行浸漬，干燥，固化。

18、浸漬溫度、浸漬時間，可以采用本領域的常規(guī)浸漬溫度、浸漬時間。具體的，浸漬溫度可以為室溫，例如25℃；浸漬時間可以約為3s。

19、干燥溫度低于本領域的常規(guī)干燥溫度。具體的，干燥溫度可以為90℃-120℃，優(yōu)選為100℃-110℃，例如100℃。

20、干燥時間可以采用本領域的常規(guī)干燥時間。具體的，干燥時間為90-300秒，優(yōu)選為150-200秒，例如150秒。

21、固化溫度低于本領域的常規(guī)固化溫度。具體的，固化溫度為120℃-140℃，優(yōu)選為130-140℃，例如130℃或140℃。

22、固化時間可以采用本領域的常規(guī)固化時間。具體的，固化時間為90-300秒，優(yōu)選為150-200秒，例如150秒。

23、作為優(yōu)選方案，所述超高分子量聚乙烯纖維的改性方法，超高分子量聚乙烯纖維在浸漬之前進行真空連續(xù)等離子體預處理。氧氣等離子體中的高能粒子能夠攻擊纖維表面的碳氫鍵，發(fā)生自由基反應或化學鍵斷裂，形成表面自由基。這些表面自由基進一步與氧氣反應，生成各種含氧基團，如羰基、羥基、羧基等。等離子體處理不僅能引入化學基團，還會引發(fā)表面微觀結構的變化。高能量的等離子體轟擊纖維表面，導致表面微觀結構變得粗糙，這會增加比表面積，進而增強表面的活性和附著力。這種物理變化有助于含氧基團與外界物質(如橡膠或涂層)發(fā)生更多的相互作用。超高分子量聚乙烯纖維進行真空連續(xù)等離子體預處理之后再進行改性處理，能進一步提高超高分子量聚乙烯纖維與浸漬液之間的結合力。

24、所述真空連續(xù)等離子體預處理的具體操作可以參照現(xiàn)有常規(guī)操作，所涉及參數(shù)可以采用常規(guī)設置。具體的，所述真空連續(xù)等離子體預處理包括：將超高分子量聚乙烯纖維固定在等離子體處理設備上，抽真空后通入氧氣，在氧氣氣氛下，進行等離子體處理。其中，等離子體處理設備的功率可以設置為200w，單位面積的處理時間可以約為9s。

25、所述超高分子量聚乙烯纖維的改性方法，其中一種具體方案包括：

26、(1)在25℃下，將一定量的封閉型異氰酸酯、聚多元醇和交聯(lián)劑加入到去離子水中攪拌1-2小時，再加入一定量的丁吡膠乳攪拌1-2小時，以制備低溫環(huán)保浸漬液；

27、(2)將纖維uhmwpe固定在等離子體處理設備上，抽真空后通入氧氣，在氧氣氣氛下，200w功率下，進行等離子體處理，單位面積的處理時間約為9s；等離子體處理完成后獲得uhmwpe-p纖維；

28、(3)使用步驟(1)制備的低溫環(huán)保浸漬液對uhmwpe-p纖維進行浸漬，浸漬時間約為3s，浸漬后的uhmwpe-p纖維先在100℃-110℃℃下干燥150-200秒，然后在130-140℃下固化150-200秒。

29、本發(fā)明的目的之三在于提供一種改性超高分子量聚乙烯纖維。

30、所述改性超高分子量聚乙烯纖維采用發(fā)明目的之二任意一項所述改性方法得到。

31、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果：

32、本發(fā)明提供的低溫環(huán)保浸漬液，其固化溫度低于超高分子量聚乙烯纖維的熔點，能夠用于超高分子量聚乙烯纖維的改性。

33、本發(fā)明提供的低溫環(huán)保浸漬液能形成具有氨基甲酸酯結構的樹脂網(wǎng)絡結構，具有氨基甲酸酯結構的樹脂網(wǎng)絡結構能與uhmwpe纖維牢固結合；低溫環(huán)保浸漬液中的乳膠可以與橡膠發(fā)生共硫化反應，從而建立纖維與橡膠間良好的界面結合。因此，超高分子量聚乙烯纖維用本發(fā)明提供的低溫環(huán)保浸漬液改性后，與橡膠間的界面粘合強度優(yōu)異。

34、本發(fā)明提供了一種適用于uhmwpe纖維的環(huán)保低溫浸漬方法。本發(fā)明通過等離子體預處理和環(huán)保浸漬工藝，可以提高uhmwpe纖維表面的化學活性，實現(xiàn)纖維表面的化學改性，提高uhmwpe纖維與橡膠間的界面結合強度。本方法避免了有毒、高揮發(fā)的甲醛的使用，更加符合環(huán)保的要求。