[发明专利]具有羟基侧基和阳离子的聚芳烃唑聚合物纤维

说明书

相关申请的交叉引用

[0001]本申请要求2005年3月28日提交的美国申请No.60/665,742的权益，其全文经此引用并入本文。

发明领域

[0002]本发明大体上涉及聚合物纤维和这类纤维的制备方法。更特别地，本发明涉及尤其从包含聚合物的长丝(filament)和纺成纱线(spun yarn)中去除多磷酸的方法。

发明背景

[0003]许多纤维是由聚合物在溶剂中的溶液(称作“聚合物纺丝原液(polymer dope)”)通过将聚合物纺丝原液经过模头或喷丝头挤出或纺丝以制备或纺成纺丝原液(dope)长丝来制备的。随后去除溶剂以提供纤维或纱线。在某些纤维的制备中，所用溶剂是溶剂酸，例如多磷酸(PPA)。与许多典型的溶剂不同，PPA通常部分地由于其聚合性质而更难去除。杂原子掺入聚合物中也可能抑制多磷酸从纤维或纱线中去除。如果要去除大量PPA，则现有的从聚合物材料中去除聚合PPA溶剂的方法通常需要长洗涤时间或提高的浸提温度。

[0004]例如，Sen等人，US5,393,478公开了通过与至少大约60℃的浸提液接触来从聚苯并唑(polybenzazole)纺丝原液长丝中浸提多磷酸的方法。

[0005]Sen等人，US5,525,638公开了一种从聚苯并唑纺丝原液长丝中洗除多磷酸的方法，其使用通常在大约室温的多次洗涤，缓慢降低纺成纤维中的磷浓度，其声称改进了所得聚合物纤维的物理性能。

[0006]由多磷酸纺成的纤维的物理性能需要进一步改进和/或需要更好地从中去除磷。根据本说明书和权利要求，本发明的这些和其它目的变得更加显而易见。

发明概述

[0007]本发明部分涉及从纤维中去除多磷酸的方法，包括下列步骤：将包含聚合物和多磷酸的纤维加热至至少120℃达有效水解多磷酸的时间；和在单独的步骤中，用温度为100℃或更低的流体从纤维中去除水解的多磷酸。

[0008]本发明还部分涉及水解纤维中的多磷酸的方法，包括将包含聚合物和多磷酸的纤维在pH值小于4.0的酸性介质中加热至高于100℃的温度达有效水解多磷酸的时间的步骤。

[0009]本发明还部分涉及水解聚芳烃唑(polyareneazole)聚合物材料中的多磷酸的方法，包括下列步骤：提供包含聚芳烃唑和多磷酸的聚合物材料，其中至少50摩尔％的聚芳烃唑重复单元结构包含2，5-二羟基-对-亚苯基部分；和将聚合物材料加热至超过100℃以水解至少一部分多磷酸。

[0010]本发明还部分涉及从由含有多磷酸的聚合物溶液纺成的纱线中去除磷的方法，该纱线包含纱线重量的至少大约1.5％的磷，该方法包括使纱线与碱接触并用含水流体洗涤该纱线。

[0011]本发明还提供了包含具有羟基侧基的聚芳烃唑聚合物和占纤维重量的至少2％的包括钠、钾或钙或其任意组合的阳离子的纤维。

[0012]本发明还部分涉及从聚芳烃唑纤维中去除阳离子的方法，包括下列步骤：提供包含具有羟基侧基的聚芳烃唑聚合物和至少2重量％的阳离子的纤维，使纤维与含酸的水溶液接触以释放出至少部分阳离子，并任选用水洗涤纤维。

附图简述

[0013]根据下列详述，联系如下所述的附图，可以更充分理解本发明。

[0014]图1是聚芳烃唑纤维制造方法的示意图。

示例性实施方案详述

[0015]除非另行指明，上文和通篇公开中所用的下列术语应该理解为具有下列含义。

[0016]本发明的长丝可以由聚芳烃唑聚合物制造。按本文定义，“聚芳烃唑”是指：

具有重复单元结构(a)的与相邻芳基(Ar)稠合的一个杂芳环的聚合物：

其中N是氮原子且Z是硫、氧或NR基团，其中R是连接到N上的氢或取代或未取代烷基或芳基；或者

具有重复单元结构(b1或b2)的两个各自稠合到共有芳基(Ar¹)上的杂芳环的聚合物：

或

其中N是氮原子且B是氧、硫或NR基团，其中R是连接到N上的氢或取代或未取代烷基或芳基。结构(a)、(b1)和(b2)所示的重复单元结构的数量不重要。优选地，各个聚合物链具有10至25,000个重复单元。聚芳烃唑聚合物包括聚苯并唑聚合物或聚吡啶并唑(polypyridazole)聚合物或者这两者。在某些实施方案中，聚苯并唑聚合物包括聚苯并咪唑或聚苯并双咪唑聚合物。在某些其它实施方案中，聚吡啶并唑聚合物包括聚吡啶并双咪唑或聚吡啶并咪唑聚合物。在某些优选实施方案中，聚合物为聚苯并双咪唑或聚吡啶并双咪唑类型。