[發明專利]一種聚對苯亞基苯并雙噁唑纖維的制備方法

無效

• 申請號: 200810239191.1
• 申請日: 2008-12-12
• 公開（公告）號: CN101423986A
• 公開（公告）日: 2009-05-06
• 發明（設計）人: 尹曄東;趙國樑
• 申請（專利權）人: 北京特斯頓新材料技術發展有限公司;北京服裝學院
• 主分類號: D01F6/74
• 分類號: D01F6/74;D01D1/02;D01D5/06;D01D10/06
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所
• 代理人: 廖元秋

技術領域

本發明屬于高分子材料制備技術領域，特別涉及一種聚對苯亞基苯并雙噁唑纖維的生產工藝方法。

背景技術

聚對苯亞基苯并雙噁唑纖維，又稱聚對苯撐苯并二噁唑纖維、PBO纖維(Polybenzoxazole，以下簡稱PBO纖維)。PBO纖維具有強度高、模量高、耐高溫等優良特性，用于耐熱產業用紡織品和纖維增強材料等領域。PBO纖維的化學結構如下兩結構式所示。其中順式結構(如上式)的理論模量高于反式結構(如下式)。

PBO的合成多采用4，6-二氨基間苯二酚鹽酸鹽(DAR鹽酸鹽)與對苯二甲酸縮聚。聚合溶劑一般為多聚磷酸(或者甲磺酸)，五氧化二磷加入作為吸水劑。DAR鹽酸鹽和對苯二甲酸在多聚磷酸做溶劑的情況下，直接聚合反應會產生氯化氫氣體。氯化氫氣體不僅腐蝕設備而且造成環境污染，為避免這一缺陷，可以采用將DAR鹽酸鹽和對苯二甲酸通過中和反應等步驟制成復合鹽，而后在多聚磷酸和五氧化二磷的作用下聚合的方式。

DOW公司在美國專利US5276128中提出將對苯二甲酸配制成對苯二甲酸鈉鹽的水溶液，4，6-二氨基間苯二酚鹽酸鹽也制成水溶液，通過酸堿中和反應；而后經過過濾、洗滌和干燥制備出4，6-二氨基間苯二酚/對苯二甲酸復合鹽。

中國專利ZL200510026800.1中提出將對苯二甲酸和4，6-二氨基間苯二酚鹽酸鹽通過酸堿中和直接制成4，6-二氨基間苯二酚/對苯二甲酸復合鹽。對苯二甲酸配制成對苯二甲酸鈉鹽的水溶液，在氮氣保護下，將固體4，6-二氨基間苯二酚鹽酸鹽直接加入對苯二甲酸鈉鹽的水溶液中，通過酸堿中和反應制備出4，6-二氨基間苯二酚/對苯二甲酸鹽，而后過濾、洗滌后得到4，6-二氨基間苯二酚/對苯二甲酸復合鹽。

SRI公司在US4533693中提到：PBO纖維制備采用干噴濕法紡絲，紡絲設備選用抗強酸材料。空氣段長度為10～100cm，噴頭拉伸比例為1～50或者以上。凝固浴可以是水也可以是甲醇或者礦物酸，比如磷酸溶液，溫度為室溫或者略低。水或者堿溶液用于洗脫紡絲溶劑，如飽和碳酸鈉溶液。卷繞成型的纖維浸泡于水中足夠長時間，而后進行干燥，干燥溫度為110℃。DOW公司在US5089591中提出：聚合反應過程中必須有剪切力作用，否則反應速度很慢；剪切增大則反應速度增快。

聚對亞苯基苯并雙噁唑聚合物為溶致液晶聚合物，可以溶解于甲磺酸或者多聚磷酸。DOW公司在US5273703中提出為了形成液晶，聚合物的濃度最好不低于14％，因為粘度等原因，濃度不宜超過30％，一般情況下不超過20％，多聚磷酸做溶劑時，五氧化二磷的濃度為80～86％。紡絲工藝采用干噴濕法，凝固液可以為含有酸或者堿的水溶液，溫度為0～20℃，洗液可以是酸性，也可以是堿性；可以是液體，還可以是蒸汽。洗滌時間不超過48小時，最好不超過36小時。干燥在洗酸完成后立刻進行或者間隔短暫時間，因為長時間在潮濕環境下不利于纖維強度的保持。干燥溫度需要能達到除水的目的并不能損傷纖維。干燥后的纖維經過熱處理可以提高纖維的模量，熱處理溫度最好在500～600℃，在張力作用下進行，張力為2～6g/den，時間為1～30秒，在空氣或者惰性氣氛下進行。成品在干燥環境或者惰性氣體條件下保存。

DOW公司在US5286833中提出：PBO在酸性水溶液中凝固比在水中凝固強度高，并且凝固液中磷酸含量不超過30％。進行熱處理可以提高成品纖維的模量。紡絲甬道可以填充惰性氣體，惰性氣體可以為氮氣、二氧化碳、氦氣或者氬氣，溫度為0～100℃。DOW公司在US5393478中提出凝固浴采用酸性溶液，而后使用Ph值稍高的一些的洗液，再使用熱浸取液進行洗滌，溫度至少60℃，三個過程時間不超過10分鐘。

東洋紡公司在US5772942中提出：聚合物溶解于酸溶劑中，從噴絲孔擠出，凝固成型，然后用堿液中和，而后用能溶解堿液的液體進行洗滌。根據纖維內剩余水分確定溫度進行干燥。

東洋紡公司在US5976447中提出：熱處理在施加不小于3.5g/den張力情況下，100～290℃條件下進行加熱，線速度不小于100m/min。實際經驗表明，施加張力可以提高模量，但不降低強度。加熱可以在加熱爐中進行，也可以通過熱輥進行，后者效果更好一些，溫度和時間有纖維的纖度和溫度決定。在連續紡絲過程中，纖維在一對導絲輥間多次纏繞，以增大停留時間。