[发明专利]一种聚丙烯腈共聚物及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚丙烯腈共聚物及其制备方法。

背景技术

聚丙烯腈纤维由于其优异的力学性能、化学稳定性等，在商业上具有广泛的应用，如服用、家用和产业用纺织品领域，也是制备碳纤维的重要前驱体。

为了得到性能优异的聚丙烯腈纤维，在聚合时通常加入其他单体进行改性。常用的共聚单体多为丙烯酸类或者丙烯类衍生物，如丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、丙烯酸甲酯、衣康酸铵等。理论上加入酸性单体能提高聚丙烯腈纤维的亲水性和预氧化环化性能；加入中性单体如丙烯酸甲酯和醋酸乙烯酯能改善可溶性、可纺性，提高可牵伸性，也可以在纤维原丝预氧化时提高氧扩散力；加入碱性单体能改善可纺性。

本专利使用2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)和马来酸酐(MAH)与丙烯腈(AN)进行共聚制备聚丙烯腈共聚物，能够显著提高其热性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有较高热性能的聚丙烯腈共聚物及其制备方法。

为了达到上述目的，本发明提供了一种聚丙烯腈共聚物，其特征在于，其原料包含：丙烯腈(AN)97～98重量份，2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸(AMPS)1～2.2重量份以及马来酸酐(MAH)0.2～1重量份。

本发明还提供了上述聚丙烯腈共聚物的制备方法，其特征在于，具体步骤为：将丙烯腈97～98重量份、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸1～2.2重量份、马来酸酐0.2～1重量份、350重量份去离子水以及0.05重量份引发剂加入反应装置中，以转速为100～400r/min搅拌，升温至55℃～65℃，在氮气气氛下进行聚合反应2～5小时，抽滤，依次用无水乙醇和去离子水洗涤所得沉淀，抽滤，在50～70℃下干燥，得到聚丙烯腈共聚物。

优选地，所述的引发剂为过硫酸铵，其用量为丙烯腈、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和马来酸酐总质量的0.05％～0.15％。

优选地，所述的过硫酸铵，其用量为丙烯腈、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和马来酸酐总质量与去离子水质量的比例为22：78。

优选地，所述的聚合反应时间为2～5小时。

优选地，所述的干燥时间为15～24小时。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明使用水相沉淀聚合方法进行聚合，具有引发效率高，聚合时间短，分子量大，无需回收溶剂等特点。

2、本发明制备的聚丙烯腈聚合物能够有效改善其热性能，有一定的应用前景。

具体实施方式

为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，作详细说明如下。

实施例1

将丙烯腈98重量份、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸1重量份、马来酸酐1重量份、去离子水350重量份以及引发剂过硫酸铵0.05重量份加入聚合釜中，以转速为400r/min搅拌，升温至60℃，在氮气气氛下进行聚合反应3h，抽滤，将所得沉淀先用无水乙醇洗涤三次，再用去离子水洗涤三次，抽滤，在60℃下烘干24h，得到聚丙烯腈共聚物，其粘均分子量为53万。经氮气气氛下DSC测试(使用美国TA公司Q20差示扫描量热仪，以10℃/min的速率由40℃升至310℃)可知，其环化起始温度较均聚聚丙烯腈(相同聚合条件制备，粘均分子量48.5万)降低20℃；环化放热量为643.5J/g，均聚聚丙烯腈(相同聚合条件制备，粘均分子量48.5万)环化放热量为519.5J/g，环化放热量的增加表明环化反应程度提高。

实施例2

将丙烯腈97重量份、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸0.8重量份、马来酸酐2.2重量份、去离子水350重量份以及引发剂过硫酸铵0.05重量份加入聚合釜中，以转速为300r/min搅拌，升温至60℃，在氮气气氛下进行聚合反应5h，抽滤，将所得沉淀先用无水乙醇洗涤三次，再用去离子水洗涤三次，抽滤，在60℃下烘干24h，得到聚丙烯腈共聚物，粘均分子量为66.2万。经氮气气氛下DSC测试(使用美国TA公司Q20差示扫描量热仪，以10℃/min的速率由40℃升至310℃)可知，其环化起始温度较均聚聚丙烯腈(相同聚合条件制备，粘均分子量48.5万)降低33℃，环化放热量为675.3J/g，均聚聚丙烯腈(相同聚合条件制备，粘均分子量48.5万)环化放热量为519.5J/g，环化放热量的增加表明环化反应程度提高。

实施例3

将丙烯腈97.7重量份、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸0.2重量份、马来酸酐2.1重量份、去离子水350重量份以及引发剂过硫酸铵0.15重量份加入聚合釜中，以转速为300r/min搅拌，升温至60℃，在氮气气氛下进行聚合反应5h，抽滤，将所得沉淀先用无水乙醇洗涤三次，再用去离子水洗涤三次，抽滤，在60℃下烘干24h，得到聚丙烯腈共聚物，粘均分子量为50.5万。经氮气气氛下DSC测试(使用美国TA公司Q20差示扫描量热仪，以i0℃/min的速率由40℃升至310℃)可知，其环化起始温度较均聚聚丙烯腈(相同聚合条件制备，粘均分子量78.5万)降低30℃左右，环化放热量为650.0J/g，均聚聚丙烯腈(相同聚合条件制备，粘均分子量48.5万)环化放热量为519.5J/g，环化放热量的增加表明环化反应程度提高。