[发明专利]一种以腰果壳油为改性剂的高韧性酚醛纤维的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于一种高韧性酚醛纤维的制备方法，具体地说涉及一种以腰果壳油为改性剂的高韧性酚醛纤维的制备方法。

背景技术

酚醛纤维由于具有防焰、耐燃、隔热和抗蚀等突出性能，可用做宇宙航行、国防和航空工业中的绝缘、隔热和耐腐蚀材料，也可作为防火、防腐蚀服和耐酸、耐腐蚀过滤材料。此外，还是炭纤维、石墨纤维、活性炭纤维和离子交换等特种纤维的初级材料。

目前的酚醛纤维是由酚醛树脂经纺丝、固化得到的，所用的酚醛树脂原料由酚、醛缩聚而成。由于其苯环密度高，且两相邻苯环间只有亚甲基相连，因而很脆，造成酚醛纤维的韧性低、断裂伸长小。此外，酚羟基易氧化，使其耐热性、耐氧化性、耐碱性受到一定程度的影响。这些缺点使产品的性能降低，使用受到一定限制。

目前，国内对酚醛纤维进行增韧改性研究的未见报道，国外也只见于少数专利、文献中。

普通酚醛纤维的断裂伸长一般为3-6％，U.S.Pat.No.3,650,102(Economy et al 1972)中，将制得的酚醛纤维经过高温热处理，断裂伸长可提高到11.6％。本专利采用化学改性的方法，通过缩聚反应得到腰果壳油改性酚醛树脂，再经纺丝、固化，得到高韧性腰果壳油改性酚醛纤维。

发明内容

本发明的目的是提供一种断裂伸长高、韧性好的以腰果壳油为改性剂的高韧性酚醛纤维的制备方法。

本发明以腰果壳油为改性剂，通过酚、醛和腰果壳油共同在有机溶剂中的缩聚反应制备出改性酚醛树脂混合液，经过滤、干燥得到改性酚醛树脂，再熔融纺丝、固化，首次制备出一种高韧性腰果壳油改性酚醛纤维。

本发明的制备方法包括如下步骤：

(1)将酚、醛、腰果壳油和催化剂加入有机溶剂中，在80-95℃温度下反应1-6小时；过滤后于40-120℃温度，-0.02～-0.08MPa压力真空干燥10-30小时，得到腰果壳油改性酚醛树脂；

(2)将制得的改性树脂熔融纺丝、固化，得到高韧性的腰果壳油改性酚醛纤维。

上述步骤中各组分摩尔比为：

醛:酚＝0.5-1.0:1

有机溶剂：酚＝3.0-10.0:1

腰果壳油：酚＝0.001-0.5:1

催化剂：酚＝0.001-0.1:1

最佳比为：

醛:酚＝0.7-1.0:1

有机溶剂：酚＝3.0-5.0:1

腰果壳油：酚＝0.01-0.4:1

催化剂：酚＝0.001-0.05:1

所述的酚为苯酚、甲酚或双酚A。

所述的醛为甲醛、乙醛或多聚甲醛。

所述的溶剂为甲醇、乙醇或丙酮。

所述的催化剂为盐酸、草酸、醋酸、硫酸、氢氧化钠或氨水。

所述的熔融纺丝温度为100～150℃，纺丝压力0.2～1.0MPa；固化条件：原丝在水、醛和酸组成的固化液(固化液浓度：醛5-24wt％，酸5-24wt％，H₂O55-80wt％)中，1-8小时升温至55-90℃，恒温0.5-2小时，即可得到腰果壳油改性酚醛纤维。

所述固化液中的醛为甲醛、乙醛或多聚甲醛。

所述固化液中的酸为盐酸、醋酸、甲酸或对苯磺酸。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)原料廉价易得，生产设备简单。

(2)本方法制备的改性酚醛纤维断裂伸长高、韧性好。

具体实施方式

对比例

称取苯酚100g，37％甲醛溶液60g，腰果壳油0g，醋酸5.0g，乙醇400ml，80-95℃反应6小时，停止加热搅拌，热过滤。将所得滤液在减压条件下80℃干燥16小时。所得树脂于145℃、0.2MPa纺丝，固化(固化液浓度：甲醛10wt％，对苯磺酸16wt％，H₂O 74wt％)，得到改性酚醛纤维。所得纤维直径：10.7μm，抗拉强度215.4MPa，断裂伸长率12.7％。

实施例1

称取苯酚100g，37％甲醛溶液58g，腰果壳油1g，氨水3.0g，丙酮350ml，80-95℃反应3小时，停止加热搅拌，热过滤。将所得滤液在减压条件下40℃干燥30小时。所得树脂于150℃、0.3MPa纺丝，固化(固化液浓度：乙醛5wt％，甲酸15wt％，H₂O80wt％)，得到改性酚醛纤维。所得纤维直径：8.5μm，抗拉强度218.9MPa，断裂伸长率15.1％。

实施例2