一种高性能聚间苯二甲酰间苯二胺纤维的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种高性能聚间苯二甲酰间苯二胺纤维的制备方法，包括二胺溶解、常温聚合反应、中和反应、过滤和脱泡、挤出成型、牵伸、水洗、烘干、热定型等步骤，本发明制备得到的纤维具有更高的抗张强度和断裂强度，截污能力更强，截污效率更高。
【专利说明】一种高性能聚间苯二甲酰间苯二胺纤维的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及聚间苯二甲酰间苯二胺纤维的生产工艺【技术领域】，尤其是涉及一种高性能聚间苯二甲酰间苯二胺纤维的制备方法。
【背景技术】
[0002]现有技术中，聚间苯二甲酰间苯二胺纤维的生产工艺已经比较成熟，如中国发明专利申请号为“201110406292.5”、专利名称为“连续化制备聚间苯二甲酰间苯二胺纺丝原液的方法”的中国发明专利申请，以及中国发明专利号为“200810035666.5”、专利名称为“聚间苯二甲酰间苯二胺浆柏状纤维的制备方法”的中国发明专利所示，其生产的聚间苯二甲酰间苯二胺纤维的截面形状是规则的，其截面形状为圆形为椭圆形，在相同情况下，例如相同质量或相同体积的情况下，现有技术的生产工艺所生产出来的聚间苯二甲酰间苯二胺纤维的接触面积较小，截污能力较差，截污效率较低，用在高性能纸页方面，现有技术生产工艺所生产出来的聚间苯二甲酰间苯二胺纤维的纸页在抗张强度、断裂强度方面的性能较差。因此有必要予以改进。
【发明内容】
[0003]针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种高性能聚间苯二甲酰间苯二胺纤维的制备方法，它制备得到的纤维具有更高的抗张强度和断裂强度，截污能力更强，截污效率更高。
[0004]为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是:
[0005]一种高性能聚间苯二甲酰间苯二胺纤维的制备方法，包括以下步骤，
[0006]二胺溶解，把间苯二胺加到温度为20-60度的酰胺类极性有机溶剂中，间苯二胺溶解于酰胺类极性有机溶剂中；
[0007]常温聚合反应，二胺溶解步骤所得的溶液温度控制为20-40度，加入间苯二甲酰氯进行聚合反应，反应生成聚间苯二甲酰氯间苯二胺缩聚物和副产物氯化氢；
[0008]中和反应,加入碱土金属氧化物或者氢氧化物,进行中和反应,反应时控制溶液温度低于70度；
[0009]制备得到的聚间苯二甲酰氯间苯二胺聚合物，浓度=16_20wt%，[ n]=l.3-2.2，PH值=6.5-7 ；
[0010]过滤和脱泡，通过过滤介质进行过滤，脱泡，制备成适合纺丝的胶体，胶体保存于40-100度的温度环境中；
[0011]挤出成型，胶体通过喷丝头挤出，直接在凝固液中挤出并凝固成型为未拉伸纤维；
[0012]牵伸，通过牵伸机牵伸凝固成型的未拉伸纤维；
[0013]水洗；
[0014]烘干；[0015]热定型；
[0016]成品。
[0017]进一步的技术方案中，所述过滤和脱泡步骤中，过滤介质选用600-1000目的纸质滤材或者烧结毡；所述挤出成型步骤中，喷丝头选用孔径是0.05-0.15mm,孔数在1000-30000的球面喷丝头。
[0018]进一步的技术方案中，所述过滤和脱泡步骤中，过滤介质选用800目的纸质滤材或者烧结毡；所述挤出成型步骤中，喷丝头选用孔径是0.09mm,孔数在0.09mm的球面喷丝头，所述牵伸步骤中，牵伸倍数为4倍。
[0019]进一步的技术方案中，所述挤出成型步骤中，凝固液包括5-25%的二甲基乙酰胺、30-50%的氯化钙、0-10%的甘油，其余为水，凝固液的温度为70-120度。
[0020]进一步的技术方案中，所述挤出成型步骤中，凝固液包括25%的二甲基乙酰胺，45%的氯化钙，2%的甘油，其余为水，温度为84度。
[0021]进一步的技术方案中，所述牵伸步骤中，牵伸倍数为2-5倍；
[0022]所述烘干步骤中，烘干的温度为120-160度；
[0023]所述热定型步骤，热定型的温度为250-350度。
[0024]进一步的技术方案中，所述二胺溶解步骤中，间苯二胺选用聚合级间苯二胺，酰胺类极性有机溶剂选用二甲基乙酰胺溶液，将6?8份重量的干燥的二甲基乙酰胺制成的二甲基乙酰胺溶液，将I份重量的聚合级间苯二胺加入到二甲基乙酰胺溶液，溶液温度控制在20-30度；
[0025]所述常温聚合反应步骤中，连续地缓慢地I?3份重量的聚合级间苯二甲酰氯；
[0026]中和反应步骤中，对应于I份重量的间苯二胺，加入0.5?0.7份重量的碱土金属氧化物或者氢氧化物。
[0027]进一步的技术方案中，所述二胺溶解步骤中，间苯二胺选用聚合级间苯二胺，酰胺类极性有机溶剂选用二甲基乙酰胺溶液，将7.8份重量的干燥的二甲基乙酰胺制成的二甲基乙酰胺溶液，将I份重量的聚合级间苯二胺加入到二甲基乙酰胺溶液，溶液温度控制在20-30 度；
[0028]所述常温聚合反应步骤中，连续地缓慢地1.88份重量的聚合级间苯二甲酰氯；
[0029]中和反应步骤中，对应于I份重量的间苯二胺,加入0.68份重量的碱土金属氧化物或者氢氧化物。
[0030]进一步的技术方案中，中和反应步骤中，加入0.68份重量的氢氧化钙二甲基乙酰胺溶液，氢氧化钙二甲基乙酰胺溶液中氢氧化钙和二甲基乙酰胺的重量比为1:2。
[0031]采用上述工艺后，本发明和现有技术相比所具有的优点是:本发明制备得到的高性能聚间苯二甲酰间苯二胺纤维的强度很高，可以达到5.0cn/dtex以上，模量为80-110cn/dtex;并且其截面是不规则的，不是规则的圆形或者椭圆形，应用于过滤方面，在相同情况下，本发明的纤维的接触面积更大，其截污能力更强，截污效率更高；用在高性能纸页方面，也由于本发明的纤维的接触面积更大，纤维纸页在抗张强度、断裂强度方面有着其他同类纤维无可超越的优良性能。
【具体实施方式】[0032]以下所述仅为本发明的较佳实施例，并不因此而限定本发明的保护范围。
[0033]实施例一
[0034]一种高性能聚间苯二甲酰间苯二胺纤维的制备方法，包括以下步骤，
[0035]二胺溶解，把间苯二胺加到温度为20-60度的酰胺类极性有机溶剂中，间苯二胺溶解于酰胺类极性有机溶剂中；具体地，间苯二胺选用聚合级间苯二胺，酰胺类极性有机溶剂选用二甲基乙酰胺溶液，将6?8份重量的干燥的二甲基乙酰胺制成的二甲基乙酰胺溶液，将I份重量的聚合级间苯二胺加入到二甲基乙酰胺溶液，溶液温度控制在20-30度；
[0036]常温聚合反应，二胺溶解步骤所得的溶液温度控制为20-40度，加入间苯二甲酰氯进行聚合反应，具体地，连续地缓慢地I?3份重量的聚合级间苯二甲酰氯；反应生成聚间苯二甲酰氯间苯二胺缩聚物和副产物氯化氢；
[0037]中和反应,加入碱土金属氧化物或者氢氧化物,进行中和反应,反应时控制溶液温度低于70度；对应于I份重量的间苯二胺，加入0.5?0.7份重量的碱土金属氧化物或者氢氧化物；
[0038]制备得到的聚间苯二甲酰氯间苯二胺聚合物，浓度=16_20wt%，[ n]=l.3-2.2，PH值=6.5-7 ；
[0039]过滤和脱泡，通过过滤介质进行过滤，过滤介质选用600-1000目的纸质滤材或者烧结毡；脱泡，制备成适合纺丝的胶体，胶体保存于40-100度的温度环境中；
[0040]挤出成型，胶体通过喷丝头挤出，喷丝头选用孔径是0.05-0.15mm,孔数在1000-30000的球面喷丝头；直接在凝固液中挤出并凝固成型为未拉伸纤维；凝固液包括5-25%的二甲基乙酰胺、30-50%的氯化钙、0-10%的甘油，其余为水；凝固液的温度为70-120度；
[0041]牵伸，通过牵伸机牵伸凝固成型的未拉伸纤维；牵伸倍数为2-5倍；
[0042]水洗；
[0043]烘干；烘干的温度为120-160度；
[0044]热定型；热定型的温度为250-350度；
[0045]成品。
[0046]本发明的高性能聚间苯二甲酰间苯二胺纤维的制备方法，在聚合釜中加入一定量的二甲基乙酰胺，把二胺溶解好，然后慢慢加入等摩尔量的酰氯，反应结束后，加入一定量的氢氧化钙中和，中和好后通过过滤介质过滤，再经过脱泡，制备成合格的适合纺丝的聚合物胶体。
[0047]把上述胶体通过喷板，在凝固液里面拉丝凝固，然后牵伸，再把牵伸的纤维通过水洗洗涤干净，压车压干，进入烘干区干燥，干燥区的温度控制在120-160度的范围内，然后进入250-350度的热定型机定型，之后得到产品。
[0048]最终得到的高性能聚间苯二甲酰间苯二胺纤维的强度很高，甚至可以达到5.0cn/dtex以上，模量为80-110cn/dtex ;并且本发明制备的纤维，截面不是规则的圆形或者椭圆形，而是不规则的形状，其截面形状类似于带状体，其两端接近于圆弧，中部向内凹陷或向外凸出，类似于宽带形状或腰豆的形状，从而赋予纤维在不同的领域中发挥重要的作用。
[0049]在相同面积的情况下，圆形的周长是最短的；而在相同重量下，不规则形状的纤维的截面周长更长，也就是说，本发明的纤维表面无论在何种使用场合下，它跟其他东西的接触面积相对较大。本发明制备得到的高性能聚间苯二甲酰间苯二胺纤维应用于过滤方面，在相同情况下，本发明的纤维的接触面积更大，其截污能力更强，截污效率更高；用在高性能纸页方面，也由于本发明的纤维的接触面积更大，纤维纸页在抗张强度、断裂强度方面有着其他同类纤维无可超越的优良性能。
[0050]实施例二
[0051]一种高性能聚间苯二甲酰间苯二胺纤维的制备方法，包括以下步骤，
[0052]二胺溶解，间苯二胺选用聚合级间苯二胺，酰胺类极性有机溶剂选用二甲基乙酰胺溶液，将7.8份重量的干燥的二甲基乙酰胺制成的二甲基乙酰胺溶液，将I份重量的聚合级间苯二胺加入到二甲基乙酰胺溶液，溶液温度控制在20-30度；
[0053]常温聚合反应，对应于I份重量的间苯二胺，连续地缓慢地1.88份重量的聚合级间苯二甲酰氯；
[0054]中和反应,对应于I份重量的间苯二胺,加入0.68份重量的碱土金属氧化物或者氢氧化物；更具体地，加入0.68份重量的氢氧化钙二甲基乙酰胺溶液，氢氧化钙二甲基乙酰胺溶液中氢氧化钙和二甲基乙酰胺的重量比为1:2 ；
[0055]制备得到的聚间苯二甲酰氯间苯二胺聚合物，
[0056]过滤和脱泡，过滤介质选用800目的纸质滤材或者烧结毡；
[0057]挤出成型，喷丝头选用孔径是0.09mm,孔数在0.09mm的球面喷丝头,凝固液包括25%的二甲基乙酰胺，45%的氯化钙，2%的甘油，其余为水，温度为84度。
[0058]牵伸步骤中，通过牵伸机牵伸凝固成型的未拉伸纤维，牵伸倍数为4倍。
[0059]水洗；
[0060]烘干；
[0061]热定型；
[0062]成品。
[0063]实施例三
[0064]一种高性能聚间苯二甲酰间苯二胺纤维的制备方法，包括以下步骤，在带有搅拌和夹套的釜式反应器中，将I份重量的聚合级间苯二胺加到7.8份重量的干燥的二甲基乙酰胺中，把温度控制在20-30度，连续慢慢的加入1.88份重量的聚合级间苯二甲酰氯进行聚合反应，生成的氯化氢用0.68份重量的氢氧化钙二甲基乙酰胺溶液，氢氧化钙和二甲基乙酰胺的比例为1:2。溶液连续中和反应，控制温度低于70度，反应生成的聚间苯二甲酰氯间苯二胺胶体聚合物，聚合物的浓度=18.2wt%, [n]=l.92，PH值=6.9 ;聚合物浅黄透明，质量良好。把聚合物在800目的过滤介质过滤，脱泡；然后通过孔数为20000，孔径为0.09mm的喷丝头，在凝固液中凝固。凝固液的组成为二甲基乙酰胺25%，氯化钙为45%，甘油为2%，其余为水，温度为84度。
[0065]凝固后的纤维经过4倍的牵伸，之后经过水洗、烘干、热定型，最终得到的纤维，纤度:2.04Dtex，强度为:5.2cn/dtex，伸长率为 32%。
[0066]为了进一步说明本发明，以下结合对比实例进行说明。
[0067]对比实例I
[0068]把实例I中凝固条件改为二甲基乙酰胺20%，氯化钙为42%，其余为水，温度为84度，其他不变。最终得到的纤维，纤度:2.06Dtex，强度为:3.9cn/dteX，伸长率为43%。[0069]对比实例2
[0070]把实例I中牵伸倍数改为3倍，其他不变。最终得到的纤维，纤度:2.2Dtex，强度为:4.lcn/dtex，伸长率为 39%。
[0071]对比实例3
[0072]把实例I中凝固条件改为二甲基乙酰胺20%，氯化钙为42%，甘油为7%，其余为水，温度为100度，其他不变。最终得到的纤维，纤度:2.02Dtex，强度为:4.3cn/dteX，伸长率为34% ο
[0073]以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在【具体实施方式】及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
【权利要求】
1.一种高性能聚间苯二甲酰间苯二胺纤维的制备方法，其特征在于:包括以下步骤，二胺溶解，把间苯二胺加到温度为20-60度的酰胺类极性有机溶剂中，间苯二胺溶解于酰胺类极性有机溶剂中；常温聚合反应，二胺溶解步骤所得的溶液温度控制为20-40度，加入间苯二甲酰氯进行聚合反应，反应生成聚间苯二甲酰氯间苯二胺缩聚物和副产物氯化氢；中和反应,加入碱土金属氧化物或者氢氧化物,进行中和反应,反应时控制溶液温度低于70度；制备得到的聚间苯二甲酰氯间苯二胺聚合物，浓度=16-20wt%, [ η]=1.3-2.2，PH值=6.5-7 ；过滤和脱泡，通过过滤介质进行过滤，脱泡，制备成适合纺丝的胶体，胶体保存于40-100度的温度环境中；挤出成型，胶体通过喷丝头挤出，直接在凝固液中挤出并凝固成型为未拉伸纤维；牵伸，通过牵伸机牵伸凝固成型的未拉伸纤维；水洗；烘干； 热定型；成品。
2.根据权利要求1所述的一种高性能聚间苯二甲酰间苯二胺纤维的制备方法，其特征在于:所述过滤和脱泡步骤中，过滤介质选用600-1000目的纸质滤材或者烧结毡；所述挤出成型步骤中，喷丝头选用孔径是0.05-0.15mm，孔数在1000-30000的球面喷丝头。
3.根据权利要求1所述的一种高性能聚间苯二甲酰间苯二胺纤维的制备方法，其特征在于:所述过滤和脱泡步骤中，过滤介质选用800目的纸质滤材或者烧结毡；所述挤出成型步骤中，喷丝头选用孔径是0.09mm,孔数在0.09mm的球面喷丝头,所述牵伸步骤中，牵伸倍数为4倍。
4.根据权利要求1所述的一种高性能聚间苯二甲酰间苯二胺纤维的制备方法，其特征在于:所述挤出成型步骤中，凝固液包括5-25%的二甲基乙酰胺、30-50%的氯化钙、0-10%的甘油，其余为水，凝固液的温度为70-120度。
5.根据权利要求1所述的一种高性能聚间苯二甲酰间苯二胺纤维的制备方法，其特征在于:所述挤出成型步骤中，凝固液包括25%的二甲基乙酰胺，45%的氯化钙，2%的甘油，其余为水，温度为84度。
6.根据权利要求1所述的一种高性能聚间苯二甲酰间苯二胺纤维的制备方法，其特征在于:所述牵伸步骤中，牵伸倍数为2-5倍；所述烘干步骤中，烘干的温度为120-160度；所述热定型步骤，热定型的温度为250-350度。
7.根据权利要求1所述的一种高性能聚间苯二甲酰间苯二胺纤维的制备方法，其特征在于:所述二胺溶解步骤中，间苯二胺选用聚合级间苯二胺，酰胺类极性有机溶剂选用二甲基乙酰胺溶液，将6~8份重量的干燥的二甲基乙酰胺制成的二甲基乙酰胺溶液，将1份重量的聚合级间苯二胺加入到二甲基乙酰胺溶液，溶液温度控制在20-30度；所述常温聚合反应步骤中，连续地缓慢地I~3份重量的聚合级间苯二甲酰氯；中和反应步骤中，对应于1份重量的间苯二胺，加入0.5~0.7份重量的碱土金属氧化物或者氢氧化物。
8.根据权利要求1所述的一种高性能聚间苯二甲酰间苯二胺纤维的制备方法，其特征在于:所述二胺溶解步骤中，间苯二胺选用聚合级间苯二胺，酰胺类极性有机溶剂选用二甲基乙酰胺溶液，将7.8份重量的干燥的二甲基乙酰胺制成的二甲基乙酰胺溶液，将1份重量的聚合级间苯二胺加入到二甲基乙酰胺溶液，溶液温度控制在20-30度；所述常温聚合反应步骤中，连续地缓慢地1.88份重量的聚合级间苯二甲酰氯；中和反应步骤中，对应于1份重量的间苯二胺，加入0.68份重量的碱土金属氧化物或者氢氧化物。
9.根据权利要求8所述的一种高性能聚间苯二甲酰间苯二胺纤维的制备方法，其特征在于:中和反应步骤中，加入0.68份重量的氢氧化钙二甲基乙酰胺溶液，氢氧化钙二甲基乙酰胺溶液中氢氧化钙和二甲基 乙酰胺的重量比为1:2。
【文档编号】D01D1/10GK103526321SQ201310452388
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年9月27日 优先权日:2013年9月27日
【发明者】钟彤 申请人:东莞市灿森新材料有限公司