[发明专利]一种全芳香族聚酰胺的合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种全芳香族聚酰胺的合成方法。

背景技术

对位芳纶，即聚对苯二甲酰对苯二胺Poly（para-phenylene terephthalamide），简称PPTA纤维，在我国称芳纶1414，美国杜邦商品名为Kevlar。由于PPTA纤维分子链的高度对称性、规整性和刚性结构，故具有高强度、高模量等优异的力学性能及低密度、高尺寸稳定性、耐高温、与橡胶亲和性好等优点。所以，芳纶纤维可广泛应用于信息工业、土木建筑、密封填料、大型客机的结构材料及抗燃、耐热的防护服等。目前，芳纶产品主要用于防弹衣、头盔等约占7%~8%，航空航天材料、体育用材料约占40%，轮胎骨架材料、传送带材料等约占20%，高强绳索等约占13%。而作为增强材料，芳纶纤维有其不可替代的作用，特别是在异彩纷呈的高性能纤维大家族中，芳纶以其卓越的耐热阻燃性、电绝缘性和力学性能，兼有超高强度、高模量优异品种，成为先进防护材料和结构材料的重要基础原料，不仅在航空、航天、国防、电子等尖端领域大显身手，而且开辟出更加广阔的民用空间，已成为当今世界用途最广、产量最大、最有发展前途的高科技特种纤维。

然而，由于其高的熔点和软化温度导致其加工性能较差，PPTA树脂难溶于有机溶剂，如二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺和N-甲基吡咯烷酮等，并且加热难熔融，所以必须在浓硫酸中进行液晶纺丝才能进行加工，工艺复杂，设备要求耐强酸腐蚀，加工比较困难，因此限制了芳香族聚酰胺的应用。目前常用的改善PPTA难加工问题的方法是通过加入第三、第四单体进行共缩聚改性。由于第三、第四单体的加入打破了分子链的规整度和对称性，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，所以聚合物的结晶性下降，提高了溶解性。但第三、第四单体的引入也同时降低了分子链的刚性和分子链紧密堆砌的程度，造成了材料力学性能的损失。日本帝人公司已用3,4'-二氨基二苯醚作为第三单体，得到的共聚改性芳纶Technora。这类第三单体的引入使得共聚酰胺的溶解性有较大改善，初生纤维经高温高倍拉伸，纤维的耐疲劳性、延伸率均有提高，但随着此类结构在分子链中比例的增加，纤维的力学性能，尤其是初始杨氏模量有显著下降的趋势（MANUFACTURING METHOD OF COPOLYARAMIDE - JP2005325288A）。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供一种全芳香族聚酰胺的合成方法。本发明通过均聚所合成的全芳香族聚酰胺能够有效地提高聚合物在有机溶剂中的溶解度，有利于将芳香族聚酰胺溶于有机溶剂中进行纺丝等加工工艺，同时制备的全芳香族聚酰胺分子链规整、刚性大，避免了力学性能的下降，扩大了全芳香族聚酰胺的应用领域。

本发明全芳香族聚酰胺的合成方法，包括如下内容：

（1）合成聚合单体5-順丁烯二酰亚胺基对苯二甲酸，分子式如式1所示：

                                                 

式1. 5-順丁烯二酰亚胺基间苯二甲酸；

（2）将质量分数为0.5~6.0%的促溶剂完全溶解于有机溶剂中，加入等摩尔比的步骤（1）合成的5-順丁烯二酰亚胺基间苯二甲酸和芳香族二元胺进行均聚反应，经冷却、沉淀、洗涤和干燥得到全芳香族聚酰胺产品，分子通式如式2所示：

 

式2. 全芳香族聚酰胺分子通式。

本发明中，步骤（1）的5-順丁烯二酰亚胺基对苯二甲酸是将5-氨基间苯二甲酸（5-AIPA）、马来酸酐（MA）、脱水剂、催化剂按摩尔比1:0.8:0.5:0.01~1:1.2:2:0.5的比例混合，按质量分数为20%~70%溶于有机溶剂中。

本发明中，步骤（1）的5-順丁烯二酰亚胺基对苯二甲酸的合成可将反应混合液投入到撞击流反应器中进行反应。反应式如式3：

式3.  5-順丁烯二酰亚胺基间苯二甲酸的反应式。