[發明專利]一種聚對苯二甲酰對苯二胺紡絲原液的制備方法

在審

• 申請號: 201410134721.1
• 申請日: 2014-04-02
• 公開（公告）號: CN104975357A
• 公開（公告）日: 2015-10-14
• 發明（設計）人: 胡祖明;于俊榮;陳蕾;馬禹;丁彬;胡文兵;諸靜;王彥
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: D01D1/02
• 分類號: D01D1/02
• 代理公司: 上海泰能知識產權代理事務所 31233
• 代理人: 黃志達

技術領域

本發明屬于紡絲原液的制備領域，特別涉及一種聚對苯二甲酰對苯二胺的制備方法。

背景技術

聚對苯二甲酰對苯二胺纖維被稱為對位芳綸或芳綸1414（PPTA），具有高強、高模，耐有機溶解，質輕等優異性能，強度是優質鋼的5-6倍，模量是鋼材和玻璃纖維的2-3倍，而密度僅僅為鋼材的1/5，因此，紡出的纖維有“人造鋼絲”的美譽，廣泛地應用在國防軍工，防護裝甲和航空航天等特殊領域。

由于具有廣闊的應用背景，所以技術擁有國，比如美國和日本對其技術進行嚴格的封鎖，而非擁有國都在研發可以大規模工業化的生產技術。

對位芳綸紡絲原液的制備是大規模工業化的重要環節，中國專利CN102268743提供了一種對位芳綸紡絲溶液制備技術，具體是在濃硫酸中加入助溶劑與干燥的聚對苯二甲酰對苯二胺樹脂在雙螺桿擠出機中混合溶解，得到高效溶解均勻的溶液，其缺點是助溶劑高氯酸的引入，紡出的纖維中含氯量增加，遠遠超過歐洲對芳綸纖維含氯量標準。中國專利CN1256474涉及聚對苯二甲酰對苯二胺纖維的制造方法，其中，提供了紡絲溶液的制備，方法是將PPTA與大于99%濃度的硫酸混合，進入雙螺桿擠出機中進行溶解和脫泡，這種制備紡絲溶液的方法，不純的硫酸所帶入的水，會使溶解困難并可導致PPTA的降解。

目前，對位芳綸紡絲原液的制備都是按一定的比例將對位芳綸粉末和液態硫酸放入反應釜中攪拌，混合溶解。這種固液態的溶解方式，本身溶解時間很長，而且在空氣中，攪拌會使溶液產生大量的氣泡，脫泡需要很長時間，導致聚合物降解，同時也會引起聚合物的降解。固液兩相混合，溶液還可能產生不均勻的現象。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種聚對苯二甲酰對苯二胺紡絲原液的制備方法，本發明的積極效果是對溶劑采用冷凍固化，并將兩種粉末狀的物質充分混合，混合效率高，溶解時間大大減少；先于溶解過程的真空使溶液不產生氣泡，省略了脫泡工序，大幅度減緩了聚合物的降解情況；整個溶解工藝簡單易行，有利于優質聚對苯二甲酰對苯二胺纖維的工業化生產。

本發明的一種聚對苯二甲酰對苯二胺紡絲原液的制備方法，包括：

（1）真空干燥、冷凍處理聚對苯二甲酰對苯二胺，得到處理后的聚對苯二甲酰對苯二胺；

（2）將濃硫酸冷卻固化，結晶形成固體，粉碎；

（3）將上述聚對苯二甲酰對苯二胺和濃硫酸低溫混合，得固溶體，然后真空處理，去除顆粒間的所用氣體，升溫溶解形成紡絲原液；其中紡絲原液中聚對苯二甲酰對苯二胺濃度為10-30wt%。

所述步驟（1）中真空干燥為80-120℃，冷凍處理溫度為-15℃～5℃。

聚對苯二甲酰對苯二胺粉末在溫度為80-120℃的連續真空干燥裝置里完全干燥。

所述步驟（1）中聚對苯二甲酰對苯二胺的平均顆粒度小于150目；處理后的聚對苯二甲酰對苯二胺含水率小于100ppm。

所述步驟（2）中濃硫酸的濃度大于等于100%。

所述步驟（2）中濃硫酸冷卻固化溫度為-15℃～5℃，優選-5℃～5℃；粉碎為粉碎成精細粉末，顆粒度不大于200目。

所述步驟（3）中低溫混合溫度為-15℃～5℃，優選-10℃～5℃。

所述步驟（3）升溫溶解過程在真空條件下進行，真空余壓不大于10mmHg。

所述步驟（3）中升溫溶解為升溫至80-100℃，升溫速率為1℃/min-3℃/min。

所述升溫溶解到20-40℃并停留0.1-1h，然后升溫到80-100℃，升溫速率為1℃/min-3℃/min，優選1℃/min-2℃/min。

所述步驟（3）中升溫溶解在溶解裝置中進行，溶解裝置為溶解釜或螺桿溶解機。

所述螺桿溶解機為雙螺桿溶解機、三螺桿溶解機或四螺桿溶解機，優選雙螺桿溶解機,。

所述溶解裝置帶有正空泵、可溫控的雙螺桿溶解機。

所述紡絲原液中聚對苯二甲酰對苯二胺濃度優選為15-25wt%，最優選16-20wt%。

所述的整個溶劑過程是在真空條件下進行，形成的紡絲原液完全沒有氣泡。

本發明中對溶劑濃硫酸采用冷凍固化，并將兩種粉末狀的物質充分混合，混合效率高，溶解時間大大減少，先于溶解過程的真空使溶液不產生氣泡，省略了脫泡工序，大幅度減緩了聚合物的降解情況。

有益效果