[发明专利]丙烯腈共聚物纺丝液及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及碳纤维领域，特别涉及丙烯腈共聚物纺丝液及其制备方法。

背景技术

碳纤维是由有机纤维经碳化或石墨化处理而得到的微晶石墨材料，其具有高比强度、高比模量、耐热、耐腐蚀、耐疲劳、抗蠕变等特性，已经广泛应用于航空航天、国防建设、体育休闲用品、医疗器械和建筑等行业。碳纤维的制备方法为：制备聚丙烯纺丝液，将纺丝液进行预氧化，然后经过碳化，最终得到碳纤维。

碳纤维可分别用聚丙烯腈基纤维、沥青纤维、粘胶丝或酚醛纤维经碳化制得。其中聚丙烯腈基碳纤维具有突出的力学性能，是近年来碳纤维研究的热点。制约聚丙烯腈基碳纤维发展的关键点之一在于聚丙烯腈原丝的质量，而要获得优质的聚丙烯腈基原丝必然涉及获得高品质的丙烯腈共聚物纺丝液，只有性能优异的丙烯腈共聚物纺丝液才能纺制出优异的聚丙烯腈原丝。

申请号为ZL 200710056329.X的中国专利公开了一种二元丙烯腈共聚物纺丝液，其将衣康酸β-单酯与丙烯腈共聚得到。衣康酸β-单酯是含有羧基以及酯基的双功能单体，既可以改善聚丙烯腈树脂的可纺性，也能调控碳纤维原丝的氧化-碳化过程，但其亲水性不佳；而本发明在改善聚丙烯腈树脂的可纺性、调控碳纤维原丝的氧化-碳化过程的同时兼顾了纺丝液的亲水性，更有利于改善碳纤维的性能。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种丙烯腈共聚物纺丝液及其制备方法，采用二元共聚得到，具有较好的综合性能，有利于获得高质量的碳纤维。

本发明公开了一种丙烯腈共聚物纺丝液，由聚合单体在二甲基亚砜中共聚得到，所述聚合单体为丙烯腈和式（I）所示的化合物，丙烯腈为聚合单体总质量的90～99.5%，式（I）所示的化合物为聚合单体总质量的0.5～10%；

所述聚合单体在二甲基亚砜中的质量百分比浓度为15～25%；

其中，X为氯或溴；R为氢或甲基；m为0,1或2。

本发明公开了一种丙烯腈共聚物纺丝液的制备方法，包括以下步骤：

在二甲基亚砜中，丙烯腈和式（I）所示的化合物在催化剂作用下发生共聚反应，得到丙烯腈共聚物纺丝液；

所述丙烯腈和式（I）所示的化合物为聚合单体；

所述丙烯腈为聚合单体总质量的90～99.5%，式（I）所示的化合物为聚合单体总质量的0.5～10%；

所述聚合单体在二甲基亚砜溶液中的质量百分比浓度为15～25%；

其中，X为氯或溴；R为氢或甲基；m为0,1或2。

优选的，所述丙烯腈为聚合单体总质量的92～97%。

优选的，所述式（I）所示的化合物为聚合单体总质量的3～8%。

优选的，所述聚合单体在二甲基亚砜中的质量百分比浓度为17～22%。

优选的，所述引发剂为偶氮二异丁腈。

优选的，所述引发剂的用量为聚合单体总质量的0.25～0.75%。

优选的，所述反应的温度为55～70℃。

优选的，所述反应的时间为6～36小时。

优选的，所述反应在惰性气体环境下进行。

与现有技术相比，本发明的丙烯腈共聚物纺丝液，由聚合单体在二甲基亚砜中共聚得到，所述聚合单体为丙烯腈和式（I）所示的化合物。所述式（I）所示的化合物为含有羧基的乙烯基咪唑盐，具有季铵盐结构，水溶性好，在改善丙烯腈树脂可纺性的同时也能提高纺丝液的亲水性，有利于提高取向度和减少原丝中的孔洞，从而获得高强度低密度的高质量原丝。而且刚性结构咪唑环能够减弱大分子中腈基的强相互作用，从而改善溶液中的大分子缠结，减少在干湿纺时的断丝，并可在后续制备碳纤维过程中，提高预氧化时氧进入纤维内部的速率，使预氧化后的纤维内部结构更加均匀，从而改善碳纤维的性能。其次，羧基可以促进聚合物中腈基的氧化-环化过程，降低预氧化时放热反应的起始温度，从而改善纤维的热稳定性，并最终改善碳纤维的性能。由此可见，本发明得到的丙烯腈共聚物纺丝液具有较好的综合性能。

另外，所述式（I）所示的化合物与丙烯腈发生二元共聚反应，在共聚单体效率及反应可控性等方面均比三元共聚体系具有明显的优势。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。