[发明专利]制备间位芳纶纤维的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备间位芳纶纤维方法，该方法具有缩短生产流程、提高生产效率和节约生产成本等优点。属于合成纤维制造领域。

背景技术

芳香族聚酰胺纤维也称芳纶，这种聚酰胺纤维是以芳香族化合物为原料经缩聚纺丝制得的合成纤维，主要品种有聚对苯二甲酰对苯二胺纤维和聚间苯二甲酰间苯二胺纤维。其中聚间苯二甲酰间苯二胺由于分子主链上的间位苯环与酰胺键形成共轭结构和分子间的氢键作用，因而具有优异的持久的热稳定性、骄人的阻燃性和极佳的电绝缘性，应用于制作特种防护服，高温过滤材料和蜂窝阻燃材料等方面。

目前，制备聚间苯二甲酰间苯二胺纤维的一种方法是界面聚合后得到粉末形式的聚合体，再将聚合体粉添加助溶剂(即盐)重新溶解于酰胺溶剂再纺丝，例如美国专利US3,640,970，该方法间歇操作，较难得到稳定的浆液。

另一种制备聚间苯二甲酰间苯二胺纤维的方法是低温溶液聚合，在酰胺类溶剂中在较低温度下聚合制备聚间苯二甲酰间苯二胺，聚合副产物氯化氢在溶液中被中和后，包含中和生成盐的聚合物溶液可以直接用于干法纺丝，例如美国专利US3,063,966。该种方法由于含有高浓度的盐，如使用湿法纺丝不能得到高机械强度的纤维，所以只能使用干法纺丝。

另外，也尝试了不同种类的中和剂来中和聚合副产物氯化氢，如中国专利CN1341169A，其采用的中和剂中和生成一种不溶于聚合溶剂的盐，并通过过滤除掉，此法可以制得低含盐的聚合物溶液，但是聚合物粘度较大，过滤比较困难，而且过滤会浪费大量的聚合物浆液，生产步骤也比较复杂。

中国专利申请CN101285214A公开了一种湿法纺制芳纶1313纤维的方法，包括间苯二胺MPD和间苯二甲酰氯IPC预聚合，得到的预聚物过滤后经双螺杆挤出机挤出，然后以氢氧化钙完全地中和预聚合生成的氯化氢，获得纺丝原液，再将纺丝原液进行湿法纺丝，得到成品纤维。

中国发明专利CN100455706C公开了一种聚间苯二甲酰间苯二胺纺丝溶液的制备方法，该方法包括由间苯二胺和间苯二甲酰氯在低温下于酰胺类极性有机溶剂中进行聚合反应，然后用碱土金属化合物中和聚合反应生成的氯化氢，生成能溶解于反应体系的碱土金属氯化物。

包括上述方法在内的现有技术都有一个共同之处，即中和反应是要完全中和聚合反应，生成的副产物氯化氢，以使氯化氢全部地被除去。这样做的目的是避免含有盐酸的纺丝原液在被输送至纺丝工序之前发生降解，但其结果是纺丝原液含有大量的中和反应生成的盐。众所周知，盐的存在对成品纤维的性质有很大的影响，包括造成纤维的绝缘性较低，并且导致纤维的灰度增大。因此，需要对纤维进行彻底水洗除去盐，但重复地水洗不但消耗大量的水，浪费资源和延长生产过程，而且通过水洗把盐从纤维中去除的效果是有限的。

本发明针对上述问题，提出一种有效缩短生产流程并节约大量生产成本的制备间位芳纶纤维的方法。根据本发明的方法，获得的纺丝原液含有较少量的盐，容易通过简单的水洗操作把盐基本上除去，节约了原料成本和生产能耗。

发明内容

本发明的目的是提供一种制备间位芳纶纤维方法，所述的制备方法具有缩短生产流程、提高生产效率和节约生产成本等优点。

为实现上述目的，本发明提供了一种制备间位芳纶纤维的方法，以间苯二胺和间苯二甲酰为原料，通过湿法纺丝的聚合、中和和纺丝等，所述方法包括以下步骤：

i)由间苯二胺和间苯二甲酰氯在酰胺类极性有机溶剂中进行低温溶液聚合反应，生成聚间苯二甲酰间苯二胺聚合物溶液和氯化氢；

ii)通过中和剂与步骤i)中生成的氯化氢在双螺杆挤出机中进行中和反应，制成聚间苯二甲酰间苯二胺纺丝原液；

iii)在步骤ii)中制得的纺丝原液通过双螺杆挤出机挤出并经喷丝头后在凝固浴中凝固为丝束，得到间位芳纶初生纤维；以及

iv)使步骤iii)得到的间位芳纶初生纤维至少水洗一次，并且进行干燥和拉伸，得到成品间位芳纶纤维；

其中，在步骤ii)中，所述中和剂的加入量只足够与部分氯化氢进行中和反应，所述制得的聚间苯二甲酰间苯二胺纺丝原液含有中和生成盐和剩余的氯化氢。

在本发明一优选实施例中，所述酰胺类极性有机溶剂是N，N-二甲基乙酰胺或N-甲基吡咯烷酮，所述中和剂是氢氧化钙或氧化钙。较佳地，在步骤ii)中，氢氧化钙或氧化钙的加入量是中和反应等摩尔反应比的5％-50％，更好地，氢氧化钙或氧化钙的加入量是中和反应等摩尔反应比的25％-35％。