制造包含PVP的芳族聚酰胺浆的方法与流程

文档序号:17294232发布日期:2019-04-03 04:13阅读:266来源:国知局
聚(对苯二甲酰对苯二胺),也表示为对芳族聚酰胺,在本领域中由于其高强度和耐火性而熟知。对芳族聚酰胺浆可通过将短对芳族聚酰胺纤维(也称为对芳族聚酰胺短切纤维)原纤化而得到。对芳族聚酰胺浆用于许多要求高强度和高耐热性的应用中。为解决具体要求,本领域中描述了改性芳族聚酰胺浆。wo02/46527描述了浆料制造方法,其中将聚合物材料的混合物纺丝以形成纤维,由纤维切割成絮状物并将絮状物精制以形成浆料。wo96/10105描述了制造对芳族聚酰胺和pvp的组合的纤维浆的方法,其中在pvp的存在下进行对芳族聚酰胺聚合反应,并由溶液制备浆料。us5399431描述了来自芳族聚酰胺和pvp的均匀混合物的纤维材料。术语均匀混合物意指混合物的组分形成基本均匀的相。纤维材料通过将聚合物混合物(的溶液)纺丝得到。浆料作为可能的用途提到。us6303221描述了高模量弹性体复合物,其包含具有优选对芳族聚酰胺和另一聚合物如pvp的均匀组合的纤维浆。浆料通过将通过切割由组分聚合物材料的混合物纺成的纤维得到的絮凝物精制而得到。因此,在本领域中,包含pvp的芳族聚酰胺浆由包含对芳族聚酰胺和pvp的溶液得到,其中对芳族聚酰胺可在pvp的存在下聚合,或者通过将由对芳族聚酰胺和pvp的均匀混合物得到的纤维原纤化而得到。发现这些方法产生具有有吸引力的性能的浆料。然而,本领域中需要改进的方法,特别是其中得到具有较好的脱水性能,同时保持良好的pvp保持率的方法。另外,上述方法的缺点是它们使用相对复杂的解决方法,并且结合到现有对芳族聚酰胺生产中是相对复杂的。本领域中需要制造包含pvp的芳族聚酰胺浆的方法,所述方法一方面产生具有良好质量,具有改进的脱水性能,同时保持良好pvp保持率的浆料,并且另一方面容易操作。本发明提供这种方法。因此,本发明涉及制造包含聚乙烯吡咯烷酮(pvp)的芳族聚酰胺浆的方法,所述方法包括步骤:-将对芳族聚酰胺短切纤维与pvp在水溶液中结合以形成混合物,-使混合物经受精制步骤以形成包含pvp的对芳族聚酰胺浆。发现本发明方法可以以有效的方式,使用容易操作方法,即不必使用制造含pvp纱的复杂方法得到包含pvp的芳族聚酰胺浆。这是令人惊讶的,因为pvp在水中具有高溶解度。因此,会预期实质量的pvp会在精制过程期间失去。这看起来不是这样。有趣的是,当将pvp加入已经存在的浆料中时,发生pvp损失。进一步发现,在特定纤维长度下,通过本发明方法得到的pvp浆显示出比相同纤维长度下由含pvp纱得到的pvp浆更好的脱水性能(即更快地脱水)。这从制造观点看以及对于浆料在具体应用中的使用而言是有吸引力的。进一步发现,在pvp的存在下将芳族聚酰胺浆精制至特定纤维长度比精制衍生自芳族聚酰胺-pvp混合物纱的短切纤维要求更少的能量。本发明的其它优点及其具体实施方案由进一步描述中变得清晰。下面进一步阐明本发明。在本说明书上下文中,芳族聚酰胺指为芳族二胺和芳族二羧酸卤化物的缩聚物的芳族聚酰胺。芳族聚酰胺可以以间位和对位形式存在。对芳族聚酰胺用于本发明中。在本说明书上下文中,术语对芳族聚酰胺指其中至少85%的芳族结构部分之间的键为对芳族聚酰胺键的芳族聚酰胺。作为该组的典型成员,提到聚(对苯二甲酰对苯二胺)、聚(4,4'-苯甲酰苯胺对苯二甲酰胺)、聚(对亚苯基-4,4'-亚联苯二羧酸酰胺)和聚(对亚苯基-2,6-萘二羧酸酰胺)或共聚(对亚苯基/3,4'-二氧二亚苯基对苯二甲酰胺)。优选考虑使用其中至少90%,更特别是至少95%的芳族结构部分之间的键为对芳族聚酰胺键的对芳族聚酰胺。特别优选使用也称为ppta的聚(对苯二甲酰对苯二胺)。在本说明书内,术语对芳族聚酰胺短切纤维指切成例如至少0.5mm,特别是至少1mm,更特别是至少2mm,在一些实施方案中,至少3mm的长度的对芳族聚酰胺纤维。长度通常为至多20mm,特别是至多10mm,更特别是至多8mm。短切纤维的厚度为例如5-50μm,优选5-25μm,最优选6-18μm。可制备这类短切纤维的对芳族聚酰胺纤维例如由teijin市购。短切纤维的长度指ll0.25,其为其中包括具有>250μm,即>0.25mm的长度的颗粒的长度加权平均长度。pvp,聚乙烯吡咯烷酮是本领域中已知和市售的。它可例如通过n-乙烯基-2-吡咯烷酮的线性聚合得到。本发明中所用pvp通常具有5-2500千克/摩尔的重均分子量。可优选pvp具有8-1500千克/摩尔的重均分子量。较低的分子量可以是优选的,特别是为了得到改进的pvp保持率。因此,可优选pvp具有10-1000千克/摩尔,特别是10-500千克/摩尔,更特别是10-200千克/摩尔,在一些实施方案中10-100千克/摩尔,或者甚至10-60千克/摩尔的重均分子量。在本发明方法的第一步骤中,将对芳族聚酰胺短切纤维与pvp在水溶液中结合以形成混合物。这可以以多种方法进行。例如,可将干短切纤维加入pvp在水中的溶液或悬浮液中,可将pvp加入短切纤维的水悬浮液中或者可将pvp和短切纤维一起加入含水介质中。芳族聚酰胺短切纤维通常以0.1-7重量%,特别是1-5重量%的量存在于混合物中。发现该范围内的量对成功的精制操作是合适的。混合物中pvp的浓度取决于最终产物中所需的pvp量和操作期间可能损失的pvp的量。最终产物中pvp的量基于芳族聚酰胺干重计算通常为0.1-10重量%pvp,特别是0.5-6重量%。存在于含水混合物中的pvp的量基于芳族聚酰胺短切纤维的干重计算为0.1-15重量%,特别是基于芳族聚酰胺短切纤维的干重计算为0.5-10重量%。使包含pvp和对芳族聚酰胺短切纤维的含水混合物经受精制步骤以形成包含pvp的芳族聚酰胺浆。精制方法是本领域中已知的。一般而言,在精制中,使短切纤维浆经受高剪切环境,例如使它通过彼此相对移动的圆盘之间。精制步骤的作用是降低短切纤维的长度,和将短切纤维原纤化以形成浆料。在原纤化中,会在短切纤维上形成原纤维,这产生具有连接在其上的原纤维的“茎”和疏松原纤维。另外,浆料的茎在精制过程期间可变得扭结。可进行单一精制步骤,但也可使精制的浆料经受一个或多个在与第一精制步骤相同或不同的条件下进行的其它精制步骤。可根据需要处理由精制步骤产生的浆料淤浆。例如可将它供入脱水步骤,其中将淤浆脱水,通常使它到达筛或其它过滤材料上。这导致脱水浆料的形成。脱水浆料通常具有40-80重量%,尤其是50-70重量%的水含量。脱水浆料可以为饼的形式(当它来自过滤器时),或者可将饼打破以形成单独的片,也表示为碎屑。饼或碎屑或者任何其它形式的脱水浆料可以为最终产物,可根据需要将其进一步加工。也可将脱水浆料干燥。脱水浆料的干燥可以以常规的方式进行,例如使它与干燥气氛,任选在升高的温度下接触,导致干燥浆料的形成。干燥浆料通常具有2-20重量%,特别是3-10重量%的水含量。如果需要的话,可使干燥浆料经受开浆步骤。开浆是本领域中已知的。它包括使干燥浆料经受机械冲击,例如使用冲击磨、使用湍流空气的磨机或者高剪切/高搅拌混合机。开浆步骤降低浆料材料的堆积密度(即,使它更“蓬松”)。开浆的浆料可以更容易分散,因此更容易应用。一般而言,开浆步骤不实质性改变浆料的性能。通过本发明方法得到的含pvp芳族聚酰胺浆通常具有0.7-1.5mm,特别是0.9-1.5mm,在一些实施方案中,0.9-1.3mm的长度(ll0.25)。该参数通过用具有已知长度的浆料试样校准的pulpexperttmfs设备测定。长度加权长度ll0.25[mm]为长度加权平均长度,其中包括具有>250μm,即>0.25mm的长度的颗粒。通过本发明方法得到的含pvp芳族聚酰胺浆通常具有15-80°sr,特别是20-60°sr,更特别是20-40°sr的schopperriegler(sr)。sr为浆料和纸
技术领域
中常用的参数。它是浆料水悬浮液的滤水性的度量。sr可根据iso5267/1测定。如上所述,发现通过本发明方法得到的浆料具有比由精制包含芳族聚酰胺和pvp的短切纤维得到的具有相当长度的浆料更好的脱水性能,如由较低的sr证明(在相同的精制条件下)。含pvp芳族聚酰胺浆通常具有15-700ml,特别是100-600ml,更特别是270-570ml的加拿大标准游离度(csf)。csf为浆料和纸
技术领域
中常用的参数。它是浆料水悬浮液的滤水性的度量。csf可根据tappit227测定。通过本发明方法得到的浆料的改进脱水性能还由与精制包含芳族聚酰胺和pvp的短切纤维得到的具有相当长度的浆料相比更高的csf显现出来(在相同的精制条件下)。如本领域所知,除非它们相互排斥,如上所述各个优选实施方案可组合。参考以下实施例阐述本发明,但不限于此或者受其限制。实施例1:本发明pvp-芳族聚酰胺浆的制造将4kg6mm长的对芳族聚酰胺碎纤维(基于来自teijinaramidbv,nl的型10001680f1000的6mm短切纤维)加入200lpvp水溶液中。pvp具有约50千克/摩尔的分子量。所得介质包含2重量%芳族聚酰胺短切纤维和0.1重量%pvp。使所得悬浮液通过sprout-bauer12"实验室精制机直至得到所需纤维长度。在过程期间取出中间试样。将精制的悬浮液在筛台上脱水。将脱水的滤饼在烘箱中在105℃下干燥整夜以得到干燥的滤饼。然后将约800g干燥的滤饼在高剪切混合机中开浆4分钟,产生开浆的pvp浆。由存在于流出物中的pvp的量测定,所得干浆料包含5重量%pvp。浆料的性能讨论于以下实施例4中。实施例2:由包含pvp的芳族聚酰胺酰胺制造对比浆料原料为包含5重量%pvp的对芳族聚酰胺纤维。该纤维通过在pvp的存在下将芳族聚酰胺纺丝而得到。将纤维剁碎成具有6mm的长度的短切纤维。将短切纤维加入水中以形成包含2重量%芳族聚酰胺-pvp纤维的悬浮液。将悬浮液供入如实施例1中所述的精制机中,并如那里所述进一步处理所得精制悬浮液。由存在于流出物中的pvp的量测定,所得干浆料包含5重量%pvp。浆料的性能讨论于以下实施例4中。实施例3:通过将pvp加入芳族聚酰胺浆而制造对比pvp-芳族聚酰胺浆将4kg6mm长的对芳族聚酰胺碎纤维(基于来自teijinaramidbv,nl的型10001680f1000的6mm短切纤维)加入200l水中。所得介质包含2重量%芳族聚酰胺短切纤维。使所得悬浮液通过如实施例1所述sprout-bauer12"实验室精制机。将具有约50千克/摩尔的分子量的pvp以足以得到0.1重量%的pvp浓度的量加入所得精制浆料悬浮液中。将混合物混合10分钟,然后如实施例1所述脱水并进一步处理。由存在于流出物中的pvp的量测定,所得干浆料包含2-4重量%pvp。浆料的性能讨论于以下实施例4中。实施例4:pvp-芳族聚酰胺浆的对比下面由各种浆料类型的制造和分析看出。1.pvp保持率浆料上的pvp保持率对本发明实施例1的浆料和实施例2的混合纱浆料而言为约100%。如果pvp在精制以后加入浆料中(实施例3),则仅得到约80%保持率。这些保持率值基于实施例1-3中提到的最终精制悬浮液的滤液分析。滤液通过将精制悬浮液在büchner漏斗上脱水而得到。这显示本发明方法使得可以以低pvp损耗将pvp结合到芳族聚酰胺浆中而不必在pvp的存在下将芳族聚酰胺纺丝,后者是更复杂的方法。2.脱水显示出对由混合纱得到的对比浆料(实施例2),脱水步骤比实施例1的浆料或者具有后添加的pvp的对比浆料(实施例3)进行更多次,如由下表中的自由度值(以osr和mlcsf表示)证明的。较高的sr值表明较慢的脱水,而较高的csf值表示较快的脱水。下表显示标准化为1mm纤维长度的三种类型的浆料的sr和csf值。自由度[°sr]csf[ml]实施例1的浆料(本发明)36295实施例2的浆料(对比)6942实施例3的浆料(对比)195843.精制所需的能量显示出对由混合纱得到的对比浆料(实施例2)而言,达到特定纤维长度的累积比能量(cse)比实施例1的浆料或者具有后添加的pvp的对比浆料(实施例3,其中考虑在用pvp处理以前的浆料)的cse更高,如下表中所述。该表显示标准化为1mm纤维长度的三种类型的浆料的cse值。这显示与来自实施例1的浆料相比,较少的能量足以由混合纱生产浆料。另外,甚至为了能够生产实施例2中提到的混合纱,需要降低精制机的产量。cse[kj/kg]实施例1的浆料(本发明)3349实施例2的浆料(对比)5965实施例3的浆料(对比)2788总之,与由含pvp纱得到的浆料相比,本发明方法可得到具有改进的脱水性能和能耗,同时保持高pvp保持率的pvp浆。当前第1页12
当前第1页1 2 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1