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增强聚苯硫醚(pps)纤维的光稳定性的方法

文章出处:责任编辑:作者:人气:-发表时间:2020-06-16 14:37

   聚苯硫醚(PPS)纤维是一种苯环对位键接硫原子的聚合物纤维,具有优异的耐热性、耐化学腐蚀性、阻燃性和绝缘性,有望成为防护型织物的基础材料,可应用于个体防护和军工领域。然而PPS纤维的光稳定性差,在光照条件下易发生氧化交联/降解反应,导致其力学性能急剧下降,严重限制了PPS纤维的应用拓展。

  在光降解机制方面,Das等提出了诱导PPS光降解的主要因素为激发光谱、氧气和分子链凝聚态结构等。常规有机光稳定剂具有广谱紫外光吸收性能,可屏蔽大部分紫外光,抑制高分子的光降解反应。然而PPS加工温度高,易诱导有机光稳定剂的降解,降低其增强效果,同时也影响了PPS纤维的可纺性与力学性能。另一方面,无机屏蔽剂(如TiO2和ZnO)可通过紫外光吸收/散射作用提高基体的光稳定性和力学性能,但纤维中低无机添加量(质量分数小于2%)并不能完全屏蔽环境中的紫外光,限制屏蔽增强效果。

增强聚苯硫醚(pps)纤维的光稳定性的方法

  相比光屏蔽法,荧光猝灭法广泛应用于增强高分子材料和有机小分子的紫外光稳定性。通过荧光猝灭法可阻碍光激发电子与空气中氧气形成超强氧化性阴离子,抑制氧化交联/降解反应,提高材料的光稳定性。碳纳米材料(如碳纳米管SWNT、MWCNTs)、石墨烯(graphene)和富勒烯(fullerene)等具有极好的吸电性和载流子迁移率,可夺取有机分子的光激发电子,具有荧光猝灭特性。由于π-π共轭效应,碳纳米材料与部分有机分子具有良好的界面相容性,有机分子的光激发电子可快速转移至碳材料表面,实现高效的荧光猝灭。Long等提出含π-π共轭结构的SWNT具有可逆的荧光猝灭性,可作为永久的光稳定剂。

  石墨烯是一种二维的碳纳米材料,与碳纳米管相似,首先具有特殊π-π共轭结构和荧光/自由基猝灭特性。其次,通过吸附和稳定作用,可清除单线态氧和有机分子降解产生的活性自由基,防止有机分子发生链式降解,提高基体的光稳定性。而且,因其比表面积(>2500m2/g)极大,具有更加优异的阻隔作用,可进一步提高增强效果。此外,较高浓度的石墨烯可吸收和屏蔽大量的紫外光,综合其荧光和自由基猝灭特性,可作为一种优异的光稳定剂和自由基清除剂。

  PPS分子链中的苯环结构可与石墨烯形成π-π共轭,二者具有良好的界面相容性,有利于提高石墨烯和PPS界面间的电子迁移能力,提高光激发电子和活性自由基的猝灭性能。鉴于此,本文拟采用石墨烯提高PPS纤维的光稳定性,研究不同质量分数石墨烯在PPS纤维中的分散性,及其对PPS纤维的可纺性、力学性能和光稳定性的影响。通过紫外-可见分光光度计、荧光光谱仪、热重分析仪和红外光谱仪,详细研究石墨烯对PPS纤维的光稳定性增强机制。

增强聚苯硫醚(pps)纤维的光稳定性的方法

  研究表明:采用熔融复合纺丝技术,制备了PPS-G纳米复合纤维。研究表明,填充质量分数为1.0%的石墨烯可显著提高PPS-G纳米复合纤维的光稳定性。老化处理192h后,PPS-G-1.0纳米复合纤维的断裂强度和断裂伸长保持率分别为80.2%和90.6%;相比纯PPS纤维分别提高了23.8%和26.1%。石墨烯对PPS纤维的光稳定性具有很好的增强效果。

  其光稳定性增强机制主要有3点:1)低质量分数的石墨烯可吸收紫外-可见光波长的光线,降低光降解反应效率;2)石墨烯与PPS分子链具有较强π-π相互作用,可通过能量转移猝灭和形成非荧光聚集体等方式,实现静态荧光猝灭,降低光生电子与O2的反应生成超强氧化基团的效率;3)由于石墨烯具有大比表面积、吸电子特性和高含量的羟基,可通过阻隔O2和活性自由基,提高PPS抗氧性。

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