[发明专利]含喹唑啉结构的聚酰亚胺纤维及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高性能有机纤维及其制备方法技术领域，具体涉及一种含喹唑 啉结构的聚酰亚胺纤维及其制备方法。

背景技术

聚酰亚胺(PI)纤维作为高性能纤维的一个品种，具有高强高模、耐高温、 耐低温和耐辐射等高性能，并且还具有良好的生物相容性和介电性能，可望在 原子能工业、空间环境、救险需要、航空航天、国防建设、新型建筑、高速交 通工具、海洋开发、体育器械、新能源、环境产业及防护用具等领域中得到广 泛的应用。

目前聚酰亚胺纤维的湿法纺丝主要有两种。一种是一步法技术路线：以聚 酰亚胺溶液为纺丝浆液，通过湿法或干湿法纺制聚酰亚胺纤维，纤维经初步拉 伸后有一定的强度，去除溶剂后，进行热拉伸和热处理(300℃-500℃)，可得 到高强高模的聚酰亚胺纤维。该方法纺丝工艺简单，但从目前聚酰亚胺的合成 来看，普遍使用的溶剂是酚类，酚类溶剂(如甲酚、对氯苯酚)不仅毒性较大， 而且在纤维中的残余量较大，很难去除干净，不利于环保，工业化很困难；国 家发明专利ZL 02112048.X，美国专利US 4,370,290和US 5,378,420都公开了 采用一步法制备聚酰亚胺纤维方法。另一种是两步法技术路线：首先将聚酰胺 酸的浓溶液经湿法或干湿法喷丝得到聚酰胺酸纤维，然后将第一步纺制的聚酰 胺酸纤维经化学环化或热环化得到的聚酰亚胺纤维。如日本公开特许公报 JP3287815、JP4018115均采用该法制备聚酰亚胺纤维。该方法的优点是：解决 了聚酰亚胺纤维不熔不溶带来的加工性难题，合成原料及溶剂种类多、毒性小， 纤维中溶剂残余量低，适宜于工业化生产。其缺点是该方法制备的聚酰亚胺纤 维一般力学性能较低。

目前，由奥地利Lenzing AG公司生产的P84纤维，是世界上唯一规模化 生产的聚酰亚胺纤维品种，但其纤维的力学强度仅为0.5-0.8GPa，远不能满足 高性能纤维的应用要求。另外，由均苯四甲酸二酐(PMDA)和4，4’二氨基二苯 醚二胺(ODA)为聚合单体的聚酰亚胺纤维，由于其成本较低，合成简单，已成 为聚酰亚胺纤维研究发展的重点。但是由于其分子结构及制备工艺的限制，该 类型聚酰亚胺纤维的力学类型都不高。

发明内容

本发明的目的在于将喹唑啉结构引入聚酰亚胺纤维结构中，通过改变聚酰亚 胺纤维的分子结构、分子内及分子间作用力，使聚酰亚胺纤维的力学性能得到 提高。

本发明的另一个目的在于提供一种制备上述含有喹唑啉结构的聚酰亚胺纤 维的方法。

本发明的一种含有喹唑啉结构的聚酰亚胺纤维，其特征在于，聚酰亚胺纤 维中含有喹唑啉结构。将喹唑啉结构引入聚酰亚胺纤维结构中，制备出高性能 聚酰亚胺纤维，其拉伸强度为1～3GPa，初始模量为23～142GPa。

一种制备含喹唑啉结构的聚酰亚胺纤维的方法，其特征在于，包括以下步 骤：

A：将2-(4-氨基)-6-氨基-4(3H)喹唑啉、其他二胺和二酐，按二 胺与二酐总摩尔比1∶1或1∶1.01进行配比；

B：在N₂保护下将2-(4-氨基)-6-氨基-4(3H)喹唑啉、其他二胺加 入计量溶剂溶解，然后加入二酐使溶液的固含量为5～20Wt％，然后在温度0～ 75℃下反应2～12小时获得聚酰胺酸纺丝溶液；

C：将聚酰胺酸纺丝溶液按照湿法或干湿纺丝工艺进行纺丝，所得聚酰胺酸 原丝再采用热酰胺化工艺进行酰亚胺化即可获得含有喹唑啉结构的聚酰亚胺纤 维。

步骤A中其他二胺为4，4’-二氨基二苯醚二胺(ODA)或对苯二胺(PPDA) 中的至少一种，其加入量按与2-(4-氨基)-6-氨基-4(3H)喹唑啉的摩 尔比为5∶1～1∶1。

步骤A中加入的二酐为均苯四甲酸二酐(PMDA)、3，3’，4，4’-二苯甲醚四酸 二酐(ODPA)、3，3’，4，4’-二苯甲酮四酸二酐(BTDA)或3，3’，4，4’-联苯四甲酸 二酐(BPDA)中的至少一种。

步骤B中所用的溶剂为二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基乙酰胺(DMAc)或N-甲基 吡咯烷酮。

步骤C中所采用的湿法工艺时凝固浴可以是水，甲醇，乙醇，乙二醇，丙酮， 甲苯，N，N-二甲基甲酰胺(DMF)，N，N-二甲基乙酰胺(DMAc)，N-甲基吡咯烷酮， 二甲基亚砜(DMSO)等其中的一种或几种的混合溶剂。

步骤C中所采用的热亚胺化工艺为梯度温度热亚胺化工艺。