[发明专利]聚酮纤维的制备方法

说明书

本发明涉及有交替的亚乙基和一氧化碳单元的线形聚合物纤维的制备方法，该方法是将聚合物溶于沸点高于443K、熔点低于373K、聚合物溶解温度高于443K的适宜溶剂中，聚合物溶液在成形后通过冷却而转变成热可逆性的凝胶，然后从得到的产品中除去溶剂。

这一方法已知于国际专利申请WO92/10524中，它叙述了使乙烯/一氧化碳的共聚物与另一组分混合以生产适用于制备以凝胶为基础的制品的聚合物组合物。这些组分是能够溶解聚合物并纺制成纤维以及能够使聚合物溶胀的和不认为是适于纤维生产的组分。

根据这一概括性很强的叙述，有可能用上述的聚合物溶解方法制备象线一样的热可逆凝胶，但没有任何所述的物质证明是适合于实际应用的。例如，许多论及的溶剂和溶胀剂都具有低沸点，使溶液中的聚合物在冷却时产生缓慢结晶；同时也发现所述的溶剂如果采用高浓度时不能迅速溶解聚酮。没有提供出一个实际的实施例，证明从这样的溶剂可制备质量好的纤维，仅有的一个实施例是用苯甲酸作为溶剂制备高浓度溶液，但发现此溶剂是不适合制备质量好的纤维的，因为溶剂冷却时溶剂和聚合物结晶间的干扰作用对得到的产品的力学性能有不利的影响。还发现了苯甲酸能使聚酮断裂。

现已找到一种方法，这种方法没有上述缺点，这一在本说明书第一段所述的方法提供了有优良力学性能的聚酮纤维的非常经济的制备方法，它的特征是形成了永久取向的热可逆性凝胶。

在此方法中使用比较差的聚合物溶剂，并在选择的溶剂中有如此高的聚合物浓度以使聚合物分子链有足够和均匀的交混。聚合物冷却结晶时不需去除溶剂。因此，冷却时形成了热可逆性凝胶，它的性能是使凝胶可被拉伸而不需除去溶剂。拉伸过程使聚合物分子链永久性取向。

按照此新方法就可得到质量高、数量大的有好的力学性能的纤维，并且用这一方法易于将溶剂除去。

一般，为制备永久定向的热可逆性凝胶，溶解的聚合物量应使聚合物浓度与[η]^0.5的乘积大于0.35(dl/g)^0.5。本方法中的[η]是在间甲苯酚溶液中于298K下测定的。

虽然WO92/10524以通常的方式叙述了制备高浓度溶液的可能性，但形成可制取永久取向纤维的聚合物溶液的所述方法的详细部分并未得到证实，也未指明在何种条件下和/或如何得到。

本发明方法包括下列组成：

有适宜特性粘度的聚酮，

普通的或甚至是很差的溶剂，聚合物在其中只有小的流体动力学体积，

在相对高的温度下并且用强制机械搅拌彻底混合聚合物和溶剂的装置。

流体动力学体积定义为在加工温度下聚合物在特定溶剂中的特性粘度和其平均分子量的积。

按照本发明方法，这些组成的使用如下：

形成一均相溶液，其浓度应使聚合物分子链重叠，这种重叠在冷却至低于溶液的结晶温度后被保留下来。

挤出均相溶液，

得到的挤出物在冷却时由于形成了晶核而迅速胶凝，使之形成热可逆性凝胶。

该凝胶可牵伸至牵伸比(λ)至少为6，并且将其牵伸至牵伸比为6—13，得到初始模量等于或大于10/9·λ－2.5(N/rex)，优选等于或大于10/9·λ－1.75(N/tex)的取向纤维。在另一优选具体实施方案中，初始模量至少为10/9·λ－1(N/tex)，但低于10/9·λ＋4(N/rex)。最佳定向纤维的初始模量至少应为：

0.259＋1.752·λ－0.114·λ²＋0.00625·λ³－0.00009·λ⁴

因此，在本发明中，如果所说的凝胶是可牵伸至牵伸比至少为6，并且如果从所说的凝胶能得到的取向纤维具有10/9·λ－25(N/tex)至10/9·λ＋4(N/tex)范围的初始模量(对于牵伸比为6—13的凝胶)，便形成了永久取向的热可逆性凝胶。

本发明方法是如此罕见的，特别是因为它没有传统凝胶纺丝法所具有的缺点，它与在经济上十分有效益的熔纺丝法很相近。这种方法特别有利于某些含乙烯和一氧化碳单元的聚合物，由于它们在聚合物熔融加工所要求的温度下要降解而不能熔融加工。