[发明专利]高等规度聚丙烯腈的自由基聚合的合成方法

说明书

本发明公开了一种高等规度聚丙烯腈的自由基聚合的合成方法，包括以下步骤：将有机溶剂与引发剂加入反应器中，去除反应器中的空气并密封，然后将密封的反应器置于磁场和恒温条件下，向反应器中加入丙烯腈单体，经自由基聚合反应后，得到高等规度聚丙烯腈。本发明的合成方法操作简单、反应时间短，PAN规整度和分子量高、且单体转化率高。

技术领域

本发明属于高分子材料领域，具体涉及一种高等规度聚丙烯腈的自由基聚合的合成方法。

背景技术

聚丙烯腈（PAN）是制备碳纤维的重要前驱体，其结构对碳纤维的性能起着决定性的作用。碳纤维是高性能纤维，由于比重轻，强度大，模量高，耐腐蚀，抗蠕变，导电，传热，热膨胀系数小，抗疲劳性好，在高性能复合材料中，它是优良的增强剂。它独特的电性能和表面性能，又可为开发功能性材料创造有利的条件。因此它不仅能应用于宇宙飞船、人造卫星、航天飞机、导弹、原子能、航空等尖端领域，而且还可以推广应用到一般工业部门，如体育器材、建筑、运输车辆、机械工业等。所以有很多学者花了很长时间专注于研究制备结构优异性能优良的聚丙烯腈（PAN）的制备方法。

一般工业生产的PAN是采用自由基聚合方法，其得到的PAN的全同立构含量只有25%左右，无规含量高达50%～70%，且分子量也只在30000～80000，分子量分布偏宽，除此之外，其单体的转化率最多也不到45%。而采用常规离子聚合时，得到的PAN的规整度含量有所提高，全同立构含量在45%左右，但是该方法条件苛刻，反应时间长，操作繁琐，容易失败，成本较高，所得PAN的分子量分布相对较宽，而且单体的转化率低，甚至不到30%。由此可见，常用的这两种方法，缺点非常明显，因此，寻求一种可同时解决两种方法所存在的缺陷，不仅能简化操作工艺、缩短反应时间，还可提高PAN规整度、增加分子量、提高单体转化率的方法迫在眉睫。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种操作简单、反应时间短，PAN规整度和分子量高、且单体转化率高的高等规度聚丙烯腈的自由基聚合的合成方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种高等规度聚丙烯腈的自由基聚合的合成方法，包括以下步骤：将有机溶剂与引发剂加入反应器中，去除反应器中的空气并密封，然后将密封的反应器置于磁场和恒温条件下，向反应器中加入丙烯腈单体，经自由基聚合反应后，得到高等规度聚丙烯腈。

上述的高等规度聚丙烯腈的自由基聚合的合成方法中，优选的，所述磁场的强度为1T～9T。

上述的高等规度聚丙烯腈的自由基聚合的合成方法中，优选的，所述恒温的温度为50℃～65℃。

上述的高等规度聚丙烯腈的自由基聚合的合成方法中，优选的，所述丙烯腈单体与有机溶剂的体积比为1∶4～8，所述引发剂的质量占丙烯腈单体质量的1.5%～6.5%。

上述的高等规度聚丙烯腈的自由基聚合的合成方法中，优选的，所述有机溶剂为二甲基甲酰胺和/或二甲基亚砜；和/或，所述有机溶剂加入反应器之前先进行纯化。

上述的高等规度聚丙烯腈的自由基聚合的合成方法中，优选的，所述引发剂为偶氮二异丁腈。

上述的高等规度聚丙烯腈的自由基聚合的合成方法中，优选的，所述反应的时间为3h～6h。

上述的高等规度聚丙烯腈的自由基聚合的合成方法中，优选的，所述反应器为反应瓶；和/或，所述恒温条件为设置一恒温容器，将密封的反应器放入恒温容器中。

上述的高等规度聚丙烯腈的自由基聚合的合成方法中，所述丙烯腈单体的转化率为42.7%～61%，所得高等规度聚丙烯腈的全同立构含量为30.7%～43.7%，高等规度聚丙烯腈的重均分子量为90000～125000。

与现有技术相比，本发明的优点在于：