[发明专利]适用于干法腈纶纺丝的聚丙烯腈干粉及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚丙烯腈干粉及制备方法，特别涉及一种适用于干法腈纶纺丝的聚丙烯腈干粉及制备方法。

背景技术

聚丙烯腈干法纺丝工艺，是将经聚合后得到的聚丙烯腈干粉在有机溶剂二甲基甲酰胺(DMF)或二甲基乙酰胺(DMAC)中溶解成纺丝原液，再将纺丝原液输送到纺丝甬道后借助热氮气来脱除溶剂，干法纺丝成形过程缓和，纤维内部结构均匀，使得干纺纤维的物理机械性能及染色性能较好，纺丝截面强度良好。另外干法纺丝速度较高、喷丝头孔数较少、溶剂回收简单，纺丝流程简单，占地面积小；干纺纤维特有的犬骨状结构使得其特性接近于天然羊毛、制成织物弹性好、重量轻、制成品具有保暖、舒适、光泽优雅等特点；但干法纺丝在进行纺丝原液的制备过程中容易出现(1)纺丝原液粘弹性较差，导致纺丝原液放液时流速快，适配器无出口胀大现象；(2)纺丝原液中含水超标时会使纺丝原液中的气泡增多，导致在纺丝时易发生并丝、断丝等问题而无法顺利纺丝；(3)纺丝原液的色泽较差等问题导致产品最终质量受到影响。由于这些问题会导致纺丝不顺利，对最终产品的质量造成影响，同时也会造成生产时工人的生产强度加大等问题，因此必须对前期丙烯腈的共聚合工艺条件进行严格控制，如共聚合中第二、第三、第四单体的种类及各单体的比例，聚合温度和体系酸度，烘干后聚合物干粉的含水率，干粉的粒度及粒子内部孔隙情况，分子量及分子量分布等，得到适合干法纺丝的聚丙烯腈干粉，从而为后序合格的纺丝原液配制提供有力支持，以利于生产的平稳运行及产品的质量稳定并得到性能优异的纺丝产品。

中国专利CN1986919提到了一种染色腈纶的制备方法，该专利是将两种聚丙烯腈干粉共同溶解于溶剂中进行纺丝，且每种聚丙烯腈都是三种单体的共聚物，也未对聚合物粒子的内部结构等进行分析，与本专利是由四种单体共聚而成不同，且由于第四单体的加入，使得最终腈纶产品的吸水性更加优异。

《丙烯腈/醋酸乙烯酯/对苯乙烯磺酸钠三元共聚物干法纺丝研究》介绍了利用醋酸乙烯酯作为第二单体时的腈纶的性能指标，同样未对影响纺丝过程的聚丙烯腈干粉粒子的内部结构、分子量及分布、含水量等进行讨论，与本专利不同。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种适用于干法腈纶纺丝的聚丙烯腈干粉，含水率低、分子量及分布适中、干粉的颗粒度及粒子的内部孔隙率好，从而使干法纺丝时所配制的纺丝原液粘弹性较好、气泡少、色泽鲜亮，纺丝过程顺利并得到染色性好、吸湿性强的纺丝产品；本发明还提供其制备方法，工艺合理。

本发明所述的适用于干法腈纶纺丝的聚丙烯腈干粉，以丙烯腈、丙烯酸甲酯、苯乙烯磺酸钠和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸为共聚单体，经聚合反应制成。

其中：共聚单体的质量比为丙烯腈：丙烯酸甲酯：苯乙烯磺酸钠：2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸为92:4-7:1-4:0.1-2。

本发明所述的适用于干法腈纶纺丝的聚丙烯腈干粉的制备方法，包括以下步骤：

(1)将共聚单体丙烯腈、丙烯酸甲酯、苯乙烯磺酸钠和2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸加入聚合釜内，再加入引发剂，调节pH至2.5-3.5，进行聚合反应；

(2)聚合反应完毕后加入EDTA终止反应，聚合反应所得物料经过滤、洗涤、干燥后得到聚丙烯腈树脂，再经粉碎成细末，得到适用于干法腈纶纺丝的聚丙烯腈干粉。

其中：步骤(1)中的聚合反应为水相悬浮聚合。本发明在丙烯腈聚合时采用了四种单体聚合，第四单体选择2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸，可以增加聚合物链段的柔性。

步骤(1)中引发剂为过硫酸钾、亚硫酸氢钠和硫酸亚铁铵。过硫酸钾、亚硫酸氢钠和硫酸亚铁铵占单体质量的比例分别为0.2％、0.01％和0.01％。三种引发剂用脱盐水溶解后加入体系中。

步骤(1)中调节pH至2.5-3.5为用二氧化硫调节pH至2.5-3.5。

步骤(1)中聚合反应温度为59.5-60.5℃。

步骤(2)中加入EDTA的质量占单体质量的0.1％。步骤(2)中粉碎成细末，对细末的粒径没有要求。

步骤(2)中干燥为干燥至水含量为0.1％-0.3％。

步骤(2)中聚丙烯腈树脂的重均分子量为8万-12万，分子量分布为2.80-3.20。该树脂在后续纺丝时粘弹性适中、干粉颗粒的孔隙率较高，溶解好，易于纺丝。

适用于干法腈纶纺丝的聚丙烯腈干粉的孔隙率≥58.0％，这种聚丙烯腈干粉有利于聚丙烯腈在溶剂中的溶解，利于溶剂快速进入聚丙烯腈干粉的内部，加速聚合物溶解，可以制备出合格的纺丝原液。