[发明专利]制备芳香族聚酰胺聚合物的方法和使用该方法制备芳纶的方法

说明书

技术领域

本发明涉及芳纶，尤其涉及强度变化最小化的芳纶，其适用于多种新技术领域。

背景技术

通常，制造一般称作芳纶的芳香族聚酰胺纤维的方法包括下列步骤：通过在含有N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)的聚合溶剂中聚合芳香族二胺和芳香族二酰氯(diacid chloride)制备芳香族聚酰胺聚合物；通过将所述芳香族聚酰胺聚合物溶于浓硫酸溶液中制备纺丝原液；和通过使用喷丝头纺丝并凝结所述纺丝原液制备细丝。

芳纶可分成对芳纶(para-aramid fiber)和偏芳纶(meta-aramid fiber)，其中对芳纶由苯环通过酰胺基(CONH)线性连接的结构制造。对芳纶具有高强度、高弹性、和低收缩率。例如，厚度为5mm的对芳纶的强度达到吊起并保持两吨汽车的程度。因此，对芳纶用于航空工业以及防弹材料开发工业的多种新技术领域。此外，芳纶在多种需要高耐热材料的领域中吸引了很多关注，因为芳纶在500℃以上碳化。

芳纶是具有高性能性质的特殊纤维，因此芳纶可用于多种领域。然而，芳纶的强度变化大是在新技术领域中的限制。

发明内容

因此，本发明针对芳香族聚酰胺聚合物，制备芳香族聚酰胺聚合物的方法，和通过使用制得的芳香族聚酰胺聚合物制备芳纶的方法，所述制得的芳香族聚酰胺聚合物避免了由现有技术的限制和缺点引起的一个或多个问题。

本发明的一方面在于提供能使芳纶的强度变化最小化的芳香族聚酰胺聚合物，制备所述芳香族聚酰胺聚合物的方法，和制备强度变化最小化的芳纶的方法。

本发明的其他优势，目的和特征的一部分将在随后的描述中阐述，一部分将在下列检验后对本领域普通技术人员变得显而易见或可由本发明的实施而习得。本发明的目的和其他优势可通过在撰写的说明书和权利要求以及附图中特别指出的结构而实现和获得。

为了实现这些目的和其他优势并根据本发明的目的，如此处所具体化和广泛描述的，制备芳香族聚酰胺聚合物的方法包括：通过将芳香族二胺溶于溶剂制备混合溶液；通过将芳香族二酰卤加入所述混合溶液并聚合所述芳香族二胺和所述芳香族二酰卤制备聚合物；通过将水加入所述含有所述聚合物的聚合后的溶液制备浆料，其中所述聚合物在整个浆料中的浓度约为3到8重量％。

在本发明的另一方面，制备芳纶的方法包括：制备剩余的聚合溶剂的浓度是1重量％或小于1重量％的芳香族聚酰胺聚合物；通过将所述芳香族聚酰胺聚合物溶于溶剂制备纺丝原液；和纺丝所述纺丝原液。

芳纶通过下列步骤制备：制备芳香族聚酰胺聚合物，使用所述芳香族聚酰胺聚合物制备纺丝原液，和纺丝所述纺丝原液。为了研究使芳纶的强度变化最小化的方法，据发现，保留在芳香族聚酰胺聚合物中剩余的聚合溶剂的浓度大大影响最终获得的芳纶的强度变化。即，当在芳香族聚酰胺聚合物中剩余的聚合溶剂的浓度是1重量％或小于1重量％时，最终获得的芳纶的强度变化是6％或小于6％，这可以满足和防弹材料及航空工业相关的新技术领域中所需的性质标准。

此外，对于使在芳香族聚酰胺聚合物中剩余的聚合溶剂的浓度为1重量％或更小的方法存在另一研究，减小芳香族聚酰胺聚合物中剩余的聚合溶剂的量的方法已有研究，其可通过在聚合过程后从芳香族聚酰胺聚合物最大程度地提取聚合溶剂而实现。为此，通过将水加入含有聚合物的聚合后的溶液制备浆料，然后进行提取过程，由此，可以减小在聚合物中剩余的聚合溶剂的浓度。特别地，当浆料通过以聚合物在整个浆料中的浓度是8重量％或小于8重量％的方式加水而制备时，在提取过程后在最终获得的聚合物中剩余的聚合溶剂的浓度是1重量％或小于1重量％。

由于通过聚合过程获得的聚合物处于团块状态，含有所述团块状态的聚合物的聚合溶液具有变差的流动性。当使用具有变差的流动性的聚合溶液进行提取过程时，对于提取过程，提取液不能顺利地渗入聚合物，从而降低提取效率。如果浆料通过在提取过程前将水加入聚合溶液而制备，则聚合溶液的流动性被改进，使得提取过程可以顺利进行。因此，在聚合物中剩余的聚合溶剂显著减少。在这方面，如果加入更多的水，则聚合物在整个浆料中的浓度降低，使得提取过程后聚合物中剩余的聚合溶剂的浓度降低。然而，如果加入过多的水，则聚合物在整个浆料中的浓度过低，使得经济效率在批量生产时降低。因此，考虑到经济效率，制备浆料时，聚合物在整个浆料中的浓度约为3重量％或超过3重量％。