[發(fā)明專利]含嘧啶結(jié)構(gòu)的芳綸纖維及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010192650.2
• 申請日: 2010-06-04
• 公開（公告）號: CN101857979A
• 公開（公告）日: 2010-10-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 侯慶華;戴玲;連宏光;陳丹紅
• 申請（專利權(quán)）人: 深圳市中晟創(chuàng)新科技有限公司
• 主分類號: D01F6/80
• 分類號: D01F6/80;C08G69/32
• 代理公司: 深圳市中知專利商標(biāo)代理有限公司 44101
• 代理人: 宋湘紅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于聚合物纖維領(lǐng)域，尤其涉及一種改性的芳綸纖維及其制備方法。

背景技術(shù)

1965年美國杜邦公司發(fā)表了令人注目的高性能聚對苯二甲酰氯對苯二胺纖維，其正式商品名為Kevlar，我國簡稱對位芳綸、芳綸1414或芳綸Ⅱ。其拉伸強度為：2.8～3.5GPa，斷裂伸長率2.3~4.0％。因其較高的強度、模量和耐高溫等特性，其主要應(yīng)用于飛機、火箭、導(dǎo)彈等航空、航天等器具中使用的復(fù)合材料，此外還用于汽車、船舶、防彈衣、滑雪板等應(yīng)用領(lǐng)域的復(fù)合材料，以及繩纜，耐高溫過濾材料等。其用途十分廣闊。

芳綸Ⅱ的制備工藝流程是：采用對苯二甲酰氯和對苯二胺，以N-甲基吡咯烷酮/氯化鈣為溶劑體系進行低溫溶液縮聚得到芳綸Ⅱ樹脂；芳綸Ⅱ樹脂再經(jīng)過水洗滌、過濾、硫酸溶解、過濾、脫泡、紡絲、洗滌、干燥、收卷得到芳綸Ⅱ纖維。從芳綸Ⅱ的制備工藝流程來看，由于溶解性不佳的原因，高分子量的芳綸Ⅱ樹脂會從溶劑體系中析出，得到的芳綸Ⅱ樹脂是固體粉狀的，因而不能采用原液直接進行紡絲，需要進一步溶解在濃硫酸中才能用于紡絲。同時，用這種樹脂紡絲得到的芳綸Ⅱ纖維的拉伸強度、初始模量、以及芳綸Ⅱ作為復(fù)合材料與基體樹脂的復(fù)合性能等方面都需要進一步提高，以滿足快速發(fā)展的先進復(fù)合材料領(lǐng)域?qū)w維力學(xué)性能的更高要求。因此，對芳綸Ⅱ纖維的化學(xué)結(jié)構(gòu)改性進行了大量的研究。

日本帝人公司通過在芳綸Ⅱ纖維大分子鏈化學(xué)結(jié)構(gòu)中引入第三單體3，4′-二氨基二苯醚進行共聚，得到了可溶性聚合物均相原液，可直接用該原液進行紡絲制備Tehnora芳綸纖維，其拉伸強度為3.8GPa，斷裂伸長率為5-6％。俄羅斯通過在芳綸Ⅱ纖維大分子鏈化學(xué)結(jié)構(gòu)中引入第三單體2-(4-氨基苯基)-5(6)-氨基苯并咪唑進行共聚，得到了可溶性聚酰胺均相原液，采用該原液直接進行濕法紡絲得到了拉伸強度更高的Armos纖維，其拉伸強度為4.5-5.0GPa，斷裂伸長率1.5-2.5％。另外，在俄羅斯專利(RU2143504)中引入2-氯對苯二胺和2-(4-氨基苯基)-5(6)-氨基苯并咪唑共聚改性芳綸纖維，得到了拉伸強度高，阻燃性好的纖維。中國專利CN101165078A也公開了以2-(4-氨基苯基)-5(6)-氨基苯并咪唑，氯代對苯二胺或氯代對苯二甲酰氯等改性的芳綸纖維的合成和制備方法。

因此，采用新型聚合物單體對芳綸Ⅱ纖維化學(xué)結(jié)構(gòu)進行共聚改性，改善芳綸聚合物樹脂的溶解性，可直接采用原液進行紡絲同時，進一步提高芳綸纖維的力學(xué)性能就成為芳綸纖維發(fā)展的重要方向。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的第一個目的在于針對芳綸Ⅱ纖維存在的以上所述問題，提供一種力學(xué)強度得到明顯提高的含嘧啶結(jié)構(gòu)的芳綸纖維。

本發(fā)明的第二個目的在于提供一種聚合物原液可直接進行紡絲，并且纖維力學(xué)強度又明顯提高的含嘧啶結(jié)構(gòu)的芳綸纖維的制備方法。

本發(fā)明提供了一種含嘧啶結(jié)構(gòu)的芳綸纖維，該纖維的聚合物紡絲原液是由對苯二甲酰氯、對苯二胺和2，5-二(4-氨基苯)嘧啶在溶劑體系中聚合而成；該纖維大分子鏈含有嘧啶結(jié)構(gòu)，其紅外光譜在波數(shù)1344～1359cm^-1范圍內(nèi)有C-N鍵的伸縮振動吸收峰，在1700～1650cm^-1和3500～2800cm^-1有酰胺鍵的吸收峰；該纖維的拉伸強度為4.9～5.5GPa，初始模量為140～170GPa，斷裂伸長率為3～5％。

本發(fā)明中合成聚合物紡絲原液所用的單體的化學(xué)結(jié)構(gòu)如下：

所述對苯二甲酰氯的摩爾數(shù)等于對苯二胺和2，5-二(4-氨基苯)嘧啶摩爾數(shù)的總和，其中對苯二胺與2，5-二(4-氨基苯)嘧啶的摩爾配比為(80～20)∶(20～80)，聚合物紡絲原液的聚合物固含量為3wt％～8wt％。

所述溶劑體系采用N-甲基吡咯烷酮/氯化鋰或二甲基乙酰胺/氯化鋰，氯化鋰用量為所用溶劑(N-甲基吡咯烷酮或二甲基乙酰胺)重量的3wt％～5wt％。

所述紡絲原液的聚合溫度為0-20℃。

本發(fā)明提供了一種含嘧啶結(jié)構(gòu)的芳綸纖維的制備方法，包括如下步驟：

(1)合成聚合物紡絲原液：先將對苯二胺、2，5-二(4-氨基苯)嘧啶，加入到溶劑體系中，然后在溫度0-10℃條件下加入對苯二甲酰氯，在10-20℃條件下繼續(xù)攪拌聚合反應(yīng)2～3小時后獲得均相的聚合物紡絲原液，聚合物紡絲原液的聚合物固含量為3-8wt％；

(2)紡絲：將上一步所得聚合物紡絲原液經(jīng)過濾、脫泡、紡絲、干燥得到含嘧啶結(jié)構(gòu)的芳綸原絲；