[发明专利]制备聚芳并唑纱的方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2005年3月28日提交的美国申请60/665,885的权益，其公开内容通过引用结合到本文中。

发明领域

本发明涉及刚性棒状聚合物、制备此聚合物的方法和包含此聚合物的长丝和纱的制造。

发明背景

近几十年来，聚合物化学和技术的进步已使得能够开发高性能的聚合物纤维。例如，通过将液晶溶液纺成湿纤维，除去溶剂以使纤维干燥并且加热处理经干燥的纤维，可使杂环刚性棒状聚合物的液晶聚合物溶液形成高强度纤维。高性能聚合物纤维的实例包括聚(对亚苯基苯并双噻唑)(“PBZT”)和聚(对亚苯基-2，6-苯并双唑)(“PBO”)。

纤维强度通常与一个或多个聚合物参数相关，包括组成、分子量、分子间相互作用、主链、残余溶剂或水、大分子取向和加工历程。例如，纤维强度一般随聚合物长度(即分子量)、聚合物取向和分子间强吸引力作用的存在而增加。由于高分子量刚性棒状聚合物用于形成能够纺造纤维的聚合物溶液(“纺丝液”)，分子量增加一般使纤维强度增加。

刚性棒状聚合物的分子量一般由测定一种或多种稀溶液粘度来监测并且与其相关。因此，相对粘度(“V_rel”或“η_rel”或“n_rel”)和比浓对数粘度(“V_inh”或“η_inh”或“n_inh”)的稀溶液测定一般用于监测聚合物分子量。稀聚合物溶液的相对粘度和比浓对数粘度根据以下表达式关联：

V_inh＝ln(V_rel)/C，

其中ln为自然对数函数，C为聚合物溶液的浓度。V_rel为无单位比值，因此，V_inh用浓度倒数的单位表示，一般被表示为分升/克(“dl/g”)。

在聚合物链(例如聚吡啶并双咪唑)之间具有强氢键的刚性棒状聚合物纤维已描述于授予Sikkema等人的美国专利5,674,969中。聚吡啶并双咪唑的实例包括聚(1，4-(2，5-二羟基)亚苯基-2，6-吡啶并[2，3-d：5，6-d’]双咪唑)，该聚合物可由2，3，5，6-四氨基吡啶和2，5-二羟基对苯二甲酸在多磷酸中缩聚制备。Sikkema描述，在制备一维或二维物品时，如纤维、薄膜和带等，需要聚吡啶并双咪唑具有相当于至少约3.5，优选至少约5，更尤其等于或高于约10的相对粘度(“V_rel”或“η_rel”)的高分子量，所述粘度在25℃在甲磺酸中在0.25g/dl的聚合物浓度测定。Sikkema还公开，利用具有大于约12的相对粘度的聚[吡啶并双咪唑-2，6-二基(2，5-二羟基-对-亚苯基)]，可获得极佳纺丝结果，并且可达到超过50的相对粘度(相当于大于约15.6dl/g的比浓对数粘度)。因此，需要其他的技术进步来提供更高分子量的刚性棒状聚合物，如聚吡啶并双咪唑，其特征是提供具有更高粘度的聚合物溶液以及由这类聚合物溶液制造纤维。

发明概述

本发明涉及一种制备聚芳并唑复丝纱的连续方法，所述方法包括：

a)将包含聚芳并唑聚合物和多磷酸的溶液挤过多个喷丝孔以制成多根长丝；

b)用所述长丝形成复丝纱；

c)通过将纱加热到高于约120℃的温度历经最高达约2分钟使纱中的至少一些多磷酸水解；

d)从纱清洗出至少一些水解的多磷酸；

e)将经清洗的纱干燥；

f)任选将纱加热到高于约300℃，和

g)以每分钟至少约50米的速度收集纱。

一种制造纤维的优选方法涉及在挤出之后使长丝通过气隙随后通过凝固浴的方法。

在某些实施方案中，所述方法另外包括在所述水解之前调理纱。所述调整可包括自纱除去表面液体。在除去表面液体之前，可将纱用水溶液漂洗。

在一些优选的实施方案中，包含在纱中的至少一些多磷酸被水解。这可通过加热纱来实现。在某些实施方案中，优选加热到高于150℃或高于180℃或高于200℃的温度。在某些实施方案中，将纱加热1分钟或1分钟以下。在其他实施方案中，将纱加热30秒或30秒以下。

根据本发明，将至少一些水解的多磷酸从纱中洗去。优选，将基本上全部水解的多磷酸从纱中洗去。在一些实施方案中，所述洗涤包括使纱与碱水溶液接触。在其他实施方案中，所述洗涤包括使纱与碱水溶液接触，继之与酸水溶液接触。又一合适的洗涤技术包括使纱与水接触。