[发明专利]一种抗紫外老化聚对苯撑苯并二噁唑纤维及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属聚对苯撑苯并二噁唑(PBO)纤维的制备领域，特别是涉及抗紫外老化聚对苯撑苯并二噁唑(PBO)纤维及其制备方法。

背景技术

聚对苯撑苯并二噁唑纤维(简称PBO纤维，下同)是目前高性能纤维领域中，综合性能最为优异的高性能纤维之一，具有优良的力学性能、耐热、阻燃性能、耐溶剂性能等。如以PBO纤维为例，其拉伸强度为5.8GPa，拉伸模量为300GPa，分别是PPTA纤维的两倍，Zylon还具有优异的热稳定性(热分解温度高达650℃)和阻燃性(LOI＝68)。PBO纤维在航空航天、防护材料、国防军事、运动器材等方面有十分广阔的应用前景和重要的应用价值，有着其它材料不可替代的作用。

PBO纤维虽然具有较好的力学性能和耐热性能，但PBO纤维在紫外-可见光照射下，纤维的力学性能会出现较大幅度的下降，这极大地影响或限制了PBO纤维在先进复合材料领域中的应用。为此，如何提高PBO纤维的光稳定性能成为函需解决的关键问题。

已有使用表面涂层的方法改进PBO纤维光稳定性的报道，但效果并不理想。在聚合过程中添加抗紫外剂也是提高聚合物光稳定性的方法之一，但对PBO的聚合过程而言其反应过程较为复杂，且反应过程中有气体脱出、体系粘度较大，这给光稳定剂的选择带来了困难。PBO聚合物在纺丝过程中呈现高分子液晶态，如选择不当则会给纺丝过程造成不利，从而影响纤维的性能。综上制备PBO纤维时所选用的光稳定剂须对聚合反应过程未造成不利且不影响成品纤维的性能。PBO纤维的老化过程也相对复杂，其老化机理尚不明确，这使PBO纤维的光稳定剂选择较为困难。有报道选用受阻胺类光稳定剂、紫外线屏蔽剂等来改性PBO纤维的光稳定剂均未达到理想效果。本专利所阐述的在PBO聚合过程中添加合适的光稳定剂尤其是复合光稳定剂的改性手段是其他报道中不曾涉及的。

发明内容

本发明所解决的技术问题是提供抗紫外老化聚对苯撑苯并二噁唑(PBO)纤维及其制备方法，本发明所得的PBO纤维提高了耐紫外性能，同时不会影响PBO纤维的力学性能。

本发明的一种抗紫外老化聚对苯撑苯并二噁唑纤维，所述纤维中含有光稳定剂2，2’-(1，2-乙烷二基)双(4，1-亚苯基)双苯并噁唑和/或2-(2-羟基-5-甲基苯基)苯并三唑，所述的光稳定剂总量占所述纤维的质量百分比为0.29％～1.63％。

作为优选的技术方案：

如上所述的一种抗紫外老化聚对苯撑苯并二噁唑纤维，所述的光稳定剂为2，2’-(1，2-乙烷二基)双(4，1-亚苯基)双苯并噁唑和2-(2-羟基-5-甲基苯基)苯并三唑时，2，2’-(1，2-乙烷二基)双(4，1-亚苯基)双苯并噁唑与2-(2-羟基-5-甲基苯基)苯并三唑的质量比为2～3∶1。

本发明还提供了一种抗紫外老化聚对苯撑苯并二噁唑纤维的制备方法，包括如下步骤：

将4，6-二氨基间苯二酚盐酸盐DAR、对苯二甲酸TA、五氧化二磷P₂O₅和多聚磷酸PPA按质量比1∶0.779∶2.781∶7.988配料；在惰性气体保护下，加热至100℃溶解，加入光稳定剂2，2’-(1，2-乙烷二基)双(4，1-亚苯基)双苯并噁唑或2-(2-羟基-5-甲基苯基)苯并三唑，按照PBO纤维制备的方法即制得抗紫外老化聚对苯撑苯并二噁唑纤维；PBO纤维的制备方法参照专利ZL02160543.2中实施例3所公开的方法。

其中，2，2’-(1，2-乙烷二基)双(4，1-亚苯基)双苯并噁唑的加入量为4，6-二氨基间苯二酚盐酸盐质量的0.2％-1％；或2-(2-羟基-5-甲基苯基)苯并三唑的加入量为4，6-二氨基间苯二酚盐酸盐质量的0.1％～0.5％。

如上所述的一种抗紫外老化聚对苯撑苯并二噁唑纤维的制备方法，所述的光稳定剂在反应体系中的HCl气体脱除70～90％时加入。PBO的聚合体系是一个高粘度体系，当DAR单体中的HCl气体脱除完毕后聚合进入预聚阶段，体系的粘度即已达到很高值，此时加入光稳定剂将很难分散均匀。而如果在聚合初期即在未脱除HCl气体时加入，加热使单体DAR产生大量的HCl气体会把光稳定剂带到反应釜的釜壁上导致光稳定剂混合效果不佳。所以在聚合的中期即体系中的HCl气体大部分脱除后再加入光稳定剂将有利于其在聚合物体系中的均匀分散。当反应体系已脱去大部分HCl气体时，约为反应开始后3～5小时。

本发明又提供了另一种抗紫外老化聚对苯撑苯并二噁唑纤维的制备方法，包括如下步骤：