[发明专利]一种具有多嵌段结构聚酰亚胺纤维及其制备和应用

说明书

本发明涉及一种具有多嵌段结构聚酰亚胺纤维及其制备和应用。该制备方法包括：将含金刚烷结构脂肪族二胺单体与含氢化二酐单体反应，得到溶液A；将含羧基侧链的二胺单体与含二苯甲酮结构二酐单体反应，得到溶液B；将溶液A与溶液B聚合反应，然后加入重元素离子盐络合，最后纺丝，热处理。该方法操作简单，工艺环保，有利于大批量制备，具有很好的产业化前景；得到的聚酰亚胺纤维具有良好的防中子辐射效果，兼具优异的机械性、耐热性、耐溶剂性、耐辐照性、耐腐蚀性，可以应用于核辐射、电磁辐射等特殊环境。

技术领域

本发明属于聚酰亚胺纤维及其制备和应用领域，特别涉及一种具有多嵌段结构聚酰亚胺纤维及其制备方法和应用。

背景技术

核能作为一种重要的清洁能源，在保障能源供应以及实现能源低碳清洁发展方面具有重要作用。与此同时，核裂变及聚变的过程中会产生各种电离辐射，从而危害环境及人身健康。特别在诸如核辐射事故抢修、核电站放射性设备检修、放射性医疗诊断、辐照加工等领域对操作人的个体防护提出极高的要求。这其中中子辐射对人身安全巨大，因此开发柔性中子防护材料已成为当前核能利用与开发领域的迫切需求。

柔性核辐射屏蔽材料通常由纤维基体、功能性涂层等部分组成，其中纤维材料是个体防护用柔性核辐射屏蔽材料的核心部分。一般而言，中子屏蔽材料需阻滞快中子并吸收慢中子，其中，诸如铅、钨、铁、钡等重元素可有效阻滞快中子，诸如氢元素材料(如含氢较多的材料)或锂(⁶Li)、硼(¹⁰B)、镉及其化合物等可有效吸收慢中子，将该二类功能单元引入到材料中可有效赋予其中子屏蔽性能。

另一方面，材料在核辐射环境中的物理性能也直接决定其使用价值，例如轻质的聚烯烃纤维的含氢量非常高，具有较高的中子辐射防护效率，但其热稳定性较差；芳纶纤维耐热性较好，但机械强度受紫外辐照后损伤严重，上述本征缺陷均限制了该类材料在核屏蔽领域的应用。作为一种典型的高性能聚合物，聚酰亚胺纤维高度共轭的酰亚胺环结构赋予其优异的机械强度、耐高温、耐辐照等特点，且纤维在火焰中不燃烧、不熔融、没有烟雾放出，这些关键特性决定其作为一种辐射屏蔽纤维材料具有巨大的应用潜力，更为重要的是，聚酰亚胺灵活的分子结构可设计性与凝聚态结构可调性，为制备高性能的核辐射屏蔽防护织物提供了广阔的设计空间。

嵌段聚合是协同调控聚酰亚胺材料功能与性能的重要方法，结构分析可知，金刚烷与氢化二胺均为氢元素含量较高的脂肪族结构，将其引入聚酰亚胺结构中可赋予材料吸收慢中子的作用；另一方面，通过离子络合的方式将重元素引入到聚酰亚胺中可赋予材料阻滞快中子的功能。有鉴于目前并未见类似防中子辐射聚酰亚胺纤维的报道，故提出本发明。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种具有多嵌段结构聚酰亚胺纤维及其制备方法和应用，填补防中子辐射聚酰亚胺纤维的空白。

本发明提供了一种具有多嵌段结构聚酰亚胺纤维，将含金刚烷结构脂肪族二胺单体与含氢化二酐单体反应得到产物A，将含羧基侧链的二胺单体与含二苯甲酮结构二酐单体反应得到产物B，将产物A与产物B聚合反应，络合重元素。

所述含金刚烷结构脂肪族二胺单体包括：

中的一种或者几种。

所述含氢化二酐单体包括：

中的一种或者几种。

所述含羧基侧链的二胺单体包括：

中的一种或者几种。

所述重元素为铅、铁、钨、钡、钆、铕、铽、镝、钬、铒中的一种或几种。

所述含二苯甲酮结构二酐单体包括：

中的一种或者几种。

本发明还提供一种具有多嵌段结构聚酰亚胺纤维的制备方法，包括：