[发明专利]一种三元共缩聚制备高分子量对位芳纶聚合物的方法

说明书

本发明公开了一种三元共缩聚制备高分子量对位芳纶聚合物的方法，该方法包括：一、配制NMP‑CaCl₂溶剂体系；二、将NMP‑CaCl₂溶剂体系冷却后在氮气保护下加入3,4’‐二氨基二苯醚和对苯二胺，得到对苯二胺‑NMP‑CaCl₂溶液体系；三、向对苯二胺‑NMP‑CaCl₂溶液体系中加入对苯二甲酰氯得到原料溶液体系并进行第一步共缩聚反应；四、待第一步共缩聚反应的溶液中出现胶体时，升高反应温度进行第二步共缩聚反应，得到对位芳纶聚合物。本发明采用先低温后高温的两步共缩聚反应法，保证了反应的有序进行，避免了副反应的增多，得到溶解状态的对位芳纶聚合物，其特性粘度为1.95dL/g～2.13dL/g。

技术领域

本发明属于芳纶纤维制备技术领域，具体涉及一种三元共缩聚制备高分子量对位芳纶聚合物的方法。

背景技术

聚对苯二甲酰对苯二胺(PPTA)纤维，又称对位芳纶，是以芳香族化合物为原料经缩聚纺丝制得的芳香族聚酰胺纤维，具有优异的力学性能、稳定的化学性能和理想的机械性能，广泛应用于纺织、航空航天及国防军工等领域。

PPTA分子链由苯环和强极性酰胺键组成，刚性较大，分子链间具有较强的氢键作用，分子链紧密堆砌且高度结晶，导致PPTA的熔点很高，并在一般有机溶剂中不溶解。目前，对位芳纶的制备过程为：先制备PPTA聚合物，然后将PPTA聚合物溶解在浓硫酸中进行纺丝成纤，再除去剩余溶剂，经干燥和热拉伸处理得到纤维。该工艺过程复杂，要求设备可耐强酸腐蚀，操作难度较大，且残存的浓硫酸会使纤维在纺丝过程中降解，削弱了纤维的强度和模量，得到的对位芳纶纤维的耐冲击性和耐疲劳性较差，与其它纤维的结合力较弱。

为此，科研工作者通过加入第三单体进行共聚改性的方法解决上述问题，通常在PPTA聚合物主链上引入柔性结构单元、刚性结构单元，取代对苯、间苯结构、二炔类结构、N取代结构等方法改善聚合物的溶解性。第三单体的引入使分子链结构发生改变，最终在保证其高分子量的前提下，使对位芳纶聚合物的结晶性下降，溶解性得到提高，特性粘度可达1.65dL/g～1.81dL/g。但该方法生产的PPTA聚合物仍为固态沉淀，需要溶解后才能进行纺丝成纤。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供了一种三元共缩聚制备高分子量对位芳纶聚合物的方法。该方法以3,4’‐二氨基二苯醚、对苯二胺和对苯二甲酰氯为原料，采用先低温后高温的两步共缩聚反应法，保证了反应的有序进行，避免了副反应的增多，最终得到溶解状态的对位芳纶聚合物，其特性粘度为1.95dL/g～2.13dL/g。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种三元共缩聚制备高分子量对位芳纶聚合物的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、将NMP加热至60℃，然后加入CaCl₂配制成NMP-CaCl₂溶剂体系；

步骤二、将步骤一中配制的NMP-CaCl₂溶剂体系冷却至-5℃～-10℃，然后通入氮气，再在氮气保护下加入3,4’‐二氨基二苯醚和对苯二胺，得到对苯二胺-NMP-CaCl₂溶液体系；所述3,4’‐二氨基二苯醚和对苯二胺的摩尔比为1:1；

步骤三、向步骤二中得到的对苯二胺-NMP-CaCl₂溶液体系中加入对苯二甲酰氯，得到原料溶液体系，并进行第一步共缩聚反应；所述对苯二甲酰氯和步骤二中对苯二胺的摩尔比为2:1；

步骤四、待步骤三中第一步共缩聚反应的溶液中出现胶体时，将反应温度升高至70℃～75℃进行第二步共缩聚反应，得到高分子量对位芳纶聚合物；所述对位芳纶聚合物的黏度为1.95dL/g～2.13dL/g。