[发明专利]一种基于高温后扩链反应制备杂环芳纶纤维的方法

说明书

本发明提供了一种基于高温后扩链反应制备杂环芳纶纤维的方法，主要是基于氨基和羧基在低温下不发生化学反应的特点，使较低动力粘度的氨基封端齐聚物和羧基封端齐聚物在共混和纺丝阶段不发生缩合反应，从而可在较高固含量下保持较低的动力粘度；同时，基于氨基和羧基在高温下(≥200℃)可发生缩合反应的特点，使其在杂环芳纶本身就需要的高温后处理工艺阶段发生缩合反应，从而实现大分子扩链，得到分子量更高的杂环芳纶成品丝。较传统方法制备的杂环芳纶，特性粘数高，可以高达12～14dL/g；拉伸强度高，可以达到26‑31cN/dt；初始模量大，可以达到880～1100cN/dt。分子量也更高。

技术领域

本发明涉及杂环芳纶制备技术领域，具体而言，涉及一种基于高温后扩链反应制备杂环芳纶纤维的方法。

背景技术

杂环芳纶纤维属于高强度、高模量有机纤维，其力学性能及其与树脂的复合性能都高于传统的芳纶II纤维(杜邦的Kevlar纤维)。现已被广泛应用于防弹制品、特种防护服装和电子设备等领域，其与树脂制成的复合材料也已应用航空航天、国防军工等领域。传统的杂环芳纶是由对苯二甲酰氯、对苯二胺及其第三单体(2-(4-氨基苯基)-5-氨基苯并咪唑)采用溶液缩聚而得到杂环芳纶溶液，然后可直接通过湿法纺丝后热处理/热拉伸得到高强度高模量的杂环芳纶成品丝；或者将杂环芳纶溶液在水中沉析出来形成树脂，然后在浓硫酸中配制成溶液，采用与Kevlar纤维相同的干-湿法工艺进行纺丝并热处理得到杂环芳纶成品丝。

专利CN 104357939A公开了采用杂环芳纶原液直接进行湿法纺丝的方法。该方法工艺简单，但湿法纺丝工艺对杂环芳纶原液的动力粘度有一定限制，原液动力粘度太高会导致芳纶原液的流动性变差，可纺性降低，甚至无法纺丝，堵塞设备。因此为了保证杂环芳纶原液的可纺性，防止动力粘度过高，杂环芳纶溶液的固含量普遍在3％～5％，其纺丝生产效率较低，同时溶剂回收量大，生产成本高。

为了提高聚合物固含量，专利US2011046340A1中聚合得到了固含量5-12％的杂环芳纶，但是该杂环芳纶会从溶液中凝胶或析出；凝胶或析出物需要进一步沉析、洗涤和烘干，得到聚合物固体粉末；然后根据CN201280005316.9中报告的纺丝方法，采用浓硫酸对该聚合物粉末进行溶解，得到纺丝溶液，再采用Kevlar的干-湿法纺丝工艺制备杂环芳纶原丝，原丝高温热处理后即可得到杂环芳纶成品丝。该杂环芳纶制备工艺虽然可以提高纺丝溶液的固含量，但会明显增加制备工序，最后同样会增加杂环芳纶的生产成本。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种基于高温后扩链反应制备杂环芳纶纤维的方法，以解决上述问题，所述的基于高温后扩链反应制备杂环芳纶纤维的方法，在杂环芳纶原液直接纺丝工艺过程中提高溶液的固含量，且由于该方法是利用后期杂环芳纶本身就需要的热处理工艺实现大分子反应扩链，有效降低杂环芳纶生产成本，具有生产效率高、生产成本低等优点，具有明显的经济应用价值。

本发明的第二目的在于提供一种所述的制备方法所制备的杂环芳纶纤维，具有分子量高、伸强度高、模量高等优点。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

一种基于高温后扩链反应制备杂环芳纶纤维的方法，包括以下步骤：

在惰性氛围下，将二胺单体加入DMAC/LiCl溶剂中，搅拌至二胺完全溶解，将温度降低至-10～10℃，然后一次性加入与二胺等当量95～99％的酰氯，反应后升温至20～50℃，继续反应即可得到均匀粘稠的杂环芳纶溶液，即氨基封端的齐聚物；优选的，在-10～10℃下反应10～30min，在20～50℃下继续反应0.5～1h；