专利名称：一种聚乙烯醇溶液、制备方法及其应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种聚乙烯醇溶液、制备方法及其应用，属有机髙分子化合物 及其制备技术领域。
背景技术：
聚乙烯醇具有水溶性好，化学性质稳定的特点。它在结构上与聚乙烯相似， 同为锯齿形结构，具有制备髙强纤维的潜力，并由于其结构中含有大量的羟基， 因此，还具有良好的生物相容性。
水是聚乙烯醇最好的溶剂，在相同聚乙烯醇浓度下以水为溶剂的纺丝原液 粘度最低，说明聚乙烯醇分子链的缠结最少。但以水做溶剂纺丝成型时，在成 型前就会有大量的分子链缠结，无法得到髙的取向度，这是因为聚乙烯醇中的 大量羟基的存在会形成分子内和分子间的氢键，使得分子链的缠结加剧。因此， 如何控制聚乙烯醇中氢键形成是聚乙烯醇研究的热点方向之一。
在本发明做出之前，文献"Gel Spinning of Poly(vinyl Alcohol) from Dimethyl Sulfoxide/ Water Mixture"中 (Journal of Polymer Science: Part B: Polymer Physics, Vol. 32, 297-304)公开了 一种采用二甲基亚砜/水的混合 溶剂做为聚乙烯醇冻胶纺丝溶剂的技术，所制得的初生纤维可以拉伸45倍，纤 维的拉伸强度为2.8GPa;在中国发明专利"髙强、髙模聚乙烯醇纤维的制备" 中(CN1092120),公开了一种以乙二醇为溶剂，将聚乙烯醇溶解，用乙醇进行 萃取，制得纤维强度为12g/d、模量为300g/d的聚乙烯醇纤维。研究表明，单 纯用二甲基亚砜、乙二醇等做溶剂，制备聚乙烯醇溶液用于纺丝时，其纺丝原 液的粘度高，这是因为聚乙烯醇中的羟基会形成分子内和分子间的氢键，形成 复杂的分子链缠结，不利于纤维得到髙的取向度。
发明内容
为了克服现有技术存在的不足，本发明提供一种适用于纺丝、且能有效削弱纺丝原液的分子链缠结，提髙纺丝时的凝结速度的聚乙烯醇溶液及其制备方 法。
为达到上述发明目的，本发明所采用的技术方案是 一种聚乙烯醇溶液， 它包括无规聚乙烯醇和溶剂，其中，聚合度为1700 3500的无规聚乙烯醇质量 浓度为10 20%;所述的溶剂由二甲基亚砜与有机羟基化合物按体积比80: 20 98: 2组成。
上述聚乙烯醇溶液的制备方法，其步骤包括
(1) 将聚合度为1700 3500的聚乙烯醇进行提纯，获得纯净的无规聚乙烯
醇；
(2) 将二甲基亚砜与有机羟基化合物在25 35r的温度条件下按体积比80: 20 98: 2混合，制成溶剂；
(3) 将质量比为10 20%纯净的无规聚乙烯醇加入到上述溶剂中，在35 45 'C的水浴条件下恒温搅拌处理30 60分钟；
(4) 升温至70 80"C,继续搅拌2 3小时，制得均匀的聚乙烯醇溶液。 上述聚乙烯醇溶液的应用，采用冻胶纺丝工艺制备聚乙烯醇纤维，步骤包
括
(1) 将制得的聚乙烯醇溶液在65 75t:的温度条件下脱泡处理2 3小时， 再在压力为0.08 0. 13MPa的氮气氛围中，以甲醇为凝固浴，凝固浴温度为-10 0"，进行冻胶纺丝，室温下经初拉伸后制得初生丝；
(2) 将初生丝在甲醇中萃取处理10 20小时，再在50 60"的温度条件下 进行干燥处理；
(3) 在130 160t:的温度条件下对干燥处理后的初生丝进行一次拉伸，再在 180 200C下温度条件进行二次拉伸，得到聚乙烯醇纤维。
本发明所述的有机羟基化合物为乙二醇或丙三醇。
凝胶纺丝中要求纺丝原液的粘度较低，分子链的缠结少。研究表明，单纯 用二甲基亚砜、乙二醇等做溶剂，纺丝原液的粘度髙，这是因为聚乙烯醇中的 羟基会形成分子内和分子间的氢键，使得分子链缠结复杂，不利于髙倍取向的 得到。因此，削弱纺丝原液中聚乙烯醇形成的分子内和分子间氢键是提高聚乙 烯醇纤维强度的关键之一。本发明是根据凝胶纺丝的溶剂选择原理和羟基间键合形成氢键的机理，选择二甲基亚砜和有机羟基化合物做溶剂，羟基化合物中 的羟基与聚乙烯醇分子上的羟基形成氢键，从而取代一部分聚乙烯醇自身形成 的分子内和分子间氢键，使得聚乙烯醇的分子链的缠结减弱，为纤维的髙取向 的得到提供可能。另外，由于加入的有机羟基化合物熔点较水高，因此可以提 髙凝胶纺丝中纺丝液的凝固速度。
本发明针对目前聚乙烯醇凝胶纺丝中分子链的缠结复杂，纺丝原液粘度高， 用二甲基亚砜和水的共混溶剂纺丝时丝的凝结速度较慢等缺点，釆用二甲基亚 砜和有机羟基化合物的混合溶液做为溶剂，可以削弱纺丝原液的分子链缠结， 提髙丝的凝结速度，其优点是
(1) 利用有机羟基化合物中的羟基与聚乙烯醇分子上的羟基发生相互键合 形成氢键，取代聚乙烯醇中的分子内和分子间氢键，削弱纺丝原液中的分子链 缠结，有利于所纺制的聚乙烯醇纤维取向度的提高。
(2) 本发明以髙熔点有机羟基化合物为有机羟基化合物，可以加快纺丝原液 的凝结速度，使聚乙烯醇分子链在发生松弛前就被强行固定下来，从而制备具 有髙取向度的聚乙烯醇纤维。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述 实施例1:
(1) 水洗、提纯
将15g聚合度为2800的无规聚乙烯醇放入150ml水中，水温为30"，放置 24小时后，在室温下通风干燥。
(2) 混合溶剂制备
将90ml 二甲基亚砜和10ml丙三醇分别加入到250ml的锥形瓶中，在25 35"C的温度条件下搅拌混合均匀。
(3) 溶解
将水洗过的聚乙烯醇放入锥形瓶中，在40"C下搅拌30分钟，使聚乙烯醇充 分溶胀，然后加热到80"C,搅拌2小时，制得透明、溶解均匀的聚乙烯醇溶液。
(4) 冻胶纺丝将聚乙烯醇溶液作为纺丝原液加入到纺丝机中，在70"C的温度条件下脱泡 处理2小时，通入压力为0. lOMPa的氮气，用甲醇为凝固浴，控制凝固浴温度 在-5TC，釆用冻胶纺丝工艺，保持2倍恒定张力将初生丝在室温下进行初拉伸， 制备聚乙烯醇初生丝。
(5)后处理
将上述初生丝在甲醇中萃取12小时，再在50C的温度条件下进行干燥处 理，最后分别在160"和200r的温度条件下经一次拉伸和二次拉伸，得到聚乙 烯醇纤维。
实施例2:
(1) 水洗、提纯
将10g聚合度为2800的无规聚乙烯醇放入100ml甲醇中，放置24小时，在 室温下通风干燥。
(2) 混合溶剂制备
将95ml 二甲基亚砜和5ml乙二醇分别加入到250ml锥形瓶中，搅拌混合均匀。
(3) 溶解
将水洗过的聚乙烯醇放入锥形瓶中，在351C下搅拌40分钟，使聚乙烯醇充 分溶胀，然后加热到70C，搅拌3小时，制得透明、溶解均匀的聚乙烯醇溶液。 (4)冻胶纺丝
将聚乙烯醇溶液作为纺丝原液加入到纺丝机中，在651C的温度条件下脱泡 处理3小时，通入压力为0. 13MPa的氮气，用甲醇为凝固浴，控制凝固浴温度 在On,采用冻胶纺丝工艺，保持2倍恒定张力将初生丝在室温下进行初拉伸， 制备聚乙烯醇初生丝。
(5)后处理
将上述初生丝在甲醇中萃取10小时，再在60"的温度条件下进行干燥处 理，最后分别在130"和180"C的温度条件下经一次拉伸和二次拉伸，得到聚乙 烯醇纤维。
权利要求
1. 一种聚乙烯醇溶液，其特征在于它包括无规聚乙烯醇和溶剂，其中，聚合度为1700～3500的无规聚乙烯醇质量浓度为10～20％；所述的溶剂由二甲基亚砜与有机羟基化合物按体积比80∶20～98∶2组成。
2. —种聚乙烯醇溶液的制备方法，其特征在于步骤包括(1) 将聚合度为1700 3500的聚乙烯醇进行提纯，获得纯净的无规聚乙烯醇；(2) 将二甲基亚砜与有机羟基化合物在25 35"的温度条件下按体积比80: 20 98: 2混合，制成溶剂；(3) 将质量比为10 20%纯净的无规聚乙烯醇加入到上述溶剂中，在35 45 TC的水浴条件下恒温搅拌处理30 60分钟；(4) 升温至70 80TC，继续搅拌2 3小时，制得均匀的聚乙烯醇溶液。
3. 权利要求1所述聚乙烯醇溶液的应用，其特征在于采用冻胶纺丝工艺 制备聚乙烯醇纤维，步骤包括(1) 将制得的聚乙烯醇溶液在65 75t!的温度条件下脱泡处理2 3小时， 再在压力为0.08 0. 13MPa的氮气氛围中，以甲醇为凝固浴，凝固浴温度为-10 0",进行冻胶纺丝，室温下经初拉伸后制得初生丝；(2) 将初生丝在甲醇中萃取处理10 20小时，再在50 60"的温度条件下 进行干燥处理；(3) 在130 160TC的温度条件下对干燥处理后的初生丝进行一次拉伸，再在 180 200TC下温度条件进行二次拉伸，得到聚乙烯醇纤维。
4. 根据权利要求l所述的一种聚乙烯醇溶液，其特点在于所述的有机羟 基化合物为乙二醇或丙三醇。
全文摘要
本发明公开了一种聚乙烯醇溶液、制备方法及其应用，属有机高分子化合物及其制备技术领域。它以二甲基亚砜和有机羟基化合物体积比为98∶2～85∶15混合成溶剂，将聚乙烯醇溶解后制成纺丝原液，其中，聚乙烯醇的质量浓度为8～18％，采用冻胶纺丝工艺制备聚乙烯醇系纤维。由于有机羟基化合物具有熔点高，闪点高，与二甲基亚砜相容性好等特点，能有效削弱纺丝原液中的分子链缠结，加快纺丝原液的凝结速度，制备具有高取向度的聚乙烯醇纤维。
文档编号C08L29/00GK101531798SQ20091002643
公开日2009年9月16日 申请日期2009年4月23日 优先权日2009年4月23日
发明者惠 冯, 卓其奇, 戴礼兴 申请人:苏州大学