专利名称：一种提高间位芳香族聚酰胺聚合体阻燃性的方法
技术领域：
本发明涉及一种提高芳香族聚酰胺聚合体阻燃性的方法，特别涉及一种提高间位芳香族聚酰胺聚合体的阻燃性的方法。
背景技术：
间位芳香族聚酰胺聚合体是当今世界上耐高温性能最佳的纺织材料之一，它具有优良的耐高温性，炭化时只放出少量有害气体，不产生熔滴。当前间位芳香族聚酰胺聚合体主要是由间苯二胺和间苯二甲酰氯缩聚合成。然而，使用此配方合成的聚合体的氧指数即LOI值一般为26～28，纺成的纤维的氧指数与聚合体的值相同。虽高于棉纤维与尼龙纤维，但明显低于LOI值为34以上的PBI和LOI值为40以上PBT等其它高性能材料。目前，为了进一步提高间位芳香族聚酰胺聚合体的阻燃性，一般将纤维在高温，高压等条件下，用阻燃剂，如Cl2、Br2、熔化的硫、SOCl2、SO2Cl、POCl3、POBr3、PCl3、PCl5等氯、硫、磷化合物进行处理，将纤维的表面的物理结构破坏，以增加纤维的表面积，使阻燃剂通过物理吸附的方法在纤维的表面形成一层阻燃层。当物质燃烧时，含硫、磷的阻燃剂主要在凝聚相发挥作用，硫、磷化物可以消耗聚合体燃烧时分解出的可燃气体，使其转化成不易燃烧的炭化物而含卤素阻燃剂则主要在气相中发挥作用，卤素是燃烧反应的链终止剂，在聚合体燃烧时生成卤化氢而抑制燃烧反应，从而达到提高阻燃性能的目的。但是，这些处理方法由于破坏了纤维的表面结构，因此会导致纤维的强度下降、不匀率升高其后续产品经过多次反复水洗或者雨水淋湿后会流失一部分阻燃剂，削弱阻燃剂的阻燃效果同时，由于使用的物质常常带有强腐蚀性，会使得添加阻燃剂的工艺过程和后续加工过程的操作环境比较恶劣，不利于环境保护和生产安全防护。
发明内容
为解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种提高芳香族聚酰胺聚合体阻燃性且不破坏的其表面结构的化学改性方法。
本发明解决上述问题所采用的技术方案为提高间位芳香族聚酰胺聚合体阻燃性的方法，将间苯二胺和R，R’-二氨基二苯砜单体及溶剂配制成一定浓度的溶液，冷却至-10℃-0℃，取与间苯二胺等摩尔量的间苯二甲酰氯，分批投入到前述溶液中，进行共缩聚反应，控制反应温度在0-40℃之间，当溶液表观粘度超过目标表观粘度时结束反应，得到阻燃性提高的间位芳香族聚酰胺聚合体。
本发明所述的一定质量浓度的溶液为8％-12％的间苯二胺和R，R’-二氨基二苯砜单体溶液。
本发明所述的R，R’-二氨基二苯砜单体为3，3’-二氨基二苯砜或4，4’-二氨基二苯砜。
本发明所述的反应温度为0-40℃。
本发明所述的溶剂是指二甲基乙酰胺和/或N-甲基吡咯烷酮。
本发明所用的反应器最好带有刮壁功能的搅拌装置。
本发明所述的目标表观粘度是指25℃时表观粘度为120Pa·S。
本发明所述的R，R’-二氨基二苯砜、间苯二胺和间苯二甲酰氯单体可以是熔体或固体。
本发明与现有技术相比，具有以下优点本方法由于在间位芳香族聚酰胺聚合体的主链上直接引入了-SO2-键，在聚合体燃烧时，吸收大量的热能，在高温下将-SO2-拆解开，形成成分复杂的硫化物，在燃烧过程中硫化物可以消耗聚合体燃烧时分解出的可燃气体，使其转化成难燃烧的复杂化合物，同时在燃烧的过程中硫化物被氧化生成的SOx不燃烧，在热的作用下会消耗氧气继续吸热氧化，所以该聚合体及其后续产品的阻燃性提高。当芳香族聚酰胺聚合体中硫的质量百分比达1％时就可以获得较佳的阻燃效果，其LOI可以达到30，同时不会破坏芳香族聚酰胺纤维的表面结构、不会降低纤维的强度；由于在苯环间增加了柔性链段-SO2-，从而改善了该聚合体在酰胺类溶剂中的溶解性，使得在相同特性粘度下，聚合体溶液的浓度较不含-SO2-时提高，从而提高生产的效率并降低生产的成本消耗此外，当R，R’-二氨基二苯砜为4，4’-二氨基二苯砜时，由于在聚合体主链上引入了对苯基结构单元，使得大分子链部分呈现液晶状态，提高了聚合体的玻璃化转变温度和后续产品的强度和模量，工艺过程和后续加工过程的操作环境比较好，有利于环境保护和生产安全防护。
具体实施例方式
下面的实施例是对本发明作的详细说明实例1将3.16公斤的间苯二胺和0.50公斤的3，3’-二氨基二苯砜，溶于37.00公斤的二甲基乙酰胺中，形成9％的溶液，冷却至0℃，分7次投入6.50公斤的间苯二甲酰氯，在氮气保护下进行缩聚反应，同时控制反应温度在0-20℃之间，当溶液表观粘度达到287Pa·S时结束反应，由此得到的间位芳香族聚酰胺聚合体的氧指数为30，玻璃化温度为247℃。
实例2将3.10公斤的间苯二胺和0.6公斤的3，3’-二氨基二苯砜，溶于27.13公斤的二甲基乙酰胺中，形成12％的溶液，冷却至0℃，分7次投入6.21公斤的间苯二甲酰氯，在氮气保护下进行缩聚反应，同时控制反应温度在0-20℃之间，当溶液表观粘度达到259Pa·S时结束反应，由此得到的间位芳香族聚酰胺聚合体的氧指数为31，玻璃化温度为247℃。
实例3将2.71公斤的间苯二胺和1.20公斤的3，3’-二氨基二苯砜，溶于35.20公斤的二甲基乙酰胺中，形成10％的溶液，冷却至0℃，分8次投入6.05公斤的间苯二甲酰氯，在氮气保护下进行缩聚反应，同时控制反应温度在0-40℃之间，当溶液表观粘度达到253Pa·S时结束反应，由此得到的间位芳香族聚酰胺聚合体的氧指数为34，玻璃化温度为240℃。
实例4将2.50公斤的间苯二胺和1.50公斤的3，3’-二氨基二苯砜，溶于32.36公斤的二甲基乙酰胺中，形成11％的溶液，冷却至0℃，分7次投入5.93公斤的间苯二甲酰氯，在氮气保护下进行缩聚反应，同时控制反应温度在0-20℃之间，当溶液表观粘度达到284Pa·S时结束反应，由此得到的间位芳香族聚酰胺聚合体的氧指数为34，玻璃化温度为238℃。
实例5将3.16公斤的间苯二胺和0.50公斤的4，4’-二氨基二苯砜，溶于37.00公斤的二甲基乙酰胺中，形成9％的溶液，冷却至0℃，分6次投入6.30公斤的间苯二甲酰氯，在氮气保护下进行缩聚反应，同时控制反应温度在0-20℃之间，当溶液表观粘度达到297Pa·S时结束反应，，由此得到的间位芳香族聚酰胺聚合体的氧指数为30，玻璃化温度为252℃。聚合体纺制成纤维的断裂强度为560mN/tex。
实例6将3.10公斤的间苯二胺和0.60公斤的4，4’-二氨基二苯砜，溶于33.30公斤的二甲基乙酰胺中，形成10％的溶液，冷却至0℃，分7次投入6.31公斤的间苯二甲酰氯，在氮气保护下进行缩聚反应，同时控制反应温度在0-30℃之间，当溶液表观粘度达到325Pa·S时结束反应，由此得到的间位芳香族聚酰胺聚合体的氧指数为31，玻璃化温度为253℃。聚合体纺制成纤维的断裂强度为580mN/tex。
实例7将2.84公斤的间苯二胺和1.00公斤的4，4’-二氨基二苯砜，溶于28.16公斤的二甲基乙酰胺中，形成12％的溶液，冷却至0℃，分7次投入6.14公斤的间苯二甲酰氯，在氮气保护下进行缩聚反应，同时控制反应温度在0-40℃之间，当溶液表观粘度达到357Pa·S时结束反应，由此得到的间位芳香族聚酰胺聚合体的氧指数为34，玻璃化温度为258℃。聚合体纺制成纤维的断裂强度为690mN/tex。
实例8将2.53公斤的间苯二胺和1.50公斤的4，4’-二氨基二苯砜，溶于32.61公斤的二甲基乙酰胺中，形成11％的溶液，冷却至0℃，分7次投入5.96公斤的间苯二甲酰氯，在氮气保护下进行缩聚反应，同时控制反应温度在0-20℃之间，当溶液表观粘度达到361Pa·S时结束反应，由此得到的间位芳香族聚酰胺聚合体的氧指数为34，玻璃化温度为260℃。聚合体纺制成纤维的断裂强度为700mN/tex。
以上实施例发生的缩聚反应方程式为 或
权利要求
1.一种提高间位芳香族聚酰胺聚合体阻燃性的方法，将间苯二胺和R，R’-二氨基二苯砜单体及溶剂配制成一定浓度的溶液，冷却至-10-0℃，取与间苯二胺等摩尔量的间苯二甲酰氯，分批投入到前述溶液中，进行共缩聚反应，控制反应温度在0-40℃之间，当溶液表观粘度超过目标表观粘度时结束反应，得到阻燃性提高的间位芳香族聚酰胺聚合体。
2.根据权利要求1所述的提高间位芳香族聚酰胺聚合体阻燃性的方法，其特征在于所述的一定质量浓度的溶液为8％-12％的间苯二胺和R，R’-二氨基二苯砜单体溶液。
3.根据权利要求1所述的提高间位芳香族聚酰胺聚合体阻燃性的方法，其特征在于所述的R，R’-二氨基二苯砜单体为3，3’-二氨基二苯砜或4，4’-二氨基二苯砜。
4.根据权利要求1所述的提高间位芳香族聚酰胺聚合体阻燃性的方法，其特征在于所述的反应温度为0-40℃。
5.根据权利要求1所述的提高间位芳香族聚酰胺聚合体阻燃性的方法，其特征在于所述的溶剂是指二甲基乙酰胺和/或N-甲基吡咯烷酮。
6.根据权利要求1所述的提高间位芳香族聚酰胺聚合体阻燃性的方法，其特征在于所用的反应器最好带有刮壁功能的搅拌装置。
7.根据权利要求1所述的提高间位芳香族聚酰胺聚合体阻燃性的方法，其特征在于所述的目标表观粘度指25℃时表观粘度为120Pa·S。
8.根据权利要求1所述的提高间位芳香族聚酰胺聚合体阻燃性的方法，其特征在于所述的R，R’-二氨基二苯砜、间苯二胺和间苯二甲酰氯单体可以是熔体或固体。
全文摘要
本发明涉及一种提高间位芳香族聚酰胺聚合体阻燃性的方法，将间苯二胺和R，R’－二氨基二苯砜单体混合溶解在溶剂中，配制成一定浓度的溶液，冷却至－10℃－0℃，投入间苯二甲酰氯，进行缩聚反应，同时控制反应温度在0－40℃之间，当溶液超过目标表观粘度时结束反应，得到阻燃性有所提高的间位芳香族聚酰胺聚合体，可以提高生产的效率并降低生产的成本消耗，提高聚合体的玻璃化转变温度以及后续产品的强度和模量。
文档编号C08G69/00GK1683431SQ200410017669
公开日2005年10月19日 申请日期2004年4月14日 优先权日2004年4月14日
发明者邢哲, 郭润栋, 李吉东 申请人:邢哲