[发明专利]一种用固态发泡硫酸溶解PPTA树脂制备纺丝浆的方法

说明书

技术领域

本发明属于聚对苯二甲酰对苯二胺纺丝液的制备领域，特别涉及一种用固态发泡硫酸溶解PPTA树脂制备纺丝浆的方法。

背景技术

聚对苯二甲酰对苯二胺(PPTA)纤维是一种广泛应用于各个领域的高性能纤维。它由PPTA树脂/浓硫酸的液晶溶液通过干喷湿纺而制得。PPTA纤维制造工艺的关键点和难点之一是PPTA树脂/硫酸液晶纺丝浆液的制备。传统的浆液制备方法是将PPTA树脂投入预热的浓硫酸中迅速搅拌、加热溶解。但是由于硫酸的酸性很强，树脂与之接触后表面迅速溶解、发热，从而出现严重的结团现象，导致包覆在团块中的树脂很难吸附硫酸，从而进一步混合均匀和溶解。近年来，有一些用固体硫酸制备PPTA纺丝浆液的研究和专利，主要包括：(1)将粒状的固体硫酸与干燥的PPTA树脂充分混合。(2)将得到混合物升温捏合、剪切，形成液晶浆液。固-固混合的方式有利于降低树脂结团的危害，提高浆液的均匀性。但是由于树脂粉末颗粒较小，比重小于硫酸颗粒，因此形成的混合物形态是硫酸颗粒表面吸附了很多的树脂颗粒，相当于硫酸均匀分散在树脂中，仍会出现一定程度的结团现象。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用固态发泡硫酸溶解PPTA树脂制备纺丝浆的方法，本发明方法混合效果好，溶解时间短，提高了树脂的溶解速度和液晶浆液的均匀性。

本发明的一种用固态发泡硫酸溶解PPTA树脂制备纺丝浆的方法，包括：

(1)将浓度为99.8-100.2％的浓硫酸降温至8-10℃，在硫酸保持液态的条件下，发泡，冷却得到固态发泡硫酸；其中发泡为用SO₃与N₂的混合气体进行发泡；

(2)将上述固态发泡硫酸降温至-10℃～0℃，粉碎，然后同干燥的聚对苯二甲酰对苯二胺PPTA树脂混合，抽真空，溶解，得到已脱泡的PPTA树脂/硫酸液晶溶液；

(3)将上述预脱泡的PPTA树脂/硫酸液晶溶液进行剪切、捏合，得到纺丝浆。

所述步骤(1)中混合气体的压力为0.5～5Mpa；混合气体中SO₃和N₂的体积之比为1：3～1：20。

所述步骤(2)中PPTA树脂的对数比浓粘度为4.0-8.0dl/g。

所述步骤(2)中溶解温度为60～85℃，溶解时间为0.5-1h。

所述步骤(2)中混合为在搅拌器中混合。

所述步骤(3)中剪切、捏合、脱泡在双螺杆或者多轴捏合机中进行，时间为3～30min。所述步骤(3)中纺丝浆的质量百分浓度为18～23％。

步骤(1)的固态发泡浓硫酸制备方法为：将浓度为99.8～100.2％的硫酸加入带有夹套的发泡装置中，向发泡器夹套中通入冷冻液，使硫酸保持液体状态，温度保持在10℃。向硫酸中注射0.5～5Mpa的SO3和N2的混合气，使硫酸发泡并在发泡过程中降温凝结成固体，其中混合气中SO₃和N₂的体积之比为1/3～1/20。

本发明用体积比为1/3～1/20的，压力为0.5～5Mpa的SO₃和N₂的混合气体作为硫酸的发泡气体，N₂的存在可以减少树脂的氧化降解，SO₃可以吸收溶解过程中进入的水分成为硫酸，不会影响树脂的溶解。

本发明首先对硫酸进行发泡固化，大大降低硫酸的比重，同时发泡剂为SO₃，利用SO₃可吸附少量水份变成硫酸，从而对浓硫酸的浓度可放宽、对PPTA含水率也可适当放宽，再对固态硫酸进行粉碎，与树脂进行混合，则形成的混合物形态是硫酸颗粒表面吸附着许多细小的硫酸颗粒，相当于树脂分散于硫酸中。本发明方法混合效果好，减轻树脂的降解，缩短溶解时间，大大提高了溶液的均匀性。

本发明的方法采用粉碎的固态发泡硫酸为原料，相对于直接冷冻得到的硫酸颗粒来说，比重更小，与树脂接触面积更大，更好地避免溶解树脂溶解时的结团现象。本发明方法不仅提高了树脂的溶解速度和纺丝浆液的均匀性，而且很大程度上较少了树脂的降解。

有益效果

(1)本发明的方法采用粉碎的固态发泡硫酸为原料，相对于直接冷冻得到的硫酸颗粒来说，比重更小，与树脂接触面积更大，更好地避免溶解树脂溶解时的结团现象；

(2)本发明方法不仅提高了树脂的溶解速度和纺丝浆液的均匀性，而且很大程度上减少了树脂的降解。

具体实施方式