[發明專利]高固含量、低粘度的聚丙烯腈懸濁液及其制備方法和應用、聚丙烯腈基碳纖維的制備方法

有效

• 申請號: 202110359248.7
• 申請日: 2021-04-02
• 公開（公告）號: CN113072658B
• 公開（公告）日: 2022-08-12
• 發明（設計）人: 付中禹;張會軒;閆慧潔;徐哲
• 申請（專利權）人: 長春工業大學
• 主分類號: C08F220/46
• 分類號: C08F220/46;C08F222/02;C08F220/14;C08F220/56;D01F6/38;D01F9/22
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 王術娜

本發明屬于碳纖維技術領域，具體涉及高固含量、低粘度的聚丙烯腈懸濁液及其制備方法和應用、聚丙烯腈基碳纖維的制備方法。本發明提供的一種高固含量、低粘度的聚丙烯腈懸濁液，所述聚丙烯腈懸濁液具有單體濃度高、聚合體系粘度低的優點，利于連續聚合時補加聚合單體的均勻分散的速率和聚合反應熱量的傳遞；形成的微小顆粒有利于活性自由基鏈的長時間存活，可實現快速聚合和制備較高分子量的聚丙烯腈，經后續脫單和脫泡可進一步形成低粘度、高質量濃度的均相聚丙烯腈紡絲液。利用本發明提供的高質量濃度的均相聚丙烯腈紡絲液進行紡絲制備得到的聚丙烯腈纖維和聚丙烯腈基碳纖維具有較高的單絲拉伸強度。

技術領域

本發明屬于碳纖維技術領域，具體涉及高固含量、低粘度的聚丙烯腈懸濁液及其制備方法和應用、聚丙烯腈基碳纖維的制備方法。

背景技術

聚丙烯腈基碳纖維因其生產工藝簡單、生產成本較低和力學性能優良的特點，已成為發展最快、產量最高、品種最多以及應用最廣的一種碳纖維。已在航空航天、國防科技、建筑、體育用品和醫療器械等領域得到廣泛的應用。

工業上聚丙烯腈碳纖維的主要制備方法分為均相溶液聚合和水相懸浮聚合兩種。中國專利CN200910234654.X、CN200910234653.5、 CN201210058764.7、CN201510434049.2、CN201310128474.X和 CN201010596193.3中公開了均相聚丙烯腈溶液的制備方法，并能夠通過聚丙烯腈均相溶液制備聚丙烯腈基碳纖維。但是利用均相溶液聚合方法制備得到的聚丙烯腈制備聚丙烯腈基碳纖維過程中具有聚合周期長、聚合體系粘度大、聚合后期傳質傳熱困難，從而導致制備過程中具有較差的工藝連續性。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種高固含量、低粘度的聚丙烯腈懸濁液及其制備方法和應用、聚丙烯腈基碳纖維的制備方法；本發明提供的聚丙烯腈懸濁液具有聚丙烯腈的固含量較高且粘度低的特點，可直接用于高濃度均相紡絲，操作步驟簡單，可用于連續生產。

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種高固含量、低粘度的聚丙烯腈懸濁液，包括以下質量份數的制備原料：

所述第一輔助單體包括乙烯基酯類、乙烯基咪唑、4-丙烯酰嗎啉和苯乙烯中的一種或多種；所述第二輔助單體包括乙烯基酸類、乙烯基胺類、乙烯基酰胺類和乙烯基酸的銨鹽中的一種或多種；

所述聚丙烯腈懸濁液中聚丙烯腈的數均分子量為2×10⁴～5×10⁵g/mol；所述聚丙烯腈懸濁液的固含量為15～69％。

優選的，所述乙烯基酯類包括丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、醋酸乙烯酯、丙烯酸異丁酯、甲基丙烯酸正丁酯、甲基丙烯酸異丁酯、馬來酸二甲酯、衣康酸二甲酯、丙烯酸異丙酯、2-(二甲氨基)丙烯酸乙酯、3-(二甲氨基)丙烯酸丙酯、甲丙烯酸乙酯和衣康酸異丁酯中的一種或多種。

優選的，所述乙烯基酸類包括丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、衣康酸銨、甲基富馬酸、2-丁烯酸、馬來酸、甲基馬來酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙烷磺酸和甲基丙烯基磺酸中的一種或多種；

所述乙烯基酰胺類包括丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、甲基丙烯基磺酸胺和苯乙烯磺酸胺中的一種或多種；

所述乙烯基胺類包括二甲基氨基甲基丙烯乙酯、2-乙基氨基甲基丙烯酸乙酯和N,N-二甲基烯丙基胺中的一種或多種。

本發明還提供了上述技術方案所述聚丙烯腈懸濁液的制備方法，包括以下步驟：

將制備原料混合，得到混合原料；

將所述混合原料進行聚合反應，得到所述高固含量、低粘度的聚丙烯腈懸濁液；