[發(fā)明專利]一種聚酰亞胺纖維及其制備方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200910029601.4
• 申請(qǐng)日: 2009-03-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101525783A
• 公開(kāi)（公告）日: 2009-09-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 戴禮興;陳亮
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 蘇州大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): D01F6/74
• 分類(lèi)號(hào): D01F6/74;C08G73/10;D01D1/02;D01D5/04;D01D5/06
• 代理公司: 蘇州創(chuàng)元專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司
• 代理人: 陶海鋒

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種合成纖維及其制備方法，特別涉及一種聚酰亞胺纖維及其制備方法，屬高分子材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

聚酰亞胺(PI)纖維作為高性能纖維的一個(gè)品種，已有幾十年的時(shí)間了，它是一類(lèi)分子主鏈上含有酰亞胺環(huán)的高分子材料，具有卓越的機(jī)械、介電、絕緣、耐輻射、耐腐蝕、耐高低溫等性能，屬于高性能纖維。由于其在性能和制備方面的突出特點(diǎn)，不論是作為結(jié)構(gòu)材料或是功能性材料，巨大的應(yīng)用前景已經(jīng)被人們所認(rèn)識(shí)。特別是耐輻射性能、電絕緣性能比其它高性能纖維更為優(yōu)異，因此可以廣泛應(yīng)用于消防、電子、高溫介質(zhì)及輻射性物質(zhì)過(guò)濾、航天航空和軍事工業(yè)等領(lǐng)域。

70年代，美國(guó)阿約翰公司的D.S.G在實(shí)驗(yàn)室研制成功了聚酰亞胺2080纖維，簡(jiǎn)稱PIM2080，該纖維制造工藝簡(jiǎn)單，具有耐高溫，電絕緣和抗輻射性。奧地利Lenzing?AG(即現(xiàn)在的Inspec?Fibers)公司推出了P84纖維，它是最早的商業(yè)化的聚酰亞胺纖維，該纖維由BDTA和二異氰酸二苯甲烷酯以及二異氰酸甲苯酯制得，主要應(yīng)用領(lǐng)域是高溫過(guò)濾和防護(hù)服，此外還用作密封材料和絕熱材料。法國(guó)Phone-Poulence公司也推出了一種特殊的聚酰亞胺纖維Kernel，型號(hào)為235AGF，該纖維的性能主要是不燃、不熔、不形成微粒、受熱不收縮，有很強(qiáng)的機(jī)械強(qiáng)力、耐酸、耐有機(jī)溶劑，可廣泛用作安全毯、座位防護(hù)罩、防護(hù)服、高溫過(guò)濾等材料。

聚酰亞胺纖維的制備方法一般分為兩種。一種是先合成聚酰亞胺溶液，然后直接紡制成聚酰亞胺纖維，其缺點(diǎn)是：需要采用酚類(lèi)溶劑，溶劑毒性大，且纖維中殘留量大。第二種是兩步法，先合成聚酰胺酸溶液，然后紡絲成聚酰胺酸纖維，再經(jīng)過(guò)酰亞胺化處理，得到聚酰亞胺纖維。由于聚酰胺酸在凝固浴中固化較困難，容易出現(xiàn)粘輥現(xiàn)象，因此，采用該方法制備的纖維，其強(qiáng)度有待提高。

目前，聚酰亞胺纖維的制備以兩步法為主。在公開(kāi)號(hào)為CN?1821457A的中國(guó)發(fā)明專利“一種聚酰亞胺纖維及其制備方法”中，采用兩步法制備聚酰亞胺纖維，以二元共聚方法合成聚酰胺酸并紡絲成聚酰胺酸初生纖維，經(jīng)酰亞胺處理，得到聚酰亞胺初生纖維。上述技術(shù)中，由于聚酰胺酸易分解，且在固化紡絲時(shí)，凝固困難，溶劑殘留量大，絲條易粘輥；同時(shí)在酰亞胺過(guò)程中，易產(chǎn)生一些副反應(yīng)和水解現(xiàn)象等等，因此，纖維強(qiáng)度在一定程度上受到限制。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供一種可紡性強(qiáng)、酰亞胺化效率高、纖維強(qiáng)度好的聚酰亞胺纖維及其制備方法。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：提供一種聚酰亞胺纖維，它的結(jié)構(gòu)如下式所示：

上述聚酰亞胺纖維的制備方法，包括如下步驟：

a.將均苯四甲酸酐和二胺加入到N，N’-二甲基乙酰胺溶劑中，在-5～40℃的溫度條件下共聚合成三元共聚聚酰胺酸溶液，其中，均苯四甲酸酐與二胺的摩爾比為1∶1～1∶1.05；所述的二胺為對(duì)苯二胺和4，4’-二氨基二苯醚，其摩爾比為1∶9～9∶1；

b.乙酸酐、催化劑和N，N’-二甲基乙酰胺溶劑混合后制備成酰亞胺環(huán)化劑，加入到上述聚酰胺酸溶液中，其中，乙酸酐與二胺的摩爾比為0.1∶1～0.9∶1；

c.將步驟b制備的溶液經(jīng)過(guò)濾、脫泡處理后，采用干濕法紡絲工藝，得到部分環(huán)化聚酰胺酸纖維；

d.將上述部分環(huán)化聚酰胺酸纖維在微波條件下進(jìn)行酰亞胺化處理，制備聚酰亞胺纖維。

上述技術(shù)方案中，所述的微波條件為：微波頻率300～3500MHz，微波處理時(shí)間1～15分鐘，環(huán)境氛圍為氮?dú)狻⒄婵栈蚩諝狻?/p>

研究表明，一般的聚酰胺酸分子鏈因含有大量苯環(huán)等使之剛性較強(qiáng)，柔順性較差，且分子鏈中的酰胺基團(tuán)的存在導(dǎo)致其易分解，且紡絲的聚酰胺酸纖維在后期酰亞胺處理時(shí)因放出的水分而繼續(xù)降解。化學(xué)和熱處理都存在較多使聚酰胺酸纖維降解的因素，尤其在150℃以上熱酰亞胺處理時(shí)，聚酰胺酸纖維分解更為迅速。本發(fā)明是依據(jù)分子鏈結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論以及聚酰胺酸分解機(jī)理，引入對(duì)苯二胺這一第三單體，采用三元共聚法合成聚酰胺酸；在此基礎(chǔ)上繼續(xù)加入部分環(huán)化劑，生成穩(wěn)定性更好的部分環(huán)化聚酰胺酸。在酰亞胺處理時(shí)為了避免化學(xué)以及熱酰亞胺處理時(shí)導(dǎo)致聚酰胺酸纖維的分解，本發(fā)明采用微波法使聚酰胺酸纖維酰亞胺化，制備出聚酰亞胺纖維。

本發(fā)明針對(duì)目前聚酰胺酸的可紡性差、易分解固化困難以及酰亞胺時(shí)易分解，效率低等問(wèn)題，采用微波法處理部分環(huán)化的三元共聚聚酰胺酸纖維，使之酰亞胺化，從而得到強(qiáng)度較好的聚酰亞胺初生纖維，其優(yōu)點(diǎn)是：