[发明专利]一种采用原位沉析法合成改性腈纶浆粕纤维的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种腈纶浆粕的制备方法，具体涉及一种采用原位沉析法合成改性腈纶浆粕纤维的制备方法。

背景技术

化学浆粕(chemical-pulp)，尤其是芳纶浆粕，是石棉的理想替代品，与玻璃纤维及碳纤维竞争于密封材料、增强材料及摩擦材料等领域。聚丙烯腈 (PAN) 浆粕继承了 PAN 纤维的优良品质，具有较高的耐热性能以及对日光、大气和化学试剂的稳定性及耐霉菌性，价格相对低廉，有望在低端领域替代价格昂贵的芳纶浆粕和对人体有害的石棉纤维。

比表面积是浆粕的一项重要评价指标。以沉析法制备的 PAN 浆粕比表面积在30-70 m²/g之间，远远高于芳纶浆粕。有专利报导，将聚对苯二甲酰对苯二胺(PPTA)与聚间苯二甲酰间苯二胺(PMIA)共混，由于聚合物间存在微观的相分离，使之更易原纤化，从而有效提高了浆粕的比表面积。

因此，本发明使用聚氨酯与聚丙烯腈溶解于N,N-二甲基乙酰胺中，利用两者的相分离，制备出比表面积较高的PAN浆粕。

发明内容

本发明提供一种采用原位沉析法合成改性腈纶浆粕纤维的制备方法，有效提高了浆粕的比表面积，同时降低了生产成本。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种采用原位沉析法合成改性腈纶浆粕纤维的制备方法，其制备首先合成了聚氨酯溶液，然后与聚丙烯腈的N,N-二甲基乙酰胺溶液混合配制成共混浆液，然后将浆液注入溶有Ca(OH)₂的凝固浴中，在高速剪切作用在通入CO₂，采用原位沉析法制备得到共混浆粕。

具体步骤如下：

（1）聚氨酯的制备：

将8-15重量份二羟甲基丙酸粉末加入至反应瓶中，加入65-90份N,N-二甲基乙酰胺使之溶解，升温至40-50℃，通入氮气，开始滴加8-15份甲苯二异氰酸酯，在30分钟内滴加完毕，升温至52-57℃，保温反应2-3小时，制备得到聚氨酯溶液；

（2）混合浆液的制备：

将55-70份聚丙烯腈置于鼓风烘箱中，于78-83℃下干燥6-8小时，备用；将110-150份N,N-二甲基乙酰胺倒入三颈瓶，开启搅拌器搅拌，加入2-5份氯化锂待其溶解完全后，加入干燥好的聚丙烯腈，放入水浴中加热至78-83℃搅拌充分溶解，冷却至室温后加入上述聚氨酯溶液，混合搅拌均匀；

（3）凝固液的配制：

称取8-14份Ca(OH)₂粉末加入到N,N-二甲基乙酰胺与水的混合溶剂中，配制成Ca²⁺浓度为0.04-0.06mol/L的溶液，超声分散使其溶解；

（4）在高速剪切作用下，将聚丙烯腈/聚氨酯混合浆液注入上述配制好的凝固液中，剪切1-5分钟后，通入CO₂，反应完成后，抽滤用去离子水洗涤2-4次，离心干燥，得到共混浆粕。

其中，所述的N,N-二甲基乙酰胺与水的混合溶剂中N,N-二甲基乙酰胺与水的体积比为1-3:1。

其中，步骤（4）中高速剪切反应时间为10-25分钟。

本发明具有以下优点：

（1）本发明中使用的聚氨酯与聚丙烯腈能共同溶解于N,N-二甲基乙酰胺中，使聚氨酯均匀分散在聚丙烯腈浆液中，在沉析成形过程中，分散相聚氨酯也同样在流动的凝固浴中受剪切和拉伸而变形，由于两相间存在微观的相分离，使初生浆粕存在大量的分布均匀的薄弱点，在剪切力的作用下，浆粕易于在这些薄弱点断裂或纵向劈裂，实现原纤化，因而所得浆粕的尺寸更小、更均匀，比表面积得到提高。

（2）本发明中在凝固液中加入了Ca(OH)₂，在浆液注入凝固液时，Ca²⁺可以与聚氨酯的羧基发生反应，生产络合物，之后通入的CO₂气体在水中解离生成CO₃^2-，与聚氨酯分子螯合的Ca²⁺反应，原位生成CaCO₃颗粒沉积在聚氨酯链段上，应用该浆粕制备的摩擦材料在实际应用时，在摩擦过程中CaCO₃可以部分代替基体树脂的承载，阻止了基体树脂的热塑性变形，有效提高了摩擦材料的耐磨性，同时达到降低成本、提高材料的热性稳定的效果。

具体实施方式