[发明专利]一类含咪噁唑结构的三元耐光液晶共聚物及其制备与应用

说明书

本发明公开了一类含咪噁唑结构的三元耐光液晶共聚物及其制备与应用。所述含咪噁唑结构的三元液晶共聚物的结构如式I所示，特性粘数为4‑16dL/g；式I中：n，m，k分别为三种分子链节数目，其中n、m、k均为自然数，k/(n+m+k)的范围为10‑40％，n/(n+m+k)的范围为10‑30％；X表示O原子或功能基NH；Y和Y₁各自独立选自H或OH；Ar₀表示下列4价有机骨架结构之一：所述的含咪噁唑结构的三元液晶共聚物兼具高耐热、高耐光、良好的可纺性、低密度、低成本特点，本发明公开了其在制备纤维中的应用，所制备的复丝纤维耐热温度高、耐光性能优异、抗张强度高的特点。

技术领域

本发明涉及一类含咪噁唑结构的三元液晶共聚物及其制备与应用。

背景技术

目前，各种高性能纤维的性能指标列下表

表1

*中蓝晨光数据

表1列出的高性能纤维，碳纤维的抗压性能最佳，M5次之；PBO的断裂强度、和极限氧指数(LOI)最好，但抗压强度最低；M5的拉伸模量最高，但密度也高、分解温度较低；m-PBI密度最低，断裂伸长率与回潮率最高，但强度低；正由于这些高性能纤维优缺点共存，促进高性能纤维的改性的研究和开发。

现今，有机高性能纤维则以聚对苯撑苯并二噁唑(PBO)为著名，其纤维的高强高模、耐热阻燃、柔软抗冲击三大优异性能属有机纤维之最。Zylon-HM纤维所呈现的综合性能(5.8GPa抗拉强度、270GPa模量、68极限氧指数和650℃的分解温度)，用其作为航空航天、国防军工及其特殊民用等领域的新型材料早已倍受研究部门与产业界的关注。国外已从原先用于航空航天、国防军工、抗冲击防护装备已逐步扩展到特殊民用(抗辐射、高强绳索、体育)、轨道交通、产业用(耐高温工业材料，建筑工程材料补强，光纤通讯电缆增强)等二十多个工业领域。但本身存在见光易降解、复合与压缩性能差等问题。

聚苯并咪唑(m-PBI)，虽然开始于20世纪六十年代，由美国宇航局(NAS A)、Hoechst Celanese公司和美国空军材料研究所(AFML)共同开发成功。1983年塞拉尼斯纤维公司开始工业化生产，其商品名为Celazole，具体方法是用3,3’,4,4’-四氨基联苯胺(TABP)和间苯二甲酸二苯酯(DPIP)混缩聚合成聚[2,2-间苯撑-5,5-二苯并咪唑]树脂后再加工成m-PBI纤维。

目前商品化m-PBI纤维，它具有空气中不燃，其极限氧指数(LOI)41％良好的力学性能，吸湿量大但不水解，回潮率高，化学稳定性非常好，并且耐紫外光照、耐腐蚀、耐高温等性能特点。但由于受其关键单体TABP的质量尤其是价高的影响，加上耐热温度比PBO低100℃和强度低等不足，发展十分缓慢。

然而除商品化的Celazole分子结构m-PBI外，聚苯并咪唑(PBI)类结构，主要还包括以下聚对苯撑苯并二咪唑(PBI)和聚2,6-苯并咪唑(ABPBI)两种全芳型PBI(分子主链是由苯环和咪唑环构成)。

本发明针对目前高性能纤维领域，在综合考虑1)PBO结构的高强高耐热与不耐光性能；2)PBI结构的低强低模与高耐光低密度；3)羟基改善复合性能并可与咪唑NH形成氢键等三大特点的基础上，提出一类含咪噁唑结构的三元液晶共聚物，并提出相应的制备方法、及其在综合高性能纤维领域中的应用。

发明内容

本发明的首要目的在于提供一类兼具高耐热、高耐光、良好的可纺性、低密度、低成本特点的含咪噁唑结构的三元液晶共聚物。

本发明的第二个目的在于提供所述含咪噁唑结构的三元液晶共聚物的制备方法，制备过程中不产生任何腐蚀性气体及其干扰，聚合速度快，产能高，实施方便。