[發(fā)明專利]一種超高分子量PPTA樹脂液晶紡絲液的快速制備方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310419448.2
• 申請(qǐng)日: 2013-09-13
• 公開（公告）號(hào): CN103469314A
• 公開（公告）日: 2013-12-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 余木火;劉靜;孔海娟;宋福如;鐘鴻鵬;亢春卯;劉新東;邱大龍;沈偉波;李雙江;杜凌棟;宋志強(qiáng);葉盛;宋利強(qiáng);宋聚強(qiáng);滕翠青;韓克清;馬禹;鮑詒訓(xùn)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東華大學(xué);河北硅谷化工有限公司
• 主分類號(hào): D01D1/02
• 分類號(hào): D01D1/02;D01D1/10
• 代理公司: 上海天翔知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31224
• 代理人: 呂伴

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種超高分子量PPTA樹脂液晶紡絲液的快速制備方法，特別是涉及一種PPTA樹脂和濃H₂SO₄低溫混合后快速升溫制備超高分子量PPTA樹脂液晶紡絲液的方法。

背景技術(shù)

聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺[poly-paraphenylene?terephthalamide(PPTA)]纖維，在我國(guó)稱為對(duì)位芳綸或芳綸1414，具有高強(qiáng)度、高模量和耐高溫性能，廣泛用于防彈衣材料、裝甲防護(hù)材料、導(dǎo)彈殼體材料、光纖增強(qiáng)材料、防切割材料、耐高溫過(guò)濾材料等，同時(shí)由于其比強(qiáng)度是鋼的6倍，作為減重材料可以用于大飛機(jī)項(xiàng)目中。早在上世紀(jì)七十年代處，美國(guó)杜邦公司就發(fā)明了由PPTA聚合體與濃硫酸配成液晶溶液再通過(guò)干噴濕法紡絲制得PPTA纖維的技術(shù)。其中技術(shù)關(guān)鍵之一是PPTA-濃H₂SO₄紡絲漿液的配制，由于粉末狀PPTA樹脂在硫酸溶液中溶解時(shí)會(huì)急劇發(fā)熱，使得表面溶解、結(jié)團(tuán)，阻礙了樹脂在濃硫酸中的進(jìn)一步分散和溶解，從而難以得到體系均勻的紡絲漿液。

PPTA-濃H₂SO₄液晶紡絲液的降解主要是由于體系中存在的微量水分容易引起酰胺鍵的水解。且水解程度與水分含量對(duì)等有直接的關(guān)系。現(xiàn)有的常規(guī)溶解方法是直接在較高的溫度下溶解，因此溶解時(shí)間長(zhǎng)，易造成PPTA樹脂的酰胺鍵水解，造成紡絲液的降解。此外，加入超高分子量PPTA樹脂后，溶解需要的時(shí)間更長(zhǎng)，降解更為嚴(yán)重。因此，PPTA-濃H₂SO₄液晶溶液的配制成為了現(xiàn)今研究的熱點(diǎn)。PPTA為半剛性鏈高聚物，大分子具有高度不對(duì)稱性，因此，在PPTA-濃H₂SO₄體系中，存在著大分子-溶劑效應(yīng)、大分子-大分子效應(yīng)、外場(chǎng)-疊加效應(yīng)等，使得PPTA在溶解過(guò)程中有明顯的溶脹過(guò)程，這會(huì)使得溶脹條件不同而導(dǎo)致溶劑向溶質(zhì)擴(kuò)散過(guò)程所需的時(shí)間不同。在上世紀(jì)七十年代出現(xiàn)了用雙螺桿擠出機(jī)配制PPTA-濃H₂SO₄液晶溶液的方法，但由于使用的液體硫酸在混合時(shí)極易結(jié)塊，使每一個(gè)樹脂粒料吸附的硫酸量不同，因此在擠出過(guò)程中造成溶液的均勻性差和樹脂在酸中出現(xiàn)不同程度的降解，最終會(huì)給紡絲漿體的均勻性帶來(lái)不利。

在CN101555631中揭示了用固體硫酸制備PPTA紡絲漿體的工業(yè)化方法。其技術(shù)方案為：在存有冷凍液的多軸行星攪拌器中將硫酸制成粒狀的固體硫酸，然后再與粉狀PPTA樹脂混合后加熱溶解，最后得到紡絲漿液。但是在其使用時(shí)存在以下問(wèn)題：（1）由于需要單獨(dú)制備固體硫酸，因此對(duì)設(shè)備的耐腐蝕性要求很高；（2）該種方法要求PPTA-濃H₂SO₄混合物在真空條件下升溫溶解，因此設(shè)備需要保證穩(wěn)定的真空度和很高的密封性。

在201210593380.5中討論了控制PPTA樹脂溶解過(guò)程中分子量降解的裝置及方法。主要運(yùn)用雙螺桿不同部位的功能和溫度分布，減少PPTA樹脂在溶解過(guò)程中的降解情況。但是，在其使用過(guò)程中存在以下問(wèn)題：(1)混合物的升溫速率較緩慢，通常最多只能達(dá)到10～20℃/min，停留時(shí)間為2～6min。因此，混合物在螺桿中停留時(shí)間長(zhǎng)，易在溫度和強(qiáng)剪切力的共同作用下出現(xiàn)較大程度的降解，降解程度達(dá)到3%～8%。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明涉及一種超高分子量PPTA樹脂液晶紡絲液的快速制備方法，特別是一種PPTA樹脂和濃H₂SO₄低溫混合后快速升溫制備超高分子量PPTA樹脂液晶紡絲液的方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)升溫慢容易降解的技術(shù)問(wèn)題。

本發(fā)明的一種PPTA樹脂快速溶解的方法，包括以下步驟：

（1）將PPTA樹脂加入到固體濃H₂SO₄中，并在-20℃～0℃的溫度下進(jìn)行充分預(yù)混合，使固體濃H₂SO₄顆粒和PPTA樹脂顆粒接觸面積趨向最大值，溶解時(shí)結(jié)團(tuán)現(xiàn)象減少，PPTA溶解更均勻，有效的防止了“干點(diǎn)”的產(chǎn)生，溶解速度加快，得到PPTA-濃H₂SO₄混合物；