[发明专利]一种纺丝用丙烯腈聚合物溶液的制备方法

说明书

本发明属于碳纤维制备领域，公开了一种纺丝用丙烯腈聚合物溶液的制备方法。具体包括以下步骤：(1)按比例称取丙烯腈和共聚单体，装入带有搅拌器的反应器中，利用溶剂调节丙烯腈质量浓度；(2)启动搅拌器搅拌，将反应体系升温至反应温度，在紫外光引发下进行聚合反应，得到丙烯腈聚合物溶液；(3)利用减压蒸馏和溶剂调配丙烯腈聚合物溶液的动力粘度，得到纺丝用丙烯腈聚合物溶液。本发明解决了制备丙烯腈聚合物多采用引发剂热聚合，得到的聚合物分子量分布宽，且因添加引发剂而影响原丝的性能，导致最终碳纤维性能下降等问题，本发明得到的聚合产物分子量高且分子量分布窄。其制备方法具有聚合体系简单，容易操作，易于实现的优点。

技术领域

本发明属于碳纤维制备领域，具体涉及一种纺丝用丙烯腈聚合物溶液的制备方法。

背景技术

聚丙烯腈基碳纤维因为其具有高强度、高模量、低密度等优点，被广泛应用于民用、军事以及国防领域。在聚丙烯腈的制备过程中，纺丝用丙烯腈聚合物溶液对最终碳纤维的性能起着至关重要的作用。

目前，制备丙烯腈聚合物多采用引发剂热聚合，得到的聚合物分子量分布宽，且因为添加引发剂，或多或少会有引发剂残留在聚合物中，这会影响原丝的性能，从而导致最终碳纤维的性能下降。

中国专利CN106589193，采用基团转移聚合方法，得到了聚合产物，分子量分布1.5，分子量5-30万，引发体系为烯酮硅缩醛或硅烷衍生物。

中国专利CN106749807，采用可逆加成-断裂链转移聚合方法，得到的分子量1300-3900g/mol，并且加入了自由基引发剂。

中国专利CN108752521，采用混合溶剂的方法，得到的聚合物，数均分子量在5～25万，分子量分布系数＜1.5，产率＞90％，过氧化物为引发剂。

综上所述，制备分子量高且分子量分布窄，又不添加引发剂，用于碳纤维生产的聚丙烯腈聚合反应方法，目前并未见有关该方法的报道。

聚合条件可控，分子量高且分子量分布窄，热性能稳定，不使用引发剂的光聚合制备丙烯腈聚合物，在这些方面均具有明显的优势，可以达到聚丙烯腈碳纤维的强度要求，因此具有很好的工业化应用前景。

发明内容

本发明是针对现有制备丙烯腈聚合物多采用引发剂热聚合，得到的聚合物分子量分布宽，且因添加引发剂而影响原丝的性能，导致最终碳纤维性能下降等问题，提出了一种纺丝用丙烯腈聚合物溶液的制备方法，利用紫外光引发聚合反应，以克服使用引发剂对原丝的性能的影响。

为解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：

一种纺丝用丙烯腈聚合物溶液的制备方法，所述制备方法采用紫外光引发聚合，具体包括以下步骤：

(1)按比例称取丙烯腈和共聚单体，装入带有搅拌器的反应器中，利用溶剂调节丙烯腈质量浓度；

(2)启动搅拌器搅拌，将反应体系升温至反应温度，在紫外光引发下进行聚合反应，得到丙烯腈聚合物溶液；

(3)利用减压蒸馏和溶剂调配丙烯腈聚合物溶液的动力粘度，得到纺丝用丙烯腈聚合物溶液。

采用紫外光直接引发丙烯腈和共聚单体中的不饱和键断裂，从而进行自由基聚合反应，制备的丙烯腈聚合物规整性好。

进一步地，所述步骤(1)中，所述共聚单体为衣康酸、衣康酸铵、衣康酸甲酯、衣康酸乙酯、丙烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸甲酯或甲基丙烯酸乙酯中的一种或几种以任意比的混合物。丙烯腈均聚物分子量刚性较大，不适合用于纺制高性能原丝，衣康酸及其衍生物、丙烯酸及其衍生物等共聚单体的加入可改善丙烯腈聚合物分子量的柔性，提高可纺性和碳纤维的性能。