[发明专利]一种一步法制备高模量对位芳纶的方法

说明书

本发明涉及一种一步法制备高模量对位芳纶的方法。该方法包括：PPTA‑COCl预聚体体系制备，PPTA‑NH₂预聚体体系制备，聚对苯二甲酰对苯二胺胶体纤维制备，对位芳纶制备。该方法整体制备过程，避免了现有工艺只能通过浓硫酸溶解高分子量PPTA、然后进行液晶纺丝制备对位芳纶的问题，对设备腐蚀性较小，能耗低，生产成本较原有工艺大幅降低，反应过程稳定，易于控制，有利于工业化生产。

技术领域

本发明属于高分子化合物的制备领域，特别涉及一种一步法制备高模量对位芳纶的方法。

背景技术

聚对苯二甲酰对苯二胺(PPTA)纤维具有优异的热性能、化学稳定性、电绝缘性、出色的耐磨性等特点，目前被广泛应用于航空航天、国防军工、交通通讯、体育休闲、绳索光缆等领域。由于高分子量聚对苯二甲酰对苯二胺聚合物熔点高于其本身聚合物分解温度，且不溶于一般有机溶剂，故只能溶于浓硫酸中进行液晶纺丝，生产工艺复杂，对设备要求高，成本高昂，因此，如何优化高模量聚对苯二甲酰对苯二胺纤维的纺丝工艺一直受到广泛关注。

中国发明专利CN102560700A公开了一种对位芳纶细旦纤维及其制备方法。包括对位芳纶聚合体在强酸中的溶解、两次过滤、脱泡、第三次过滤、喷丝、拉伸、冷却凝固以及水洗、干燥和收卷，最后制得纤维成品。该方法采用高剪切双螺杆挤出机和连续薄膜脱泡装置，通过多道过滤工序，严格控制过滤精度、脱泡纯净度等，对纺丝工艺进行了整体优化，可操作性强，能够制得具有优良物理性能的对位芳纶细旦纤维。但该方法中浓硫酸的使用提高了生产加工的难度，对生产设备的腐蚀性大，生产成本较高。

中国发明专利CN104451935A公开了一种干喷-湿法纺丝对位芳纶的凝固成形方法。首先将PPTA-H₂SO₄纺丝原液从喷丝板挤出，然后将喷丝板挤出的纺丝细流竖直经过空气层，进入凝固浴中，经洗涤、卷绕、干燥后得到对位芳纶原丝。该方法可以显著降低纤维纤度，提高对位芳纶的强度，减少纤维的表观缺陷，提高纤维品质。但该方法中纺丝细流在空气层中进行轴向拉伸的同时，空气层中热空气对PPTA-H₂SO₄纺丝细流表面凝固缓慢，易发生并丝现象，不利于对位芳纶的实际生产加工过程。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种一步法制备高模量对位芳纶的方法，以克服现有技术中对位芳纶制备依赖浓硫酸、易发生并丝的缺陷。

本发明的一种一步法制备高模量对位芳纶的方法，以对苯二甲酰氯、对苯二胺作为反应单体，摩尔比为1:1.05～1.20(或1.05～1.20:1)，制得两种不同端基的聚对苯二甲酰对苯二胺预聚物体系，进一步加工制备得到聚对苯二甲酰对苯二胺纤维，主要包括以下步骤：

(1)在氮气气氛的干燥体系中，将对苯二胺与对苯二甲酰氯以摩尔比为1:1.05～1.20加入含有助溶剂的极性溶剂体系中，聚合反应，得到以酰氯基团为端基的低分子量聚对苯二甲酰对苯二胺PPTA-COCl预聚体体系，其中PPTA-COCl预聚体体系的结构式为：

式中m不大于45；

(2)在氮气气氛的干燥体系中，将对苯二胺与对苯二甲酰氯以摩尔比为1.05～1.20:1加入含有助溶剂的极性溶剂体系中，聚合反应，得到以氨基为端基的低分子量聚对苯二甲酰对苯二胺PPTA-NH₂预聚体体系，其中PPTA-NH₂预聚体体系的结构式为：

式中n不大于45；

(3)将步骤(1)中PPTA-COCl预聚体体系与步骤(2)中PPTA-NH₂预聚体体系以质量比为1:0.95-0.95:1分别通过不同计量泵泵入同一纺丝组件中，这两种预聚体体系在纺丝组件中搅拌共混的同时进行二次共聚，在喷丝孔甬道中缩聚反应完成，经喷丝孔挤出，得到聚对苯二甲酰对苯二胺胶体纤维；