СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МОДИФИЦИРОВАННЫХ ВОЛОКНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ПАН-ПРЕКУРСОРА
METHOD FOR PRODUCING MODIFIED FIBROUS MATERIALS BASED ON A PAN-PRECURSOR

Изобретение относится к химической области получения армирующих наполнителей и может быть использовано для увеличения прочности в технологии получения полиакрилонитрильного прекурсора (ПАН-прекурсора).
Известен способ (Ж. Пластические массы, 1990, №3, С. 71-72) получения никельсодержащих ПАН-волокон методом инклюдационного модифицирования, основанного на способности свежесформованного волокнистого материала сорбировать соли металлов с последующим восстановлением сорбированных катионов. Метод инклюдации обеспечивает непрерывность проводящего пути даже при незначительном содержании металла.
Однако данный способ модификации волокнистых материалов используется только для получения электропроводящих наполнителей.
Наиболее близким способом модификации к заявленному изобретению является принятый за прототип способ получения модифицированного ПАН-волокна, приведенный в патенте 1806227 МПК D01F 11/04, опубл. 30.03.1993. Способ получения заключается в формовании сополимера полиакрилонитрила, вытяжке волокнистого материала, модификации свежесформованного гель-волокна, авиважной обработке и окончательной сушке волокнистого материала. Модификацию проводят на стадии авиважной обработки, введением в авиважный раствор (масс.) 5-15% триполифосфат натрия.
Недостатком прототипа являются низкая прочность модифицированного волокнистого материала - 31,5 сН/текс.
Технический результат направлен на повышение прочности волокнистых материалов при получении модифицированных волокнистых материалов на основе ПАН-прекурсора, за счет физико-химического взаимодействия 3-аминопропилтриэтоксисилана с нитрильной группой волокнистого материала, так как в водных растворах 3-аминопропилтриэтоксисилан гидролизуется с образованием силанольных групп -SiOH.
Технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе, получения модифицированных волокнистых материалов на основе ПАН-прекурсора, проводят модификацию волокнистых материалов с последующей сушкой и термообработкой, в качестве модификатора используют 3-аминопропилтриэтоксисилан. Процесс модификации ПАН-прекурсора проводят водными растворами 3-аминопропилтриэтоксисилана при следующих условиях:
содержание 3-аминопропилтриэтоксисилана в водном растворе, % масс.
2-10
содержание уксусной кислоты, % масс.
0,2-0,6
рН среды
4,4-4,6
продолжительность модификации, секунды
58-62
температура раствора, °С
18-22,
с последующей сушкой пропитанных волокнистых материалов при температуре 48-52°С в течение 38-42 минут и термообработкой при температуре 98-102°С в течение 14-16 минут.
Ниже приведены примеры реализации предложенного способа.
Пример 1
В водный раствор, содержащий (масс.) 2% 3-аминопропилтриэтоксисилана, погружали ПАН-прекурсор и выдерживали в течение 60 секунд. После завершения процесса модификации ПАН-прекурсор отжимали, сушили при температуре 50°С в течение 40 минут и проводили термообработку при температуре 100°С в течение 15 минут для осуществления процесса поликонденсации 3-аминопропилтриэтоксисилана.
Пример 2
В раствор, содержащий (масс.) 5% 3-аминопропилтриэтоксисилана, погружали ПАН-прекурсор и выдерживали в течение 60 секунд. После завершения процесса модификации ПАН-прекурсор отжимали, сушили при температуре 50°С в течение 40 минут и проводили термообработку притемпературе 100°С в течение 15 минут для осуществления процесса поликонденсации 3-аминопропилтриэтоксисилана.
Пример 3
В раствор, содержащий (масс.) 10% 3-аминопропилтриэтоксисилана, погружали ПАН-прекурсор и выдерживали в течение 60 секунд. После завершения процесса модификации ПАН-прекурсор отжимали, сушили при температуре 50°С в течение 40 минут и проводили термообработку при температуре 100°С в течение 15 минут для осуществления процесса поликонденсации 3 -аминопропилтриэтоксисилана.
В табл. 1 представлены составы для модификации ПАН-прекурсора.
Прочность модифицированных волокнистых материалов исследовали на разрывной машине FM 21. В табл. 2 приведена прочность модифицированного ПАН-прекурсора.
В результате проведенных экспериментов были выбраны пределы модификации ПАН-прекурсора предлагаемым способом, что позволило значительно увеличить прочность волокнистых материалов - 47-60 сН/текс (пример 1-3) по сравнению с прототипом, в качестве которого было выбрано кондиционное ПАН-волокно, модифицированное в авиважном растворе концентрацией триполифосфат натрия 10% масс.
При модификации ПАН-прекурсора 3-аминопропилтриэтоксисиланом, с последующей сушкой пропитанных волокнистых материалов при температуре 48-52°С в течение 38-42 минут и термообработкой при температуре 98-102°С в течение 14-16 минут, фиксация 3-аминопропилтриэтоксисилана протекает в результате физико-химического взаимодействия 3-аминопропилтриэтоксисилана с нитрильной группой волокнистых материалов, так как в водных растворах 3-аминопропилтриэтоксисилан гидролизуется с образованием силанольных групп -SiOH.
Таким образом, изобретение позволяет повысить прочность волокнистых материалов и может найти применение в качестве армирующих наполнителей в полимерных композиционных материалах.