[发明专利]一种高对数粘度、高度微丝化聚对苯二甲酰对苯二胺芳纶Ⅱ浆泊及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属人造纤维领域，具体涉及一种以高对数粘度、高度微丝化聚对苯二甲酰对苯二胺芳纶Ⅱ短纤为原料，经研磨制成的浆泊及其制备方法。

背景技术

芳纶Ⅱ的原材料是聚对苯二甲酰对苯二胺纤维[poly(p-pheny lene terephthalamide)](简称PPTA)，其化学公式是：

                                                         

以上PPTA聚合物在1960年代即已合成，美国杜邦公司在1970年发明由PPTA/H₂SO₄溶液纺纤维长纱。1972年开始小批量的开发市场进行PPTA纤维生产，1982年开始进行工业化生产，产品名称为Kevlar。1985年荷兰Akzo公司投入PPTA芳纶生产，产品名称为Twaron。日本帝人公司2005年并购荷兰Akzo公司的Twaron业务，并持续扩充产量与杜邦公司竞争。韩国科龙公司也在1985年试产PPTA和浆泊，该生产从1990至2000年基本停止，于2006年起恢复开发工作并建厂。这类纤维在中国称为芳纶Ⅱ纤维。多年来也有研究开发聚对苯二甲酰胺 [poly(p-benzamide)]。

制备聚对苯二甲酰对苯二胺的聚合反应如下式所示：    

聚对苯二甲酰对苯二胺的主要物化性能包括分子链的-NH或-CO端基、分子量、分子量分布、密度、含水率、玻璃化温度、软化温度、分解温度、无机盐含量、灰份等，其中分子量和分子量分布对纤维性能的影响最大。但由于分子量和分子量分布非常难测，因此，使用对数粘度作为技术指标更有利于快速掌握聚对苯二甲酰对苯二胺及其纤维的相关技术信息，充分反映出聚合和纺丝的技术途径和工艺水平。

直接测定聚对苯二甲酰对苯二胺的分子量非常困难，但可用它的稀硫酸溶液粘度作间接指示，一般采用“对数粘度”(inherent viscosity)，定义如下：

公式中η_inh即对数粘度，η_rel为相对粘度，即聚合物溶液的粘度与溶剂粘度的比例，C是溶液的聚合物浓度。PPTA的对数浓度的测定是在96-98%浓酸中，取C为0.5g/dL，在温度为30℃下测得。现有文献公开的PPTA的对数粘度值在1-10dL/g的范围内，变化很大。

聚合物分子量影响其衍生物的性能，一般塑胶和合成纤维工业均尽量采用高分子量的聚合物。制造PPTA纤维也一样，分子量影响纤维的性能，尤其是物理性能，例如纤维强度和模量。但分子量过高时制造纤维的工艺非常困难，影响工业效率。

聚对苯二甲酰对苯二胺芳纶Ⅱ纤维具有高强度、高模量、高温稳定度等优良物性，其长纤广泛用于复合材料补强、光缆、橡胶产品补强和军用防弹等高功能应用。芳纶Ⅱ长纤还可以切断成5-50mm长度的短纤，这种产品广泛用于芳纶Ⅰ/芳纶Ⅱ混纺的高温防护纺织品，并可制成浆泊产品用于复合材料及橡胶补强、刹车板等摩擦产品及工业抄纸。

美国杜邦公司于1980年开发芳纶Ⅱ浆泊（pulp），用于摩擦产品、塑料和橡胶产品补强。1985年-1990年间，南韩高科技研究所在制备聚对苯二甲酰对苯二胺的聚合反应时获得的浆泊样产物，由于该聚合物的分子量较低，对数粘度低于4.0 dl/g，或没有经过高切变取向，其物理性能尤其是结晶度比一般芳纶Ⅱ纤维低，在高温或高压应用中，功能不够理想，所以目前还没有工业化产品。

中国专利申请 03129083.3 公开了一种利用芳纶边角料制造芳纶浆泊的方法。具体步骤是：用机械切割机把芳纶边角料切断，使单纤维的平均长度分布为0.1-10.0mm，分散在水中成为0.1%-5.0%浓度的混合液，浆液再通过单盘磨机叩解帚化，再加入到槽式打浆机中，从而得到芳纶浆泊。同一申请人申请的申请号为200810035456.6的专利申请公开了一种由芳纶废料生产芳纶浆泊的方法，其步骤为，将芳纶废料直接放进多刀式机械切割机中，进行切碎，使碎纤维的平均长度为0.1-5.0MM；将碎纤维分散在水中；形成0.1-8.0%浓度的混合液；再将混合液通过多刀式双边打浆机，然后将打浆后的混合液通过双盘研磨机，进行叩解帚化，形成稳定的浆液；然后将浆液放入连续式过滤机脱水和连续式干燥机中干燥，再开松，可得芳纶浆泊。两篇申请文件均以芳纶边角料或废料为原料，制备方法也基本相同，首先都必需将原料切碎后才能使用，而利用短纤制造浆泊的工艺却未见报道。