[发明专利]一种丙烯腈基共聚物及其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种丙烯腈基共聚物及其制造和应用技术，具体为一种分子链上两种单体单元排列有序的等规立构丙烯腈基共聚物及其制造方法，以及采用该丙烯腈基共聚物熔融加工制备高强度丙烯腈基共聚物纤维及膜的方法，国际专利主分类号拟为Int.Cl.D01F 6/18(2006.01)。

背景技术

聚丙烯腈纤维(腈纶)是最重要的纺织用聚合物纤维材料之一，同时聚丙烯腈还是最重要的碳纤维原料。但聚丙烯腈的分解温度(250℃)低于其熔点温度(317℃)，使其在加热时未经熔融就已发生交联和环化，因此一直采用溶液纺丝工艺方法(干法、湿法和干湿法)生产腈纶纤维。溶液纺丝工艺流程长，且不同程度地存在环境污染。与溶液纺丝工艺相比，熔融纺丝工艺能耗低、环境污染小、节水、生产效率高、产品品种规格多，是当今化学纤维生产的发展趋势，例如，2006年，我国约88.6％的化学纤维是采用熔融纺丝工艺生产的(根据国家信息中心经济预测部提供数据计算，www.chinagateway.org.cn)。聚丙烯腈的熔融纺丝可以充分利用现有的熔纺技术和工艺，丰富腈纶产品的品种，提高产品性能。采用熔融纺丝工艺制造腈纶无疑是一个有深远学术理论价值和广阔应用前景的研究方向，但要实现聚丙烯腈的熔融纺丝就必须解决聚丙烯腈的分解温度低于其熔点温度的问题，换言之，设法使聚丙烯腈的分解温度提高到其熔点之上。

为了改善聚丙烯腈的弹性、延伸性和染色性及氧化稳定性等，常规腈纶中的第二单体，或者用于制造碳纤维原丝的聚丙烯腈中的第二单体，如丙烯酸甲酯、醋酸乙烯酯、甲基丙烯酸和衣康酸等，第二单体的含量通常在5mol％以下，并且该类共聚物也不具有熔融加工性能。例如，中国发明专利ZL91112764和中国发明专利ZL94118476公开了丙烯腈与甲基丙烯腈共聚制备可熔融加工聚丙烯腈的组成和加工工艺方法；中国发明专利ZL02136955和中国发明专利ZL02136956公开了采用丙烯腈与丁烯腈共聚改性聚丙烯腈，制备可熔融加工聚丙烯腈共聚物的新工艺。US5618901公开了一种采用丙烯腈与不饱和烯烃共聚制备可熔融加工丙烯腈基共聚物的方法。由于丙烯腈与第二单体的竞聚率不同，也就是说这些单体发生共聚合反应的速率不同，所述发明专利文献中并没有采取特别的措施控制丙烯腈与第二单体在分子链上的有序排列，因而丙烯腈与第二单体在聚合物分子链上的排列是随机的，没有规律，系无规聚合物。虽然丙烯腈与第二单体的比例在整体共聚物中可能满足要求，但在聚合物分子链的某个或某些链段，所述两种单体的比例与共聚物整体中两种单体的比例并不相同，或者说所述两种单体的比例在共聚物整个链段上的分布是不均匀的，第二单体单元对于氰基之间偶极作用的消除效果不明显。

聚丙烯腈纤维(腈纶)是最重要的碳纤维原丝材料，由于目前只能采用溶液纺丝技术来制备，所得聚合物为无规聚合物，因此纤维的性能与理论值相差很大。众所周知，无规立构聚丙烯是弹性体，而全同立构聚丙烯是一种具有良好物理力学性能的塑料，可以制成纤维、薄膜等使用。因此立构规整性对聚丙烯腈纤维的性能有非常重要的影响。立构规整性丙烯腈基共聚物已有相关报道，其结构如图2所示，如何制备立构规整性丙烯腈基聚合物也已引起国内外的重视。例如，日本公开特许公报JP62282016公开了一种在低温下采用γ射线辐照脲络合物自由基聚合制备高等规度的聚丙烯腈的新方法，但该方法需要在-78℃和γ射线辐照下进行，反应条件比较苛刻，工业难以实施。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题有以下4个：

1.设计一种丙烯腈基共聚物，该丙烯腈基共聚物具有规整排列的分子链与立构规整性，并可熔融加工；

2.设计一种丙烯腈基共聚物的制备方法；该制备方法可制备出具有规整排列的分子链与立构规整性的丙烯腈基共聚物，且成本低，污染少，工艺简单，节约水资源，易于工业化实施；

3.设计一种本发明所述丙烯腈基共聚物的用途，即在加入热稳定剂的情况下，采用熔融加工工艺把所述丙烯腈基共聚物制成高强度的聚丙烯腈纤维的制备方法。

4.设计另一种本发明聚丙烯腈基共聚物的用途，即在加入热稳定剂的情况下，采用熔融加工工艺把所述丙烯腈基共聚物制成高强度的聚丙烯腈薄膜的制备方法。

本发明解决所述第1个技术问题的技术方案是：设计一种丙烯腈基共聚物，该丙烯腈基共聚物的配方为：

丙烯腈单体     74.3～89.3mol％；

第二单体       10.0～25.0mol％；