[发明专利]一种自流动对位芳纶及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种自流动的芳香族聚酰胺及其合成方法，尤其涉及力学性能优异、加工性能优良的芳纶纤维用的自流动对位芳纶及其合成方法，属于高分子材料合成领域。

背景技术

  芳纶根据其结构可以分为对位芳纶和间位芳纶。对位芳纶，即聚对苯二甲酰对苯二胺纤维(para-phenylene terephthalamide，简称PPTA)，在我国又称芳纶1414。PPTA是一种高科技纤维，由于其具有高强高模、耐热、耐化学腐蚀、密度轻、尺寸稳定等一系列优良性能，在航天工业、汽车工业、IT产业、国防工业、增强混凝土及复合材料和运动器材等多个领域具有广泛应用。然而，由于PPTA分子链刚性大，分子链间有强氢键作用，分子链紧密堆砌且高度结晶，使PPTA树脂的熔点很高，而且在有机溶剂中无法溶解，只能溶于浓硫酸。因此芳纶制备芳纶纤维时必须在浓硫酸中进行液晶纺丝，同时纺丝设备必须耐硫酸腐蚀，设备投资大，操作困难，工艺复杂，这在一定程度上限制了它的广泛应用。因此，可溶性芳纶PPTA的制备引起了人们极大的关注。

目前PPTA的改性主要集中在以下几个方面：1.在对位芳纶聚合物主链中引入柔性结构单元，例如醚键，硫键、砜键。这类结构改变了聚合物的聚集态结构，使分子不能紧密排列，增加了自由体积，减弱了分子间的氢键作用，使聚合物的结晶性下降，提高了对位芳纶的溶解性，但是随着在分子链中的比例增加会影响材料的热稳定性；2.在聚合物主链上引入刚性结构单元，例如芳杂环结构、联苯、联萘、蒽基结构等，杜邦公司和AKzON．V．公司分别报道了2，6-萘二酰氯改性PPTA。其中，杜邦公司合成出了>2．6N的改性纤维。国内对芳纶纤维的研究主要集中在PPTA的改性上，如用l，5-萘二胺改性PPTA，但是l，5-萘二胺的加入不能改善共聚物的溶解性，而且力学性能明显变差；3.在聚合物主链上引入取代对苯、间苯结构，增加了耐热性和阻燃性，但也影响了纤维的力学性能；4.聚合物主链上引入N取代结构。N取代改善了PPTA一定的溶解性，降低了熔点，但同时也导致了力学性能的下降。综上分析可以看出，目前芳纶纤维的改性都是通过改变对位芳纶的主链结构，以提高芳纶的力学性能、耐热性等，但是刚性极性基团的引入并不能改善芳纶的溶解性能，因此加工性能依然没有得到改善。

发明内容

本发明旨在提供一种自流动对位芳纶及其制备方法。该方法制备的芳纶既具有优异的力学性能和耐热性能，同时具有良好的溶解性和加工性能。

   本发明的一种自流动对位芳纶材料，其结构如下：

其中1≤n≤49，m+n≤50，x+y≤50。

本发明的自流动对位芳纶材料的分子量为2000~40000，热分解温度为400~600℃，可以溶解于水、乙醇、氯仿、甲苯、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、二甲基乙酰胺和N-甲基吡咯烷酮中。

本发明的自流动对位芳纶的制备方法，其制备步骤如下：

1）将带有磺酸基团的苯二胺、以及添加剂溶于溶剂中配制成溶液，使溶液温度保持在80~100℃，再向其中加入对苯二甲酰氯溶液，随后将反应温度降低，在1~8 min使对苯二甲酰氯在惰性气体和快速搅拌的条件下加入到含有对苯二胺的溶剂中反应；

2）向步骤1）溶液中添加碱，反应，然后再添加季铵盐溶液进行反应，当反应5~7小时后，合成反应结束，得到自流动的聚对苯二甲酰对苯二胺溶液；

其中，所述的带有磺酸基团的苯二胺是2,5-二氨基苯磺酸（2，5-DABSA）；所述的添加剂为氯化锂或氯化钙；所述的溶剂为二甲基乙酰胺（DMAC）或N-甲基吡咯烷酮。

本发明的制备方法中，其含有磺酸基团的苯二胺以及添加剂的溶液是指含磺酸基团的对苯二胺重量百分比浓度为5%~50%，氯化锂或氯化钙的重量百分比浓度为2%~10%的溶液；所述的对苯二甲酰氯溶液的重量百分比为5%~50%。

本发明的制备方法中，所述的反应温度降低具体为降低到-15~4℃。

本发明的制备方法中，所述的惰性气体为氮气或氩气。

本发明的制备方法中，所述的碱为氢氧化钠或氢氧化钾，并且氢氧化钠与2,5-二氨基苯磺酸的质量比为2:9，或者氢氧化钾与2,5-二氨基苯磺酸的质量比14:45。